книги из ГПНТБ / Баклашов, И. В. Расчет, конструирование и монтаж армировки стволов шахт

Причиной эксплуатационных нагрузок являются колебания подъ­ емного сосуда, движущегося по проводникам армировкп. Практика эксплуатации вертикальных подъемов показывает, что амплитуда

При малых скоростях движения сосуда амплитуды его колебаний и, следовательно, деформации проводников незначительны. Дефор­ мационные свойства системы мало влияют на величину эксплуата­ ционных нагрузок. Поведение системы определяется в основном ее кинематическими свойствами: величиной кинематических зазоров между контактными поверхностями проводников и направляющих устройств сосуда, монтажными отклонениями проводников от проект­ ного положения, наличием неправильной стыковки проводников и другими монтажными несовершенствами армировки. На этой стадии эксплуатационные нагрузки незначительны и наступление предельных состояний маловероятно.

С увеличением скорости подъема возрастают деформации провод­ ников и увеличивается влияние деформационных свойств системы, основным из которых? является переменная поперечная жесткость проводников, возникающая при дискретном опирании последних на ярусы армировки. На этой стадии эксплуатационные нагрузки значительно возрастают и предельные состояния могут наступить как в результате потери несущей способности элементов армировки, так и в результате появления недопустимых перемещений подъемного сосуда и выхода его из проводников.

Дальнейшее увеличение скорости подъема связано с резким воз­ растанием деформаций проводников и эксплуатационных нагрузок на армировку. Поведение системы определяется исключительно влиянием деформационных свойств армировки. Нормальная экс­ плуатация подъема на этой стадии практически невозможна.

Таким образом, факторы, возбуждающие и поддерживающие колебательный процесс в системе «подъемный сосуд — армировка» и в конечном итоге формирующие эксплуатационные нагрузки, определяются механическими (кинематическими и деформацион­ ными) свойствами самой системы. Кинематические свойства системы определяют так называемое внешнее, а деформационные свойства — внутреннее возбуждение системы. Причем, в зависимости от скорости подъема характер возбуждения различный: при малых скоростях преобладает внешнее возбуждение, при больших скоростях — вну­ треннее возбуждение. Следует заметить, что выделение трех стадий в развитии колебательного процесса весьма условно и резких пере­ ходов от одной стадии к другой не наблюдается..

Подразделение колебательного процесса в системе на три стадии целесообразно также для оценки соотношения между величинами эксплуатационных и аварийных нагрузок. При малых скоростях н концевых нагрузках, когда развивается первая стадия колеба­ тельного процесса в системе, аварийные нагрузки могут превосходить

эксплуатационные. Если учесть, что величины аварийных нагрузок уменьшаются при снижении жесткости армировки, становится оче­ видной существовавшая ранее при малых скоростях подъема и кон­ цевых нагрузках тенденция проектировать армировку из двутавро­ вых расстрелов и рельсовых проводников.

Увеличение глубины разработок и соответствующий рост ско­ ростей подъема и концевых нагрузок привели к развитию второй стадии колебательного процесса в системе и изменению соотношения между аварийными и эксплуатационными нагрузками. В настоящее

Рис. 41. Схемы приложения горизонтальных эксплуатационных нагрузок к элементам армировки

армировкп. Учет аварийных нагрузок обычно сводится к выполне­ нию проверочных расчетов.

Совершенно очевидно, что ранее спроектированные конструкции армировки малой жесткости при увеличении параметров производи­ тельности подъема оказались в аварийном режиме работы, о чем свидетельствует, например, практика эксплуатации некоторых ство­ лов шахт в Донбассе.

Рассматривая эксплуатационные нагрузки на армировку, необ­ ходимо отметить также их случайный характер по глубине ствола. Это подтверждают результаты производственных экспериментов, выполненных различными авторами. Случайная составляющая экс­ плуатационных нагрузок определяется случайным характером меха­ нических свойств системы, в большей степени случайным характером кинематических свойств и в меньшей степени деформационных свойств системы.

Нагрузки, передаваемые на армировку подъемными сосудами, можно подразделить по их направлению на вертикальные и горизон­

52

проводников; горизонтальная ось х параллельна плоскости провод­ ников; горизонтальная ось у перпендикулярна плоскости провод­

ников.

Расчетная схема армировки с четырьмя двухсторонними провод­ никами показана на рис. 44. В этом случае неподвижная система координат oxyz ориентирована следующим образом: вертикальная

•ось z совпадает с геометрической осью подъема; горизонтальная ось X параллельна плоскостям односторонних проводников; гори­ зонтальная ось у перпендикулярна плоскостям односторонних про­ водников.

Для упрощения дальнейших исследований введем дополнитель­ ные условные обозначения. Вертикальную плоскость, в которой действуют лобовые нагрузки, будем называть лобовой плоскостью, перпендикулярную к ней вертикальную плоскость, в которой дей­ ствуют боковые нагрузки, — боковой плоскостью. Например, в схеме с

-54

двумя двухсторонними проводниками лобовая плоскость (рис. 45, а) совпадает с плоскостью zoy, а боковая плоскость (рис. 45, б) параллельна плоскости zox.

Проводник, лежащий в области положительных значений уг условимся называть правым, а лежащий в области отрицательных значений у — левым. Контактную поверхность проводников, нор­ маль к которой совпадает с отрицательным направлением оси х, будем называть правой боковой контактной поверхностью, а нормаль к которой совпадает с положительным направлением оси х, — левой

Рис. 45. Схема взаимодействия подъемного сосуда и армировки

боковой контактной поверхностью. Соответственно контактную по­ верхность проводников, нормаль к которой совпадает с отрицатель­ ным направлением оси у, будем называть правой лобовой контактной поверхностью, а нормаль к которой совпадает с положительным направлением оси у, — левой лобовой контактной поверхностью. В качестве примера эти обозначения показаны на рис. 45 примени­ тельно к схеме с двумя двухсторонними проводниками.

Направляющие устройства будем обозначать номерами, как показано на рис. 42, 43, 44. Условимся также, что верхние напра­ вляющие устройства имеют координаты

zn = z + llt

55-

а нижние направляющие устройства имеют координаты

2Л= s 12,

где ъ — координата центра тяжести сосуда.

§ 8. Проектная жесткость расстрелов

Различные конструктивные решения жесткой армировкп харак­ теризуются различными деформационными свойствами, определя­ ющими параметры горизонтальных колебаний движущегося по ■стволу подъемного сосуда. Исследование динамических процессов в системе «подъемный сосуд — армировка» невозможно без деталь­ ного изучения деформационных свойств армировки.

Движущийся подъемный сосуд контактирует непосредственно с проводниками, но деформируется вся конструкция армировки, представляющая пространственную статически неопределимую си­ стему (см. рис. 1). G целью упрощения задачи эта система обычно расчленяется на две: исследуется Отдельно жесткость несущих рас­ стрелов в месте крепления проводника и жесткость проводников как неразрезных балок, опирающихся на несущие расстрелы.

Исследуем жесткость несущих расстрелов. Предварительно усло­ вимся называть (см. рис. 41) жесткость несущего расстрела 4 в на­ правлении лобовых нагрузок лобовой жесткостью, в направлении боковых нагрузок — боковой жесткостью. Несущие расстрелы, опи­ рающиеся обоими концами (см. рис. 41, а, б), при деформировании лобовыми нагрузками работают на изгиб, при деформировании боковыми нагрузками — на осевое сжатие и растяжение с изгибом -от внецентренного приложения нагрузок. Консольные несущие рас­ стрелы (см. рис. 41, в), опирающиеся одним концом, при деформи­ ровании лобовыми нагрузками работают на осевое сжатие, при деформировании боковыми нагрузками — на изгиб.

Во многих конструкциях армировки несущие расстрелы связаны с другими расстрелами яруса и крепью ствола в единую плоскую ■статически неопределимую систему (плоскую раму). В дальнейшем для упрощения расчетной схемы несущие расстрелы будем рассма­ тривать как неразрезные балки, а влияние других элементов яруса ■будем учитывать наложением дополнительных связей.

Концы несущих расстрелов опираются на крепь ствола и попе­ речные расстрелы. Опирание на поперечные расстрелы обычно при­ нимается шарнирное. По поводу расчетной схемы сопряжения несу-' ацих расстрелов с крепью ствола имеются две гипотезы: полное или частичное защемление [18] и шарнирное опирание [3, 8]. В даль­ нейшем будем придерживаться гипотезы шарнирного опирания.

Приведем некоторые доказательства правомерности и целесо­ образности такой гипотезы. Согласно исследованиям, выполненным в ИГМиТК [10], осуществить полное защемление практически не­ возможно. В реальных конструкциях армировки возможно только ■частичное защемление: среднее между полным защемлением и шар­

.56

нирным опираиием. Расчеты показывают, что для образования шар­ нирной опоры горизонтальное смещение заделанного конца расстрела в результате его поворота при изгибе должно составлять не более 0,5 мм. Образование в заделке такого зазора вполне вероятно в ре­ зультате местного разрушения бетона под опорной поверхностью конца расстрела при знакопеременных динамических нагрузках. Необходимо подчеркнуть, что процесс разрушения заделок в суще­ ствующих стволах развивается очень быстро. Кроме того, предполо­ жение о шарнирном опирании концов расстрелов позволяет проекти­ ровать армировку с определенным запасом прочности.

Дополнительными упругими связями (см. рис. 15, б и 16, г) на расстреле 1, несущем проводник 2, являются парный 3 и соседние проводники 4, поперечные распорные расстрелы (распорные.

Рпс. 46. Расчетная схема при определении ло­ бовой жесткости несущих расстрелов

«пальцы»), опирающиеся на крепь ствола 5 или на соседние парал­ лельные расстрелы 6. Жесткости перечисленных связей различны и, как показывают сравнительные расчеты, выполненные для реаль­ ных конструкций армировки, находятся в таком соотношении: жесткость проводников обычно на порядок меньше жесткости попе­ речных распорных расстрелов, опирающихся на параллельные расстрелы, и на два порядка меньше жесткости поперечных распор­ ных расстрелов, опирающихся на крепь ствола. Поэтому в дальней­ шем при исследовании лобовой жесткости несущих расстрелов, опирающихся обоими концами (см. рис. 41, а), целесообразно учи­ тывать дополнительные связи только в виде распорных поперечных расстрелов и проводника, спаренного с проводником, к которому приложена нагрузка. При исследовании боковой жесткости допол­ нительные связи вообще можно не учитывать. Допускаемая при этом погрешность не выходит за пределы точности динамического расчета, армировки.

Определим лобовую жесткость несущих расстрелов, опирающихся обоими концами. Если учесть, что в существующих и проектируемых конструкциях армировки к одному несущему расстрелу обычно присоединяется не более двух поперечных распорных расстрелов,, общую расчетную схему можно представить в виде, показанном на рис. 46. Здесь приняты следующие обозначения: Ір — полный

57

жесткость проводника, спаренного с нагруженным проводником; Ci, Со — жесткость дополнительных опор (распорных поперечных расстрелов); йц я2, а3, и, ѵ — безразмерные параметры, определя­ ющие положение опор и нагрузки. В качестве примера на рис. 47, а показана расчетная схема несущего расстрела 1 в скиповом стволе

■опирающегося на соседний параллельный расстрел 7,. равна лобовой изгибной жесткости расстрела 7 в точке его сопряжения 8 с распор­ ным расстрелом. Жесткость распорного поперечного расстрела 5 (см. рис. 16, г), опирающегося на крепь ствола, равна осевой, же­

где F — площадь поперечного сечения распорного расстрела; а — длина распорного расстрела.

-58

Согласно принятой расчетной схеме (см. рис. 46) расчетное выра­ жение для лобовой жесткости Сѵу несущего расстрела имеет вид

лобовой нагрузки Ру.

Безразмерные коэффициенты бх и б2 определяются следующим

При наличии двух пролетов, если нагрузка Ру приложена в пер--- .

При наличии одного расчетного пролета (см. рис. 47, в)

б1 = б2 = 0.

5а

Лобовая жесткость консольных расстрелов (см. рис. 41, в) равна их осевой жесткости

где Fp — площадь поперечного сечения консольного расстрела; длина консольного расстрела.

Определим боковую жесткость несущих расстрелов, опирающихся хотя бы одним концом на крепь ствола (большинство существующих и проектируемых конструкций удовлетворяет этому условию). Учи­ тывая изложенные выше положения относительно закрепления концов расстрелов и влияния дополнительных связей, расчетную схему представим в виде, показанном на рис. 48. Здесь через е обо­ значено расстояние от оси несущего расстрела до точки приложения

при опирании обоих концов расстрела на крепь ствола. В случае опирания одного конца несущего расстрела на крепь ствола, а дру­ гого конца на поперечный расстрел следует принимать ulp равным расстоянию от проводника до заделки расстрела в крепь ствола.

Тогда расчетное выражение для боковой жесткости Ср х несущего расстрела, заделанного хотя бы одним концом в крепь ствола, имеет вид

где Fр — площадь поперечного сечения несущего расстрела;

— ■— боковая податливость крепления проводника к несущему

. расстрелу; в соответствии с рекомендациями ИГМиТК [10] для коробчатых проводников принимаем Ф = 0., для рель­ совых проводников Р-38 и Р-43 принимаем Ф = 15 см-1, для рельсовых проводников Р-50 принимаем Ф = 8 см-1.

60