Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Постановка задачи исследования 10
1.2. Анализ методов расчета металлических арочных крепей - 12
1.2.1. Расчет арочных крепей методом сил 12
1.2.2. Расчет арочных крепей методом перемещений 17
1.2.3. Расчет арочных крепей методом начальных парамет ров 18
1.3. Методики определения нагрузок на крепь горных выра боток - 25
1.4. Анализ существующих конструкций и методов расчета рамно-анкерных крепей 26
1.4. Постановка задачи исследования 39
2. Разработка математической модели рамно-анкерной крепи 40
2.1. Общие положения расчета рамно-анкерной крепи 40
2.2. Расчетная схема рамно-анкерной крепи на первом эта перасчета - 41
2.3. Расчетная схема рамно-анкерной крепи на втором эта перасчета - 52
2.4. Блок-схема расчета рамно-анкерной крепи 54
2.5. Программа расчета рамно-анкерной крепи RAKREP для персональных ЭВМ 58
2.6. Выводы 63
3. Исследование закономерностей изменения несущей способности рамно-анкерной крепи 65
3.1. Последовательность расчета рамно-анкерной крепи 65
3.1.1. Выбор места установки анкерных связей 66
3.1.2. Исследование вариантов усиления арочной крепи в условиях симметричной нагрузки 67
3.1.3. Варианты усиления арочной крепи в условиях асим- метричной нагрузки 77
3.2. Выбор рационального количества анкерных связей 91
3.3. Выбор величины несущей способности анкерного узла 101
3.4. Выводы 107
4. Разработка методики расчета рамно-анкерной крепи 109
4.1. Основные расчетные положения 109
4.2. Определение нагрузки на рамно-анкерную крепь 110
4.3. Выбор количества анкерных связей 115
4.4. Выбор мест установки анкерных связей и величины несущей способности анкерного узла 117
4.5. Выбор конструкции рамно-анкерной крепи 118
4.5.1. Выбор плотности установки рам крепи и типа профи ляСВП 118
4.5.2 Выбор конструкции анкера 120
4.5.3. Выбор конструкции анкерного соединительного узла 125
4.6. Технико-экономические показатели применения рамно анкерной крепи 126
4.6.1. Конструкции металлических крепей арочной формы 126
4.6.2. Конструкции рамно-анкерной крепи 128
4.6.2.1. Конструкции рамно-анкерной крепи для условий симметричной нагрузки 128
4.6.2.2. Конструкции рамно-анкерной крепи для условий асимметричной нагрузки 129
4.6.3. Сравнительный расчет сметной стоимости 1 п.м. рам- ной и рамно-анкерной крепи 132
4.7. Выводы 143
Заключение 144
Библиографический список 147
Приложение 160
- Расчет арочных крепей методом сил
- Расчетная схема рамно-анкерной крепи на первом эта перасчета
- Блок-схема расчета рамно-анкерной крепи
- Варианты усиления арочной крепи в условиях асим- метричной нагрузки
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности крепления и поддержания горных выработок, пройденных в слабых вмещающих породах, является одной из важнейших задач при строительстве шахт и подземной разработке месторождений полезных ископаемых.
Одним из возможных способов повышения несущей способности металлической крепи является применение рамно-анкерных крепей с механической связью между рамой и анкерами. Существующие конструкции крепей и методики их конструирования не в полной мере учитывают потенциальные возможности, заложенные в рамно-анкерных крепях. Отсутствует обоснование рациональных мест расположения анкеров, величины несущей способности анкерных узлов с учетом взаимодействия рамы крепи и анкеров. Все это говорит о том, что задача выбора рациональных параметров рамно-анкерной крепи с учетом закономерностей изменения внутренних усилий является актуальной.
Целью работы является обоснование параметров рамно-анкерной крепи, обеспечивающих ее максимальную несущую способность.
Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей перераспределения внутренних усилий в рамных крепях, усиленных анкерами, для выбора рациональных параметров рамно-анкерных крепей.
Объектом исследования являются рамно-анкерные крепи горизонтальных и наклонных выработок.
Предметом исследования является расчет параметров рамно-анкерных крепей.
Задачи исследования.
1. Обоснование математической модели расчета рамно- анкерных крепей арочных конфигураций.
2. Установление основных закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния рамы крепи в зависимости от вида прилагаемой нагрузки, количества анкерных связей, мест их расположения и величины реакции в соединительном узле.
3. Разработка методики расчета параметров рамно-анкерной крепи, обеспечивающих ее максимальную несущую способность в заданных горно-геологических условиях.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод, состоящий из обобщения литературных источников и их анализа, математического моделирования, аналитического исследования напряженно-деформированного состояния рамной крепи, усиленной анкерами, выполненного с применением методов строительной механики.
Научные положения, представляемые к защите.
1. При расчете рамно-анкерных крепей арочной конфигурации для обеспечения максимального повышения несущей способности рамы крепи рекомендуется последовательный порядок приложения анкерных связей в точках возникающих экстремумов моментов, изгибающих крепь внутрь выработки, гарантирующий оптимальную схему расположения связей.
2. Для рамно-анкерных крепей установлен предел количества анкерных связей, зависящий от геометрических размеров крепи и вида внешней нагрузки, при превышении которого не происходит значимого повышения несущей способности крепи.
3. Оптимальная величина несущей способности анкерной связи рамно-анкерной крепи, обеспечивающая максимальную несущую способность крепи, в породах III категории устойчивости по СНиП меньше максимально возможной расчетной реакции, определяемой для анкерного узла как для жесткой связи.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Доказано, что при заданном количестве анкеров существует единственная оптимальная схема их расположения, которая обеспечивает максимальную несущую способность комбинированной крепи.
2. Обосновано предельное количество анкерных связей, превышение которого не дает значимого повышения несущей способности рамно-анкерной крепи.
3. Определена оптимальная величина несущей способности анкерного узла, зависящая от геометрических размеров крепи, вида внешней нагрузки и количества связей.
4. Разработана методика расчета рамно-анкерных крепей арочных конфигураций, учитывающая вид внешней нагрузки, количество анкерных соединительных узлов, места их расположения и несущую способность.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением фундаментальных законов строительной механики, сходимостью аналитических результатов с результатами ранее проведенных опытно-промышленных исследований кафедры шахтного строительства Уральского государственного горного университета (УГГУ).
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей изменения величины внутренних усилий, возникающих в рамно-анкерных крепях в зависимости от количества, места расположения и несущей способности анкерных узлов.
Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета параметров рамно-анкерных крепей.
Личный вклад автора заключается в установлении закономерностей перераспределения изгибающих моментов при усилении рамной крепи анкерами, разработке методики расчета рамно-анкерных крепей, установлении рационального количества анкерных связей, необходимых для усиления крепи, разработке программного обеспечения для расчета рамно-анкерных крепей.
Реализация работы. Разработанная программа расчета RAK-REP и методика определения рациональных параметров рамно-анкерной крепи внедрены в ОАО «Уралгипроруда» для проектирования крепей горизонтальных выработок, проходимых в слабых неустойчивых породах, а также используется на кафедре шахтного строительства УГГУ при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (Мельниковские чтения) (Екатеринбург, 1998 г.); IV Республиканской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в горном деле» (Екатеринбург, 1999 г.); Международной конференции «Геомеханика в горном деле - 2000» (Екатеринбург, 2000 г.); V Республиканской научно-технической конференции «Информационные технологии в горном деле» (Екатеринбург, 2000 г.); Региональной конференции «Проблемы и перспективы подземного строительства на Урале в XXI веке» (Екатеринбург, 2001 г.); Международной научной конференции «Проблемы геомеханики и механики подземных сооружений» (Тула, 2003 г.); Молодежной научно-практической конференции в рамках Уральской горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2003 г.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 9 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Она содержит 161 страницу машинописного текста, 61 рисунок и 26 таблиц.
Расчет арочных крепей методом сил
Метод сил является наиболее универсальным методом, применяемым в настоящее время. Для определения усилий в статически неопределимых системах с использованием данного метода дополнительно с уравнениями статики составляются уравнения совместности деформаций, т.е. уравнения, выражающие связь между деформациями отдельных элементов системы. При этом количество дополнительных уравнений соответствует степени статической неопределимости системы. При расчете статически неопределимых систем методом сил основными неизвестными в уравнениях совместности деформаций являются силы (внешние или внутренние), а известными - перемещения в направлении этих сил.
Решение статически неопределимых систем по методу сил производится в следующем порядке [10, 18, 90]: выявляются лишние связи и устанавливается степень статической неопределимости системы; выбирается основная система расчета; основная система загружается заданной внешней нагрузкой и реакциями или усилиями отброшенных лишних связей; составляются уравнения, выражающие условия эквивалентности основной системы, загруженной заданной внешней нагрузкой и неизвестными усилиями, приложенными вместо отброшенных связей, и заданной системы (канонические уравнения метода сил); определяются коэффициенты при неизвестных усилиях в канонических уравнениях; решается система канонических уравнений и после определения неизвестных усилий строятся эпюры внутренних сил. В качестве основной системы при расчете статически неопределимых систем методом сил выбирается статически определимая и геометрически неизменяемая система, получаемая из заданной статически неопределимой системы путем отбрасывания лишних связей. В качестве лишних связей могут быть выбраны как внешние, так и внутренние связи. Для любой статически неопределимой системы существует множество вариантов основной системы, причем трудоем 14кость расчета во многом зависит от правильности выбора варианта основной системы.
Для статически неопределимых систем, имеющих п лишних связей, система канонических уравнений метода сил имеет вид:Xi-S2, + X2-S22+--- + X,-S2l+-- + Xn-S2n + А2Р = 0;X,.Sn, + X2.Sn2 + ..- + XrSni+--+Xn-Snn+AnP=0. где X, - искомое i-oe усилие;Sji - перемещение по направлению j-ой - связи от единичной силы, приложенной вместо силы Xj (единичное перемещение);AJP - перемещения основной системы от всей заданной нагрузки по направлению действия j-ой неизвестной силы (грузовое перемещение).
Геометрический смысл каждого уравнения системы заключается в том, что перемещение точки приложения неизвестной силы, замещающей отброшенную лишнюю связь, по направлению этой силы равно нулю.
Чаще всего при определении перемещений при расчете крепей арочных конфигураций учитываются только изгибающие моменты. В этом случае выражение для определения коэффициентов и грузовых членов канонических уравнений будет иметь вид: XI гМ2 (1.2) Vі rM, M,s =i:\-w dS; (13)A,=ZJ C/S. (1.4)Результатом расчета является построение эпюр внутренних усилий.Мх =М Р +МІ -Хл+М2 Х2 +... + М, -X,- +...Мп -Хп, (1.5)Qx = QP +Q.-X, + Q2-X2+... + QrX, +...Qn Xn, (1.6)Nx=NP+NrXi+N2-X2+... + Ni Xl+...Nn-Xn, (1.7)где M Qj.Nj - значение изгибающего момента, поперечной и продольной силы от единичных сил, приложенных в местах действия лишних неизвестных;Mp0,Qp0,Np0 - значение изгибающего момента, поперечной и продольной силы в основной системе от заданной внешней нагрузки.
Металлические арочные крепи традиционно рассчитываются методом сил как двухшарнирные арки, степень статической неопределимости которых n = 1 [10, 47, 84, и др.].
В качестве основной системы расчета (рис. 1.1) принимается статически определимая система, эквивалентная заданной, в которой лишняя связь (распор) (в частности, ТЕ) заменяется неизвестной силой Xi.
Расчетная схема рамно-анкерной крепи на первом эта перасчета
Реакция анкерного узла - усилие, возникающее в узле соединения анкеров с рамой крепи. Данное усилие зависит как от величины и характера приложения внешней нагрузки, так и от места установки анкеров. В связи с этим считать реакции анкеров в рамно-анкерной крепи известными и постоянными по величине не правомерно. Анкерметаллическая крепь АМК (рис. 1.9), разработанная институтом КузНИИшахтострой, состоит из металлической арочной крепи и металлических или железобетонных анкеров, которые устанавливаются в промежутках между рамами. Соединение рам крепи и анкеров в единую грузонесущую систему производится с использованием специальных межрамных стяжек (подхватов) [23, 30, 61]. Недостатком крепи АМК является то, что данная конструкция обладает недостаточной жесткостью соединительного узла, в связи с чем в некоторых случаях не достигается необходимого взаимодействия между рамой крепи и анкерами.400-600 800-1200
Несущая способность крепи АМК конструкции КузНИИшахтострой рассчитывается как арифметическая сумма действия двух видов крепи - рамной и анкерной, не оказывающих взаимного влияния друг на друга [23, 61, 79]. В методике расчета не учитывается изменения напряженно-деформированного состояния крепи за счет усилий, воз 32никающих в узлах соединения анкеров с рамой. Из расчета исключен один из элементов конструкции крепи - узел, соединяющий раму и анкеры в единую грузонесущую систему. Кроме того, установка анкеров производится равномерно по периметру выработки без учета особенностей деформирования крепи.
В методике Тульского государственного университета в качестве расчетной схемы рамно-анкерной крепи также принимают двух-шарнирную арку, усиленную анкерами [34, 35, 79]. Анкеры, рассматриваются как упругие связи, имеющие определенную жесткость и работающие только на растяжение. Отпор боковых пород учитывается путем введения жестких опорных стержней, работающих на сжатие
Достаточно простая и технологичная в установке конструкция соединительного узла рамно-анкерной крепи, состоящая из двух анкеров, устанавливаемых с двух сторон от рамы из СВП, соединяемых между собой прямой или фасонной накладкой приведена в [46, 51] (рис. 1.11). Преимуществом данной конструкции является простота, надежность и достаточная жесткость по сравнению с узлом крепи АМК, возможность установки анкерной крепи после установки рам крепи. Недостатком данного соединительного узла является необходимость установки двух анкеров на одну точку закрепления.
Для условий повышенной податливости рамной крепи в Уральской горно-геологической академии (УГГГА) разработана конструкция рамно-анкерной крепи, включающая в себя податливую рамную крепь, жесткие анкеры и податливый соединительный узел, обеспечивающий работу крепи как в податливом, так и в жестком режиме [1]. На рис. 1.12 представлен соединительный узел рамно-анкерной крепи. Податливая рама 1 воспринимает нагрузку со стороны горных пород. Анкеры 2 являются дополнительными связями, посредством которых осуществляется взаимодействие между массивом и рамой крепи. Соединительная планка 3 связывает раму и анкеры в единую грузонесу-щую систему. При определенной величине нагрузки на режущую втулку 6, внутренний диаметр которой больше минимального диаметра стержня 4, происходит срезание выступов 5, за счет чего и достигается податливый режим работы рамно-анкерной крепи.1 - податливая рама их спецпрофиля; 2 - анкеры; 3 - соединительная планка; 4 - стержень; 5 - сферические выступы; 6 - режущая втулка; 7 - продольные прорези; 8 - гайка 36Для возможного изменения рабочей характеристики соединительного узла наружную поверхность режущей втулки 6 выполняют с конической резьбой и несколькими продольными прорезями 7. При затягивании гайки 8 диаметр режущей втулки 6 уменьшается, площадь срезаемого металла на выступах стержня 4 увеличивается, а значит, возрастает внешнее усилие, необходимое для обеспечения податливости. При полном затягивании гаек соединительный узел крепи работает в жестком режиме.
Существующие в настоящее время конструкции соединительных узлов рамно-анкерной крепи [1, 46, 51, 105 и др.] обеспечивают силовое взаимодействие между рамой и анкерами только в зонах, где изгибающие моменты от действия внешней нагрузки деформируют крепь внутрь выработки. Следовательно, данные анкерные узлы являются связями, реакции которых не могут менять своего знака на противоположный. Такие связи называют односторонними [46]. Они препятствуют перемещению по своему направлению только в одну сторону и не препятствуют перемещению в другую.
В методике расчета рамно-анкерной крепи с соединительными узлами, приведенными на рис. 1.11, разработанной в УГГГА [45, 46, 59], анкеры представлены дополнительными нормально направленными односторонними связями [43, 44]. Выбор параметров крепи и ее расчет разбивается на два этапа.
На первом этапе расчетная схема представляет собой двух-шарнирную арку с п дополнительными опорными стержнями, количество и расположение которых соответствует количеству устанавливаемых анкеров (рис. 1.1 За). Полученная (п+1) раз статически неопределимая система решается методом сил. При этом определяются внутренние усилия в элементах рамы и реакции, возникающие в ан 37керных соединительных узлах. В том случае, если все опорные стержни работают как односторонние связи (реакции в опорных стержнях положительны), и максимальная нагрузка на анкер не превышает предельно допустимую, то расчет считается законченным. Если условие не выполняется, производят перераспределение опорных стержней по периметру рамы и производят новый расчет по схеме первого этапа. В том случае, если все опорные стержни (анкерные узлы) взаимодействуют с рамой крепи, но усилия в них больше предельной нагрузки, производят переход ко второму этапу.
На втором этапе производят замену опорных стержней, усилия в которых превышает предельную нагрузку, сосредоточенными силами (рис. 1.136), характеризующими несущую способность анкерного узла. В результате расчета в отдельных анкерных соединительных узлах снова могут возникать усилия, превышающие предельную нагрузку на анкер, что потребует повторного расчета по схеме второго этапа с предварительной заменой выявленных опорных стержней сосредоточенными силами.
Блок-схема расчета рамно-анкерной крепи
Последовательность расчета рамно-анкерной крепи При проектировании рамно-анкерной крепи главными задачами являются выбор количества анкерных узлов, мест их эффективной установки и величина усилия в соединительном узле. Для обоснованного выбора параметров рамно-анкерной крепи был проведен анализ возможных вариантов усиления рамной крепи анкерными связями с использованием разработанной программы RAKREP для персональных компьютеров, реализованной в среде программирования «Delphi» (Object Pascal).
Анализ конкретных параметров рамно-анкерной крепи (количество анкерных связей, места их установки, усилия в соединительных узлах) проводился в следующей последовательности: предварительный расчет арочной крепи без применения усиливающих элементов; исследование изменения величины изгибающих моментов по периметру крепежной рамы и выявление зон экстремумов моментов, изгибающих крепь внутрь выработки; определение возможных вариантов усиления крепи, включающих в себя последовательное приложение жестких связей в зонах вновь образованных экстремумов моментов; расчет рамно-анкерной крепи с жесткими анкерными связями и с их заменой на сосредоточенные силы, характеризующие несущую способность анкерного узла; рассмотрение вариантов усиления крепи и выбор наиболее рациональной схемы установки дополнительных связей. 3.1.1. Выбор места установки анкерных соединительных узлов Определение оптимального места установки анкерных соединительных узлов в общем случае сводится к решению следующей задачи: по заданной величине внешней нагрузке на крепь, геометрическим параметрам крепи, величине несущей способности анкерного узла и их количеству определить места установки анкерных связей, при которых величина внутренних усилий в раме крепи минимальна. Для заданных параметров выработки решение задачи в упрощенном виде можно выразить следующим выражением [46]:I Mmax,min ( Р1, Р2, РЗ, --, Рп)\ = тІП, (3.1)где Мтах тіп - максимальный (минимальный) изгибающий момент в раме крепи при установке п анкерных соединительных узлов с координатами (р\.Максимальное снижение изгибающих моментов в раме крепи может быть достигнуто при установке анкеров в зоне максимального момента, изгибающего крепь внутрь выработки.
Определение схемы установки анкерных связей, обеспечивающей максимальное снижение изгибающих моментов в раме крепи, предлагается проводить в последовательности приведенной на рис. 3.1. Расчет можно считать законченным, если изменение максимального изгибающего момента не будет превышать величину Д, определяемую начальными условиями. После сравнения вариантов с различным количеством анкерных связей производится выбор рационального варианта установкиРассмотрим эпюры изгибающих моментов в арочной крепи, усиленной одним, двумя, тремя, четырьмя и пятью анкерными соединительными узлами, для следующих исходных условий: высота выработки Н = 3,5 м, радиус свода выработки R = 2,5 м (типоразмер крепи МН-13,2, используемый в Челябинском угольном бассейне), вертикальная нагрузка q = 100 кН/м, боковая нагрузка qB= 60 кН/м, несущая способность анкерного узла QA = 30 кН. Эпюра изгибающих моментов в раме арочной крепи для данных условий приведена на рис. 3.2. M2=24,8 кН4=24,8 кНмІ Рис. 3.2. Эпюра изгибающих моментов в рамной крепи присимметричной нагрузкеИсследуя конфигурацию эпюры по периметру рамы в приведенном варианте, можно выделить пять характерных зон, в которых значения изгибающих моментов имеют экстремумы. В трех экстремумах крепь изгибается внутрь выработки: два экстремума, расположенные на стойках крепи (МІ = М5 = -4,2 кНм), и один - в замке свода крепи (М3= -24,2 кНм); в двух - в сторону массива горных пород (М2= М4 = 24,8 кНм). Как уже было замечено выше, эффективной будет только установка анкеров в зонах, изгибающих крепь внутрь выработки. Следовательно, рассматривая варианты усиления данной крепи одной анкерной связью, наиболее рациональной будет схема с ее установкой в замке свода выработки при р = 90 в точке максимального момента, изгибающего крепь внутрь выработки. При расчете рамно-анкерной крепи с одним анкерным соединительным узлом в замке свода (рис.3.3) на первом этапе данный узел рассматриваем в качестве жесткой связи. Для данного случая получаем эпюру, в которой значения экстремальных моментов в 2,4 раза ниже по сравнению с арочной крепью без анкерного усиления (см. рис. 3.3, а). При заданных условиях величина усилия в соединительном узле анкера составляет Х2 = 59,4 кН, что значительно превышает заданную величину реакции анкерной связи. Согласно исследованиям проф. М.В. Корнилкова [46] в породах III категории устойчивости в соединительных узлах рамно-анкерных крепей с анкерами длиной 2,0 -2,5 м возникают усилия равные 150 - 320 кН
Варианты усиления арочной крепи в условиях асим- метричной нагрузки
Рассмотрим эпюры изгибающих моментов в арочной крепи, усиленной одним, двумя, тремя, четырьмя и пятью соединительными анкерными узлами в условиях асимметричного нагружения рамы арочной крепи при следующих исходных условиях: высота выработки Н=3,5 м, радиус свода выработки Я=2,5 м (типоразмер крепи МН-13,2, используемый в Челябинском угольном бассейне), вертикальная на 78 грузка Q=100 кН/м, боковая нагрузка q5=60 кН/м, дополнительная нагрузка 7д=20 кН/м, угол приложения дополнительной нагрузки а=20, несущая способность анкерного узла ОЛ=30 кН. Эпюра изгибающих моментов в раме арочной крепи для данных условий приведена на рис. 3.8. Рис. 3.8. Эпюра изгибающих моментов в рамной крепи для условий асимметричной схемы нагрузки
Эпюра изгибающих моментов имеет ярко выраженную асимметрию, состоящую из четырех зон, в которых значения изгибающих моментов имеют экстремумы. В приведенных зонах экстремумов в двух случаях крепь изгибается на массив горных пород (зоны моментов М-1 = 66,6 кНм иМ3 = 6,2 кНм), в двух - внутрь выработки (зоны моментов М2 = - 48,8 кНм и М4= - 8,6 кНм). Наиболее рациональной для данного варианта будет установка анкерного соединительного узла в точке экстремума момента М2 - максимального момента, изги 79бающего крепь внутрь выработки при & = 107 (рис. 3.9). На первом этапе рассмотрим работу крепи с анкерным соединительным узлом, работающим в качестве жесткой связи (см. рис. 3.9а). При заданных условиях величина реакции в анкерной связи составляет Х2= 101,6 кН, что значительно превышает заданную величину несущей способности анкерного соединительного узла.На втором этапе производим замену анкерной связи нормально направленной силой ОЛ=30 кН (см. рис. 3.9, б).
Произведем дальнейшее усиление крепи. Для этого произведем выбор зоны с максимальным моментом, изгибающим крепь внутрь выработки {(р2 = 99), и произведем в ней приложение второго анкерного соединительного узла (рис. 3.10).
На первом этапе расчета крепи рассмотрим действие анкеров в качестве жестких связей (см. рис. 3.10, а). Усилие в обоих анкерных связях превышает заданную величину несущей способности анкерного узла (Х2=78,0 кН и Х3=31,6 кН). Перейдем ко второму этапу расчета крепи - произведем замену реакции анкерной связи на величину несущей способности анкерного соединительного узла (см. рис. 3.10, б). Рассмотрим вариант с установкой трех анкерных связей для условий асимметричной нагрузки более подробно (рис. 3.11).
После анализа эпюры изгибающих моментов при усилении крепи двумя анкерными узлами в качестве места установки следующего узла была выбрана точка, расположенная в своде крепи с координатами (рз = 92, с максимальным экстремумом, изгибающим крепь внутрь горной выработки (М3 = -15,9 кНм).
На первом этапе расчета рассмотрим действие узлов в качестве жестких связей (см. рис. 3.11, а). Обратим внимание на связь Хз=78,6 кН. Направление действия силы для рассматриваемой связи изменилось на противоположное. Величина усилия в рассматриваемом анкерном узле будет равна нулю. Следовательно, приведенный вариант усиления с жесткими анкерными связями может рассматриваться как вариант усиления двумя анкерными связями, расположенными в точках с координатами щ - 107, q 3 =92 и одной неработающей связью - р2 = 99.
Перейдем ко второму этапу расчета - произведем последовательную замену реакции анкерных связей сосредоточенной силой Од=30 кН (см. рис.3.11, б). Заметим, что на втором этапе расчета направление действия всех связей с заданной несущей способностью соответствует направлению действия анкерного узла и, следовательно, при данной схеме усиления крепи связи установлены эффективно.
В приведенном варианте выделим пять экстремумов изгибающих моментов: один (М2 = 28,9 кНм) - изгибает крепь на массив горных пород; четыре (Mf = - 3,8 кНм, М3 = - 1,0 кНм, М4 = - 21,1 кНм и М5 = - 14,1 кНм) - внутрь горной выработки. Несущая способность крепи повышается в 2,2 раза по сравнению с вариантом крепи без усиления анкерными соединительными узлами.
Похожие диссертации на Выбор параметров рамно-анкерной крепи на основе исследования закономерностей изменения внутренних усилий
