Закономерности распределения напряжений в монолитной бетонной крепи вертикального ствола, вызванных вертикальными нагрузками Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 622.25.(06)

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МОНОЛИТНОЙ БЕТОННОЙ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА, ВЫЗВАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ НАГРУЗКАМИ

© 2009 г. Н.В. Меренкова

Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института

Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Представлены результаты численного моделирования крепи ствола, возводимой по параллельной схеме. Установлена зависимость величины срезающих напряжений в бетоне крепи от различных факторов. Получены корреляционные зависимости по определению величины срезающих напряжений в различных условиях.

Ключевые слова: крепь ствола; численная модель; бетон; напряжения.

The results of numerical modeling of the shaft set erected on the parallel scheme are given. The dependance of the value of the cutting down efforts in the set concrete on varions factors has been determined. Correlative dependences on the definition of the cutting down efforts value in varions conditions have been received.

Keywords: set of the vertical shaft; numerical model; concrete; tensions

Рассмотрим технологию возведения монолитной бетонной крепи ствола с отставанием от забоя 20 - 25 м.

По данной схеме сначала возводится так называемый опорный слой бетона высотой 0,5 - 1 м и более, после схватывания которого возводится основное кольцо крепи до высоты опалубки. Таким образом, к моменту окончания бетонирования заходки на опорный слой будет оказывать давление верхний слой свежеуложенного бетона. На контакте бетона опорного слоя и пород возникают срезающие напряжения, которые могут привести к «отрыву» заходки. Поддерживающее влияние поддона при этом не следует учитывать из-за значительной податливости дощатого настила.

Исследование влияния вертикальных нагрузок на опорный слой крепи в рамках решения аналитической плоской задачи не представляется возможным. В связи с этим прибегнем к численным математическим методам.

В настоящее время при решении задач механики подземных сооружений наибольшее распространение получил метод конечных элементов, который успешно применяется без строгого математического обоснования для решения различных задач.

Автором выполнено построение и расчет объемных моделей с помощью программного комплекса «Лира 9.0». В результате проведения исследований определялись все компоненты объемного тензора напряжений в бетоне опорного слоя, затем находились максимальные срезающие напряжения.

В настоящее время сопротивления бетона срезу не нормируются [1] и согласно рекомендациям [2] его значения следует принимать равным Rсp = 2Rbt, где Rbt - расчетное сопротивление бетона растяжению. Учитывая, что рассматривается незначительный пе-

° ср ^

(1)

риод времени работы бетона крепи с небольшим сроком твердения, условие прочности бетона на срез можно представить в виде

2Яр

кз '

где Rp - средняя прочность твердеющего бетона на растяжение в рассматриваемый момент времени; кз -коэффициент запаса, который следует устанавливать на основании фактических данных по вариации прочности бетона. В общем случае его можно назначать с учетом снижения средней прочности бетона до расчетного значения.

В результате выполненных исследований установлена зависимость напряжений оср от основных влияющих факторов.

Зависимость напряжений среза от давления све-жеуложенного бетона можно представить в виде линейной функции (рис. 1), а от отношения G0/G1, где G0 - модуль сдвига пород массива, G1 - модуль сдвига бетона, и от высоты опорного слоя - в виде степенных функций (рис. 2, 3).

on

О 1 1

0.09

0.07

0.05

0,07

0,09

0.11

ОЛЗ

Р МПа

Рис. 1. Зависимость напряжений оср от давления свежеуложенного бетона

аср, МПа

аср, МПа

0,9 1,4 1,9 2,4 2.9 3.4 GqG Рис. 2. Зависимость напряжений аср от отношения G0/G1 аср, МПа

0,011

0,001

0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 м

Рис. 3. Зависимость напряжений от высоты опорного слоя

На основании обработки данных получена корреляционная зависимость по определению напряжений среза в бетоне опорного слоя:

Поступила в редакцию

- при диаметре ствола в свету D^ = 6,0 м

\ 0,107

аср =

1,1028(G0 /G1 )0, (0,985P + 0,0001)

- при Dсв = 7,0 м

h

1,1057 (G0 / G1 )0,1 (0,985P + 0,0011)

1,1545

1,141

h

- при = 8,0 м

1,1055h q,1071 (1,0035P + 0,0004)

ср (О0/ о, /*1503

Средний коэффициент корреляции составил 0,991, максимальное отклонение результатов вычислений не превышает 5,43 %.

Зависимость позволяет выполнять оценку прочности бетона опорного слоя крепи согласно условию (1) при наличии фактических данных о прочностных свойствах бетона в раннем возрасте.

Литература

1. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. М., 2000. 76 с.

2. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов / В.М. Бондаренко, Р.О. Бакиров, В.Г. Назаренко [и др]; Под ред. В.М. Бондаренко. М., 2002. 876 с.

5 декабря 2008 г.

Меренкова Наталья Владимировна - аспирант, кафедра «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8(863)62-22-71-60. E-mail mspleschko@rambler.ru

Merenkova Nataliya Vladimirovna - post-graduate student, department «Undeground, industrial, civil engineering and building materials», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8(863)62-22-71-60. E-mail mspleschko@rambler.ru