Лекция 8. Расчет параметров крепей горных выработок

1. Предельные состояния крепей горных выработок

Предельными состояниями крепи называются такие состояния, при достижении которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям. На крепи горных выработок распространяются общие принципы расчета конструкций по предельным состоянием, установленные строительными нормами и правилами.

Установлены две группы предельных состояний: по потере несущей способности и по пригодности к нормальной эксплуатации. Расчет по первой группе предельных состояний производится на расчетные нагрузки с учетом расчетных сопротивлений материала и имеет целью не допустить разрушения и потери устойчивости конструкции. Расчет по второй группе предельных состояний производится с учетом нормативных сопротивлений материала и имеет целью не допустить чрезмерных деформаций и перемещений конструкций, а также обеспечить в необходимых случаях ее трещиностойкость или ограничить ширину раскрытия трещин. Расчетное предельное состояние крепи выбирается в соответствии с эксплуатационными и технико- экономическими требованиями.

При расчете по предельным состояниям необходимо различать предельные состояния сечения крепи и предельные состояния конструкции крепи в целом. Если рассматривать работу крепи в условиях нарастания нагрузок от момента ее возведения до разрушения, то можно выделить ряд качественно отличающихся стадий: упругую, упругопластичную, образование трещин, пластических шарниров и, наконец, разрушение крепи. Предельные состояния сечения соответствуют переходам от одной стадии к другой и количественно характеризуются предельными значениями внутренних усилий, которые сечение способны воспринимать в той или иной стадии, причем предельные значения внутренних усилий связаны определенной зависимостью, вид которой определяется материалом крепи, формой и размерами сечения.

Однако появление предельных состояний в одном или даже нескольких сечениях не всегда приводит к исчерпыванию эксплуатационной способности крепи. Так, при появлении в отдельных сечениях трещин и пластических шарниров крепь продолжает сохранять работоспособность. При этом может происходить лишь изменение жесткости конструкции за счет выключения внутренних связей и, как следствие этого, изменение условий взаимодействия крепи с вмещающими породами.

Расчетное предельное состояние крепи зависит от целого ряда факторов, таких, как назначение выработки, срок ее службы, степень капитальности и др. Однако наибольшая нагрузка, которую способна воспринимать крепь, соответствует первому предельному состоянию, определяемому ее несущей способностью. Для крепей, в которых недопустимо образование трещин или должны быть ограничены перемещения, расчетное предельное состояние предшествует возникновению первого предельного состояния. Поэтому как наиболее общий случай рассматривают предельные состояния крепей, определяемые их несущей способностью, при этом выделяют те стадии их работы, которые могут возникать перед разрушением крепей.

Первому предельному состоянию крепи, как правило, предшествует возникновение предельных состояний в одном или нескольких ее сечениях, поэтому необходимо установить количественные критерии, определяющие предельные состояния сечений и соответствующие переходам от одной стадии работы крепи к другой, а также те изменения в расчетной схеме, которые возникают с появлением этих предельных состояний.

Для крепей из монолитного бетона, который представляет собой статически неопределенную систему, определены количественные критерии предельных состояний сечений, установлен характер потери несущей способности крепей и разработаны общие принципы расчета по предельным состояниям. Бетон обладает низкой прочностью на растяжение, поэтому, когда относительная деформация растянутой грани сечения достигает величины предельной растяжимости бетона в сечении образуется трещина.