Διάλεξη 2η Ενεργητικοί ήλοι σημειακής πάκτωσης

Transcript

1 Διάλεξη 2η Ενεργητικοί ήλοι σημειακής πάκτωσης Μέτρα Υποστήριξης Σηράγγων ΔΠΜΣ: Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπογείων Έργων Α.Ι. Σοφιανός, 1

2 (1) Γενικά Ιστορία 1870 Μεταλλωρύχοι ανέπτυξαν τη μέθοδο 1922 Εξασφάλιση της ευστάθειας 1960 Βασικό στοιχείο της NATM 2

3 Δράση Έλεγχος συγκλίσεων Παρεμπόδιση χαλάρωσης στρωμάτων Προένταση της βραχομάζας 3

4 Τύποι ήλων Βλήτρα Αγκύρια Κοχλίες Συνθλιβόμενες ράβδοι Διογκούμενες ράβδοι Καλώδια 4

5 Πλεονεκτήματα Ευέλικτοι, προσαρμόζονται σε κάθε γεωμετρία Συνήθως εύκολοι στην τοποθέτηση Σχετικά φθηνοί Έχουν δυνατότητα πλήρως εκμηχανισμένης εγκατάστασης Έγκαιρη τοποθέτηση Δυνατότητα αυξομείωσης της πυκνότητάς τους Συνδυάζονται με άλλα μέτρα 5

6 Παράδειγμα σποραδικής ήλωσης 7

7 (2) Σύστημα ενίσχυσης Πέτρωμα Στοιχείο Εσωτερική σύνδεση Εξωτερική σύνδεση 8

8 Πέτρωμα Κερματισμένο, από πού έως ολίγον 9

9 Στοιχείο Υλικό κατασκευής Ξύλο Ίνες γυαλιού Χάλυβας Πολυεστερικές ρητίνες 10

10 Εξωτερική σύζευξη Πλάκες και περικόχλια 11

11 Παρελκόμενος Εξοπλισμός Απλών Ήλων Βράχου. Χαλύβδινα Πλακίδια Έδρασης (Washer Plates). Οι διαστάσεις των πλακιδίων είναι 120x120 mm, 140x140 mm, 150x150 mm, 200x200mm. Το πάχος μπορεί να είναι 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15mm.

12 Ημισφαιρικές Έδρες (Hemispherical Seats) Εξάγωνα Περικόχλια Η ημισφαιρική έδρα επιτρέπει καλύτερη εφαρμογή του πλακιδίου στο πέτρωμα ανεξάρτητα από την διεύθυνση του διατρήματος και παράλληλα εξασφαλίζει την ομοιόμορφη διανομή των φορτίων του πλακιδίου. Τα εξάγωνα περικόχλια είναι βαρέος τύπου και εξασφαλίζουν την παραλαβή φορτίων τουλάχιστον όσο είναι το συνολικό φορτίο θραύσης της ράβδου στην περιοχή του σπειρώματος (που αποτελεί συνήθως το πιο ασθενές σημείο).

13 Διάκριση με βάση τη σύζευξη πετρώματος - ήλου DMFC: Ασυνεχούς (πάκτωσης ή) σύζευξης μηχανικής ή τριβής (με διαστελλόμενο ή συγκολλούμενο άκρο). Με ή χωρίς τάνυση CMC: Συνεχούς μηχανικής (πάκτωσης ή) σύζευξης (με τσιμέντο ή ρητίνη). Με ή χωρίς τάνυση CFC: Συνεχούς (πάκτωσης ή) σύζευξης τριβής (με σύνθλιψη ή διόγκωση του ήλου.) 14

14 Εσωτερική στήριξη 15

15 Ενεργητικοί ήλοι DMFC Σημειακή σύζευξη με τριβή Σημειακή σύζευξη με συγκόλληση 16

16 Μοντέλο του Lang (1961) 17

17 Γέμισμα με χαλίκια 18

18 Η πλάκα από χαλίκια 19

19 Ο φορέας από οπλισμένα χαλίκια 20

20 Ήλος με εγκοπή και σφήνα P=F t q(sinα+μcosα) μ=tanφ (= κ q) Παράδειγμα: tanφ=0.28, q=20mpa Α=2 ο, F t =0.0025m 2 P=15.7kN 21

21 Αγκύρια διαστελλόμενου άκρου ή αναπτυσσόμενου κελύφους (σημειακής πάκτωσης) Ποιότητα χάλυβα (διαρροή) 700MPa Διάμετρος (ονομαστική) 16mm Φορτίο διαρροής χάλυβα 140kN Φορτίο θραύσης 180kN Οριακή παραμόρφωση 14% Μάζα δίχως πλάκα & περικόχλιο2kg/m Διάμετρος διατρήματος 35-38mm 22

22 Αναπτυσσόμενο κέλυφος 23

23 Όψεις ήλων διαστελλόμενου κελύφους 24

24 Δρώσες δυνάμεις P=n. μ. q u. F t Παράδειγμα αντίστασης αγκύρωσης Κοχλίας με τέσσερα κελύφη, εμβαδού F t =5cm 2 έκαστο, σε πέτρωμα με q u =20MPa. Ο συντελεστής τριβής μ=0.28. P=11.2kN 25

25 Ήλοι σημειακής πάκτωσης 26

26 Πάκτωση του άκρου με ένεμα 27

27 Ήλος CT Διάτρηση: Οπή 44 51mm Μήκος διατρήματος 100mm μακρύτερο από ήλο Τοποθέτηση Εισαγωγή στο διάτρημα Ενεμάτωση 28

28 Ράβδος ολόσωμου σπειρώματος ELEBAR - G

29 Ήλοι ενεματούμενοι μετά την τοποθέτηση 31

30 Τοποθέτηση ήλου σημειακής και πλήρους πάκτωσης 32

31 Ρητίνες ταχείας και βραδείας πήξης 33

32 Συνδυασμός ενεμάτων ρητίνης και τσιμέντου 34

33 (3) Τάνυση 35

34 Τοποθέτηση αγκυρίων Χειρονακτική τάνυση αγκυρίου διαστελλομένου άκρου Τοποθέτηση και υδραυλική τάνυση συγκολλημένου αγκυρίου 36

35 Ροπή στρέψης και τάνυση M T N d = (tani 2 + 2tan φ ) 37

36 Συντελεστής C b M b = N b d 2 C b = N b = M b tan i + 2 tan φ 2 d ttt i + 2 ttt φ C b d = 2 ttt i + 2 ttt φ

37 Πειραματικός προσδιορισμός του C b 39

38 Απαιτούμενη ροπή Τάνυση R=100kN Δίνονται κλίση σπειρώματος i=2.5 o Διάμετρος ήλου d=25mm Γωνία τριβής χαλύβδινων στοιχείων φ=16 ο Απαιτούμενη ροπή M=(Rd/2)(tani+2tanφ)= 771Nm 40

39 (4) Μηχανική λειτουργία Σύγκλιση αποτόνωση Αντίσταση στην ολίσθηση ασυνεχειών Ισοδύναμη υποστήριξη τόξου 41

40 Ενδοτικότητα ήλωσης Δυνάμεθα να θεωρήσουμε ότι η μήκυνση του ήλου είναι το άθροισμα της μήκυνσης του στελέχους και της παραμόρφωσης των επιμέρους στοιχείων του. Η ολική ενδοτικότητα Q t του ήλου δύναται να θεωρηθεί επομένως ως το άθροισμα της ενδοτικότητας Q e του στελέχους και της ενδοτικότητας Q r των επιμέρους στοιχείων του. 42

41 43 Διάγραμμα εξόλκευσης ( ) ( ) b b eb e e t eb eb r E d l dt du Q Q Q T T u u u u Q = = = = π

42 44 Προσφερόμενη πίεση και δυστροπία σε κυκλικό άνοιγμα + = = r b b l c t l c b Q E d l R s s Q R s s k π l c bf sb s s T p = max t l c b b l c b b b sb l c Q s s R du dt s s R k du R k dp s s dt 1 = = = = l c b sb s s T p =

43 Συνολική δράση ήλου (α) Δράση βλήτρου Δύναμη R 1 (β) Αύξηση της ορθής δύναμης ως αποτέλεσματης προέντασης Δύναμη R 2 (γ) Αύξηση της ορθής τάσης ως αποτέλεσμα της διαστολής της ασυνέχειας Δύναμη R 3 (δ) Αύξηση της ορθής δύναμης ως αποτέλεσμα μήκυνσης του ήλου Δύναμη R 4 (ε) Αύξηση της διατμητικής αντίστασης λόγω της συνιστώσας δύναμης του ήλου στη διεύθυνση κίνησης Δύναμη R 5 45

44 Τσιμενταρισμένος ήλος σε διάτμηση 46

45 Συνεισφορά διαφόρων αντιδράσεων λόγω του ήλου στη διατμητική αντοχή ασυνέχειας 47

46 Ισοδύναμη υποστήριξη τόξου Bischoff & Smart (1975) Δσ 3 =P b /s 2 b Δσ 1 =Δσ 3 tan 2 (45+φ/2) Ισοδύναμη υποστήριξη τόξου ΔΤ: ΔΤ=Δσ 1. t=σ s. A s /S s t=l-s b t: Το πάχος της θλιβόμενης ζώνης σ s, A s : Τάση διαρροής και διατομή τόξων S s : Διαμήκης απόσταση τόξων 48

47 (5) Εφαρμογές 49

48 Σταθεροποίηση τεμαχών πετρώματος N=WxFS/B, 2<FS<5 50

49 Παράδειγμα ήλωσης ογκοτεμαχισμένου πετρώματος 51

50 Λειτουργία αψίδας Ανάρτηση L/s=2, s<3e, 0.5B<T<0.8B Ενίσχυση 52

51 Παράδειγμα ήλωσης σε περιοχή έντονης θλίψης 53

52 54 Αντίδραση αγκυρίου στην ολίσθηση σφήνας φ β β φ ) tan sin( ) cos( ) tan cos sin ( = a a P a a n P c a P a a P a P T R R R T R n c a s a sin ] ) tan sin( ) [cos( tan cos 2 1 φ β β φ = + + = Σ =

53 Αντενδείξεις ηλώσεων διαστελλόμενου άκρου Σε μαλακά πετρώματα Κοντά σε ανατινάξεις Για μόνιμη λειτουργία εκτός αν περιβάλλεται από κονίαμα Κοντά σε προχωρούντα μέτωπα όπου έχουμε μεγάλες μετακινήσεις Σε θέσεις υψηλών τάσεων όπου ενέχεται κίνδυνος ακαριαίας θραύσης Όπου δεν μπορεί να μετρηθεί η τάνυση Όπου απαιτείται αντίσταση σε διάτμηση Σε σκληρά πετρώματα Σε κατακερματισμένα πετρώματα 55