Розрахунок штангового (анкерного) кріплення

Розрахунок анкерних конструкцій полягає у визначенні несучої здатності анкерів, їхньої довжини і щільності установки і виконується за однією із наступних розрахункових схем:

І - анкер закріплює породи, які розташовані у межах зони можливого обвалення, до стійкої зони породного масиву навколо виробки;

ІІ - анкери зміцнюють шари або структурні елементи породного масиву навколо виробки, формуючи зміцнену зону, що сприймає тиск порід.

Остання розрахункова схема хоча і відображає точніше дійсний характер роботи анкерного кріплення, більш складна у розрахунковому відношенні, вимагає більш докладних і надійних даних про властивості породного масиву і тому у цих методичних вказівках не розглядається.

Визначення параметрів штанг.Несуча здатність залізобетонного і сталеполімерного анкерів визначається опором розриву арматурного стержня у найбільш ослабленому поперечному перерізі, міцністю його закріплення у бетонній або у полімербетоні пробці та опором її зсуву відносно стінок шпура.

Несуча здатність анкера по опору розриву

, кН, (35)

де F_c – площа найбільш ослабленого поперечного перерізу стержня, м²;

R_s - розрахунковий опір матеріалу анкера розтяганню для граничного стану першої групи (для горячекатанної арматурної круглої сталі класу А-1 - R_s =225 мПа (2300 кгс/см²); для сталі класу А-3 - R_s =365 мПа (3750 кг/см²), кПа.

З умови міцності закріплення стержня у бетоні несуча здатність анкера

, кН, (36)

де d_c – діаметр стержня анкера, м;

l _з – глибина закладення стержня у бетоні (у цементному бетоні l _з =0,35 - 0,40 м, у полімерному l _з = 0,25 - 0,30 м), м;

τ_а - питомий опір зсуву стержня відносно бетону, τ_а = 4800 кПа;

K_l – поправочний коефіцієнт на довжину закладення анкера (додаток Г, таблиця Г.1).

Міцність закріплення анкера з умови його нерухомості відносно стінок шпура

, кН, (37)

де d_ш - діаметр шпура, м;

τ_сд - питомий опір зсуву бетону або полімербетона відносно стін шпура (для вапняків і сланців τ_сд відповідно складає 1500 - 2000 и 1000 - 2000 кПа при цементному бетоні, 3000 -4000 і 2000 - 2500 кПа при полімербетоні).

Нормативне значення несучої здатності залізобетонних і сталеполімерних анкерів Р_н приймається як менше із трьох значень Р, отриманих з (35-37). Для раціонального використання матеріалу стержня анкера варто підібрати глибину закладення стержня анкера у бетоні таку, щоб забезпечити умову Р_сд ≥ Р_з ≥ Р_с.

Глибина закладення замка анкера у стійку зону перевіряється з умови виривання породи по конусу, і який утворює кут 45⁰

, м, (38)

де Р_н - нормативна несуча здатність анкера, кН;

R_р – розрахунковий опір породи розриву, кПа; R_р =(0,1 - 0,85) R_ст;

R_ст - розрахунковий опір породи стисненню, кПа.

При розрахунку анкерного кріплення за 1-ою розрахунковою схемою довжина анкера

, м, (39)

где b - глибина зони можливого обвалення порід, м;

l_n - довжина виступаючої зі шпура частини анкера, що залежить від її конструкції і товщини опорно-підтримуючих елементів (l_n =0,05 - 0,2 м).

Глибина зони можливого обвалення порід для протяжних горизонтальних виробок, що споруджуються в умовах Кривбасу (рекомендація НДГРІ)

, м, (40)

де В_о – середня ширина виробки, у яких визначається типовий розмір В_о = 3,2 м.

З умови, що навантаження на кріплення складає вагу порід, що відшарувалися, у порушеній зоні, визначають щільність розміщення анкерів

, м², (41)

де П_П - коефіцієнт перевантаження (таблиця Г.2);

К_Н - коефіцієнт надійності (прийнятий для головних розкривних виробок, рівним 1,1; для інших - 1,0);

т_у - коефіцієнт умов роботи (т_у = 0,8 - 1,0).

Відстань між анкерами

, м. (42)