Стенд для исследования напряженно-деформированного состояния модели сборной крепи подземной выработки Советский патент 1988 года по МПК E21D11/00 E21C39/00 

i

(Л

со to

положены опирающаяся на шаблон испы- тьгеаемая модель крепи и нагрузочное устройство. Последнее выполнено в виде пружинно-рычажных динамометров (дм) 24 в виде рамы 25. Внутри рамы 25 расположен рычаг 26 со штифтами 27. Последние взаимодействуют с соосно сочлененными и зафиксированными на раме 25 упорами 35 и 36. На раме 25 закреплена направляющая 34, на которой установлена планка 32 с возможностью перемещения вдоль нее. Один конец рычага 26 выполнен с упором на шток 2, взаимодействующий с моделью, а второй соединен с закреп- i ленной на планке 32 пружиной 31. За- гружение модели на шаблоне ведется

при помощи ДМ 24. Упоры 35 и 36 устанавливаются в одно из трех положений I, II, III, обеспечивающих передачу усилий на штоки 2 в заданной пропорции (например, 1:3:9 или 1/3:1:3), которое требуется при заданном исследовании. Рвчаг 26 устанавливается параллельно раме 25. По направляющей 34 перемещают планку 32. Пружина 31 растягивается, увеличивая длину и до расчетного значения нагрузки от контактного (горного) давления. Загружение модели на шаблоне возможно с вариантами в зависимости от значений причины нагрузки от контактного (горного) давления. 3 ил.

Изобретение относится к горной пром-ти, в частности к лaбopaтopнo fy оборудованию для исследования моделей подземных сооружений. Пель - повышение эффективности исследования за счет увеличения режимов нагруже- ния, отвечающих различных условиям работы крепи. В корпусе 1 стенда рас

1

Изобретение относится к горной, промьшшенности, и в частности к лабораторному оборудованию Для исследования моделей подземных сооружений.

Цель изобретения - повьппение эф- фективности исследования за счет увеличения режимов нагружения, отвечаю- пцсх различным условиям работы крепи.

На фиг. 1 изображен предлагаемый стенд, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разре Б-Б на фиг. 1.

Стенд имеет корпус 1, в котором смонтировано нагрузочное устройство, состоящее из штока 2 с правой и штока 3 с левой резьбой, соединяемых муфтой 4. Головка 5 штока 3 выполнена в форме клина. На муфте 4 смонтирована подвижная опора 6 (фиг. 2). Между подвижной 6 и неподвижной 7 опорами (фиг. 3) размещена тарированная пружина 8 сжатия. Жесткость пружины подбирается в соответствии с модулем деформации или коэффициентом упругого отпора примыкающих к крепи (обделке) пород.

Для определения величин нагрузки на неподвижной опоре 7 закреплена шкала 9 с рабочим нониусом 10 и нониусом-фиксатором 11. Шток 3 опирается на модель обделки (крепи) 12 через распределительные бобышки 13

0

,

0

0

и упругие прокладки 14 (фиг. 2). Мо- дедь обделки 12 опирается на шаблон 15 (фиг. 1).

Шаблон 15 состоит из сегментов 16 и 17, к которым прикреплены опоры,11 и 19, соединенные муфтами 20 с правой и левой резьбой по концам. До приложения нагрузки сегменты 16 и 17 расположены с зазором 21 (фиг. 2). В собранном виде шаблон представляет собой прочну,ю и жесткую (без люфтов) конструкцию. Вращая муфты 20, сегменты можно сдвигать (смыкать) и раздвигать на требуемое расстояние.

Элементы сборной крепи 12 своей внутренней стороной опираются на шаблон 15 по всему его контуру, контактное давление передается с внешней стороны крепи.

Сегменты 16 и 17 разъемным соединением 22 прикреплены к диску 23, который установлен в корпусе 1 по тугой посадке, обеспечивая требуемую жесткость шаблона и предотвращение формоизменения сборной крепи во время задания контактного (горного) давления.

Шаблон нужен для того, чтобы ненагруженную модель сборной крепи можно было бы собрать с наибольшей точностью (эксцентриситетом, эллиптичностью и т.п.) и задать контактное

(г орное) давление требуемой величины в том числе аси о 1етричное, без изменения первоначально заданной формы сборной крепи (обделки).

Пружинно-рычажный динамометр 24, который состоит из рамы 25, внутри которой расположен рычаг 26 со штифтами 27, один конец рычага 26 через призму 28 опирается на шток 2, а другой посредством призмы 29 и оправки 30 соединен с пружиной 31 растяжения, закрепленной на подвижной планке 32, установленной на раме 25 с возможностью перемещения с помощью винта 33 по направляющей 34 вдоль прдольной оси пружинно-рычажного динамометра 24. На раме 25 соосно сочлененные упоры 35 и 36 установлены в одно из возможных трех положений I, II или III, строго зафиксированные н раме 25 и рычаге 26 и обеспечивающие передачу нагрузки на штоки 2 и 3 в заданной пропорции, например, 1:3:9, или 1/3:1:3, где за 1 принята вели- чина нагрузки от контактного (горног давления (фиг. 3).

Заостренный в форме клина упор 35 имеет прорезь, в которую входят запрессованные в рычаг 26 штифты 27, необходимые для строгой фиксации упора 35 и передачи нагрузки на штоки 2 и 3 в соответствующей пpoпopци.

Нормальное положение рычага 26 параллельно раме 25, на которой нанесены отметки нормального положения рычага 26. Величина прикладываемой нагрузки определяется или задается п тарировочному графику, построенному по замерам длины а растянутой пружины 31, измеряемой между подвижной планкой 32 и неподвижной пластиной 37

Работа стенда осуществляется в следующем порядке.

Вращением муфты 20 устанавливают величину зазора 21 между сегментами 16 и 17 шаблона (фиг. 2). Разъемным соединением 22 прикрепляют шаблон 15 к диску 23, последний устанавливают в корпус 1 (фиг. 1). Корпус располагают горизонтально для удобства монтажа сборной обделки. Модель обделки 12 собирают на шаблоне 15. По наружному контуру обделки 12 размещают распределительные бобышки 13 на упругих прокладках 14 (фиг. 2).

Загружение модели на шаблоне возможно, когда моделируются нагрузки, соответствующие нагрузке от контакт

0

0

.5

0

5

0

5

ного (горного) давления по всему контуру модели или на его части (например 56/57, 55/57, 54/57 и т.п.) (пер- вьш вариант); моделируются нагрузки, превышающие нагрузки от контактного (горного) давления на части контура модели (либо сосредоточенные) (второй вариант); задаются нагрузки с большей точностью, если по величине они меньше нагрузки от контактного (горного) давления на части контура модели (третий вариант) и нагрузки нет на части контура модели (четвер- Tbrfi вариант).

Загружение модели на шаблоне по первому варианту осуществляется в следующем порядке. Во всех пружинно- рычажных динамометрах 24 или расположенной на части (например 56/57, 35/57, 54/57) контура модели вывинчивают винтовой упор 36 на 10-20 мм, либо снимают упор 35. Затем каждьп шток 2 и 3 вращением муфты 4 загружают до расчетного значения нагрузки от контактного горного давления, снимаемого по шкале 9 рабочим нониусом 10, которьш перемещается по мере сжатия пружины 8. На всех шкалах устанавливают нониус-фиксатор 11 на одном уровне с рабочим нониусом 10, чтобы зафиксировать первоначально заданное распределение нагрузок от контактного (горного) давления.

Загружение модели на шаблоне по второьгу и третьему вариантам осуществляется в следующем порядке. На части контура модели, где моделируются нагрузки соответственно больше или меньше нагрузки от контактного (горного) давления, вывинчивают подвижную опору 6 к центру муфты 4, освобождая от контакта с рамой 25 неподвижную опору 7. Далее загружение ведется только пружиннорычажными динамометрами 24, у которых упоры 35 и 36 устанавливают в одно из трех положений I, II, III, обеспечивающие передачу усилий на штоки 2 и 3 в заданной пропорции, например, 1:3:9 или 1/3:1:3, в то, которое требуется при заданном исследовании (испытании) . При этом прорезь в упоре 3 должна войти в штифт 27, запрессованный в рычаге 26, а последний устанавливается в нормальное положение, т.е. параллельно раме 25 в соответствии с отметками нормального положения.

Вращения винта 33 перемещают подвижную планку 32 по направляющей 34, при этом пружина 31 растягивается, увеличивая длину а, которая измеряет ся (металлической линейкой, штангенциркулем или микрометром - в зависимости от требующейся точности измерения конкретного исследования) между подвижной ппанкой 32 и неподвижной пластиной 37 (фиг. 3) до расчетного значения нагрузки от контактного (горного) давления.

Нагрузка пружины 31 через оправку 30, призму 29 от одного конца рычага 26 через соосно сочлененные упоры 35 и 36 передаются на другой коне рычага 26, призму 28, шток 2, муфту 4, шток 3, бобьш1ки 13, подкладку 14 на модель 12 и шаблон 15 (фиг. 2 и 3

Загружение модели по четвертому варианту на шаблоне, когда нагрузки нет на части контура модели, тогда здесь штоки 2 и 3 остаются незагруженными, для этого выполняются следу ющие операции: вывинчивают подвижную опору 6 к центру муфты 4, осовбождая от контакта с рамой 25 неподвижную опору 7, вывинчивают винтовой упор 36 на 10-20 мм либо снимают упор 35.

Модель на шаблоне может быть загружена нагрузками, распределенными по любому закону, а также сосредоточенными, симметричными и асимметричными. Показан случай, когда нагрузки в вертикальном направлении имеют большую величину. Если заранее неизвестно преимущественное направление нагрузки, то используют шаблон, у которого имеется два зазора 21, расположенные в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

После полного загружения модели н шаблоне по одному из описанных вариантов или любой их комбинации корпус 1 устанавливают в вертикальное положение, например в поляризационную установку, и приступают к удалению шаблона 15, снимают все элементы разъемного соединения 22. Вращением муфты 20 сегменты 16 и 17 смыкают (сдвигают друг к другу) до их освобождения от давления, извлекают сраз весь шаблон (в направлении из плоскости модели) и диск 23.

По мере смыкания сегментов 16 и 1 шаблона 15 происходит формоизменение сборной обделки (крепи) 12 (круглая приобретает эллиптическую форму либо

5

Q

0

5

0

5

0

5

0

5

несколько отличающуюся от таковой при асимметричной нагрузке) и перерас пределение контактных давлений до возникновения состояния равновесия системы крепь-массив. При этом рабочие нониусы 10 показывают величину действующих контактных давлений.

На части контура крепи, где контактное давление стало больше первоначального, действует пассивный отпор, равный их разности: величина определяется разностью отсчетов с рабочего нониуса 10 и нониуса-фиксатора 11 .

На части контура крепи, где контактное давление стало меньше первоначального, сказывается разгружающее действие массива, окружающего крепь, и оно равно их разности: величина определяется разностью отсчетов с нониуса-фиксатора 11 и рабочего нониуса 10.

При необходимости сохранить первоначально заданную величину контактного (горного) давления или нагрузку, то по мере смыкания сегментов 16 и 17 шаблона 15 вращением муфты 4 сохраняют расположение рабочего нониуса 10 на одном уровне с нониусом- фиксатором 11, а на пружинно-рычажном динамометре 24 сохраняют нормальное положение рычага 26 также вращением муфты 4.

Если по мере смыкания сегментов 16 и 17 шаблона 15 сохранять на пружинно-рычажном динамометрах 24 нормальное положение рычага 26 вращением винта 33, а не муфтой 4, то после возникновения равновесия в системе крепь-массив по разности фактически полученной и первоначально заданной (или наоборот) длины а растянутой пружины 31 и тарировочному графику определяют нагрузки пассивного отпора (или разгружающего действия массива) .

При загружении по четвертому варианту и исследованиях напряженно-деформированного состояния сборной обделки тоннелей в процессе ликвидации пустот и выявлении оптимального давления контрольного нагнетания раствора за тоннельную обделку после снятия шаблона 15 и диска 23 ненагруженные ранее штоки 2 и 3 нагружают вращением винта 33 ступенями. Каждый

раз фиксируют величину нагрузки и как она сказывается на напряженно-деформированном состоянии модели, например по картине полос, получаемой в поляризованной установке, подсчитывая число полос интерференции или определяя разность хода компенсацией. Испытания прекращают по достижении требуемой величины нагрузки контрольно- го нагнетания или по достижении в наиболее опасном сечении модели величины напряжений, соответствующих пределу прочности натурного материала модели. Полученную величину давления считают оптимальной по данному критерию. Возможны и другие критерии для прекращения исследования (испытания) .

По любому варианту фиксация отсчетов возможна на любой стадии исследования (испытания), а соответствующие им напряженно-деформированное состояние модели фиксируют на фотопластин- ки или на экране поляризационной установки величины перемещений измеряют микроскопом или компаратором, напряжения по всему полю модели по отдельным сечениям разделяют с помощью ЭВМ, получая компоненты тензора напряжений

После выполнения исследований модель из стенда извлекают в порядке, обратном ее нагружению.

Формула изобретения

Стенд для исследования напряженно- деформированного состояния модели сборной крепи подземной выработки, включающий корпус, расположенную внутри него и опирающуюся на шаблон испытываемую модель крепи и нагрузочное устройство, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности исследования за счет увеличения режимов нагружения, отвечающих различным условиям работы крепи, нагрузочное устройство выполнено в виде пружинно-рычажных динамометров каждый из которых выполнен в виде рамы, внутри которой расположен рычаг со штифтами, взаимодействующими с соосно сочлененными и зафиксированными на раме упорами, при этом один конец рычага выполнен с упором на шток, взаимодействующий с моделью крепи, а второй соединен с пружиной, закрепленной на планке, при этом каждый динамометр имеет закрепленную на раме направляющую, на которой установлена планка с возможностью перемещения вдоль нее.

Г5

ф1/г./

А-А

WU22