» » Профильные перекрытия

Профильные перекрытия

30.08.2016

Кроме верхняков вполне определенной конструкции и длины, в качестве перекрытий кровли очистных забоев могут использоваться стеклопластиковые сортаменты (балки) различного профиля и длины. ИГД им. А.А. Скочинского для этих целей предложены и опробованы профили, изготавливаемые методом непрерывной протяжки из стекложгутов. Была разработана и изготовлена опытно-промышленная партия перекрытий, профиль которых близок к наполненному тавру.
В конструкции перекрытий такие тавры складывались полками друг к другу (рис. 7.5), а для повышения их жесткости и устойчивости между ними по всей длине вставлялась стальная пластина 2. В качестве перекрытий шахтной крепи изготавливали протяжные профили сечением 23 см2, длиной по 2—3 м. Схема установки перекрытий и подпора их стойками к кровле видны из рис. 7.5.
Профильные перекрытия

Изготовление балок производилось на установке ЭМ-154А. В качестве исходных материалов приняты стекложгуты и связующее на основе полиэфирной смолы НПС-609-27с горячего отверждения. Испытания таких перекрытий на шахтах Челябинского бассейна, проведенные совместно с институтом НИИОГР, позволили определить область эффективного применения профильных перекрытий: 1) для крепления кровли очистных забоев тонких пластов (до 1 м); 2) на пластах средней мощности при использовании стоек с податливыми опорами.
Для оценки несущей способности стеклопластиковых перекрытий в ИГД им. А.А. Скочинского разработана методика их расчета на прочность. Методика основана на гипотезе неплоских сечений А.В. Верховского и учитывает анизотропию материала и специфику стеклопластика. Расчет сводится к определению касательных и нормальных напряжений в наиболее опасных точках профиля и сравнению этих напряжений с допускаемыми (рис. 7.5). При этом учитывается, что для стеклопластиковых балок вид разрушения определяется относительными размерами конструкции, структурой армирования, а также разбросом пределов прочности на растяжение (сжатие) и сдвиг.
Б.И. Чечельницким получена зависимость, учитывающая влияние анизотропии упругих свойств материала на распределение касательных напряжений т в сечении балки из стеклопластика:
Профильные перекрытия

где τ — касательные напряжения изгиба, МПа; Q — поперечная сила, Н; Sx — статический момент инерции, см3; Ix — осевой момент инерции, см4; φ, α и х, а1, а2 — угловые (град) и линейные (см) координаты сечения соответственно (рис. 7.5);
Профильные перекрытия

где с = G0/G450 — модульный коэффициент; G0 и G450 — модули сдвига для продольного и диагонального армирования соответственно, МПа.
Оценку работоспособности перекрытий предложено выполнять из условий
Профильные перекрытия

где σэкв — эквивалентное напряжение, определяемое с использованием обобщенного критерия прочности анизотропных материалов; [σ] и [τ] — допускаемые напряжения:
Профильные перекрытия

где nσ, nτ — коэффициенты запаса прочности при действии нормальных и касательных напряжений изгиба, учитывающие влияние технологии изготовления, ползучести, неоднородности свойств и масштабного фактора.
Для плоского напряженного состояния обобщенный критерий имеет вид
Профильные перекрытия

где σ0с и σ0и — прочность при сжатии и изгибе соответственно, МПа; τ0 — прочность при сдвиге, МПа; σ и τ — действующие нормальные и касательные напряжения соответственно, МПа.
При назначении коэффициентов запаса прочности стеклопластиковых перекрытий учитываются только те факторы, которые определяют их работу в качестве несущих элементов шахтной крепи:
Профильные перекрытия

где k1σ...,4, к1,2,3τ — частные коэффициенты, учитывающие разориентацию волокон, ползучесть, неоднородность материала и масштабный эффект при действии нормальных и касательных напряжений. Эти коэффициенты определяются по результатам массовых испытаний на изгиб образцов и модельных балок из стеклопластика.
Профильные перекрытия

где а11, а16 — коэффициенты упругой анизотропии; х, у — координаты точки сечения, см; P — поперечная сила, кН; I — момент инерции сечения, см*; h — высота сечения, см.
На основе анализа статистических данных о прочности балок из стеклопластика АГ-4НС установлен наиболее опасный вид напряжений для балок с различными относительными размерами. Так, при отношении Н/L>0,09 (H и L — высота и длина балки) разрушение происходит от касательных напряжений изгиба. Исходя из этого для стеклопластиковых балок с соотношением H/L>0,09 достаточно определить касательные напряжения т по формуле (7.2) в точках вблизи нейтральной оси и сравнить полученные значения с [τ].
Для относительно длинных перекрытий (H/L≪0,09) в крайних точках сечения по формуле (7.4) определяются нормальные напряжения, а в промежуточных точках А, В по формуле (7.3) — эквивалентные σэкв, для которых т вычисляют по формуле (7.2). Сравнение полученных результатов с [σ] позволяет судить о работоспособности конструкции.