Διάλεξη 5η Ήλωση πετρωμάτων

Transcript

1 Εργαστήριο Τεχνολογίας ιάνοιξης Σηράγγων, ΕΜΠ Διάλεξη 5η Ήλωση πετρωμάτων ομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών Β12 Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Α.Ι. Σοφιανός

2 Ιστορία 1870 Μεταλλωρύχοι ανέπτυξαν τη μέθοδο 1922 Εξασφάλιση της ευστάθειας 1960 Βασικό στοιχείο της NATM Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 2

3 Δράση Έλεγχος συγκλίσεων Παρεμπόδιση χαλάρωσης στρωμάτων Προένταση της βραχομάζας Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 3

4 Τύποι ήλων Βλήτρα Αγκύρια Κοχλίες Συνθλιβόμενες ράβδοι Διογκούμενες ράβδοι Καλώδια Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 4

5 Υλικό κατασκευής Ξύλο Ίνες γυαλιού Χάλυβας Πολυεστερικές ρητίνες Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 5

6 Πλεονεκτήματα Ευέλικτοι, προσαρμόζονται σε κάθε γεωμετρία Συνήθως εύκολοι στην τοποθέτηση Σχετικά φθηνοί Έχουν δυνατότητα πλήρως εκμηχανισμένης εγκατάστασης Έγκαιρη τοποθέτηση υνατότητα αυξομείωσης της πυκνότητάς τους Συνδυάζονται με άλλα μέτρα Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 6

7 Σύστημα ενίσχυσης Πέτρωμα Στοιχείο Εσωτερική σύνδεση Εξωτερική σύνδεση Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 7

8 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.) Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 8

9 DMFC Σημειακή σύζευξη με τριβή Σημειακή σύζευξη με συγκόλληση Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 9

10 Ήλος με εγκοπή και σφήνα P=F t q(inα+μcoα) μ=tanφ (= κ q) Παράδειγμα: tanφ=0.28, q=20mpa Α=2 ο, F t =0.0025m 2 P=15.7kN Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 10

11 Αγκύρια διαστελλόμενου άκρου ή αναπτυσσόμενου κελύφους (σημειακής πάκτωσης) Ποιότητα χάλυβα (διαρροή) 700MPa ιάμετρος (ονομαστική) 16mm Φορτίο διαρροής χάλυβα 140kN Φορτίο θραύσης 180kN Οριακή παραμόρφωση 14% Μάζα δίχως πλάκα & περικόχλιο2kg/m ιάμετρος διατρήματος 35-38mm Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 11

12 Αναπτυσσόμενο κέλυφος Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 12

13 Όψεις ήλων διαστελλόμενου κελύφους Σύνδεσμος Σφήνα Διαστελλόμενο κέλυφος Διαστελλόμενο κέλυφος Περικόχλιο στήριξης Σφήνα Ήλος Ήλος με τετράγωνη κεφαλή και εν θερμώ κατεργασμένη ροδέλα (ένα τεμάχιο) Ήλος Πλάκα έδρασης ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Σκληρυμένη ροδέλα ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Περικόχλιο ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 13

14 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 Δρώσες δυνάμεις Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 14

15 Ραβδοχάλυβας ψυχρής έλασης Κολλάρο ώσης Σφράγιση με αφρώδες ελαστικό Χαλύβδινο κολλάρο Πάκτωση του άκρου με ένεμα Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Σκληρυμένη ροδέλα ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Περικόχλιο ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 15

16 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 Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 16

17 Διάγραμμα εξόλκευσης Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 17 ( ) ( ) b b eb e e t eb eb E d l dt du Q Q Q T T u u u u Q = = = = π

18 Δυστροπία ανοίγματος και ήλωσης Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 18 ( ) + = + = = = = = = = = = = = = Q E d l Q Q Q k R k R dp d dt d Q T p k R dp d k R dp d G k k R G R dp d R G p p b b l c e l c t l c b l c b l c b b b b t l c b b b b b R R i i i o i ; 2 2 π δ δ δ δ δ δ

19 Προσφερόμενη μέγιστη πίεση Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 19 + = = Q E d l R Q R k b b l c t l c b π l c bf b T p = max Μαζί με τη γνώση της δυστροπίας που ορίζεται από τη παρακάτω σχέση, ορίζουν τη συμπεριφορά της ήλωσης

20 Αλληλεπίδραση πετρώματος ήλωσης p i p o p bmax K b /R k R /R p o R/2G δ i Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 20

21 CMC Συγκολλημένοι με τσιμεντένεμα Συγκολλημένοι με ρητίνη Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 21

22 Ήλοι πλήρως συγκολλημένοι (πλήρους πάκτωσης) Τυπικά στοιχεία ράβδου fu=570mpa, dn=20mm, Fy=120kN, Fu=180kN εu=15%, μάζα:2.6kg/m, διάτρημα: 35+/-5mm Τυπικά στοιχεία ράβδου fu=1100mpa, dn=20mm, Fy=283kN, Fu=345kN εu=9.5%, μάζα:2.6kg/m, διάτρημα: 35+/-3mm Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 22

23 Σφαιρική μύτη Διάτρητο περίβλημα γομωμένο με κονίαμα Ήλοι Ραβδοχάλυβας ψυχρής έλασης τύπου PERFO Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Σκληρυμένη ροδέλα ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Περικόχλιο ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 23

24 Ήλοι ενεματούμενοι μετά την τοποθέτηση Λεπτυνόμενο πώμα Διαστελλόμενο κέλυφος Διαστελλόμενο κέλυφος Κολλάρο ώσης Σφήνα Σωλήνα διόδου ενέματος Ήλος με διαμήκη οπή Σφράγιση με ταχείας πήξης κονίαμα Λείος ήλος Σφράγιση με ταχείας πήξης κονίαμα Σωλήνισκος ενέματος ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Σκληρυμένη ροδέλα Σωληνίσκος ενέματος ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Σκληρυμένη ροδέλα Περικόχλιο Περικόχλιο ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 24

25 Φυσίγγιο κονιάματος πολυεστερικής ρητίνης Πιεσμένο στη ροδέλα Σφράγιση με ταχείας πήξης κονίαμα Σωληνίσκος διόδου ενέματος Ραβδοχάλυβας απλός ή ψυχρής έλασης Κάτοψη φραγμού ρητίνης Πλάκα έδρασης Λοξότμητες ροδέλες Συνδυασμός ενεμάτων ρητίνης και τσιμέντου ΟΨΗ ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Κοντός σωληνίσκος ενέματος Σκληρυμένη ροδέλα Περικόχλιο ΑΝΑΠΤΥΓΜΕΝΗ ΟΨΗ Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 25

26 Συρματόσχοινα Τυπικά στοιχεία: fu=1770mpa, dn=28mm, Fy=500kN, Fu=500kN εu=3%, μάζα=3.1kg/m διάτρημα:>35mm Πλεονεκτήματα Φθηνό Τοποθετείται σε οποιοδήποτε μήκος μέσα σε στενά ανοίγματα Αναλαμβάνει μεγάλα φορτία Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 26

27 Τάσεις σε απειροστό μήκος της ήλωσης Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 27

28 Διατμητική τάση Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 28

29 Κατανομή της αξονικής τάσης κατά μήκος ήλου ολόσωμης πάκτωσης. Πάνω: Δοκιμή εξόλκευσης, (a) Χαμηλή φόρτιση, (b) Υψηλή φόρτιση. Κάτω: Επί τόπου ήλος σε λειτουργία. Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 29

30 CFC Ήλοι τριβής Διογκούμενοι ή Συνθλιβόμενοι Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 30

31 Ήλοι τριβής (πλήρους πάκτωσης) Συνθλιβόμενος π.χ. : dn=39mm,fmin=90kn, Ftyp=130kN,εu=16% Μάζα=1.8kg/m, l=0.9-3m, dδ=35-38mm ιογκούμενος π.χ. : dn=41mm,t=2mm,fy=100kn,εu=10% Μάζα=2kg/m, dδ=35-39mm Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 31

32 Ήλοι τύπου SWELLEX. Πριν και μετά την εισπίεση νερού Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 32

33 Δέσμη ήλων SWELLEX Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 33

34 Ήλος τύπου SPLIT SET Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 34

35 Πλάκες και περικόχλια Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 35

36 Σταθεροποίηση τεμαχών πετρώματος N=WxFS/B, 2<FS<5 N=W(FS. inβ-coβ. tanφ)-ca]/ [B(coα. tanφ+fs. inα)] 1.5<FS<3 Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 36

37 Αντίδραση αγκυρίου στην ολίσθηση σφήνας Σχεδιασμός Υπογείων Έργων Ήλωση πετρωμάτων 37