Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm và câu hỏi ôn tập
NQP/CHCTN 753.3 Khung chống bằng thép 3.3.1 Khái quát. Thép đợc sử dụng ngày càng nhiều và thay thế gỗ từ cuối thể kỷ 19, bởi vì thép cho phép tạo nên các kết cấu mẫu và chế tạo trớc. Ưu điểm: Có thể chế tạo trớc, Có khả năng nhận tải ngay, nếu tiếp xúc với khối đá, Có thể lắp dựng thẳng đứng hoặc nghiêng so với gơng đào tùy theo yêu cầu. Nhợc điểm: Lắp dựng khó khăn, khi sử dụng loại thép hình nặng, Mức độ linh động kém (khó thay đổi hình dạng và kích thớc tại vị trí thi công), Trong nhiều trờng hợp phải đặt hàng trớc, mất nhiều thời gian. Thép hình. Nói chung trong xây dựng công trình ngầm mỏ và dân dụng thờng sử dụng một số loại thép hình đặc biệt, ngoài những loại thép hình thông thờng trong xây dựng. Trên hình là một số ví dụ về các loại thép hình thông dụng trong xây dựng công trình ngầm. Thép đờng ray Thép chữ I Thép lòng mo Thép hình chuông Thép lòng máng Thép hình lòng mo Thép tròn Thép chữ U Thép ống Thép hình sao Thép chữ H NQP/CHCTN 763.3.2 Các loại khung thép trong xây dựng mỏ và công trình ngầm Khung thép có thể chế tạo trực tiếp từ thép hình, nhng cũng có thể đợc chế tạo bằng cách hàn ghép, kết nối từ các loại thép tròn có đờng kính khác nhau. Do vậy trong thực tế thờng phân biệt khung thép hình và khung thép tổ hợp ( Hình ). Hình dạng và kích thớc của các khung chống thép hình đợc chế tạo tùy theo hình dạng tiết diện của khoảng trống đợc khai đào. Vì vậy các khung chống bằng thép đợc chế tạo trớc theo kích thớc, tuy nhiên trong ngành khai thác mỏ hầm lò cũng thờng sử dụng các khung chống mẫu hay tiêu chuẩn theo các thiết kế mẫu. 3.3.3 Khung thép hình Thông thờng, để thuận tiện và nhẹ nhàng khi sử dụng, các khung chống bằng thép đợc chia ra nhiều đoạn. Tùy theo tính năng và yêu cầu các mối nối có thể đợc chế tạo hay gia công ở các dạng khác nhau. Trong thực tế phân biệt các mối nối cứng hay khớp cứng, và mối nối linh hoạt hay khớp linh hoạt. Mối nối linh hoạt lại đợc phân ra hai loại là khớp trợt và khớp xoay. Khớp cứng thờng ở dạng liên kết bản đệm hay mặt bích, nối cứng với nhau bằng đinh ốc hoặc then, chốt. Khung chống khớp cứng thờng đợc sử dụng cho các đờng lò đá trong ngành mỏ. Trong xây dựng công trình ngầm Khung thép hình và khung thép tổ hợp NQP/CHCTN 77khung khớp cứng đợc sử dụng làm khung chống tạm khi gặp các khối đá dễ tróc lớp hay sập lở và sau đó trở thành cốt cứng trong vỏ chống cố định. Tuy nhiên ngày nay khung thép tổ hợp ngày càng đợc sử dụng rộng rãi, thay thế cho loại khung cứng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng với các lý do khác nhau, sẽ đề cập trong mục khung thép tổ hợp. xà thépbản đệm cột thép thanh khung chữ I đệmốc vítTấm đệm lợn sóng theo Froehlich và Schmidt 1963Mối nối dạng chốt cứng theo Spruth 1959 Chốt móc theo Froehlich và Schmidt 1963 Tấm đệm dạng chữ U theo Spruth 1959 Cấu tạo tấm đệm cong NQP/CHCTN 78Khớp trợt là khớp nối cho phép hai đọan khung nối với nhau có thể trợt lồng vào nhau (hay trợt chồng lên nhau) một đoạn xác định. Khớp trợt đợc tạo nên theo nguyên lý ma sát nên còn gọi là khớp ma sát và trong thực tế có khá nhiều dạng khác nhau (Hình ). Khớp trợt hạn chế hay cũng còn gọi là khớp linh hoạt hạn chế thờng đợc sử dụng khi khung thép đợc chế tạo từ thép chữ I; hai đoạn khung đợc kết nối trong hộp trợt với đoạn đờng trợt khoảng 200 đến 400mm (đơng nhiên cũng có trờng hợp đến 600mm, song khi đó khả năng chống uốn của khung bị giảm đi). Khớp trợt thờng đợc sử dụng cho các khung chống thép tại các đờng lò trong ngành mỏ khi gặp các trờng hợp khối đá có biến dạng lớn (ví dụ gần khu vực khai thác, lò chuẩn bị) hoặc trong xây dựng công trình ngầm, khi trong khối đá xuất hiện biến dạng dẻo. Khung chống có khớp trợt hay ma sát thờng đợc gọi là khung trợt, khung ma sát hay khung chống linh hoạt kích thớc. khớp trợt nối bằng gông thép tròn Khớp trợt gông bằng thép tấm, bắt vít hoặc cài then khớp ma sát, sử dụng thép tấm gông thép tròn có móc kéo gông tròn với bản đệm đúc, cán trớc NQP/CHCTN 79 Khớp trợt cài thenkhớp trợt hạn chế, khung thép chữ I Hộp trợt Gerlach, theo Gimm 1959 Hớng dịch chuyển chínhSơ đồ mô phỏng tính năng của khung chống thép ba thanh (hai khớp) linh hoạt kích thớc Theo Schuermann 1963 NQP/CHCTN 80 Khớp xoay là mối nối cho phép kết cấu có thể xoay quanh khớp ở mức độ nhất định. Khung chống có khớp xoay, thờng gọi ngắn là khung chống khớp có thể biến hình hay khung chống linh hoạt hình dạng, nghĩa là có thể tự điều khiển để thích ứng với biến dạng của khối đá mà ít gây ra biến dạng trong từng đoạn của khung. Khung chống càng nhiều khớp thì các đoạn càng ngắn và tác động gây uốn càng nhỏ. Tuy nhiên số lợng khớp cũng có giới hạn và thờng không quá 3. Khi sử dụng nhiều khớp hơn sẽ có thể dẫn đến khả năng nguy hiểm là ba khớp nào đó có thể nằm trên một đờng thẳng, trong quá trình biến dạng, dẫn đến khung mất ổn định. Thông thờng khi sử dụng khung dạng khớp bao giờ cũng có một khớp trên nóc, có thể đợc bố trí chính giữa nóc đờng hầm và tại vị trí nằm giữa nóc và sờn đờng hầm. Khung chống khớp bốn đoạn, thờng có dạng đối xứng, có thêm hai khớp phía sờn đờng hầm, để nối đoạn khung nóc hay xà nóc với các cột. Dạng Vị trí khớp hợp lý thuỳ thuộc và hớng tác động của áp lực, theo Voss 1962 Hớng áp lựcHoạt động của khớp khi áp lực lệch NQP/CHCTN 81khung không đối xứng thờng chỉ có thêm một hoặc không có khớp sờn, ngoài khớp nóc. Thông thờng các khớp (làm bằng thanh gỗ cứng, dài) cũng có vai trò làm thìu dọc, liên kết các khung riêng rẽ với nhau. Các loại khớp thép tròn, dời khớp nối bắt vít khớp nối hai chốt Các loại khớp thép, chốt cứng NQP/CHCTN 82 Nhằm phát huy những u điểm và khắc phục các hạn chế của các loại khung với cácdạng khớp nối khác nhau đã xuất hiện ý tởng về một loại khung vạn năng Lắp dựng. Khung thép hình đợc lắp dựng ngay sau khi tạo ra khoảng trống ngầm. Các trang bị hỗ trợ nh sàn công tác, giá lắp dựng đợc chế tạo và sử dụng để có thể lắp dựng nhẹ nhàng, ngay cả khi các đoạn khung dài và nặng. Cũng vì vậysố lợng các mối nối không cần thiết sẽ đợc giảm đi . Khung chống vạn năng và dạng mối nối Một số khung khớp sử dụng trong khai thác mỏ có thìu dọc NQP/CHCTN 83Để tạo ra độ cứng vững cho hệ khung dọc theo trục công trình ngầm đợc tạo nên nhờ các kết cấu văng và giằng. Văng và giằng không chỉ giữ cho các khung thép có thể ổn định mà có khả năng chịu nén, kéo ngay cả khi không phun vữa hoặc chèn. Thông thờng các văng gỗ có khả năng chịu nén, còn các giằng thép tấm hoặc tròn có khả năng chịu kéo. Cũng cần lu ý rằng, tại công trờng có khi sử dụng phơng pháp hàn để kết nối các khung thép, nhng cũng cần nhận thức rằng qua đó sẽ làm giảm khả năng chịu tải của loại thép chất lợng cao đã qua quá trình tôi, ủ. Vì vậy, trong điều kiện cho phép nên chuẩn bị hay đặt mua sẵn các kết cấu thép có cả hai chức năng giằng và văng. Khi sử dụng khung thép kết hợp với bê tông phun, các kết cấu giằng và văng bằng thép có thể tháo để sử dụng lại sau khỏang thời gian nhất định. Ưu điểm về khả năng chịu tải ngay của khung thép sẽ đợc khai thác, nếu nh kịp thời đệm đợc tốt các chân khung. Nói chung các chân khung thép có thể đệm bằng gỗ tà vẹt, các tấm gỗ cứng hoặc chính bằng các đoạn ngắn thép hình. Khung thép cũng có thể đợc chôn sâu vào khói đá. Tiếp xúc với khối đá có thể đạt đợc bằng cách chèn, nêm hoặc kích ép khung về phía khối đá. Tuy nhiên trong thực tế cho thấy ở các mỏ hầm lò nếu chỉ sử dụng nêm gỗ cũng nh chèn bằng đá đã không tạo nên tiếp xúc đều trên toàn bộ chiều dài khung thép, gây ra ứng suất tập trung. Tiếp xúc tốt nhất đạt đợc khi sử dụng bê tông phun tạo liên kết giữa khối đá và khung thép. Trên hình cho thấy các khả năng kết hợp sử dụng khung thép và bê tông phun cũng nh nbê tông phun sợi thép. Đơng nhiên phơng thức này hiện tại mới chỉ đợc sử dụng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng và công nghiệp. NQP/CHCTN 84Trong ngành mỏ trên thế giới và ở Việt Nam, khung chống thép thờng đợc chèn chặt bằng các tấm bê tông lới thép đúc sẵn và đá, đôi khi cũng sử dụng cả chèn gỗ. Cũng vì vậy các khung thép lòng mo hay lòng máng thờng đợc lắp dựng theo nguyên tắc khác nhau trong ngành mỏ và trong xây dựng công trình ngầm. Cũng nhằm tạo ra khả năng tiếp xúc đều và tốt với khối đá, Công ty Gestein và Tiefbau đã có sáng kiến sử dụng ống vải đặt trớc vào khung thép, sau đó bơm vữa vào ống hay túi vải đó (Hình ) 3.3.4 Khung thép hàn (tổ hợp Gittertraeger- Lattice Girders ) Khung thép hàn (tổ hợp) là loại khung đợc hàn ghép lại từ các loại thanh thép tròn có kích thớc khác nhau. Cấu tạo khung thép tổ hợp của Hãng Pantex và dữ liệu kỹ thuật Trên thế giới khung thép tổ hợp đang đợc sử dụng rộng rãi thay thế cho khung thép hình, trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm dân dụng. Khung thép tổ hợp dợc chế tạo trớc thờng đợc sử dụng phối hợp với bê tông phun hoặc bê tông liền khối trong kết cấu chống tạm cũng nh kết cấu chống cố định. Tơng tự nh các khung từ thép hình, khung thép tổ hợp trớc hết có nhiệm vụ đảm bảo an toàn trong khi thi công, đồng thời cũng là phơng tiện giúp đảm bảo căn chỉnh hình dạng của công trình theo thiết kế. Kích thớc của khung tổ hợp đợc tính toán tơng tự nh tính khung thép hình khác. Khi phun bê tông theo từng lớp mỏng, kết cấu khung thép và bê biên đàoống vải và vữakhung thép biên đào tấm chènống vải và vữa khung thép [...]... 34 130 140 10 19,70 17,5 7,9 501 71 356 51 18 26 139 180 10 10 ,40 10,7 7,01 359 51 356 37 20 26 141 180 10 11,59 11,7 7,69 40 5 53 40 6 45 20 30 245 180 10 13,35 13,1 7, 14 485 66 40 7 45 22 32 149 180 10 15, 64 14, 9 7,53 589 78 48 2 54 26 34 155 180 10 19,70 18,2 8 ,44 7 74 92 641 71 18 26 159 220 12 10 ,40 11,7 7,99 49 1 61 521 47 20 30 165 220 12 13,35 14, 1 8.09 658 78 6 34 58 22 32 169 220 12 15, 64 15,9 8,50... 94 752 68 26 34 175 220 12 19,70 19,2 9,52 1 040 109 1010 92 18 26 1 74 220 12 10 ,40 11,7 8,72 603 69 521 47 20 30 180 220 12 13,35 14, 1 8,79 805 87 6 34 58 22 32 1 84 220 12 15, 64 15,9 9,23 971 105 752 68 26 130 100 22 115 94 20 95 26 20 70 18 34 190 220 12 19,70 19,2 10,33 12 64 122 1010 92 NQP/CHCTN 85 khe công tác cốt chờ khe công tác Để chốt giữ khung thép thờng sử dụng neo cắm qua các vòng liên kết. .. nên kết cấu khung có chèn, khi phun phủ đầy sẽ có đợc kết cấu ở dạng vỏ chịu tải Loại S1 S2 H B D F G e Jx Wx Jy Wy (H1) [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [cm] [kg\m] [cm] [cm*] [cm] [cm*] [cm] 50 10 10 ,40 10,0 4, 82 138 29 89 18 30 100 100 10 13,35 12,3 5,03 193 38 106 21 18 26 1 14 140 10 10 ,40 10,2 5,79 223 39 192 27 30 120 140 10 13,35 12,5 5,97 306 51 232 33 32 1 24 140 10 15, 64 14, 3 6,31 375 60 272 39 26 34. .. xây dựng công trình ngầm dân dụng NQP/CHCTN 86 khung hộp cứng khung hộp ma sát khung vòm cứng khung vòm ma sát khung tròn cứng khung khớp đa giác Khung khớp,vòm tròn ma sát Một số dạng kết cấu thép thông thờng trong ngành mỏ NQP/CHCTN 87 khung vòm khung tròn kết cấu khung thi công bằng phơng pháp đón đỡ của Bỉ khung từ các cung tròn khung mõm nhái khung yên ngựa khung yên ngựa đáy rộng kết cấu khung... thép vào khung thép, tạo các hộp khóa, hay bản đệm có lỗ cắm neo, liên kết với khung thép), hoặc neo qua các lỗ khoan trên khung thép hình, riêng với khung thép tổ hợp sẽ khắc phục đợc hiện tợng khoan qua khung Trên hình là ví dụ kết hợp khung tổ hợp kết hợp với lới thép và bê tông phun làm kết cấu chống tạm trong thi công công trình ngầm Khi chống tạm lớp bê tông phun không đợc phun phủ tòan bộ khung... phơng pháp đón đỡ của Bỉ khung từ các cung tròn khung mõm nhái khung yên ngựa khung yên ngựa đáy rộng kết cấu khung khi thi công bằng phơng pháp nhân đỡ của Đức kết cấu khung khi thi công bằng phơng pháp đào hầm mới của áo Kết cấu thép thờng sử dụng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng lx NQP/CHCTN lrx 88 NQP/CHCTN 89 ... định bằng bê tông phun sợi thép hoặc bê tông thờng, vỏ bê tông sẽ phủ kín khung tổ hợp Dạng kết cấu lắp dựng kiểu này thờng đợc gọi là vỏ chống một lớp (lớp chống tạm và cố định kết hợp làm một) 3.2.5 Một số ví dụ áp dụng Nh vậy bằng cách tổ hợp và phối hợp các cấu kiện khác nhau bằng thép, với các dạng liên kết khác nhau cho phép có đợc các dạng khung chống phù hợp với những yêu cầu sử dụng nhất định . 149 180 10 15, 64 14, 9 7,53 589 78 48 2 54 26 34 155 180 10 19,70 18,2 8 ,44 7 74 92 641 71 115 18 26 159 220 12 10 ,40 11,7 7,99 49 1 61 521 47 20 30. 10 10 ,40 10,7 7,01 359 51 356 37 20 26 141 180 10 11,59 11,7 7,69 40 5 53 40 6 45 20 30 245 180 10 13,35 13,1 7, 14 485 66 40 7 45 22 32 149 180