3.2. Mơ hình và phƣơng tiện kiểm định khớp ma sát trong vì chống thép
3.2.1. Mơ hình kiểm định khớp ma sát
Trong vì chống thép SVP linh hoạt kích thước, lực ma sát tại các khớp ma sát có tác dụng chống lại sự dịch chuyển tương đối giữa xà và cột. Nó là kết quả của quá trình nén ép và hệ số ma sát giữa hai đoạn thép đó. Đặc tính của khớp ma sát có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng chống giữ của vì chống, nó là yếu tố quan trọng và cần được xác định thơng qua các mơ hình thí nghiệm. Khả năng làm việc của khớp ma sát được đặc trưng bởi giá trị của ngoại lực tác dụng tại khớp, nơi mà dịch chuyển đầu tiên được nhận thấy. Hay nói cách khác nó cịn được xem như là lực kéo trượt của khớp ma sát. Giá trị của lực kéo trượt có giá trị thiết thực trong việc lựa chọn và sử dụng kết cấu chống.
Hình 3.6: Khớp ma sát trong vì chống thép SVP linh hoạt
Giá trị lực ma sát giữa các đoạn thép có tác động lớn đến đặc tính làm việc của khớp ma sát. Giá trị này không chỉ phụ thuộc vào lực ép của bu lông gông mà còn phụ thuộc vào hệ số ma sát nghỉ, ma sát trượt giữa các đoạn thép.
Trên cơ sở tham khảo, phân tích các mơ hình kiểm định khớp ma sát trong vì chống thép SVP hình vịm linh hoạt của Ba Lan và Trung Quốc, đề xuất sử dụng mơ hình thí nghiệm dạng đứng như hình 3.7 cho điều kiện các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh bởi những ưu điểm như tiết kiệm diện tích, thuận tiện trong quá trình gia tải, lắp dựng cũng như đo đạc. Theo đó, trong mơ hình này, một khớp ma sát được tạo bởi 2 đoạn thép lòng máng SVP được nối với nhau bởi các gông liên kết và dưới tác dụng của cơ cấu tạo lực dọc trục để thực hiện quá trình kiểm tra.
Để kiểm định khớp ma sát, tại Ba Lan hay Trung Quốc đều sử dụng máy nén kiểm định dạng đứng như hình, khả năng gia tải khơng nhỏ hơn 600kN. Thiết bị có khả năng vẽ đường đặc tính làm việc và độ dịch chuyển trượt của mẫu thử nghiệm.
Mẫu thử nghiệm là 2 đoạn thép SVP dài 800÷1000mm ghép lại với nhau, đoạn ghép nối dài 400 mm và lắp gông kẹp theo yêu cầu kiểm định. [13]
Phương pháp thử nghiệm là đưa mẫu thử nghiệm đặt lên máy nén, hai đầu của mẫu thử nghiệm đặt trên tấm đệm thép, dưới tác dụng của lực nén dọc trục tiến hành kiểm định khớp ma sát thông qua giá trị lực nén và mức độ dịch chuyển trượt của mẫu.
Hình 3.7: Mơ hình kiểm định khớp ma sát trong vì chống thép SVP linh hoạt
Trong quá trình gia tải liên tục ghi chép giá trị tải trọng và vị trí dịch chuyển, đồng thời vẽ đường đặc tính mối quan hệ giữa lực tác động và mức độ dịch chuyển trượt. Giá trị lực và biến dạng ghi được thông qua hệ thống 6 bộ cảm biến và camera tốc độ cao. Một bộ cảm biến được sử dụng để ghi giá trị ngoại lực tác động trực tiếp lên đoạn vì chống mẫu và khớp ma sát. 1 bộ cảm biến đặt ở chân mẫu thử để xác định phản lực. 4 bộ cảm biến còn lại để ghi lại giá trị lực dọc trong bu lông gông. Lực xiết bu lông gông được xác định bằng clê lực. Tất cả dữ liệu sẽ được chuyển đến hệ thống ghi và đo đạc trung tâm.
Hình 3.10 là mơ hình kiểm định khớp ma sát dưới tác dụng của tải trọng động, được thực hiện tại một phịng thí nghiệm cơ học của Ba Lan. Theo mơ hình này, khớp ma sát chịu một lực dọc trục khi khối tải trọng m1 rơi ở một độ cao h và va chạm với khối m2 đặt ngay trên mẫu thử nghiệm như trong hình 3.9.
Hình 3.9: Sơ đồ minh họa quá trình kiểm định khớp ma sát với
tải trọng động
(1) (2) (3) – Cảm biến lực, (4) – Hệ thống đo đạc trung tâm (2) (5) – Camera tốc độ cao
Hình 3.10: Kiểm định khớp ma sát với tải trọng động
Khả năng mang tải của khớp ma sát là lực ma sát chống lại sự dịch chuyển tương đối giữa hai đoạn thép mẫu thử nghiệm dưới tác động của ngoại lực.
Để hai đoạn vì chống có thể trượt được thì điều kiện cần là: P ≥ T = N. (3.1) Trong đó:
P – Ngoại lực tác động, kN;
T – Lực ma sát giữa hai đoạn thép SVP mẫu, tại thời điểm xảy ra sự trượt đầu tiên, kN;
- Hệ số ma sát. Giữa thép với thép, lấy = 0,15.
N – Lực ép chặt hai đoạn thép SVP. Giá trị N bằng tổng giá trị các lực dọc trong bu lông gông, kN.
Để nối hai đoạn thép mẫu, sử dụng hai bộ gơng. Khi đó giá trị N=4.Fo
Fo – Lực kéo sinh ra trong 1 bu lông gông ở trạng thái nhất định của lực siết đai ốc, kN.
Fo = ftb.Abn (3.2)
Ftb- Cường độ tính tốn chịu kéo của bu lơng gơng, kN/cm2; Abn- Diện tích tiết diện thực của thân bu lông, cm2.
Abn lấy theo bảng 3.11 (theo TCVN 5575:2012: kết cấu thép).
Bảng 3.11: Diện tích thực của thân bu lơng theo loại vì chống [16]
TT Loại vì chống Đƣờng kính bu lơng gơng (mm) Diện tích tiết diện thực (cm2) 1 SVP 17 20 2,45 2 SVP 22 24 3,52 3 SVP 27 24 3,52 4 SVP 33 27 4,59
Sau khi thay số vào cơng thức (3.2) ta có khả năng mang tải của khớp ma sát (ứng với giá trị Tmax) và được thể hiện như trong bảng 3.12.
Bảng 3.12: Khả năng mang tải của khớp ma sát
trong vì chống thép hình vịm [16]
TT Loại vì chống
Đƣờng kính bu
lơng gơng (mm) Loại đai ốc
Khả năng mang tải của khớp ma sát (kN)
1 SVP 17 20 M20 80
2 SVP 22 24 M24 115
3 SVP 27 24 M24 115