Boltetyper og funksjonalitet

Transkript

1 1 Boltetyper og funksjonalitet Charlie C. Li Institutt for geologi og bergteknikk, NTNU

2 2 Innhold Boltetyper Utførelse av bolter under strekkekrefter Oppførsel av bolter i felt Duktile bolter Bergsikringsprinsipper

3 3 Boltetyper To-punkt forankret bolt Mekanisk ekspansjonsbolt, ende-limt bolt Limt bolt Sement- eller polyester-limt kamstål Friksjonsbolt Split set, Swellex

4 4 To-punkt forankret bolt Ekspansjonsbolt Ekspansjonshylser Bail typ Shell typ

5 5 Kamstål Lengde-limt bolt Rebar (med gjenge) Thread bar (uten gjenge) Lim: sementmørtel og polyester resin

6 6 Polyester resin Rebar Blander In store hull Ørstabolten I små hull I store hull Gastabolten, Galvano

7 7 Friksjonsbolt Split set Sveiset ring utformet ring

8 8 Friksjonsbolt - Swellex high pressure

9 9 Hybrid bolt kamstål + ekspansjonsbolt CT-bolt

10 10 Utførelse av bolter under strekking NTNU/SINTEF bolttestrigg

11 11 Shear / Axial stress Utførelse av mekanisk bolt 0 Strekkepenning Axial stress 0 Skjærspenning Shear stress 0 Spennings fordelning langs boltlengen

12 12 Shear / Axial stress Utførelse av kamstålbolt Strekkepenning 0 Axial stress Skjærspenning Shear stress 0 0 Spennings fordelning langs boltlengen

13 13 Shear / Axial stress Utførelse av friksjonsbolt 0 Strekkepenning Axial stress Skjærspenning Shear stress 0 0 Spennings fordelning langs boltlengen

14 14 Oppførsel av bolter i felt In-situ målinger Observasjoner av bolter

15 Axial stress (MPa) A d d dx Shear stress Distance to borehole collar (cm) Pick-up Neutral point Anchor length Rebar without plate (Sun 1984)

16 16 Distance to the roof surface (m) 8 6 Extensometer målinger i hengen av en gruvetunnel i laminert sandstein Dec, Nov, Nov, Displacement (mm)

17 17 Distance along bolt (m) Aksiallasten i en kamstålbolt installert i hengen av en gruvetunnel i laminert sandstein 2 19 Nov, Nov, Nov, Load (tonnes)

18 18 Lastmålinger i kamstålbolter i en blokkig bergmasse Rock joint Axial load 100 kn Yield load 115 kn 1/4, /4, m

19 Axial stress (MPa) Belastning av en bolt på grunn av sprekkeåpninger a > b > c 0 a b c Distance to the wall (m)

20 20 Reaksjon av bolter i felt Kamstål i svakt berg

21 21 Bolter belastet av skjærforskyvning

22 22 Bolt 2 Bolt 1 Brutte bolter fremvist på stuffen i svakt berg K malm, Kristineberg, Sverige

23 23 Bolt 1 Bolt 2

24 24 Stive og duktile bolter utsatt til bergslag Rebar Cone bolt

25 25 Duktile bolter Cone bolt Cone Smooth bar

26 26 Durabar Roofex Garford solid bar

27 27 D-bolt: En multi-punkt forankret bolt

28 28 Last (kn) Resin rebar Laboratoriestrekketester Sement rebar Sement-limt D-bolt: 64 cm lång stang 100 Swellex Ekspansionsbolt Split set Forskyvning (mm) 120

29 29 Axial load (kn) 100 Field tests Feltforsøk 80 rebar D-bolt (3 sections) Distance from wall (m)

30 30 Bergsikringsprinsipper I overflatenært sted - lave bergspenninger I BLOKKIG og HARDT berg og i dypt sted - høy bergspenning I SVAKT berg og i dypt sted - høye bergspenninger

31 31 I overflatenært sted Bolter er belastet i hovedsak av blokksvekten Bolter må være sterke nok for å beholde ustabile blokker. Dette betyr at STYREKEBOLTER ønskes.

32 32 I HARDT berg og i dypt sted Risiko at bolter er belastete av bergslag. Bolter må være både sterke og deformasjontålelige. Dette betyr at ENERGI-absorberende bolter ønskes.

33 33 In SVAKT berg og i dypt sted Bolter er belastet av svellende bergdeformasjon. Bolter må være både sterke og deformasjontålelige. Dette betyr at ENERGI-absorberende bolter ønskes.

34 34 Pattern bolting Principle 1: To bolt the failed rock to the competent formation behind in case of a small failure zone. Principle 2: To establish an artificial load-bearing arch in the failed rock in case of a large failure zone.

35 35 Systematisk bolting Prinsipp 1 Prinsipp 2 Kompetent fjell Bruddsonen

36 36 Fysisk modell demonstrering en lastbærende bru opprett av systematisk bolting (Hoek, 2007)

37 37 Konclusjon 1 Boltetyper: To-punkt forankrete bolter: ekspansjonsbolt Lengdelimte bolter: rebar Friksjonsbolter: Split set, Swellex Duktile bolter (ny) Lastbærende karakter av bolter: To-punkt forankret bolt: jevnt fordelt last langs boltlengden, relativt lav lastkapasitet Lengdelimt kamstål: lokalt belastet ved åpnende sprekker, høy lastkapasitet Friksjonsbolt: lokalt belastet ved åpnende sprekker, relativt lav lastkapasitet Duktil bolt: jevnt fordelt last mellom ankere, høy energiabsorpsjons kapasitet (både høy last- og forskyvningskapasitet).

38 38 Konklusjon 2 Respons av bolter i felt: Bolter er belastet av både strekke- og skjærlaster. Sprekkeåpning belaster lokalt bolter. Duktile bolter er bedre enn konvensjonelle bolter i bergslagfjell. Sikringsprinsipper: Bolt sporadisk i overflatenære sted. Bolt systematisk og bolter bør nå det kompetente fjellpartiet i fallet av en SMÅ bruddsone i dypt sted. Systematisk bolting for å opprette en lastbærende bru i oppsprukket berg i fallet av en STOR bruddsone i dypt sted.