площадь сводовой части обделки

Видео:Статический расчет тоннельных обделок. Сбор нагрузокСкачать

Кафедра «Тоннели и метрополитены» ФГБОУ ВО ПГУПС (beta)

Тоннельные пересечения на траспортных магистралях (специализации ТМ и М)

Видео:Материалы и конструкции обделок автодорожных тоннелей, сооружаемых горным способомСкачать

Расчет обделок тоннелей. Сбор нагрузок и расчетная схема

После завершения конструирования обделки тоннелей производится статический расчет обделок.

Основные теоретические положения по расчетам тоннельных конструкций приведены в разделе 7 (перейти).

Расчеты тоннельных конструкций ведется в соответствии с требованиями раздела 5.6 СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные»

Расчеты подземных конструкций следует вести в соответствии с основными положениями ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» с учетом возможных для отдельных элементов или всего сооружения в целом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или при эксплуатации.

При этом следует рассматривать:
— основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок и воздействий;
— особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных нагрузок, наиболее вероятных временных и одной из особых нагрузок или воздействий.

Одновременно действующие временные нагрузки должны учитываться в соответствии с указаниями СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

При расчетах несущих конструкций и оснований тоннельных сооружений коэффициент надежности по ответственности следует принимать согласно ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения». Согласно приложению А тоннели протяженностью более 15 м и сооружения с глубиной заложения подземной части более 15 м относятся к классу КС-3 (повышенный уровень ответственности) .

Коэффициент надежности по ответственности равен 1,1.

На коэффициент надежности по ответственности следует умножать эффекты воздействия (нагрузочные эффекты), определяемые при расчете на основные сочетания нагрузок по первой группе предельных состояний.

Сбор нагрузок

Нагрузки и воздействия по продолжительности их действия на обделки тоннелей следует подразделять согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

К постоянным нагрузкам следует относить:
— давление грунта;
— гидростатическое давление;
— собственную массу конструкций;
— массу зданий и сооружений, находящихся в зонах их воздействия на обделку тоннеля;
— сохраняющиеся усилия от предварительного напряжения конструкции и давления щитовых домкратов.

К длительным временным нагрузкам и воздействиям следует относить:
— силы морозного пучения грунта;
— массу стационарного оборудования,
— сезонные температурные воздействия, усадку и ползучесть бетона и некоторые другие воздействия, указанные в СП 20.13330.2011;
— усилия от предварительного обжатия обделки.

К кратковременным временным нагрузкам следует относить:
— нагрузки и воздействия от внутритоннельного и наземного транспорта;
— нагрузки и воздействия в процессе сооружения тоннеля и другие, определяемые особенностями производства работ.

К особым временным нагрузкам следует относить сейсмические и взрывные воздействия, а также особые нагрузки, указанные в СП 20.13330.2011, которые могут иметь отношение к проектируемому тоннелю.

В курсовом проекте расчет ведется только на постоянные нагрузки.

Вертикальные и горизонтальные нагрузки от давления грунта при закрытом способе работ или от других постоянных нагрузок, действующих в пределах всего пролета или всей высоты сооружения при расчетах тоннельных обделок, допускается принимать равномерно распределенными .

Величины вертикальных и горизонтальных нормативных нагрузок на обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, следует определять на основании результатов инженерно-геологических изысканий и накопленных экспериментальных данных о нагрузках, полученных при измерениях в аналогичных условиях строительства, с учетом возможности образования в грунтах самонесущего свода, когда H1>2h1

Вариант 1

В неустойчивых грунтах, в которых сводообразование невозможно (водонасыщенные несвязные и слабые глинистые грунты), нагрузки следует принимать с учетом давления всей толщи грунтов над тоннельным сооружением. Нормативные вертикальную и горизонтальную нагрузки и , кН/м2, определяют в таких случаях по формулам

— нормативный удельный вес грунта соответствующего слоя напластования, кН/м ;

— толщина соответствующего слоя напластования, м;

n — число слоев напластований;

— кажущийся угол внутреннего трения грунтового массива в пределах сечения тоннельной обделки, градус, принимаемый по опытным данным или определяемый по формуле

Такие же нагрузки принимают и при наличии сводообразования, если расстояние от вершины свода обрушения до земной поверхности или до контакта с неустойчивыми грунтами меньше высоты свода обрушения.

Вариант 2

Нормативные равномерно распределенные нагрузки: вертикальную и горизонтальную , кН/м2, в условиях сводообразования определяют по формулам:

— высота свода обрушения над верхней точкой обделки, м;

— нормативный удельный вес грунта, кН/м ;

— высота выработки, м.

Высоту свода обрушения над верхней точкой обделки в условиях сводообразования для нескальных необводненных грунтов определяют по формуле

где L — величина пролета свода обрушения, определяемая по формуле

f — коэффициент крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова, принимаемый на основании геологических изысканий;

B — величина пролета выработки, м.

а) высоту свода обрушения над верхней точкой обделки для тоннелей, сооружаемых в глинистых грунтах на глубине более 45 м, принимают с коэффициентом,

где — глубина заложения тоннеля от поверхности земли до низа тоннельной обделки, м;

б) при заложении тоннелей в глинистых грунтах, прочность которых уменьшается под влиянием поступающих подземных вод, высоту свода обрушения увеличивают до 30%.

Коэффициенты, определенные в перечислениях а) и б), не суммируются. В расчетах принимается большее из двух значений высоты свода обрушения .

Для крепких скальных грунтов расчет ведется по методике приведенной в СП 122.13330.2012.

В курсовом проекте расчет обделки ведется для обделки расположенной в грунте с меньшим коэффициентом крепости.

Нагрузка от собственного веса конструкции

Значение нормативной вертикальной нагрузки от собственного веса конструкций следует определять исходя из проектных размеров конструкций и удельного веса материалов.

G – вес сводовой части обделки;

γ_б – объемный вес бетона (24 кН/м3);

F – площадь сводовой части обделки.

b – ширина кольца обделки (1 метр обделки по длине тоннеля).

Для перехода от нормативных нагрузок к расчетным используются коэффициенты надежности на постоянные нагрузки принимаемые по таблице 8 СП 122.13330.2012.

Примечания
1 Коэффициенты надежности принимают по каждой строке одинаковыми в пределах сооружения.
2 Коэффициент надежности, указанный в скобках, принимают в случае, когда уменьшение нагрузки приводит к более невыгодному нагружению обделки.

Пример сбора нагрузок на обделку однопутного железнодорожного тоннеля

Пример конструирования обделки однопутного железнодорожного тоннеля приведен в соответствующем разделе ( перейти ).

В соответствии с этим примером определяем основные характеристики обделки и грунтового массива которые нужны для расчета.
Обделка проектировалась для грунта с коэффициентом крепости f=1,1.
Размеры выработки определяются по наружным контурам обделки.
Высота выработки H=9,285 м, пролет выработки B=7,435 м.
Площадь сводовой части обделки опеределяется по чертежу. F=9,3 м2.
Характеристики грунта определяются по таблице характеристик грунтов ( перейти ).

Определяем пролет свода обрушения L:

Определяем высоту свода обрушения :

Максимальная глубина заложения тоннеля H1 по построенному профилю трассы и инженерно-геологическому разрезу (перейти) превышает 45 м (и равна 67,2 м – определяется по разрезу до верха обделки). В этом случае, если бы у нас тоннель залегал в глинистых грунтах, то было бы необходимо умножить высоту свода обрушения на коэффициент K.

Определяем нормативные равномерно распределенные нагрузки: вертикальную и горизонтальную , т/м2.

Определяем нормативную нагрузку от собственного веса обделки:

Определяем расчетные значения вертикальной и горизонтальной нагрузки на обделку. Для этого умножаем нормативные значения на коэффициенты надежности и на коэффициент надежности по ответственности.

Коэффициент k1 принят равным 1,6 потому что каменный уголь по своим свойствам ближе к полускальным грунтам.
Коэффициент k3 принят равным 0,8 потому что уменьшение нагрузки приводит к более невыгодному нагружению обделки.

Видео:Рокский туннель. Бетонирование постоянной обделки многофункциональной штольни. СТАЛФОРМ ИнтСкачать

Конструкции тоннельных обделок (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5

Конструкции тоннельных обделок

В большинстве случаев места входа в тоннель должны быть за­креплены во избежание возможных обвалов грунта. Только в креп­ких, монолитных и невыветривающихся породах допускается оставлять входные

участки тоннеля незакрепленными. Обычно входы в тоннель устраивают в виде оголовков или порталов.

Оголовки, представляющие собой усиленное головное звено тоннельной обделки, сооружают в монолитных, крепких породах (рис. 2.25, б).

Рис. 2.25. Схемы устройства входов в тоннели:

1 — контур тоннеля — 2 — лобовой откос; 3 — боковые откосы; 4 — лобовая стена;

5 — защитная засыпка — 6 — водоотводный лоток — 7-парапет; 8 — усиленное звено обделки;

9 — водоотвод­ная канава; 10 — уровень проезжей части

Порталы, помимо обеспечения устойчивости лобового и бо­ковых откосов подходной выемки, предназначены также для отвода воды, стекающей с горных склонов, и для архитектурного оформ­ления входов в тоннель (рис. 2.25, в).

Конструкция портала состоит из усиленного звена тоннельной обделки и подпорных стен, которые могут закреплять только лобо­вой откос или лобовой и боковые откосы предпортальной выемки. В зависимости от рельефа порталы могут располагаться симмет­рично и несимметрично относительно оси тоннеля, перпендикулярно или под углом к оси дороги.

Над лобовой стеной портала делают срезку на высоту 1,5 м и устраивают засыпку с уплотнением и прокладкой поперечного во­доотводного лотка. Для предотвращения падения камней с лобового откоса на проезжую часть дороги устраивают парапет на 0,5 м выше верха лотка.

8.4.1. Обделки сводчатого очертания

Для защиты подземной выработки от внешних воздействий и восприятия давления горных пород возводится постоянная контур­ная крепь — тоннельная обделка. Только в крепких, невыветривающихся, монолитных и нетрещиноватых скальных породах, практически не оказывающих давления на крепь, тоннели могут быть оставлены без обделки. В крепких, но выветривающихся и слаботрещиноватых породах устраивают облицовки, выравни­вающие и закрепляющие поверхность выработки. Во всех осталь­ных

случаях выработки закрепляют по контуру постоянной несущей обделкой.

Размеры поперечного сечения тоннеля определяются необходи­мостью удовлетворения габаритным требованиям с размещением за пределами габарита вентиляционных каналов и вспомогательных устройств освещения и водоснабжения тоннеля. Форму поперечного сечения тоннеля назначают с учетом инженерно-геологических ус­ловий и методов производства работ.

Обделки горных тоннелей, сооружаемых горным методом, име­ют преимущественно сводчатое очертание. Это наиболее рациональ­ная форма, обусловливающая лучшую статическую работу обдел­ки на вертикальное горное давление.

При проходке горных тоннелей щитовым методом в условиях залегания-по трассе нарушенных пород применяют обделки круго­вого очертания.

При конструировании обделок сводчатой формы оси обделки стремятся придать рациональное очертание, близкое к кривой дав­ления от действующих нагрузок. Однако получить безмоментную ось свода практически невозможно из-за податливости пят, а также в связи с усадкой бетона, температурными воздействиями и откло­нениями расчетных нагрузок от действительных.

Тоннельные обделки должны быть возведены из материалов, обеспечивающих прочность, водонепроницаемость и долговечность конструкции. В ряде случаев материал тоннельной обделки должен обладать морозостойкостью, химический стойкостью и огнестой­костью.

Обделки горных тоннелей устраивают преимущественно из мо­нолитного бетона или железобетона. Толщина об­делки должна быть не менее 20 см.

При сооружении горных тоннелей в скаль­ных трещиноватых породах наряду с обделками из обычного моно­литного бетона применяют обделки из набрызг-бетона, наносимого на поверхность выработки слоем 5-20 см под давлением 4-4,5 атм. Применением этого типа бетона достигается снижение расхода цемента, повышение плотности, водонепроницаемости и значительно упрощается процесс бетонирования в связи с отсутст­вием опалубки.

Для повышения несущей способности такой обделки набрызг-бетон часто армируют стальными сетками.

Возведение обделок горных тоннелей из монолитного железо­бетона целесообразно преимущественно в сложных инженерно-геологических условиях при повышенных нагрузках на конструк­цию и значительных притоках подземных вод, когда устройство массивных бетонных обделок становится экономически невыгод­ным. Однако процесс возведения обделок из монолитного железо­бетона сопряжен с трудностями установки арматуры, укладки и уплотнения бетонной смеси.

Рис. 2.26. Типы обделок автодо­рожных тоннелей

Существуют различные типы монолитных тоннельных обделок сводчатого очертания.

В крепких скальных породах, не оказывающих бокового давле­ния на крепь, применяют обделку из обычного монолитного бетона или набрызг-бетона в виде свода постоянной или переменной жесткости, опирающегося на породу (рис. 2.26, а). Для большей устойчивости пят свода устраивают выступы породы — бермы — шириной 0,2-0,3 м. Стены выработки могут быть верти­кальными или с незначительным уклоном и облицованы слоем тор­крета толщиной до 5 см. Отношение пролета свода к его высоте не должно быть более четырех, так как пяты пологого свода могут получить горизонтальные смещения, что приведет к резкому уве­личению изгибающих моментов в замковом сечении.

В менее крепких и трещиноватых породах необходимо устраи­вать обделку не только свода, но и стен тоннеля. При незначитель­ном боковом давлении стены устраивают прямолинейными. Если раскрытие выработки производят по частям, то обделка состоит из свода, опирающегося на прямолинейные стены (рис. 2.26, б и 2.27, а). При проходке тоннеля на полный профиль обделка возводится в виде незамкнутой конструкции без обратного свода (рис. 2.26, в и 2.27, б). Проезжую часть в таких тоннелях укладывают непосредственно на породу или бетонную подготовку.

Рис. 2.27. Примеры обделок автодорожных тоннелей большого течения

В слабых породах, проявляющих значительное вертикальное, бо­ковое давление и давление снизу, обделка должна иметь массивные стены криволинейного внутреннего очертания и обратный свод (рис. 2.26, г). Стены следует несколько заглублять в породу для лучшего восприятия бокового давления.

Для защиты тоннеля от проникания подземных вод устраивают гидроизоляцию обделки, а иногда — осушение окружающего гор­ного массива. Помимо гидроизоляционного покрытия, для защиты тоннеля от воды применяют нагнетание за обделку цементного рас­твора, заполняющего все пустоты и трещины, являющиеся источ­никами течей.

Для осушения горного массива в ряде случаев применяют по­верхностный водоотвод, штольневый, самотечный и шпуровой дре­нажи, а также цементационные завесы.

При раскрытии выработок в крепких скальных породах на пол­ный профиль возможно применение сборных обделок из заранее изготовленных элементов: бетонных или железобетонных блоков сплошного или ребристого сечения. Сборную обделку мож­но устраивать в виде свода, опирающегося на породу или монолит­ные стены, а также незамкнутой сводчатой конструкции на всю вы­соту сечения тоннеля (рис. 2.26, д). Для опирания сборной обделки на породу должны быть предусмотрены специальные опорные бло­ки с уширенной пятой.

При использовании сборных обделок сводчатого очертания до­стигается высокое качество конструкции и снижается расход бето­на, однако ухудшается водонепроницаемость обделки за счет нали­чия швов между блоками и требуется заполнение заобделочного пространства. Кроме того, при сооружении горных тоннелей, осо­бенно в отдаленных и труднодоступных районах представляется сложным создание заводов железобетонных конструкций для изго­товления сборных элементов обделки или доставка их на большие расстояния.

8.5. Подводные тоннели

При наличии на трассе автомагистралей крупных рек, морских проливов или заливов может возникнуть необходимость в сооруже­нии подводных тоннелей, которые в ряде случаев имеют технико-экономические преимущества перед мостовыми переходами. Под­водные тоннели не нарушают условий судоходства и бытового ре­жима водной преграды. Низкие берега водотока, повышающие стоимость мостового перехода за счет необходимости обеспечения подмостовых габаритов, благоприятны для

строительства подвод­ного тоннеля. Кроме того, подводный тоннель значительно менее уязвим, чем мост, в оборонном отношении. Разводные мосты, хотя и имеют меньшую, строительную стоимость, чем мосты высокого уровня, однако при интенсивном судоходстве требуют значитель­ных эксплуатационных затрат и не обеспечивают непрерывную транспортную связь между берегами.

Подходы к мостам, особенно в условиях городской застройки, нарушают архитектурный ансамбль и могут потребовать в отдель­ных случаях сноса здании и сооружений.

К недостаткам тоннельного варианта следует отнести необхо­димость устройства искусственной вентиляции, освещения и водо­отвода в тоннеле.

Из сопоставления схем тоннельного и мостового переходов сле­дует, что при большой высоте судоходного габарита и низких берегах водотока относительно уровня воды длина мостового перехода будет превышать длину тоннеля. При высоких же берегах и небольшой высоте подмостового габарита длина моста оказывается меньше, чем длина тоннеля.

Выбор между мостовым и тоннельным пересечением водной преграды производят на основе технико-экономического сопостав­ления вариантов с учетом как строительных, так и эксплуатацион­ных затрат.

В некоторых случаях при пересечении крупных водных препят­ствий целесообразно сооружение комбинированных тоннельно-мостовых переходов, состоящих из моста низкого уровня и подводного, тоннеля на судоходном участке.

Видео:Отвод лесосек по данным буссольной съёмки и печать абриса чертежа лесосекиСкачать

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководство разработано в развитие глав СНиП II-40-80, ч. II. «Нормы проектирования. Метрополитены» и СНиП II-44-78, ч. II «Нормы проектирования. Тоннели железнодорожные и автодорожные».

В Руководстве рассмотрены вопросы классификации методик расчета подземных конструкций на основе заложенных в них предпосылок, классификации подземных сооружений по условиям их работы, сравнения расчетов подземных конструкций по различным методикам и программам. Даны рекомендации по применению конкретного программного обеспечения ЭВМ для статического и динамического расчетов конкретных видов подземных транспортных сооружений.

Работа выполнена на основе сравнительных расчетов всей номенклатуры постоянных подземных конструкций транспортных сооружений по всем существующим в СССР методикам и программам для ЭВМ, а также на основе анализа результатов многочисленных экспериментальных стендовых и натурных исследований тоннельных конструкций.

Руководство разработано канд. техн. наук В.А. Гарбером, инженерами Ю.Е. Лысенко (ЦНИИС), В.И. Гульбе (Метрогипротранс), канд. техн. наук А.А. Лянда (Ленметрогипротранс) при участии канд. физ.-мат. наук С.Ю. Хазанова, инженеров М.Б. Евдокимовой, Л.А. Муриной, Г.Б. Медведевой (ЦНИИС).

Руководство предназначено для проектировщиков транспортных тоннелей и метрополитенов при расчетах несущих конструкций.

Зав. отделением тоннелей и метрополитенов

Видео:Курс "Основы динамики и гидрогеохимии подземных вод". Часть 1. АннотацияСкачать

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство составлено в развитие СНиП II-40-80 , ч. II «Нормы проектирования. Метрополитены» (пп. 5.56 — 5.59, 5.61, 5.63) и СНиП II-44-78 , ч. II «Нормы проектирования. Тоннели железнодорожные и автодорожные» (пп. 5.24, 5.30, 5.34, 5.35) и предназначено для использования при выборе конкретных методик и программ для ЭВМ при статических и динамических расчетах постоянных несущих конструкций транспортных тоннелей и метрополитенов. Рассмотрены существующие в практике проектирования подземных конструкций расчетные методики и программы, области их применения в конкретных горно-геологических условиях и видах сооружений.

Применение Руководства должно способствовать обоснованному выбору метода расчета подземных конструкций, наиболее соответствующему условиям их работы и обеспечивающему надежные данные для проверки прочностных и деформативных характеристик этих конструкций.

1.2. В качестве источников для разработки Руководства использованы результаты сравнительных расчетов всей номенклатуры постоянных подземных конструкций транспортных сооружений по всем существующим в СССР методикам и программам для ЭВМ, которые были собраны на вычислительном центре ЦНИИСа. Использованы также результаты анализа методик расчета на основе заложенных в них предпосылок, результаты анализа подземных сооружений по условиям их работы и результаты многочисленных экспериментальных стендовых и натурных исследований по измерению напряженно-деформированного состояния конструкций тоннелей и метрополитенов, проводимых сотрудниками ЦНИИСа.

1.3. Развивая отдельные положения указанных выше документов (разд. 1, п. 1.1), настоящее Руководство определяет классификацию методик расчета подземных конструкций на основе заложенных в них предпосылок (разд. 2) и классификацию подземных сооружений по условиям их работы (разд. 3). В Руководстве приведены результаты сравнительных расчетов подземных конструкций по различным программам (разд. 4) и даны рекомендации по применению конкретного программного обеспечения ЭВМ для статического и динамического расчета конкретных видов подземных транспортных сооружений (разд. 5).

1.4. Настоящее Руководство содержит систему исходных данных для программ по методикам ЦНИИСа.

Видео:РТЦиС 2020. Лекция 13. Амплитудная модуляция гармонического колебания. Часть 1. Введение в модуляциюСкачать

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДИК РАСЧЕТА НА ОСНОВЕ ЗАЛОЖЕННЫХ В НИХ ПРЕДПОСЫЛОК

общие методы строительной механики;

методы механики сплошных сред;

инженерные методы, базирующиеся на уравнениях равновесия системы абсолютно жестких блоков и на дифференциальных уравнениях, отражающих свойства вмещающей среды.

2.3. По программам второй группы теоретически возможно рассчитывать только замкнутые односвязные подземные конструкции глубокого заложения круговой или эллиптической формы, имеющие постоянную жесткость по всему контуру конструкции. При этом можно производить расчет конструкций, находящихся только в однородном изотропном горном массиве. Расчет может осуществляться только в упругой стадии работы системы «порода — обделка».

2.4. По программам третьей группы теоретически можно рассчитывать только односводчатые сборные многошарнирные подземные конструкции глубокого заложения как замкнутые, так и разомкнутые. Расчет проводится в упругой стадии работы конструкции с учетом реологических свойств породного массива.

«SRTSEC», реализующая метод перемещений для статического расчета конструкций в упругой стадии (держатель программы — Метрогипротранс);

«РК-6», являющаяся модификацией программы «SRTSEC» в части ввода исходных данных, решения системы уравнений и адаптации на СМ ЭВМ (держатель программы — Ленметрогипротранс);

«T1GG2», реализующая метод сил для статического расчета конструкций в упругой стадии (держатель программы ЦНИИС);

«T1GNL», реализующая метод линеаризации при пошаговом нагружении для статического расчета конструкций в нелинейной стадии работы системы «порода — обделка» (держатель программы ЦНИИС);

«СПРИНТ», реализующая метод конечных элементов для расчета плоских и пространственных конструкций (держатель программы — МИИТ);

«ЛИРА», реализующая метод конечных элементов для расчета плоских и пространственных конструкций (держатель программы — Киевский НИИАСС Госстроя УССР).

2.6. Программы « СПРИНТ» и «ЛИРА» не имеют блоков, реализующих работу односторонних связей подземных конструкций с породным массивом. Эти программы целесообразно использовать для моделирования напряженного состояния сложных плоских и пространственных конструкций (торцевые камеры, пересадочные узлы и т.п.).

2.7. Известны следующие программы, относящиеся ко второй группе и реализующие:

«РК-1» — решение плоской задачи теории упругости однородной изотропной среды для плоскости с круговым или эллиптическим вырезом, подкрепленным кольцом постоянной толщины (держатель программы — Ленметрогипротранс);

«РК-2» — решение плоской задачи теории упругости однородной изотропной среды для плоскости с круговым вырезом, подкрепленным многослойным кольцом постоянной толщины (держатель программы — Ленметрогипротранс);

«METRO» — решение плоской задачи теории упругости однородной изотропной среды для плоскости с круговым вырезом, подкрепленным однослойным кольцом, жесткость которого может меняться во времени (держатель программы — КАДИ).

2.8. Программа «РК-1» теоретически предназначена для расчета замкнутых монолитных круговых и эллипсообразных обделок, вытянутых вертикально, на статические нагрузки и сейсмические воздействия.

2.9. Программа «РК-2» теоретически предназначена для расчета кольцевых многослойных монолитных и комбинированных обделок на статические нагрузки и сейсмические воздействия.

2.10. Программа «METRO» предназначена для статического расчета монолитно-прессованной обделки с учетом технологических стадий твердения бетона.

«РК-3» — метод Антонова-Айвазова для расчета односводчатых сборных многошарнирных станций метрополитена глубокого заложения с массивными круговыми опорами верхнего свода (держатель программы — Ленметрогипротранс);

«CAT» — метод Антонова-Айвазова для расчета односводчатых сборных многошарнирных станций метрополитена глубокого заложения коробового очертания (держатель программы — ЦНИИС);

«STATION» — метод Антонова-Айвазова для расчета односводчатых сборных многошарнирных станций метрополитена глубокого заложения с массивными опорами произвольного очертания: штольневыми и круговыми (держатель программы — КАДИ).

2.12. Программа «STATION» не прошла апробации в практике проектирования и является экспериментальной.

2.13. Помимо перечисленных в пп. 2.5, 2.7 и 2.11 программ прочностного расчета подземных конструкций известна программа «CBK» (держатель программы — Метрогипротранс), предназначенная для расчета сечений железобетонных элементов по предельным состояниям 1 и 2 групп: проверки на прочность и подбора арматуры (для СМ ЭВМ аналог программы РК-7 выполнен и поддерживается Ленметрогипротрансом).

Видео:Измерение площади полей - Fields Area Measure. Колхозный Тест-Драйв.Скачать

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ ИХ РАБОТЫ

3.1. По условиям работы с позиций прочностного расчета конструкции подземных сооружений делятся на конструкции мелкого заложения и конструкции глубокого заложения.

3.2. К конструкциям мелкого заложения относятся цельносекционная и сборная обделки перегонных тоннелей метрополитенов прямоугольного очертания, колонная станция метрополитена открытого способа работ, монолитная односводчатая станция метрополитена открытого способа работ. Сюда же относятся конструкции пешеходных переходов и входов на станции метрополитена мелкого заложения.

3.3. Статический и динамический расчеты конструкций мелкого заложения теоретически могут осуществляться только с использованием программ для ЭВМ первой группы (пп. 2.1, 2.2, 2.5).

3.4. Конструкции глубокого заложения с позиций прочностного расчета подразделяются на монолитные конструкции и многошарнирные блочные конструкции.

3.5. Монолитные конструкции глубокого заложения подразделяются на односвязные, многосвязные и разомкнутые.

3.6. К односвязным монолитным конструкциям глубокого заложения относятся обделки кругового очертания, замкнутые подковообразные обделки и монолитные большепролетные односводчатые конструкции типа односводчатой станции.

3.7. Статический и динамический расчеты односвязных монолитных конструкций глубокого заложения теоретически могут осуществляться только с использованием программ для ЭВМ, указанных в пп. 2.5 и 2.7.

3.8. К многосвязным монолитным конструкциям глубокого заложения относятся колонные и пилонные станции метрополитена.

3.9. Статический и динамический расчеты многосвязных конструкций глубокого заложения теоретически могут осуществляться только с использованием программ для ЭВМ, указанных в п. 2.5.

3.10. К разомкнутым монолитным конструкциям глубокого заложения относятся подковообразные обделки горных тоннелей без лотка или обратного свода и односводчатые большепролетные конструкции без лотка или обратного свода.

3.11. Статический и динамический расчеты разомкнутых монолитных конструкций глубокого заложения теоретически могут осуществляться только с использованием программ для ЭВМ, указанных в п. 2.5.

3.12. К многошарнирным блочным конструкциям относятся необжатые и обжатые в породу круговые блочные шарнирные обделки и односводчатые станции метрополитенов глубокого заложения с многошарнирными сводами.

3.13. Статический расчет многошарнирных блочных конструкций теоретически может осуществляться с использованием программ, указанных в пп. 2.5 и 2.11. Однако расчет этих конструкции по программам первой группы (см. пп. 2.1 и 2.5) практически нецелесообразен при наличии специализированных программ третьей группы (см. пп. 2.1 и 2.11).

Видео:Серия оборудования ХД 3d. Часть 1. Возможности и назначение серии.Скачать

4. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ ПОДЗЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО РАЗЛИЧНЫМ ПРОГРАММАМ

4.1. Сравнительные статические расчеты монолитной кольцевой обделки проводились по программам «РК-6», «T1GG2», «РК-1», «METRO».

Результаты расчетов по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2») в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчетов по программам второй группы («РК-1» и «METRO») в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчетов по программам первой группы в качественном отношении резко отличаются от результатов расчетов по программам второй группы.

Практика строительства и эксплуатации монолитных кольцевых тоннелей подтверждает качественную картину, получаемую при расчетах по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2»): обделка разрушается в первую очередь в верхней части тоннеля, а в лотке трещины наблюдаются редко, что соответствует наличию экстремальных значений изгибающего момента в сводовой части тоннеля.

Результаты расчетов монолитной кольцевой обделки по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный положительный изгибающий момент 9 — 10 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент до 0,5 %;

максимальное осевое усилие 1 — 5 %.

4.2. Сравнительные статические расчеты подковообразной обделки замкнутого очертания проводились по программам «РК-6», «T1GG2» и «РК-1».

Результаты расчетов по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2») в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчета по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2») в качественном отношении принципиально отличаются от результата расчета по программе второй группы («РК-1»).

Практика строительства и эксплуатации горных тоннелей подковообразного очертания подтверждает качественную картину, получаемую при расчете замкнутой подковообразной обделки на преобладающее вертикальное горное давление по программам первой группы «РК-6» и «T1GG2»: обделка разрушается в первую очередь в своде, а не в лотке; в боковых стенах появляются продольные трещины с внутренней стороны тоннеля, а не со стороны породы.

Результаты расчетов замкнутой подковообразной обделки по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный положительный изгибающий момент в шелыге свода 3,4 %;

максимальный положительный изгибающий момент в стене или пяте 2,3 %;

максимальный положительный изгибающий момент в обратном своде 2,2 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент 0,7 %;

максимальное осевое усилие 0,2 %.

4.3. Сравнительные статические расчеты разомкнутой подковообразной обделки (без обратного свода) проводились по программам «РК-6» и «T1GG2».

Результаты расчетов разомкнутой подковообразной обделки (без обратного свода) по программам «РК-6» и «T1GG2» практически полностью совпадают как качественно, так и количественно.

4.4. Сравнительные статические расчеты монолитной односводчатой станции метрополитена глубокого заложения проводились по программам «РК-6» и «T1GG2».

Результаты расчетов монолитной односводчатой станции метрополитена глубокого заложения по программам «РК-6» и «T1GG2» полностью совпадают качественно и практически количественно.

4.5. Сравнительные статические расчеты колонной станции метрополитена глубокого заложения проводились по программам «РК-6» и «T1GG2».

Результаты расчетов колонной станции метрополитена глубокого заложения по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие качественные сравнительные показатели:

верхний свод среднего тоннеля — полная идентичность;

боковые тоннели — полная идентичность;

обратный свод среднего тоннеля — существенное различие.

Результаты расчетов колонной станции метрополитена глубокого заложения по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный положительный изгибающий момент в верхнем своде среднего тоннеля в 2,5 раза;

максимальный отрицательный изгибающий момент в верхнем своде среднего тоннеля 15 %;

положительный изгибающий момент в надколонном узле 2,5 %;

положительный изгибающий момент в своде боковых тоннелей 39 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент в своде боковых тоннелей 34 %;

максимальное осевое усилие в верхнем своде среднего тоннеля 5,5 %;

максимальное осевое усилие в боковом тоннеле до 2 %;

осевое усилие в колонне до 1 %;

прогиб шелыги свода среднего тоннеля в 7 раз;

прогиб шелыги свода боковых тоннелей 42 %.

4.6. Сравнительные статические расчеты семиблочной сборной круговой обделки перегонного тоннеля метрополитена проводились по программам «РК-6», « T 1GG2» и «BATON» (КАДИ-ЦНИИС).

Результаты расчетов по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2») в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчетов по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2») в качественном отношении принципиально отличаются от результата расчета по программе третьей группы («BATON»).

Практика строительства и эксплуатации унифицированной круговой семиблочной сборной обделки подтверждает качественную картину, получаемую при расчете этой конструкции по программам первой группы («РК-6» и «T1GG2»): разрушение в первую очередь верхних блоков, а не лотка.

Результаты расчетов семиблочной круговой сборной обделки по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный изгибающий момент в расчетном блоке № 1 1 — 6 %;

максимальное осевое усилие в кольце 2 — 4 %;

перемещение шелыги свода 5 — 6 %.

4.7. Сравнительные статические расчеты цельносекционной обделки перегонного тоннеля метрополитена открытого способа работ проводились по программам «РК-6» и «T1GG2».

Результаты расчетов цельносекционной обделки по программам «РК-6» и «T1GG2» полностью совпадают качественно и практически количественно,

4.8. Сравнительные статические расчеты монолитной односводчатой станции метрополитена открытого способа работ проводились по программам «РК-6» и «T 1 GG2».

Результаты расчетов по программам «РК-6» и «T1GG2» в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчетов монолитной односводчатой станции метрополитена открытого способа работ по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный положительный изгибающий момент в своде 42 %;

отрицательный изгибающий момент в пяте свода 39 %;

максимальный положительный изгибающий момент в стене до 6 %;

осевое усилие в шелыге свода 13 %;

осевое усилие в пяте свода 14 %;

максимальное осевое усилие в стене до 1 %;

осевое усилие в лотке до 20 %;

прогиб шелыги свода до 23 %.

4.9. Сравнительные статические расчеты колонной станции метрополитена открытого способа работ проводились по программам «РК-6» и «T1GG2».

Результаты расчетов по программам «РК-6» и « T1GG2» в качественном отношении идентичны между собой.

Результаты расчетов колонной станции метрополитенов открытого способа работ по программам «РК-6» и «T1GG2» имеют следующие количественные различия:

максимальный положительный изгибающий момент по ригелю среднего зала 3 %;

максимальный положительный изгибающий момент по ригелю боковых тоннелей до 15 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент над колонной до 4 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент в верхнем вуте до 18 %;

максимальный положительный изгибающий момент по боковой стене до 26 %;

максимальный отрицательный изгибающий момент в нижнем вуте до 6 %;

осевое усилие в колонне до 3 %;

максимальное осевое усилие в ригеле среднего свода до 1,5 %;

максимальное осевое усилие в ригеле бокового тоннеля 5 %;

максимальное осевое усилие в боковой стене до 7 %.

Видео:Урок 20 Условные обозначенияСкачать

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ОБДЕЛОК ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

5.1. Расчет монолитных кольцевых обделок в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «T1GG2» (обязательное приложение), «SRTSEC», «РК-6».

5.2. Расчет монолитных кольцевых обделок глубокого заложения на сейсмические воздействия следует производить по программе «РК-1».

5.3. Расчет монолитных круговых многослойных и комбинированных обделок глубокого заложения на статические нагрузки и сейсмические воздействия следует производить по программ «РК-2».

5.4. Расчет монолитных кольцевых обделок на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL» (см. обязательное приложение).

5.5. Расчет монолитных подковообразных замкнутых обделок в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», « T 1GG2».

5.6. Расчет монолитных подковообразных замкнутых обделок на сейсмические воздействия следует производить по программе «РК-1».

5.7. Расчет монолитных подковообразных замкнутых обделок на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL».

5.8. Расчет монолитных односводчатых станций метрополитена закрытого способа работ в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC» «РК-6», «T1GG2».

5.9. Расчет монолитных односводчатых станций метрополитена закрытого способа работ на сейсмические воздействия следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.10. Расчет монолитных односводчатых станций метрополитена закрытого способа работ на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL».

5.11. Расчет монолитных подковообразных разомкнутых (без лотка или без обратного свода) обделок в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2».

5.12. Расчет монолитных подковообразных разомкнутых (без лотка или без обратного свода) обделок на сейсмические воздействия следует производить по одной из следующих программ: «SRT S EC», «РК-6», «T1GG2». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.13. Расчет монолитных подковообразных разомкнутых (без лотка или без обратного свода) обделок на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL».

5.14. Расчет колонных станций метрополитена закрытого способа работ в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2»

5.15. Расчет колонных станций метрополитена закрытого способа работ на сейсмические воздействия следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2» При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.16. Расчет колонных станций метрополитена закрытого способа работ на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL».

5.17. Расчет пилонных станций метрополитена в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по программе «SRTSEC» или «РК-6».

5.18. Расчет пилонных станций метрополитена на сейсмические воздействия следует производить по программе «SRTSEC» или «РК-6». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.19. Расчет сборных (шарнирных) кольцевых обделок в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», « T 1GG2»

5.20. Расчет сборных (шарнирных) кольцевых обделок на сейсмические воздействия следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», « T 1GG2». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.21. Расчет сборных (шарнирных) кольцевых обделок на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе «T1GNL».

5.22. Расчет цельносекционных и сборных обделок прямоугольного очертания в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2».

5.23. Расчет цельносекционных и сборных обделок прямоугольного очертания на сейсмические воздействия следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.24. Расчет цельносекционных и сборных обделок прямоугольного очертания на статические нагрузки в нелинейной стадии следует производить по программе « T 1GNL».

5.25. Расчет монолитных односводчатых и колонных станций метрополитена открытого способа работ в упругой стадии на статические нагрузки следует производить по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2».

5.26. Расчет монолитных односводчатых и колонных станций метрополитена открытого способа работ на сейсмические воздействия должен осуществляться по одной из следующих программ: «SRTSEC», «РК-6», «T1GG2». При этом расчет должен осуществляться на приведенные статические нагрузки, вычисляемые в соответствии с ВСН 193-81.

5.27. Расчет монолитных односводчатых и колонных станций метрополитена открытого способа работ на статические нагрузки в нелинейной стадии должен осуществляться по программе «T1GNL».

5.28. Расчет односводчатых сборных многошарнирных станций метрополитена глубокого заложения следует производить по программам «РК-3» и «САТ» в соответствии с типом опорных частей верхнего свода.

5.29. Расчет сечений железобетонных элементов (проверка на прочность и подбор арматуры) следует производить по программе «РК-7».

Видео:Активный ил. Аэробная очистка сточных водСкачать

Приложение
Обязательное

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящее обязательное приложение посвящено статическому расчету подземных конструкций тоннелей и метрополитенов на ЕС ЭВМ в упругой стадии, а также с учетом нелинейности работы системы «порода — обделка».

За основу обязательного приложения приняты разработанные в отделении «Тоннели и метрополитены» в 1973 — 1983 гг. методики расчета подземных конструкций произвольного очертания на воздействие произвольно заданного загружения.

В обязательном приложении отражены 2 методики расчета:

расчет в упругой стадии работы системы «порода — обделка»;

расчет конструкций с учетом следующих видов нелинейности системы « порода — обделка»:

нелинейность работы материала обделки — учет истинных физико-механических свойств материалов, из которых возводится собственно конструкция;

нелинейность работы вмещающего породного массива — учет истинной зависимости коэффициента упругого отпора породы от величины контактного давления между обделкой и породой;

геометрическая нелинейность расчетной схемы — учет общих деформаций конструкции на каждом этапе загружения (расчет по деформированной схеме);

конструктивная нелинейность расчетной схемы — учет изменения физико- механических характеристик расчетных сечений конструкций в процессе ее загружения.

Обязательное приложение является инструктивным материалом к программам расчета, написанным на стандартной версии языка «ФОРТРАН 4».

Расчетная схема подземной конструкции с многосвязным (в общем случае) поперечным сечением (рис. 1) включает в себя следующие элементы:

массив грунта с выработкой;

собственно несущую подземную конструкцию с внутренними связями (или без них);

контактный слой между несущей конструкцией и контуром выработки.

Методика расчета подземной конструкции в упругой стадии предусматривает определение:

а) внутренних усилий в стержневой системе, которой моделируется несущая подземная конструкция;

б) усилий в стержневых опорных элементах: нормальных и тангенциальных к контуру конструкции, которыми моделируется контактный слой;

в) продольных (осевых) и изгибных (угловых) деформаций стержневой системы, моделирующей несущую конструкцию;

г) продольных деформаций нормальных и тангенциальных опорных стержневых элементов, моделирующих контактный слой. Эти деформации определяют общие перемещения основного контура конструкции;

Рис. 1. Расчетная схема подземного сооружения

д) осевых усилий во внутренних связях.

Перечисленные компоненты напряженно-деформированного состояния подземной конструкции являются результатом воздействия силовых факторов, возникающих при взаимодействии подземной конструкции с грунтовым массивом. Эти силовые факторы могут определяться различными методами:

а) натурными измерениями;

б) решением контактной задачи механики сплошных сред;

в) применением различных теорий горного давления;

г) применением нормативных документов.

Данная методика не включает в себя определения силовых факторов, воздействующих на конструкцию. Это силовое воздействие считается заданным и может иметь произвольные количественные и качественные характеристики.

В качестве метода решения принят метод сил. Основная система получена из расчетной схемы введением шарниров в представляющих конструкцию точках расчетной оси. Наличие шарниров компенсируется приложением в каждом из них парных внешних взаимно уравновешенных изгибающих моментов.

Специфическая особенность использованного метода решения состоит в том, что опорные стержневые элементы, моделирующие контактный слой , расположены только в нечетных вершинах расчетной схемы. Эта особенность позволила разделить на уровне основной системы решение сложной контактной задачи для произвольного контура на две более простые задачи: о деформациях неподкрепленного выреза в плоскости и о напряженно-деформированном состоянии стержневой системы под действием этих деформаций. Излагаемая методика относится только ко второй задаче.

Расчетная ось конструкции представляет собой совокупность криволинейных и прямолинейных участков, каждый из которых имеет постоянную кривизну . Так, расчетная ось конструкции, схема которой представлена на рис. 1, состоит из 7 участков, каждый из них имеет характеристики, указанные в табл. 1.

Вершины, входящие в участок

Координаты центра кривизны участка

Радиус кривизны участка

Центральный угол участка

Направляющий угол нормали к контуру участка в его начальной точке

Направляющие углы нормалей к контуру отсчитываются от положительного направления оси 0X против часовой стрелки.

Для прямолинейных участков в качестве центра кривизны принимается начальная точка участка. Соответственно радиус кривизны и центральный угол прямолинейного участка принимаются нулевыми, а направляющий угол нормали к контуру равен направляющему углу отрезка, соединяющего центр кривизны предыдущего участка с начальной точкой прямолинейного участка.

При расчете незамкнутых конструкций участок размыкания моделируется следующим образом: участок фиктивно замыкается прямолинейным отрезком, который имеет по концам нечетные вершины расчетной схемы, а в середине — четную фиктивную вершину; во всех трех вершинах фиктивного участка вводятся шарнирные связи. Таким образом, получается трехшарнирный двухзвенник, который является механизмом и, свободно деформируясь, не передает усилий с одного своего конца на другой, так как на средней (безопорной) его вершине нагрузки нет , потому что эта вершина фиктивная. Поскольку через этот фиктивный участок в конструкции не передается внутренних усилий, то он в статическом смысле эквивалентен разомкнутому участку. Необходимость в введении такого фиктивного участка продиктована требованием стандартизации и однотипности вычислительного процесса.

Физико-механические свойства фиктивного участка должны задаваться произвольными положительными ненулевыми величинами.

Данная методика допускает расчет подземных конструкций при наличии до 15 внутренних связей, не пересекающихся между собой. Предусмотрена работа внутренних связей только на восприятие центрального осевого усилия. Такая работа внутренних связей в натуре должна обеспечиваться конструктивными мероприятиями, например, введением шарниров по концам связи.

Методика предусматривает только такие внутренние связи, которые соединяет нечетные вершины расчетной схемы, находящиеся в зоне активной нагрузки (на рис. 1 вершины 7, 3, 31), с нечетными вершинами расчетной схемы, расположенными в зоне пассивного отпора породы (на рис. 1 вершины, 15, 19, 25).

Внутренние связи моделируются следующим образом:

а) в вершинах расчетной схемы, к которым примыкают внутренние связи в зоне активной нагрузки, жесткость опорных нормальных стержневых элементов назначается равной жесткости соответствующей внутренней связи на осевое воздействие;

б) одновременно направляющий угол этого нормального опорного элемента задается равным направляющему углу внутренней связи;

в) в вершинах расчетной схемы, к которым примыкают соответствующие внутренние связи в зоне пассивного отпора породы, направляющий угол нормального опорного элемента также задается равным направляющему углу внутренней связи;

г) после этого статическая работа внутренней связи заменяется эквивалентным воздействием опорного элемента в зоне активной нагрузки, непосредственно передающего свое опорное усилие на опорный элемент в зоне пассивного отпора породы.

Получаемое в результате такого расчета конструкции усилие в нормальном опорном элементе, расположенном в месте примыкания внутренней связи в зоне активной нагрузки, равно искомому усилию во внутренней связи, возникающему от воздействия нагрузки на 1 м тоннеля .

Методика расчета подземной конструкции в нелинейной стадии имеет следующие предпосылки:

все предпосылки расчета подземной конструкции в упругой стадии сохраняются и для нелинейного расчета;

помимо учета нелинейностей системы «порода — обделка», перечисленных в основных положениях, расчет включает в себя анализ конструкции по предельным состояниям и учет наследственности напряженно-деформированного состояния в процессе загружения;

расчету подлежат конструкции монолитные и сборные; в общую модель входит математическая модель стыка элементов сборной конструкции;

могут быть рассчитаны многослойные конструкции из различных материалов;

расчет осуществляется автоматически на ЭВМ до достижения конструкцией одного из предельных состояний;

при расчете на ЭВМ выдается полная количественная и качественная информация о процессе разрушения и структурных изменениях конструкции;

максимальное число вершин расчетной схемы 110;

конструкция может состоять из четырех различных материалов, тип материала может меняться как по контуру конструкции, так и по высоте сечения;

при поэтапном загружении конструкции применяется гипотеза плоских сечений (правомерность такого подхода обоснована в работах А.С. Городецкого);

конструкция описывается совокупностью расчетных сечений, каждое из которых рассматривается состоящим из К слоев; К = const по контуру конструкции и может назначаться в пределах от 1 до 20 т.е. может быть рассчитана 20-слойная конструкция; все К слоев в одном сечении имеют одинаковую высоту h ₁ :

где i — номер слоя;

h_j — общая высота j -го сечения.

В каждом сечении слои нумеруются от наружной грани обделки к внутренней и соответственно имеют номера от 1 до К;

в j -м расчетном сечении каждый i -й слой рассматривается как условно прямоугольный с шириной b_i .

При этом в ширине b_i учитываются только те части слоя расчетного сечения, в котором есть неразрушенный материал, т.е. b_i не чисто геометрическая характеристика слоя, а физическая (условно-геометрическая);

деформативные свойства материалов, из которых состоит конструкция, характеризуются диаграммами их испытания. Каждая диаграмма « s — e » задается в виде двух таблиц: значения напряжений s ( тс/м 2 ) и соответствующие значения относительных деформаций e .

Напряжения и деформации сжатия считаются положительными, а компоненты растяжения — отрицательными;

предельными деформативными характеристиками принимаются максимальные по абсолютной величине значения таблицы относительных деформаций e . Слой считается разрушенным при выходе его деформаций за пределы диаграммы « s — e » для материала, его составляющего;

осью расчетной схемы конструкции считается геометрическое место центров тяжести ненарушенного материала расчетных сечений. Под этим понимается корректировка положения расчетной оси на каждом этапе загружения в соответствии с изменением высоты ненарушенного материала в сечении и величиной общих деформаций (перемещений) расчетных сечений по нормали и касательной к контуру конструкции;

величина поэтапного приращения нагрузки может быть неравномерной; однако качественный характер загружения, т.е. вид нагрузки, остается постоянным;

поскольку каждый i -й слой каждого j -го расчетного сечения характеризуется своей диаграммой « s — e » то для каждого этапа загружения введено понятие «приведенного условного модуля деформации расчетного сечения» E_j .

где E_i — условный модуль деформаций i -го слоя;

Условным модулем деформации i -го слоя E_i названо отношение напряжений s к деформации e для материала слоя на рассматриваемом этапе загружения . E_i вычисляется по соответствующей диаграмме « s — e » и может быть только положительным ненулевым числом.

При нелинейном расчете рассматриваются 3 предельные состояния подземных конструкций в соответствии с положениями СНиПов по проектированию автодорожных, железнодорожных тоннелей и метрополитенов. Однако первое предельное состояние сформулировано следующим образом : конструкция достигает предельного состояния по несущей способности (прочности) при разрушении материала какого-либо из ее линейных участков. Линейным участком конструкции считаются какие-либо три последовательных ее расчетных сечения. Разрушение таких трех последовательных сечений адекватно образованию трех соседних шарниров, что ведет к появлению мгновенно изменяемого участка в расчетной схеме конструкции.

Естественно , что при достижении подземной конструкцией такого состояния дальнейшая эксплуатация ее невозможна по двум причинам:

а) потеря устойчивости одним из участков расчетной схемы неизбежно должна повлечь за собой недопустимые общие деформации всей расчетной схемы;

б) разрушение материала обделки на линейном участке вызовет проникновение в тоннель породы и грунтовых вод, что недопустимо для подземного сооружения.

Все основные аналитические зависимости, используемые в нелинейной модели работы системы «порода — обделка», приведены в сборнике научных трудов [3].

На рис. 2 приведена блок-схема программы расчета подземных конструкций в упругой (линейной) стадии работы; а на рис. 3 — блок-схема программы нелинейного расчета подземных конструкций.

Из сравнения этих рисунков видно, что линейная модель работы подземной конструкции является составной частью нелинейной модели. Алгоритмы нелинейной и линейной моделей и программы, их реализующие, имеют модульную структуру, включающую в себя функциональные модули и управляющие операторы.

Рис. 2. Блок-схема программы для расчета произвольной конструкции на произвольно заданное загружение в упругой стадии

Функциональные модули имеют 5-символьный префикс, начинающийся с символов Т1G, и выполняют следующие действия:

— ввод, обработка и оптимизация исходной информации о параметрах первоначального состояния системы «обделка — порода»;

— вычисление компонент матриц единичных состояний основной системы метода сил;

— вычисление компонент вектора грузового состояния основной системы метода сил;

— вычисление характеристик жесткости на действие продольной силы и изгибающего момента расчетных сечений конструкции;

— формирование матрицы коэффициентов левой части системы канонических уравнений метода сил и грузового столбца системы;

Рис. 3. Блок-схема программы T1GNL

— решение системы канонических уравнений метода сил;

— вычисление компонент напряженно-деформированного состояния конструкции;

— печать на АЦПУ таблицы напряженно-деформированного состояния системы «обделка — порода» на очередном этапе загружения;

— анализ состояния контактного слоя системы «обделка — порода»; в случае необходимости корректировки «зоны отлипания» проводится корректировка матрицы коэффициентов левой части системы канонических уравнений метода сил и грузового столбца системы ;

— оценка и «разбрасывание» погрешности метода решения системы уравнений;

— ввод, обработка и «запоминание» информации о количестве слоев в расчетных сечениях, о ширине каждого слоя во всех сечениях, о диаграммах « s — e »;

— анализ напряженно-деформированного состояния монолитных (не стыковых) расчетных сечений с целью уточнения жесткостных характеристик, выявления разрушений материала и структурных изменений;

— анализ напряженно-деформированного состояния стыков сборных конструкций и «пластических шарниров», образовавшихся в результате разрушения материала в монолитных расчетных сечениях;

— проверка окончания итерационного процесса по уточнению жесткостных характеристик конструкции на очередном этапе ее загружения; вычисление нагрузки следующего этапа в случае завершения итерационного процесса;

— вычисление новых геометрических характеристик расчетной схемы для перехода к следующему этапу загружения — завершающий этап реализации геометрической нелинейности расчетной схемы;

— учет наследственности деформированного состояния контактного слоя между обделкой и породой с запоминанием дифференциальных и интегральных компонент этого состояния;

— то же, что и T1G19, но с запоминанием только дифференциальных компонент деформаций контактного слоя;

— учет наследственности деформированного состояния расчетных сечений и конструкции в целом с запоминанием дифференциальных и интегральных компонент этого состояния;

— то же, что и Т1G21, но с запоминанием только дифференциальных компонент осевых и изгибных деформаций конструкций;

— анализ конструкции для выявления возможности достижения ею одного из предельных состояний;

— учет нелинейности деформативных свойств породы.

Из рис. 3 видно, что алгоритм нелинейного расчета включает в себя 3 циклических процесса. В первом цикле реализован итерационный процесс по уточнению «зоны отлипания». Это уточнение проводится на каждом этапе загружения конструкции. Критерием завершения данного итерационного процесса является стабилизация деформированного состояния контактного слоя между породой и обделкой в соответствии с теорией местных деформаций.

Второй цикл реализует итерационный процесс уточнения жесткостных характеристик конструкции на каждом этапе ее загружения. Поскольку модули T1G13 и T1G14 в результате анализа напряженно-деформированного состояния расчетных сечений могут изменить их физико-механические характеристики, то модуль T1G15 проверяет, изменилась ли жесткость конструкции в целом относительно предыдущей итерации.

В случае расхождения между соседними итерациями, превышающего допустимую погрешность, управление передается последовательно блокам: T1G20, T1G22, T1G12 и T1G23, которые, осуществив свои вышеуказанные функции, либо передают управление модулю T1G02, либо прекращают расчет в случае достижения конструкцией одного из предельных состояний. Критерием окончания итерационного процесса во втором цикле является стабилизация жесткости конструкции. В случае достижения стабилизации управление передается третьему циклу. В этом цикле осуществляется учет геометрической нелинейности расчетной схемы (T1G17), учет наследственности деформированного состояния контактного слоя и самой конструкции ( T 1G19 и TIG21), анализируется конструкция по предельным состояниям (T1G23), учитывается нелинейность деформативных свойств породного массива (T1G24), вычисляется нагрузка следующего этапа загружения (T1G15), печатается таблица напряженно-деформированного состояния системы «порода — обделка» на данном этапе загружения ( T 1G12) и передается управление на анализ следующего этапа загружения (T1G06). Если модуль T1G23 выявит достижение конструкцией одного из предельных состояний, то расчет прекращается. Расчет прекращается и при достижении заданного в исходных данных максимального количества этапов загружения.

3. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К РАСЧЕТУ

В настоящем обязательном приложении приводится единая инструкция: для расчета подземных конструкций в упругой (линейной) стадии и для нелинейного их расчета. При линейном расчете при подготовке исходных данных следует использовать первые 21 позицию общей инструкции: нумерация файлов ведется в первом левом столбце инструкции, представленной в табл. 2.

Для подготовки исходных данных необходимо знакомство с оператором «FORMAT» языка «ФОРТРАН». В частности, требуется знание описателей полей ввода для преобразования информации от внешнего представления к внутреннему.

Описание исходных данных приводится в последовательности их ввода в читающее устройство ЭВМ. Следует обратить особое внимание на нумерацию вводимых массивов (первая левая колонка таблицы — инструкции) — каждый номер в одном расчете может встречаться только один раз.

4. ФОРМИРОВАНИЕ ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТ

Расчет подземных конструкций по методу ЦНИИС производится на ЕС ЭВМ (ЕС-1033, ЕC-1045) по следующим двум программам:

T1GG2 — линейный расчет;

T1GNL — нелинейный расчет.

Для проведения линейного расчета на перфокартах формируется колода, включающая в себя следующие составные части:

Для проведения нелинейного расчета на перфокартах формируется колода, включающая в себя следующие составные части:

🌟 Видео

Оборудование для ННБ. Осцилляторы / Основы ННБСкачать

"История в предметах": планиметр (Бийское телевидение)Скачать

ГИС во время бурения. Рассмотрение приборов LWD и интерпретации данных при ННБ.Скачать

Центровка учебное пособие курса ТОР-101 (Балтех)Скачать

Дренчерная АУПТ предотвращает распространение огня в зданииСкачать

Позиционный допуск. Назначение баз на примере круглого фланца. Лекция 22Скачать

Веб семинар «Проектирование тоннелей в Allplan 2018»Скачать

Очистные сооружение (ЛОС) поверхностного стока - проектирование, поставка и монтаж | HydroUnitСкачать

КОМПАС 3D Бутыль Измерение Объема. Многотельная Деталь | Роман СаляхутдиновСкачать