Войти  |  Регистрация
Авторизация

Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания



Предварительный подбор размеров сечения обделки

Наибольшее распространение в тоннелестроении имеют металлические и железобетонные обделки, составленные из взаимозаменяемых элементов — соответственно тюбингов и блоков. Внутренний диаметр такой обделки задают с учетом назначения тоннеля и установленных габаритов. Сечения элементов обделки предварительно назначают по аналогии с существующими тоннелями и проверяют расчетом на действие наиболее невыгодного сочетания нагрузок.
Для предварительного назначения размеров сечения тюбинга можно пользоваться данными табл. IV.4.
Оболочку тюбинга (рис. IV.23, а) рассчитывают сна внешнее давление породы и воды, как балку с заделанными концами и пролетом, равным расстоянию между центрами тяжести опорных утолщений.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Сжимающие напряжения от изгиба и от давления щитовых домкратов суммируют.
Суммарное сжимающее напряжение в сечении определяют по формуле
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

При определении растягивающих напряжений давление щитовых домкратов не учитывают и тогда
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

здесь принимают большее из значений t.
После подбора сечения тюбинга и определения действующих усилий проверяют напряжения по формулам:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Усилия и напряжения в болтах определяют следующим образом. Растягивающие усилия T1 и T2 в болтах (рис. IV.23, б) определяют в зависимости от знака действующего момента по формулам:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Статический расчет обделки выполняют с учетом особенностей применяемого метода производства работ. В монтажной стадии обделка подвергается действию собственного веса G и усилий P от вспомогательных устройств (рис. IV.24). Предварительно можно определить вес 1 пог. м обделки в тоннах по эмпирическим формулам: G=0,22 D2 — для глинистых пород; G = 0,30 D2 — для устойчивых водоносных пород; G=0,35 D2 — для плывунных пород, где D — наружный диаметр обделки, м.
Стадии работы обделки

При оборке кольца от нижнего элемента к верхнему без применения каких-либо поддерживающих приспособлений и при расположении кольца на лотковой части оболочки щита или на породе (рис. IV.24, б) необходимо проверять напряжения в обделке от монтажных нагрузок. Ha заданные нагрузки обделку рассчитывают обычными методами строительной механики. Усилия, возникающие в наиболее напряженном (замковом) сечении, определяют по формулам:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

При опирании кольца на рельсы, утопленные в бетонное основание опережающей штольни (рис. IV.24, а), что применяют в случаях, требующих особо высокой точности монтажных работ, расчетные схемы соответственно видоизменяют. Длину дуги опирания, зависящую от диаметра обделки и качества пород, обычно принимают равной длине нижнего элемента обделки, что соответствует центральному углу 2а = 25°/40°.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Так как влияние веса вспомогательного оборудования может быть значительным и вызывающим в первых кольцах обделки дополнительные изгибающие моменты, необходимо ограничивать деформативность колец постановкой монтажных стяжек в виде стальных стержней диаметром 45—50 мм с нарезанными концами, снабженными натяжной гайкой. Этой цели служат ряд дополнительных мер, как-то: снижение веса вспомогательного оборудования и его передача непосредственно на лотковую часть обделки, своевременное нагнетание на обделку и т. п.
В рабочей стадии обделка сохраняет напряженное состояние от монтажных нагрузок вследствие нагнетания раствора и, кроме того, в ней возникают дополнительные усилия от горного и гидростатического давлений, а также от веса внутренней конструкции тоннеля (проезжая часть) и временных нагрузок от обращающегося в тоннеле транспорта. Рассчитать обделку в рабочей стадии необходимо на действие нагрузок эксплуатационной стадии и полученные усилия просуммировать с усилиями от монтажных нагрузок. При монтаже элементов обделки с использованием поддерживающих устройств в виде кружал или выдвижных балок и на период нагнетания и твердения раствора, обделка в монтажной стадии не работает. Собственный вес обделки в этом случае нужно суммировать в рабочей стадии с вертикальной нагрузкой.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Расчет обделки как свободно деформируемого кольца

В слабых неустойчивых породах (илах, плывунах, водонасыщенных супесях) тоннельная обделка может быть рассчитана как свободно деформируемое кольцо, находящееся под действием внешних сил и уравновешивающих реакций породы.
Имеется ряд методов расчета, по-разному учитывающих неопределенность характера распределения реакций породы. Обычно вертикальные реакции принимают равномерно распределенными по горизонтальной проекции кольца; при заданных взаимно уравновешивающихся нагрузках (рис. IV.25) усилия в обделке могут быть определены по расчетным формулам, приведенным в табл. IV.5.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Расчет обделки как кольца в упругой среде

При заложении тоннелей в крепких породах между обделкой кругового очертания и упругой средой возникают контактные напряжения благодаря нагнетанию цементных растворов или обжатию обделки в породу. В этих условиях деформации тоннельной конструкции под влиянием внешних нагрузок вызовут соответствующие деформации породы, в которой возникают упругие реакции. Величины и характер распределения этих реакций по контуру обделки могут быть определены так же, как и для обделок подковообразного очертания.
Расчет обделки как кольца в упругой среде представляет сложную задачу, впервые решенную советскими специалистами. Предложено несколько способов, основанных на теории местных деформаций (способ рядов Фурье, дифференциальный способ и др.). Эти сложные способы дают возможность полного и точного представления о работе в упругой среде кольцевой обделки с непрерывной упругой осью и могут быть основой для приближенных способов расчета. К числу приближенных может быть отнесен универсальный способ Метропроекта. Применительно к обделкам кругового очертания этот способ имеет некоторые особенности.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Сущность приближенного метода Метропроекта заключается в замене криволинейного очертания обделки ломаными и принятии всех силовых воздействий (активных и пассивных) сосредоточенными в вершинах вписанного многоугольника (рис. IV.26), что является условным допущением. Для обеспечения достаточной для практических целей точности необходимо принять шестнадцатиугольник (рис. IV.27). При этом действие упругой среды на протяжении стороны многоугольника заменяют упругой опорой с эквивалентными упругими свойствами. Направление сил пассивного отпора среды принято совпадающим с направлением радиуса кривой, а при учете сил трения — с отклонением упругих опор на угол β.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Рассчитывая по методу сил, в качестве основной системы принимают шарнирную цепь, получаемую в результате исключения стержней с нулевыми усилиями и введения шарниров в местах упругих опор и в верхней точке кольца (см. рис. IV.26,б). В качестве лишних неизвестных принимают парные моменты в симметричных точках. Неизвестные определяют решением системы канонических уравнений. Для нахождения значений коэффициентов этих уравнений, представляющих собою перемещения основной системы, нужно предварительно найти усилия в основной системе от действия внешней нагрузки и единичных моментов по направлению лишних неизвестных.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Верхнюю часть рассчитывают как трехшарнирную арку; действие ее на шарнирную цепь представлено распором H и вертикальным давлением V. Действие внешней нагрузки (рис. IV.28, а):
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Действие единичных моментов (рис. IV.28, б):
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Усилия в шарнирной цепи в общем случае определяют последовательным вырезанием узлов. Условия равновесия n-го узла шарнирной цепи основной системы под действием внешних нагрузок и единичных моментов по направлениям лишних неизвестных могут дать следующее (рис. IV.29).
Действие внешней нагрузки (см. рис. IV.29,а):
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Действие единичных моментов (см. рис. IV.29,б): единичный момент, приложенный к n-й опоре, вызывает по концам примыкающих стержней поперечные силы, равные
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

раскладывая их на направления искомых усилий, имеем
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Усилия в остальных элементах основной системы равны нулю. Единичный момент, приложенный в опорной точке трехшарнирной арки, вызывает в последней распор Н. Поэтому усилия в элементах шарнирной цепи от действия этого момента определяют суммированием усилий от распора и от поперечных сил по концам стержня (см. рис. IV.29, б):
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Для частного случая обделки кругового очертания, замененной 16-угольником с 13 упругими опорами (рис. IV.30), усилия в основной системе от различных нагрузок могут быть получены по таблицам. При учете сил трения между породой и обделкой упругие опоры должны быть повернуты на некоторый угол. Усилия в основной системе от различных нагрузок могут быть получены также по таблицам. В породах плывунных или илистых расчет проводят без учета сил трения; в устойчивых, песчаных, глинистых, скальных — с обязательным учетом.
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Перемещения определяют в основной системе по единой формуле с учетом стержневого характера системы:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Выражение a/EF представляет собой деформацию от единичной силы стержня длиной а и площадью F.
Согласно формуле Винклера, деформация упругой опоры от единичной силы
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

После подстановки в первоначальную формулу (IV.97) окончательно имеем:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Коэффициенты канонических уравнений определяют сопряжением эпюр единичных и силовых состояний системы.
После определения неизвестных моментов суммированием усилий в основной системе от действия нагрузки и найденных моментов находят окончательные значения опорных реакций и нормальных сил:
Расчет сборных чугунных обделок кругового очертания

Целесообразно проводить расчет в табличной форме и систематически следить за ходом вычислений. Для контроля правильности вычислений необходимо проверять равновесие отдельных частей обделки, а также определять нулевые перемещения. В замкнутом контуре следует убедиться в равенстве нулю приведенной площади расчетной эпюры моментов.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent