|
|
Основные положения расчета трубНагрузки и воздействия.Расчет элементов водопропускных труб выполняют по методу предельных состояний на действие постоянных и временных нагрузок: собственного веса конструкций; вертикального и горизонтального давления грунта от веса насыпи; то же от подвижного состава; строительной и сейсмической. Расчетные нагрузки определяют с коэффициентами сочетаний и надежности по нагрузкам в соответствии со СНиП [12] и расчетной схемой (рис. 7.37) [11].
Рис. 7.37. Схема нагрузок на трубу: а – давление собственного веса грунта насыпи; б – давление временной подвижной нагрузки Нормативную вертикальную нагрузку от собственного веса определяют по проектным объемам конструктивных элементов водопропускных труб. Нормативное давление грунта от веса насыпи на звенья труб определяют [11, 12] по формулам: § вертикальное давление
§ горизонтальное давление
где
где Коэффициент вертикального давления
Силу трения по двум плоскостям, отнесенную к 1 м2 горизонтальной проекции трубы шириной
Таким образом, коэффициент вертикального давления – для невысокой насыпи
– для высокой насыпи
где Если При расчете гибких металлических гофрированных труб Нормативное давление грунта от подвижного состава, расположенного на насыпи, определяют с учетом распределения временной нагрузки в грунте по выражениям: § вертикальное давление
§ горизонтальное давление
где n – интенсивность временной вертикальной нагрузки от подвижного состава железных дорог, принимаемая по [12] для длины загружения Строительные нагрузки, действующие на конструкцию труб при монтаже или строительстве от строительных машин и кранов, а также при изготовлении и транспортировании элементов, принимают по проектным данным с учетом условий производства работ по СНиП 3.06.04-91 [27]. Сейсмические нагрузки принимают в соответствии с требованиями СНиП II-7-81* [17]. Определение сейсмичности площадки строительства производят на основании сейсмического микрорайонирования, а при отсутствии карты сейсмического микрорайонирования допускается определять по специальной таблице в зависимости от грунта основания [17]. В расчетах труб все нагрузки и воздействия принимают в наиболее невыгодных положениях и сочетаниях, которые могут возникнуть в процессе их эксплуатации и строительства. Средние секции водопропускных труб рассчитывают на вертикальное и горизонтальное давление от веса насыпи и временной нагрузки от подвижного состава (см. рис. 7.37,б). В отдельных случаях при малой высоте насыпи, если Определение расчетных нагрузок производят с коэффициентами надежности по нагрузке Определение расчетных усилий. Расчет конструкций водопропускных труб производят как для плоских систем с учетом взаимодействия элементов между собой и основанием [11]. В водопропускных трубах рассчитывают следующие конструктивные элементы: в железобетонных – замкнутые звенья, фундаменты и стенки оголовков; в бетонных – стенки звеньев и оголовков, плиты перекрытия, фундаменты; в металлических гофрированных – гибкие звенья. Расчетные схемы элементов труб зависят от их конструкции и условий работы при эксплуатации. Усилия в элементах труб определяются по правилам строительной механики с учетом упругой работы.
Круглые железобетонные звенья водопропускных труб рассчитывают на неравномерное радиальное давление грунта насыпи [11] (рис. 7.38,а). Изгибающие моменты в диаметральных сечениях определяют по выражениям [11]: · для средних звеньев
· для крайних звеньев
где Согласно [12] звенья круглых железобетонных труб допускается рассчитывать только на изгибающие моменты (без учета продольных и поперечных сил). Звенья прямоугольных железобетонных трубрассчитывают как рамы замкнутого контура с дополнительной проверкой их стенок по схеме с жестко заделанными стойками [12]. Звенья загружают равномерно распределенными нагрузками от вертикального и горизонтального давления грунта от собственного веса и временной подвижной нагрузки. Горизонтальное давление от собственного веса грунта определяют на уровне середины высоты звена трубы (рис. 7.39). Звенья железобетонных прямоугольных труб рассчитывают на действие изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, которые определяются по правилам строительной механики.
Рис. 7.39. Расчетные схемы прямоугольных железобетонных труб: а – рама замкнутого контура; б – рама с жестко заделанными стойками
Усилия для расчета элементов круглых и прямоугольных труб определяются из расчетов на прочность и трещиностойкость (по раскрытию трещин). При этом сечения звеньев водопропускных труб рассчитывают по прочности от расчетных нагрузок, а по трещиностойкости от нормативных нагрузок (без учета коэффициентов надежности по нагрузке). Расчет железобетонных звеньев по прочности. В основу принятых норм расчета водопропускных труб [12] положен метод предельных состояний. В соответствии с нормами проектирования [12] железобетонные водопропускные трубы рассчитывают по первой группе предельных состояний по прочности и устойчивости формы, а по второй – по трещиностойкости (по раскрытию трещин). Расчет железобетонных звеньев водопропускных труб по прочности: ü определяют геометрические параметры расчетного сечения (рис. 7.40); ü производят подбор рабочей арматуры; ü производят проверку по прочности нормального к продольной оси и наклонного сечения. Прочность нормального сечения элемента трубы считают обеспеченной, если внешний изгибающий момент
где
Рис. 7.40. Схема и эпюра напряжений для расчета прочности нормального сечения звеньев труб
Внецентренно сжатые элементы рассчитывают только по прочности, если продольная сила
где Прочность внецентренно сжатых железобетонных элементов считается обеспеченной, если выполняется условие [12]:
где Условие устойчивости имеет вид:
где Условие прочности по моменту усилий в сжатой зоне бетона относительно линии, проходящей через центр тяжести нижней арматуры, будет иметь вид [13]:
где Расчет железобетонных звеньев по трещиностойкости относят к расчетам по второй группе предельных состояний. Нормы проектирования водопропускных труб предусматривают расчеты по раскрытию нормальных и наклонных к продольной оси элемента трещин. Согласно [12] конструкции железобетонных труб должны удовлетворять третьей категории трещиностойкости. Расчет по раскрытию нормальных и наклонных трещинпроизводят по указаниям [12] аналогично железобетонным пролетным строениям. Нормы проектирования [12] предусматривают значение момента для внецентренно сжатых элементов определять как изгибающий момент при расположении усилия
и за пределами расстояния между центрами тяжести растянутой и сжатой арматуры
где Основания фундаментов звеньев труб рассчитывают на вертикальное давление, определяемое по формуле [9]
где Расчет по несущей способности оснований водопропускных труб позволяет обеспечивать прочность и устойчивость оснований. Несущая способность основания труб под подошвой фундамента мелкого заложения должна удовлетворять условию [12, 28]
где Несущая способность основания труб под подошвой свайного (столбчатого) фундамента должна удовлетворять условию [12, 28]
где При проектировании оснований и фундаментов труб, возводимых на вечномерзлых грунтах, расчет оснований производят [7]: v при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I – по несущей способности для твердомерзлых грунтов; по несущей способности и деформациям для пластичномерзлых и сильнольдистых грунтов, а также при наличии подземных вод; v при использовании вечномерзлых грунтов по принципу II – по несущей способности в случаях, предусмотренных СниП 2.02.01-83 [28]; по деформациям из условия совместной работы основания и фундаментов. Расчет оснований фундаментов по несущей способности производят согласно [28] из условия:
где Расчет по деформациям. Согласно нормам проектирования [28] расчет оснований по деформациям производят из условия совместной работы трубы и основания. Расчет оснований труб по деформациям производят при выполнении условия [28]
где Расчет деформаций основания труб выполняют с применением расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Осадку основания
где Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов.Расчеты при использовании вечномерзлых грунтов по принципу II по деформациям производят в пределах расчетной глубины оттаивания грунтов в основании труб Осадку оттаивающего в процессе эксплуатации трубы основания определяют по формуле [7]
где Составляющую осадки основания
где Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании труб Расчет свайных и столбчатых фундаментов на вечномерзлых грунтах при использовании грунтов основания труб по принципу I и принципу II необходимо производить по рекомендациям [7, 20]. Строительный подъем при высоте насыпи до 12 м назначают равным при фундаментах: на песчаных, галечниковых и гравелистых грунтах основания При устройстве труб на скальных грунтах и свайных фундаментах строительный подъем, как правило, не назначают. Строительный подъем при высоте насыпи свыше 12 м назначают в соответствии с расчетом ожидаемых осадок от веса грунта насыпи. При этом отметки лотка входного оголовка или входного звена трубы назначают так, чтобы они были выше отметок среднего звена трубы, как до появления осадок, так и после стабилизации основания. Стабильность проектного положения секций фундаментов и звеньев труб обеспечивают устойчивостью откосов насыпи и прочностью грунтов основания. Расчет стальных гофрированных труб. Металлические гофрированные водопропускные трубы под железными дорогами представляют собой тонкостенные гибкие конструкции, для которых грунт насыпи является одновременно нагрузкой и средой, оказывающей сопротивление деформациям конструкции, что образует сложную систему труба–грунт [11, 25]. Поперечные деформации гибкой трубы от действия вертикальных нагрузок проявляются в виде перемещений боковых стенок, что вызывает упругий отпор окружающего грунта, обеспечивающий общее статическое равновесие системы труба–грунт. Учитывая это обстоятельство, расчет гибких гофрированных труб предусматривает: расчет на прочность и устойчивость; расчет болтовых соединений; расчет деформаций – поперечного сечения от эксплуатационных нагрузок, а также при отсыпке и уплотнении боковых призм грунта [11]. 1. Расчет на прочность и устойчивость гибких гофрированных труб круглого сечения в грунте выполняют при условии [11, 12, 25]:
где
С учетом упругой стадии работы материала трубы в условиях окружающего грунта насыпи, препятствующей потере устойчивости, критическое напряжение определяют [25] как
где Модуль деформации грунта засыпки принимают для практических Более приемлемым считают определение критического напряжения в зависимости от гибкости кольца
где Далее определяется предельное значение гибкости
где Если
где При проектировании стыков металлических гофрированных труб принимают во внимание, что вследствие низкой продольной жесткости гофрированной конструкции соединения элементов в поперечных швах не испытывают существенных усилий, а поэтому могут быть назначены конструктивно. Продольные стыки, воспринимающие значительные усилия от поперечных нагрузок, должны обеспечивать равнопрочные с основной конструкцией соединения, для чего их необходимо рассчитывать на совместное действие осевой сжимающей силы Расчет болтовых соединений продольных стыков листов внахлестку выполняют в предположении равномерного распределения сжимающего усилия между всеми болтами поровну и без учета трения по контактным поверхностям соединения (рис. 7.41) [11].
Рис. 7.41. Развертка основного элемента конструкции труб диаметром 1–3 м: а – план гофрированного листа; б – профиль листа; 1 – отверстия на гребнях и впадинах волн под болты продольных стыков; 2 – отверстия на гребнях волн под болты поперечных стыков; 3 – внутренняя поверхность элемента
Как правило, волнистые листы соединяют внахлестку с постановкой болтов одного диаметра – 16 мм. Продольный стык состоит из двух рядов болтов, расположенных на гребнях и впадинах волн (рис. 7.41). Поперечный стык – однорядный со стандартным шагом между болтами 200 мм. Номинальные размеры круглых отверстий продольных стыков должны быть на 3 мм больше номинального диаметра болтов. Длину элемента из волнистой стали назначают исходя из условий совпадения отверстий в поперечных и продольных стыках. Для труб диаметром 1–3 м при толщине листа Требуемое число болтов определяют [11] по формуле
где · на смятие кромок отверстия
· на срез болта
где
где
где Деформация поперечного сечения трубы при отсыпке и уплотнении боковых призм грунта должна удовлетворять условию
где
где
Если условие (7.39) не выполняется, то следует предусмотреть установку внутри трубы временного крепления, рассчитанного на действие перемещающейся вдоль трубы горизонтальной нагрузки интенсивностью Проектирование труб на водотоках с возможным наледеобразованием. Нормы проектирования [12] запрещают применение труб в местах возможного образования наледей, кроме исключительных случаев, допускающих применение прямоугольных бетонных труб отверстием не менее 3 м и высотой не менее 2 м в комплексе с постоянными противоналедными мероприятиями. Такое требование не совсем правильное (это разделяют и другие авторы). Если на всех водотоках с прогнозируемыми наледями вместо труб проектировать мосты, то это потребует в 2–3 раза больше средств на строительство, что является неэффективным. Возможность развития наледного процесса можно прогнозировать с применением вероятностного метода [3]. При этом к числу важных факторов наледеобразования относят температуру наружного воздуха в зимний период, количество осадков в осеннее-летний период предыдущего года и толщину снежного покрова. При прогнозировании расчетных параметров из всех наледей, возникающих в зоне водопропускных труб, можно выделить наледи с питанием водами сезонного промерзания (поверхностными, надмерзлотными, грунтовыми). Образование грунтовых наледей определяется главным образом сезонным промерзанием первого от поверхности водоносного горизонта. При этом большое значение имеют взаимные соотношения глубины залегания водоупора, уровня грунтовых вод и глубины промерзания [3]. Вероятность образования грунтовых наледей
где Критерием образования наледи является величина вероятности Расчетные параметры наледи необходимо учитывать при проектировании сооружения. В этом случае среднюю мощность наледи грунтовых вод определяют по формуле [3]
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
; (7.1)
, (7.2)
– коэффициент вертикального давления грунта; 
– нормативный удельный вес грунта насыпи, принимаемый 
– высота засыпки грунта от подошвы рельсов (ПР) до верха звена; 
– то же до расчетного уровня; 
– коэффициент нормативного бокового давления грунта, определяемый по формуле
, (7.3)
– нормативный угол внутреннего трения грунта, для звеньев 
. (7.4)
, определяют как
. (7.5)
; (7.6)
; (7.7)
, (7.8)
– расстояние от основания насыпи до верха звена трубы (см. рис. 7.37, а); 
– коэффициент, учитывающий жесткость основания трубы, 
, то принимают 
.
; (7.9)
, (7.10)
и положения вершины линии влияния 
, но не более 
м, трубы рассчитывают на одностороннее горизонтальное давление грунта от временной подвижной нагрузки.
, приведенными в [12].
В соответствии с [12] конструктивные элементы труб рассчитывают по прочности, устойчивости формы и положения против опрокидывания и скольжения, трещиностойкости и деформациям. Основания труб рассчитываются на прочность и осадку по СНиП 2.02.01-83 [28] и СНиП 2.02.04-88 [7].
; (7.11)
, (7.12)
– коэффициент, принимаемый в зависимости от условий опирания звена по [12]: круглого звена на фундамент 
– средний радиус звена; 
– то же от подвижного состава, 
– динамический коэффициент, принимаемый при общей толщине балласта с засыпкой (считая от подошвы рельса) 0,4 м и меньше: 
; при толщине 1 м и больше 
– длина загружения линии влияния.
не превышает несущую способность – момент внутренних сил 
[12]:
, (7.13)
– расчетное сопротивление бетона по прочности на сжатие, определяемое по [12]; 
= 1,0 м – длина звена трубы; 
– высота сжатой зоны бетона; 
– расчетное сопротивление сжатой арматуры; 
– площадь поперечного сечения сжатой арматуры; 
– расстояние от равнодействующей усилий сжатой арматуры до наиболее сжатого волокна сечения (рис. 7.40).
выходит за пределы ядра приведенного сечения, при котором 
, т. е. расчетный эксцентриситет 
, определяемого по формуле [2]
, (7.14)
– момент инерции приведенного прямоугольного сечения стенки звена; 
– площадь приведенного сечения стенки звена; 
– расстояние от центра тяжести приведенного сечения до растянутой грани сечения, а при 
сечение рассчитывают по прочности и устойчивости.
, (7.15)
– полная площадь сечения элемента.
, (7.16)
– коэффициент продольного изгиба, определяемый по [12].
, (7.17)
, 
– расстояние от линии действия силы 
, (7.18)
, (7.19)
– расстояние от центра тяжести площади поперечного сечения растянутой арматуры до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения; 
, (7.20)
– нормативный собственный вес звена и фундамента длиной 1 м. Остальные параметры формулы (7.20) определяются по (7.1), (7.2), (7.9) и (7.10).
, (7.21)
– среднее вертикальное давление на звенья труб; 
– коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; 
– расчетное сопротивление основания из скальных или нескальных грунтов осевому сжатию, определяемое по [12].
, (7.22)
– число свай (столбов) на 1 м длины фундамента звена трубы; 
– расчетная несущая способность сваи по грунту.
, (7.23)
– несущая способность (сила предельного сопротивления) основания.
, (7.24)
– предельное значение совместной деформации основания и элемента трубы.
[28].
при расположении фундамента труб в грунтах, характерных для зоны умеренного или холодного климата, определяют методом послойного суммирования по формуле [28]
, (7.25)
= 0,8 – безразмерный коэффициент; 
– среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней 
и нижней 
границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; 
– толщина i-го слоя грунта; 
– модуль деформации i-го слоя грунта; 
– число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
.
, (7.26)
– составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта; 
– осадка уплотнения предварительно оттаянного, замененного или естественного немерзлого слоя грунта толщиной 
под воздействием веса элементов трубы.
, (7.27)
– коэффициент оттаивания (доли единицы) i-го слоя оттаивающего грунта (определяется по экспериментальным данным); 
– коэффициент сжимаемости i-го слоя оттаивающего грунта (определяется по экспериментальным данным); 
– вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине
; на глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах основания 
; при грунтовых подушках из песчано-гравелистой или песчано-щебеночной смеси 
, где 
– высота засыпки над трубой.
, (7.28)
– сжимающая сила в сечении стенки трубы, определяемая по формуле
; (7.29)
– давление грунта насыпи от постоянной и временной подвижной нагрузок на единицу длины трубы; 
– коэффициенты надежности по нагрузке; 
– площадь продольного сечения стенки на единицу длины трубы; 
– расчетное сопротивление стали, определяемое по [12]; 
= 0,7 – коэффициент условий работы; 
– коэффициент понижения несущей способности, вводимый для предотвращения потери устойчивой формы равновесия гибкой трубы в упругой грунтовой среде; 
– критические напряжения в стенке трубы; 
– предел текучести стали [12].
, (7.30)
– модуль упругости, определяемый по [12]; 
– коэффициент гибкости, определяемый в зависимости от геометрических параметров сечения – момента инерции 
, диаметра 
по [25].
, (7.31)
.
[7]:
, (7.32)
– предел пропорциональности, 
.
, то критическое напряжение в стенке трубы определяется по формуле (7.30). Если 
, то критическое напряжение следует принимать равным пределу текучести стали 
. Если 0,5 lпр < l < lпр, то при данных гибкостях будет иметь место упругопластическая область деформаций при потере устойчивости, и критические напряжения определяются [25] как
, (7.33)
; 
.
, (7.34)
= 1,2 – коэффициент, учитывающий действие изгибающего момента; 
– расчетная несущая способность одного болта нормальной точности, определяемая:
; (7.35)
, (7.36)
– толщина листа; 
– диаметр болта; 
– коэффициент условий работы соединения на смятие, равный 1,3; 
– то же на срез, равный 0,9; 
, 
– расчетные сопротивления стали на смятие и срез, определяемые по [12].
2. Деформация поперечного сечения трубы от эксплуатационных нагрузок должна удовлетворять условию 
, где 
– уменьшение вертикального диаметра трубы, определяемое по формуле (рис. 7.42)
, (7.37)
= 0,1 – коэффициент, учитывающий условие опирания трубы на основание; 
– коэффициент, учитывающий нарастание деформаций по времени, равный 1,25 для песчаных грунтов и 1,50 для глинистых грунтов; 
– средний радиус кольца трубы; 
– жесткость кольца при изгибе; 
– модуль горизонтальной деформации грунта засыпки, определяемый по формуле
, (7.38)
– коэффициент Пуассона грунта засыпки.
, (7.39)
; (7.40)
– средний диаметр трубы; 
– интенсивность предельно допустимого горизонтального давления на трубу
; (7.41)
– изгибающий момент в стенке трубы, соответствующий образованию пластического шарнира,
. (7.42)
, действующей на длине 0,5 м на поверхности трубы симметрично относительно горизонтального диаметра. Крепление должно включаться в работу только после уменьшения горизонтального диаметра трубы на величину 0,03 
, %, определяют по формуле
, (7.43)
– расход грунтового потока в пределах отверстия трубы, принимаемый для труб 
– мощность водоносного горизонта; 
– мощность снежного покрова; 
– глубина залегания верхнего горизонта грунтовых вод в осенне-зимний период, считая от дневной поверхности грунта.
, (7.44)