Расчет сборно-монолитных обделок тоннелей сооружаемых открытым способом К

Расчет сборно-монолитных обделок тоннелей, сооружаемых открытым способом К сборно-монолитным обделкам относятся: обделки перегонных тоннелей метрополитенов, коллекторных тоннелей, а/д тоннелей, станций метрополитенов с плоским перекрытием, подземные одноярусные гаражи, подземные переходы… В конструктивном отношении такие обделки представляют собой одно или двухпролетную раму на упругом основании с жесткими узлами в лотковой части и шарнирным опиранием плиты перекрытия на стеновые блоки. Такая конструкция, учитывая открытый способ производства работ, воспринимает вертикальную нагрузку q от обратной засыпки и горизонтальную нагрузку Рh 1 на уровне шелыги и Ph 2 лотка.

В расчетном отношении такая конструкция представляет собой раму, лежащую на упругом основании (грунтовый массив). Деформационные характеристики упругого основания: модуль деформации пород коэффициент Пуассона Расчет начинается с плиты перекрытия. В данном случае плита рассматривается как однопролетная балка с шарнирным опиранием на стеновые блоки. Далее рассматриваем П-образную раму на упругом основании:

Система является один раз статически неопределимой. В данном случае для раскрытия статической неопределимости за неизвестное целесообразно принять изгибающий момент в узле сопряжения стенового блока с лотковым: Для определения этого момента используется два граничных условия: 1. при симметричной нагрузке 2. угол поворота В – пролет выработки; «-» момент по отношению к стеновому блоку действует против часовой стрелки и растянуто внешнее волокно h – высота выработки N 1 – нормальная сила, действующая в узле А G – собственный вес стенового блока Коэффициенты, учитывающий изменение толщины стенового блока по высоте

1 0, 7 0, 6 0, 5 0, 4 0, 3 0, 0583 0, 0683 0, 0753 0, 0813 0, 0883 0, 0993 0, 0667 0, 0747 0, 0763 0, 0837 0, 0907 0, 0997 K – коэффициент учитывающий изменение момента М 1 в узле сопряжения А, за счет поворота сечения и зависящий от жесткостных параметров системы «обделка породный массив» - изгибная жесткость лоткового блока коэффициенты, зависящие от показателя гибкости системы лотковый блок – породный массив коэффициент Пуассона материала обделки; b – размер конструкции в продольном направлении, b = 1 м Для абсолютно жесткой системы

После того, как найден узловой момент М 1 определяют внутренние усилия в стеновом блоке Знак « – » в выражении для М 1 показывает, что по отношению к стеновому блоку в узле А момент направлен против часовой стрелки, т. е. растянуто внешнее волокно конструкции. Используя уравнения статики имеем выражения для определения реакций: Внутренние усилия в стеновом блоке в сечении с текущей координатой z от 0 до h (за начало отсчета принят узел В) будут равны:

После определения внутренних усилий в стеновом блоке приступают к расчету лоткового блока. Лотковый блок рассматривается как балка на упругом основании, загруженная для однопролетной конструкции следующими усилиями: Изгибающий момент М по отношению к лотковому блоку в узле А будет направлен по часовой стрелке, т. е. растянуто внешнее волокно. Расчет балок на упругом основании представляет собой сложную инженерную задачу, для решения которой, в зависимости от вида загружения, решаются дифференциальные уравнения 4 -го порядка. , Для данной схемы загружения составляются таблицы по определению единичных изгибающих моментов и единичных поперечных сил ( ) в зависимости от показателя гибкости системы и от безразмерного параметра При этом на основании принципа суперпозиции составлены таблицы: Переход к реальным значениям от единичных:

Аналогичным образом рассчитываются двухсекционные конструкции сборно-монолитных обделок Вначале рассматривается плита перекрытия: 1 вариант: перекрытие выполнено из двух плит В этом случае каждая плита рассматривается как балка на двух опорах пролетом Колонна-стойка EF воспринимает сжимающее усилие Это усилие передается на лотковую часть конструкции, причем приложено это усилие в середине лоткового блока

2 вариант: плита перекрытия выполнена на два пролета как единое целое В этом случае плита перекрытий рассматривается как двухпролетная балка В этом случае на лоток передается усилие Это усилие также приложено в середине блока Расчетная схема лоткового блока в этом случае имеет вид: Изгибающий момент М 1 и нормальная сила N 1 определяются по вышеизложенной методике. Усилия в стеновом блоке определяются аналогичным образом. Усилия в лотковом блоке от M 1 и N 1 также определяются по формулам выше. Однако в данном случае, прибавляются усилия от сосредоточенной силы Р. Поперечные усилия и изгибающие моменты (единичные) определяются по таблице: Реальные усилия:

Расчет цельносекционных прямоугольных обделок Такие обделки применяются при открытом способе производства работ для крепления перегонных тоннелей метрополитенов, коллекторных тоннелей, транспортных тоннелей, подземных переходов… В расчетном отношении такая конструкция представляет собой бесшарнирную рамную систему с жесткими узлами:

На первом этапе определяются изгибающие моменты в узлах A, B, C, D. В силу симметричности конструкции и симметричности нагрузки эти моменты по абсолютной величине будут равны. Это используется как граничное условие при раскрытии статической неопределимости. Используя методы строительной механики, имеем: Изгибающие моменты и поперечные силы в произвольном сечении перекрытия ВС: Начало отсчета текущей координаты Х – узел В ( ) Внутренние усилия в стеновых панелях BA и CD будут: начало отсчета текущей координаты y – узел В ( ) Лотковый блок рассматривается как балка на упругом основании, загруженная изгибающим моментом М 1 ; N 1 Рассчитывается по образу и подобию ранее рассмотренного варианта.

Пример расчета

Проектирование сечения для сборно-монолитной обделки