3 Статический расчет основных конструкций станции
Станции, заложенные на глубине нескольких десятков метров и сооружаемые закрытым способом, находятся обычно в устойчивых грунтах. Нагрузки, находящиеся на поверхности, не оказывают влияние на их конструкцию.
Главной нагрузкой здесь является горное давление.
3.1 Определение нагрузок и воздействий
Станции метрополитена глубокого заложения отличаются от других глубоко заложенных тоннельных конструкций значительно большей шириной.
Расчет конструкций станции метрополитена следует производить с учетом возможных для всего сооружения в целом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации.
К постоянным силовым воздействиям относится нагрузка от давления грунтов и собственный вес конструкции. Нагрузка от горного давления является главным внешним силовым фактором.
Пролет свода обрушения равен:
,
(3.1)
где,
=23,5
м - пролет станции;
=12,89
м - высота станции;
=60
° - угол внутреннего трения грунта
(известняк).
м.
Высота свода обрушения h1 ,образующегося над выработкой, определяется по формуле проф. Протодьяконова:
(3.2)
где: f =3,0 – коэффициент крепости грунта;
Определяем удельный вес грунта по формуле:
;
(3.3)
И нормативную вертикальную нагрузку от горного давления:
(3.4)
- нормативная
вертикальная нагрузка от горного
давления;
-
коэффициент надежности по нагрузке от
горного давления для скальных грунтов
[3, стр.277];
- расчетная
вертикальная нагрузка от горного
давления;
Нормативная горизонтальная нагрузка:
(3.5)
кН/м;
-
коэффициент надежности по горизонтальной
нагрузке от бокового давления [3, стр.277];
(3.6)
кН/м;
(3.7)
кН/м;
- коэффициент надежности по горизонтальной нагрузке от бокового давления;
Тогда по формуле (3.6) получаем:
кН/м;
3.2 Моделирование расчетной схемы и расчет
Статическая работа несущей конструкции станции метрополитена зависит от ряда факторов, главными из которых являются глубина заложения, геологические условия, форма конструкции и способ постройки. Выбор конструктивной формы зависит от глубины заложения станции и геологических условий, а способ постройки как от глубины заложения, так и от формы станции.
Расчет станции будет вестись с помощью программного комплекса Midas GTS 2011.
Моделирование станции и грунтового массива выполняется в следующем порядке:
1. Создаем геометрию станции с помощью набора функций Geometry;
2. Создаем рабочую плоскость шириной 60 м и длиной 15 м и с помощью функции Geometry Extrud создаем слои грунтов соответствующей мощности;
2. Задаем модель грунтов (Mohr-Coulomb – Мора-Кулона) и модель обделки (Elastic) станции и их физико-механические свойства с помощью функции Material;
Характеристики материалов приведены в таблице 3.1.
3. Присваиваем каждой модели соответствующие атрибуты с помощью функции Model Property Attribute;
4. Разбиваем обделку и грунтовую толщу на конечно-элементный массив с помощью функции Auto Mesh;
5. Задаем граничные условия с помощью функции Boundary Ground Supports;
6. Задаем нагрузку от собственного веса в закладке Load Self Weight;
7. Создаем расчет в закладке Analysis и производим расчет функцией Solve.
Результат задания массива и конструкции обделки показан на рисунке 3.1.
Таблица 3.1 – Характеристики грунтового массива и обделки
-
Название
Модуль упругости,E кН/м2
Удельный вес, кН/м3
Удельное сцепление, кПа
Угол внутреннего трения, град
Коэффициент бокового отпора, Ко, кН/м2
Тип
Суглинок
14000
19
23
21
0,1
Ground
Глина спондиловая
30000
19,5
150
19
0,8
Ground
Глина мергелистая
37150
21,5
200
25
1,6
Ground
Известняк
3300000
21
7,3
60
2
Ground
Обделка
3000000
25
-
-
-
Ground
Рисунок 3.1 – Расчетная схема массива и обделки