4.10. Расчет труб из длинномерных звеньев

в продольном направлении

Круглые железобетонные трубы из длинномерных звеньев (4-6 м) необходимо проверять на прочность в продольном направлении. Такие трубы чаще всего применяются с плоскими стыками звеньев. В этом случае в качестве расчетной схемы рассматривается абсолютно жесткая балка на упругом основании шириной, равной наружному диаметру трубы D_H.

Расчетный изгибающий момент в среднем сечении звена

Трубы с ненапрягаемой арматурой. Предельный изгибающий момент кольцевого сечения звена может быть вычислен по следующей формуле:

Здесь r_ср — средний радиус кольцевого сечения трубы; R_в — расчетное сопротивление сжатию бетона; А_в — площадь бетонного кольца: R_s — расчетное сопротивление продольной арматуры; A_s — суммарная площадь продольной арматуры (по двум спиралям); β — коэффициент, вычисляемый по следующей формуле:

В силу малости углов можно принять . Прочность звена трубы в продольном направлении будет обеспечена, если

Трубы с напрягаемой арматурой. При расчете труб, изготавливаемых по одноступенчатой технологии способом виброгидропрессования,

83

все сечения рассматриваются как монолитные. В случае сопряжения труб с раструбами должны быть учтены их конструктивные особенности. Такой стык не способен воспринимать изгибающие моменты и продольные силы.

В расчете необходимо учитывать только реакции примыкающих звеньев и равномерно распределенное давление от веса грунтовой насыпи.

При этом звено рассматривается как балочная конструкция на упругом основании. Определяют предельное напряжение продольной арматуры:

где R_р — расчетное сопротивление продольной арматуры растяжению, МПа.

Если принять, что потери предварительного напряжения в продольной арматуре составляют 15 %, то предварительное напряжение:

.

Сила обжатия от одного арматурного стержня:

где А_р1 — площадь поперечного сечения одного стержня про­дольной арматуры.

Требуемая (минимальная) сила обжатия кольцевого сечения

Здесь А_вк — площадь кольцевого сечения трубы; σ'_вк — минимальное допустимое напряжение обжатия бетона в кольцевом (поперечном) сечении трубы, зависящее от класса бетона:

Класс бетона	В30	В35	В40	В45	В50
σвк, МПа	1,30	1,35	1,40	1,45	1,50

Требуемое число стержней продольной напрягаемой арматуры:

Прочность звена трубы будет обеспечена, если соблюдается условие:

Здесь W_вк — момент сопротивления кольцевого сечения; R_вt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

84

4.11. Расчет осадки основания и строительного

подъема труб

Помимо статического расчета прочности и деформативности труб требуется выполнить расчет осадки основания. Это прежде всего необходимо при высоких насыпях и относительно слабых грунтовых основаниях. Деформации труб в связи с осадкой оснований могут быть допущены только в известных пределах. Основания водопропускных труб рассчитывают по несущей способности и по деформациям, однако в отдельных случаях можно ограничиться проверкой прочности основания. Для большого числа труб такое допущение оправдано, так как фактические осадки компенсируются строительным подъемом, назначаемым равным 1/50 или 1/80 высоты насыпи. В то же время в сложных инженерно-геологических условиях расчет осадок оснований оказывается необходимым.

Расчет оснований труб по деформациям производят исходя из условия:

где s — общая деформация основания и трубы; s_пр — предельно допустимое значение деформации.

Для определения осадки основания под серединой симметричного поперечного сечения насыпи, что встречается наиболее часто, можно воспользоваться следующей формулой:

Здесь Е_i— модуль деформации грунта i-го слоя; h_i — толщина i-гo слоя, q — интенсивность вертикального давления:

где γ_г — средний удельный вес грунта насыпи; Н — высота насыпи; b, В — полуширина соответственно поверху и понизу.

Мощность сжимаемой толщи основания, в пределах которой вычисляется осадка, определяют при отсутствии грунтовых вод по формуле:

85

при наличии этих вод — по формуле:

В обеих формулах размерность Н и Z_a — метры. Предельная допустимая совместная деформация основания и трубы (осадка в средней части трубы):

где Δ — ордината строительного подъема под серединой насыпи; i — уклон лотка; L_T — длина трубы.

Строительный подъем трубы рассчитывают по формуле:

но он должен быть не более .

Здесь под строительным подъемом понимается искривление продольного профиля трубы выпуклостью вверх, т.е. в направлении, противоположном ожидаемой осадке. Строительный подъем должен быть таким, чтобы компенсировать ожидаемую конечную осадку и позволить трубе пропускать воду без застоев. Величина его зависит от ожидаемой осадки и уклона лотка трубы. Во всех случаях строительный подъем следует назначать таким образом, чтобы после завершения процесса осадки в трубе не возникали обратные уклоны.

Если условие s ≤ s_np не выполняется, следует рассмотреть возможность увеличения уклона лотка, принять меры по уменьшению осадок труб путем замены грунта в основании трубы, либо изменить конструкцию трубы и ее фундамента, или, наконец, заменить трубу мостом. Этот вопрос решается на основании результатов технико-экономического сравнения вариантов.