6. Статический расчет обделки.

1. Составление расчетной схемы:

Выбор расчетной схемы статической работы конструкции наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля следует выбирать таким образом, чтобы она с возможно большим приближением отражала действительные условия работы конструкции в зависимости от инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей и материала обделки, а также принятых методов производства работ. Одной из особенностей статической работы тоннельных обделок, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие подземной конструкции с окружающим грунтовым массивом. Это взаимодействие тем активнее, чем крепче грунты, в которых сооружается обделка.

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса. Для этого предназначена программа РК-6. Она позволяет вести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

Расчетная схема устанавливается путем замены криволинейного очертания обделки вписанным многоугольнике, сплошной активной нагрузке – сосредоточенными в узлах многоугольника силами. Упругая среда заменяется упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, толщиной стержней одинаковой по длине.

6.2. Определение нагрузки и других параметров системы «обделка-грунт».

Для расчета системы на ЭВМ:

1. Определяются координаты узлов, (из расчетной схемы). Если нет обратного свода, один из стержней пяты закрепляют от перемещений по Х, что соответствует силам трения, действующим по пяте обделки.

2) Определяются вертикальные и горизонтальные нагрузки.

а) Вертикальное горное давление принимается равномерно распределенным по пролету выработки и определяется, как вес грунта в объеме вывала.

Рис. 2 Давление грунта.

L=B+2*h*tg(45-/2);

L=5.81+2*7.1*tg(45-72.5/2)=8 м

h₁=L/2f;

h₁=8/(2*5)=0.8 м

φ – кажущийся угол внутреннего трения.

f =5 – коэффициент крепости грунта

qн=*h₁=2.5*0.8=2 т/м²

=2.5 т/м³ – объемный вес грунта

qр=q_н*kнад.=2*1.4=2.8 т/м²

q_с.в.= V_с.в.*_б /В = F*l*_б /B =3*1*2.4 /5.81=1.24 т/м²

q_р^с.в. =q_с.в.*кнад.=1.24*0.8=0.992 т/м²

_б=2,4т/м³ – объемный вес монолитного бетона

q_верт.=q_р +q_р^св=0.992+2.8=3.792 т/м²

Б) Горизонтальное давление

q_{горизонт}=(h_+h/2)* tg²(45-/2);

q_{горизонт}=2.5*(0.8+0.5*7.1)*tg²(45-72.5/2)=0.25774 т/м²

Горизонтальное давление умножаем на коэффициент запаса равный 0.7

q_{горизонт}=0,25774*0.7=0,1841 т/м²

Таким образом можно принять q_гор примерно равным нулю.

В) Коэффициент отпора

K₀=300кг/см³=30000 т/м³ — коэф. удельного отпора

К=2Ко/В=0.5*30000/5.81=137693.63 т/м³

Кп=К₀/1.34(1+м)Н_пят=137693.63/1.34(1-0.2) *90=1427.17 т/м³ — коэф. удельного отпора в пяте

Г) Площади определяются из расчетной схемы.

Д) Моменты инерции определяются по формуле

I=b*h³/12

Ж) Модуль упругости для бетона использованного в данной конструкции равен E₀=2900000т/м³

. 6.3Расчеты на ЭВМ:

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса (программа РК-6). Программа позволяет произвести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

В программе реализована одна из модификаций методом Метрогипротранса, в которой расчет статически неопределимой системы ведется методом перемещений.

Рис. 3 Расчетная схема обделки на упругих опорах.