
книги из ГПНТБ / Скорецкий, Э. С. Автоматизация отопительных систем
.pdfЭпюры напряжении |
ö r |
Масштаб напряжений
МасшюаО длин
132 |
12.0 |
и TT |
|
no |
гі.о |
|
6.0 |
6.5 |
m |
P f 1 ! ! ! 1 |
1 : 11 ; ! I ! !. 1 i ! ! ' !. |
||
w |
|
|
|
8.0 |
9.0 |
|
so\ |
і Т Г П . і Т Т І І І і Ш І |
|
|
|
iJ.O |
16.0 |
15.0 |
|
|
|
|
|
J T T l |
|
|
|
T T |
гіл |
20.0 |
W.Ol |
|
|
|
Рис. 21.
Рис. 22,
Это связано с потерей точности при укрупнении элемен тов по периферии области и с несовершенством правила осреднения напряжений при отнесении их к узловым точкам вблизи граничной поверхности. М а к с и м а л ь н а я погрешность в расчете напряжений может быть ориенти ровочно определена исходя из следующего условия. Если предположить, что па поверхности cd влияние от
коса |
перестает |
сказываться и вертикальные |
напряжения |
||||||||||
подчиняются геостатическому закону, то они |
должны |
||||||||||||
быть |
равны уіг. Тогда для кт„ па глубине 50 м |
погреш |
|||||||||||
ность |
составляет 0%, |
па |
глубине |
100 |
л/ — 6 % , а |
па |
глу |
||||||
бине |
250 м — 8% |
в |
сторону |
превышения. |
При |
длине |
|||||||
бровки |
откоса |
150 |
м |
некоторое |
влияние |
разгрузки за |
|||||||
счет |
откоса |
на |
глубине |
100 |
и 250 м |
неизбежно |
|
будет |
|||||
сказываться |
и действительная |
погрешность |
уменьшится. |
||||||||||
Д л я |
повышения точности решения в напряжениях |
мож |
|||||||||||
но было |
бы |
принять более густую |
сетку разбивки. |
|
Полученные данные могут быть использованы для оценки устойчивости откоса аналогично тому, как это сделано в работе [12].
|
§ |
5.3. РАСЧЕТ П Е Р Е М Е Щ Е Н И Й |
И Н А П Р Я Ж Е Н И Й |
||
|
|
В О К Р У Г В Ы Р А Б О Т К И В А Н И З О Т Р О П Н Ы Х |
|
||
|
|
С К А Л Ь Н Ы Х П О Р О Д А Х |
|
||
Расчет проводился для выработки кругового очерта |
|||||
ния |
диаметром 10 м, ось |
которой |
расположена |
на глу |
|
бине |
35 |
м от поверхности. |
Предполагалось, что |
массив |
обладает свойством линейной деформируемости. В ка
честве расчетной нагрузки рассматривались |
объемные |
силы — собственный вес породы. Контуры |
расчетной |
области и схема разбивки приведены па рис. 23. Сетка разбивки содержала 280 элементов при 170 узловых точ
ках. Расчет выполнялся |
в рамках -плоской деформации |
|||||
с использованием |
Э Ц В М |
БЭСМ - 4 для двух случаез [21]: |
||||
|
а) |
массив |
скальных |
пород принимался однородным |
||
и |
изотропным |
с |
характеристиками: £=±30 000 |
кг/см2, |
||
м |
=0,13, у = 3,0 |
т/м3; |
|
|
||
|
б) |
массив |
скальных |
пород рассматривался как |
од |
нородная трансверсально-изотропная среда с направле нием изотропии параллельным оси х. Принимались сле
дующие |
характеристики: Еѵ |
= Е2 = 30 000 кг/см2, |
ЕУ=Е1 |
= |
= 50 000 |
кг/см2, ц 2 = 0 ; 1 3 , |
ц і = 0 , 2 2 , Ѵ = 3,0 |
т/м3. |
Т. е. |
7* |
|
|
|
91 |
Жесткость в вертикальном направлении оставалась та кой же, что и в первом случае, в горизонтальном — увеличивалась.
В обоих случаях в силу симметрии задачи расчет проводился для одной половины исследуемой области при следующих граничных условиях:
У
|
|
|
Рис. 23. |
|
|
|
а) |
на границах |
1 —154, 158—166, 170—17 компоненты |
||||
горизонтальных |
перемещений и = 0, |
компоненты |
верти |
|||
кальных перемещений ѵ не известны; |
|
|||||
б) |
на границе |
154—158 перемещения равны |
нулю; |
|||
в) |
перемещения |
на свободной |
поверхности 1 —17 не |
|||
ограничивались, |
т. е. компоненты |
и, |
ѵ в узловых |
точках |
||
этой поверхности не известны. |
|
|
|
|||
Объемные силы |
т а к ж е как и |
в |
предыдущей |
задаче |
рассчитывались для элементов и распределялись в узло вые точки.
Рассмотрим постановку задачи. Подземная выработ ка сооружается проходкой в массиве скальных пород, находящемся в естественном напряженном состоянии. Появление выработки изменяет жесткость массива, что приводит к переформированию поля естественных на пряжений. Принятая выше схема, предполагающая, что
92
Рис. 25.
93
Рис. 27r
вдруг появился массив пород с выработкой, строго го воря, не соответствует действительному порядку прило жения нагрузок. Поэтому полученные в расчете переме щения, т а к ж е как и в предыдущем примере, будут фиктив ными. Однако при линейной зависимости между напряжениями и деформациями и допущении, что по рода вокруг выработки одинаково работает на сжатие
О |
WO |
200 6чт/мг |
Рис. 28. |
|
и растяжение, конечное напряженное состояние |
окажет |
ся независимым от очередности приложения |
нагрузок. |
В настоящем примере у ж е можно определить дейст вительные перемещения точек, вызванные только про ходкой выработки. Д л я этого из перемещений, получен ных расчетом для данной схемы, вычитались перемеще ния, соответствующие уплотнению слоя породы под действием только собственного веса.
На |
'рис. 24 показаны |
действительные |
перемещения |
||
стенок |
выработки |
для двух расчетных случаев. |
Здесь |
||
и д а л ь ш е условные |
обозначения расчетных |
схем показа |
|||
ны на |
чертеже. Н а г л я д н о |
прослеживается |
влияние |
уве |
|
личения жесткости |
массива в горизонтальном направле - |
?5
нни |
на |
абсолютные |
значения |
перемещений. Точка, |
||
л е ж а щ а я |
на |
оси х, |
имела |
для |
изотропной среды и = |
|
= 0,7 |
мм, |
для |
анизотропной |
« = 0,24 мм; вертикальные |
перемещения для случая анизотропной среды несколько меньше, чем для изотропной вследствие общего повыше ния жесткости.
Результаты |
расчета |
напряжений |
ау, ах, |
хху |
представ |
лены на рис. 25—27 в виде изолиний. Д л я |
вертикальных |
||||
напряжений ау |
влияние |
анизотропии |
оказалось |
незначи |
тельным и приведенные данные относятся к случаю
изотропной |
среды. Д л я ох |
и |
%х у |
изменение |
жестости |
|
массива существенно |
меняет |
поле |
напряжений, |
особен |
||
но вблизи контура выработки. |
|
|
|
|||
Точность |
решения |
для |
напряжений ориентировочно |
может быть оценена с помощью данных на рис. 28, где
сравниваются |
кривые |
изменения аѵ с глубиной в сече |
||
нии .ѵ = 0 |
д л я |
расчетных случаев и д л я массива не |
на |
|
рушенного |
выработкой |
(геостатическое состояние). |
При |
|
/г = 0 и /і = 70 |
м эти кривые, практически, совпадают . |
|
§5.4. РАСЧЕТ Н А П Р Я Ж Е Н Н О Г О СОСТОЯНИЯ
БЕ Т О Н Н О Й П Л О Т И Н Ы НА С К А Л Ь Н О М О С Н О В А Н И И
Расчеты проводились для реально существующей
плотины |
с |
использованием |
данных |
геомеханических |
исследований |
основания, |
проведенных |
лабораторией |
|
механики |
скальных пород |
кафедры М Г р О и Ф М И С И . |
||
Некоторые |
|
результаты опубликованы |
в работе [20]. |
В качестве примера рассмотрим один из вариантов рас чета.
Расчетное сечение водосливной плотины и схема действующих нагрузок, взятых в особом сочетании, представлены на рис. 29. В расчете учитывались сле дующие виды нагрузок: гидростатическое давление во ды в верхнем и нижнем бьефах, фильтрационное дав ление, давление наносов, волновое давление и сейсми ческие воздействия .(инерционные силы от веса воды и наносов) . Перечисленные нагрузки были преобразованы в систему сосредоточенных сил, приложенных в узловых точках исследуемой области. Расчет нагрузок, возникаю щих от собственного веса водослива, в том числе и инер ционных, и приведение их к узловым усилиям осущест влялось на Э Ц В М автоматически;
?6
Характеристики деформируемости бетона плотины и скального основания назначались по данным опытных исследовании. В приведенном здесь варианте они со
ставляли |
для |
плотины: |
£ п = - 2 0 0 000 |
|
кг/см2, |
|
ц п = 0 , 1 7 ; |
||||||||||
для |
основания: зона |
контакта |
мощностью порядка |
1 |
м — |
||||||||||||
£ к |
= 2 0 000 |
кг/см2, |
|
основание |
ниже |
зоны |
|
контакта — |
|||||||||
£'о = 60 000 |
кг/см2. |
|
Значение коэффициента |
\і |
для |
|
зоны |
||||||||||
контакта и основания принималось постоянным и |
|
рав |
|||||||||||||||
ным |
0,17. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контур |
врезки |
плотины |
соответствовал |
фактическим |
||||||||||||
данным . Учитывалось т а к ж е наличие |
раскрытого |
|
шва |
||||||||||||||
по |
контакту |
бетон — скала |
со |
стороны |
верховой |
грани |
|||||||||||
зуба |
плотины |
и наличие ковша размыва |
в нижнем бьефе. |
||||||||||||||
|
При выборе расчетной схемы основание ограничива |
||||||||||||||||
лось |
размерами: |
по |
ширине — 3,56, |
по |
глубине — 1,8/;, |
||||||||||||
где |
b — ширина |
сооружения. |
Исследуемая |
область |
бы |
||||||||||||
ла |
разбита |
на |
1 100 треугольных |
элементов |
(600 |
|
эле |
||||||||||
м е н т о в — водослив, |
500 — основание) |
и |
с о д е р ж а л а |
|
598 |
||||||||||||
узловых |
точек. |
Учитывая |
задачи |
исследований — про- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
асшта6 |
|
|
Рис. 30.
верка прочности элементов плотины и ее устойчивости — наиболее густая сетка назначалась в плотине и основа
нии |
вблизи зоны контакта. Однако, принятый |
характер |
|||
разбивки |
позволил получить |
достаточно |
точные сведе |
||
ния |
о напряжениях и на отдаленных участках |
области. |
|||
Н а |
рис. |
30 показана сетка |
разбивки для |
водослива и |
части основания.
98
В качестве граничных условий принималось отсутст вие перемещений по боковым и нижней поверхностям основания.
Расчеты проводились на Э Ц В М Минск-32 по стан дартной программе, разработанной В. В. Семеновым.' Использование особенностей формирования матрицы жесткости системы, о которых говорилось в § 4.3, по зволило при выполнении расчетов ограничиться только оперативной памятью Э Ц В М . Формирование матриц обобщенных сил и жесткости системы при этом занима ло 1,5 мин машинного времени. Решение системы урав нений производилось методом Зепделя с множителем
релаксации 1,88. |
В процессе |
счета |
после к а ж д ы х 50 ите |
|
раций осуществлялся вывод |
на |
печать |
максимальных |
|
невязок в значениях перемещений. После |
400 итераций |
|||
Изолинии |
напряжении |
dy |
|
|
Рис. 31.
максимальная невязка равнялась 4- Ю - 8 м . З а т р а т а машинного времени на выполнение к а ж д ы х 50 итераций составляла 6 мин.
Результаты расчета выводились на печать з таблич
ной форме и содержали следующую |
информацию по |
|||
каждой |
узловой точке исследуемой |
|
области: горизон |
|
тальные |
и вертикальные компоненты |
перемещений |
||
узлов, компоненты напряжений ах, |
ау, |
хху, |
главные на |
|
пряжения СГі, 0"2. |
|
|
|
99