книги из ГПНТБ / Металлические гофрированные трубы под насыпями

Т а б л и ц а 15

D 3

Эйлера для расчета прямолинейных стержней на продольный изгиб формула ( I I I . 30) может быть использована только в том случае,

стью кольца. Приравнивая критические напряжения пределу про­ порциональности Опц, получим предельное значение гибкости Япр =

. Если?С>лП р, то можно критические напряжения в стенке

вости не существует, и разрушение конструкции наступает по при­ чине исчерпания прочности. Поэтому критическое напряжение сле­ дует принимать равным пределу текучести стали, т. е.

при Х < 0 , 5 Х п р имеем о к р = о т . ( I I I . 3

Рис. 35. Зависимость коэффициен­ та гибкости К от модуля дефор­ мации грунта Егр засыпки и гео­

метрических характеристик трубы

70

Гибкостям, лежащим в интервале 0,51n p<^<^irp, отвечает упру­ го-пластическая область деформаций при потере устойчивости и критические напряжения с достаточной для практических целей точностью могут быть выражены (по аналогии с эмпирической фор­ мулой Ф. А. Ясинского) линейной зависимостью:

труб принимают во внимание, что вследствие низкой продольной жесткости гофрированной конструкции соединения элементов в по­ перечных швах не испытывают существенных усилий, а поэтому могут быть назначены конструктивно. Продольные стыки, воспри­ нимающие значительные усилия от поперечных нагрузок, с целью разумного использования материала должны обеспечивать равно­ прочные с основной конструкцией соединения, для чего их нужно

тического шарнира в стенке трубы. • При расчете стыкового соединения необходимо руководствовать-'

ся его конструктивным решением и указаниями действующих нор­ мативных документов.

2 м. Засыпка трубы песчаным грунтом обеспечивает значение модуля деформа­

71

т. е. по прочности и устойчивости в условиях равномерного сжатия гибкой трубы принятая толщина волнистого профиля / = 1,5 мм обеспечивает эксплуатационнуюнадежность сооружения.

§ 11. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОТВЕРСТИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Металлические гофрированные трубы по условиям про­ текания в них водного потока в принципе не отличаются от обычных железобетонных труб, поэтому методика их гидравли­

ческого расчета должна быть единой.

Металлические гофрированные трубы так же, как и железобе­

речного сечения трубы, геометрией входа и 'величиной напора пе­ ред трубой;

н а п о р н ы е трубы, на протекание водного потока в которых оказывают влияние и условия выхода. При расчете труб этого типа дополнительно учитывается глубина воды в -нижнем бьефе, уклон* лотка, шероховатость и длина трубы.

72

ройки в 1968—'1970 гг. осуществлено экспериментальное строитель­

изготовленных на заводе и представляющих собой изогнутые по за­ данному радиусу, равному 955 мм (средний радиус по нейтральной оси гофра), гофрированные листы с приклепанными по концам уголками для объединения элементов в замкнутый контур с помо­ щью болтов. Каждое звено собирали нз трех элементов (по схеме рис. 18). Между собой звенья шириной 0,6 м соединяли путем за­ ведения крайней полуволны гофра одного звена в соответствующую полуволну на конце соседнего стыкуемого с ним звена и устанавли­ вали между звеньями стыковые накладки (по три на каждый попе­ речный стык).

Использованный для труб волнистый металл марки Ст. 3 имеет следующие параметры гофрирования: длина волны—100 мм, вы­ сота— 50 мм, толщина листа — 1,5 мм. Геометрические характери­

.F = 0,233 см2. Для защиты металла от коррозии все детали труб бы­ ли оцинкованы (толщина покрытия около 100 мк). Кроме того, на­ ружная поверхность трубы на объекте № 2 была покрыта битумной мастикой с толщиной слоя 2 мм. Экспериментальные трубы на обо­ их объектах сооружены в прогалах насьши с шириной их понизу свыше 14 м и откосами не круче 1 : 1,5.

Трубы уложены на песчано-травийную (объект № 1) и песча- но-щебеночную (объект № 2) подушки толщиной 40—50 см и шири­ ной 3 м, устроенные на естественном основании и спланированные с соответствующим уклоном и строительным .подъемом. Нижние па­ зухи труб заполнены тщательно уплотненной лесчано-гравийной •смесью. Трубы засыпали равномерно с обеих сторон местным грун­ том, который подвозили автомобилями-самосвалами МАЗ-205 и МАЗ-503, и планировали бульдозером. Послойное уплотнение (тол­ щина слоя 15—20 см) грунта боковых призм на всю высоту конст­ рукции производили груженым автомобилем МАЗ-206, который пе­

при этом 3—4 хода по одному следу. В процессе уплотнения грунта •боковых призм на объекте № 1 колеса груженого автомобиля про­ ходили впритирку к конструкции, на объекте № 2 — не ближе 30 см -от стенки трубы, а грунт непосредственно возле стенок трубы уплот­ няли ручными трамбовками.

По данным лабораторных испытаний образцов грунта, отобран­ ных на строительстве, установлено, что материал засыпки боковых призм грунта на трубе, сооруженной на объекте № 1, — супесь с содержанием глинистых частиц мельче 0,005 мм до 6% и включе-

74

fa won №

2J

5)Объект N1

измерительных приборов. Пунктир­ ной линией показаны напряжения от равномерного сжатия трубы ин­

. с наружной стороны контура ог

нормальных напряжений на впадинах и г.ребнях волн внутренней поверхности звеньев трубы в плоскости ее поперечного сечения. При динамических испытаниях выявляли степень воздействия строи­ тельных машин и механизмов при возведении насыпи.

Измерения в процессе статических испытаний производили в не­ сколько этапов по мере отсыпки насыпи до проектной отметки и за­ тем по мере стабилизации грунта насыпи в течение года с момента завершения строительных работ по ее возведению.

Для измерения напряжений (рис. 37, а и б), действующих в стен­

марки, прикрепленные к гофриров'анным листам на гребнях и впа­ динах волн внутренней поверхности конструкции. Точность измере­ ний составляла ± 100 кГ/см2.

76

Радиальные составляющие давлений грунта на трубы измеря­ ли акустическими датчиками давления—мессдозами, установленны­ ми на всех опытных трубах в четырех звеньях, расположенных под наиболее высокой частью насыпи, по 15 штук на каждое звено (рис. 37,в). Меседозы были ввинчены в вваренные в тело трубы па­ троны, а их мембраны расположены в плоскости, касательной к гребням волн наружной поверхности трубы. Возле мессдоз давали песчаную прослойку грунта около 30 см толщиной для равномерно­ го распределения давления грунта на мембрану прибора. Точность измерения давлений составляла ±0,05 кГ/см2.

Вертикальные и горизонтальные диаметры звеньев труб замеря­ ли специальной телескопической линейкой (с точностью ±0,5 мм) на каждом пятом звене по длине трубы и на каждом звене в сред­ ней ее части. Плотность грунта засыпки в полевых условиях конт­

процессе возведения насыпи измеряли в характерных точках кон­ струкции напряжения в металле и деформации вертикального и го­ ризонтального диаметров с записью осциллограмм напряжений и деформаций.

Р е з у л ь т а т ы и с п ы т а н и й после соответствующей стати­ стической обработки материалов многочисленных измерений позво­ лили получить достаточно надежные данные о характере напря­ женного состояния и деформативности гибких металлических труб под насыпями значительной высоты.

Из анализа эпюр нормальных напряжений от действия осевых сил (см. рис. 37, а) видно, что с увеличением вертикальной нагрузки на трубы осевые силы возрастают практически равномерно по все­ му периметру гибкой конструкции. Это отвечает условиям ее равно­ мерного сжатия окружающим грунтом насыпи. Причем приведен­ ное (осредненное по периметру поперечного сечения) приращение напряжений, вызванное отсыпкой слоя грунта от верха конструкции до проектной отметки бровки насыпи, для обоих опытных объектов соответствует приращению осевой силы, создаваемой условным равномерным сжатием трубы внешним давлением интенсивностью 0,7 уН (для каждого объекта объемный вес грунта засыпки у и вы­ сота засыпки Я имеют свои значения). Фактические величины на­ пряжений в различных точках по периметру труб отличаются от приведенных (осредненных) характеристик, но, как правило, не пре­ вышают значений, отвечающих условию сжатия конструкции внеш­ ним давлением с интенсивностью уН (см. рис. 37, а — пунктирная линия).

Построенные в предположении действия закона Гука эпюры фибровых нормальных напряжений изгиба (см. рис. 37,6) свиде­ тельствуют о том, что наибольшие изгибающие моменты появляют­ ся в верхних точках трубы как при боковой засыпке и уплотнении грунта насыпи, так и при отсыпке грунта над сооружением. Причем напряжения от боковой засыпки настолько значительны (на объек-

77

даже превышает ее (объект № 2). Весьма примечательно в эпюрах радиальных давлений обоих опытных объектов отсутствие (или не­ значительная величина) давления непосредственно под сооружени­ ем; это объясняется некоторым «взвешиванием» легкой металличе­ ской конструкции, вызванном отсыпкой и уплотнением боковых призм грунта и особенно подбивкой грунта под нижние четверти трубы. По данным нивелировок подъем ложа составил 44 мм для объекта № 1 и 4 мм — для Объекта № 2. Такие деформации не пред­ ставляют опасности для сооружения, но все же нежелательны, так как носят неопределенный характер и в других условиях могут ока­ заться гораздо большими. Более благоприятным в этом отношении, т. е. обеспечивающим более стабильное положение трубы в процес­ се ее боковой засыпки, было бы расположение трубы в песчано-гра- вийном ложе, спланированном не горизонтально, а по профилю по­ перечного сечения нижней части конструкции.

Весьма показательны результаты измерений вертикальных и го­ ризонтальных диаметров отверстий опытных труб в процессе их за­ сыпки (.рис. 38). Отсыпка боковых призм грунта вызвала создание вертикально вытянутой эллиптичности поперечных сечений, т. е. своеобразного строительного подъема, который затем по мере за­ сылки труб, частично уменьшился или полностью ликвидировался.

ев труб на 2,2%, а на объекте № 2.— на 1,3%. Отсыпка насыпи над

удлинения вертикального диаметра и даже некоторому его умень­

Обращает внимание существенная разница в изменениях верти­ кального и горизонтального диаметров опытных труб. Уменьшение вертикального диаметра отверстия на обоих объектах было значи­ тельно больше увеличения горизонтального диаметра, причем эта

78