книги из ГПНТБ / Попов А.Н. Бетонные и железобетонные трубы

влияния при практических расчетах рекомендовано при­ нимать равной диаметру трубы.

Сопоставляя результаты расчетов по определению давления земли в насыпи по формулам теории упруго­ сти и по теории предельного равновесия сыпучей среды, Г. К. Клейн установил значения коэффициентов концен­

время в Швеции, дали возможность установить /С н =1,65 . Изложенная теория предельного состояния сыпучей среды послужила основой для разработки практических методов определения давления земли, содержащих фор­

мулы более простой формы.

Нагрузки на поверхности земли. При определении давлений на трубы от действия сосредоточенных и рав­ номерно распределенных (по прямой полосе или какойто площади) нагрузок, находящихся на поверхности зем­ ли, используют уравнения теории упругости. В отечест­

что эти уравнения, выведенные на основе теории упруго­ сти для полупространства, удовлетворительно характе­ ризуют закон распределения напряжений в грунте.

200

При действии на поверхности земли сосредоточенной силы вертикальная составляющая напряжений в грунте на глубине Я, по Буссинеску, определяется формулой

При действии системы сосредоточенных сил и рас­ пределенной нагрузки, приложенной на поверхности зем­ ли, напряжения в точках полупространства определяют­ ся по законам сложения сил.

Проведенные в недавнее время исследования по во­ просу распределения в грунте нагрузок, находящихся на поверхности земли, показали, что формулы Буссинеску дают в ряде случаев заниженные величины давлений по сравнению с действительными. В целях более точного отражения действительных условий распределения дав­ лений в грунте применяют коэффициенты концентрации напряжений. Г. К. Клейн вводит понятие о коэффициен­ тах Ки Кг и Кг- Первый из этих коэффициентов учиты­ вает возрастание модуля деформации по мере увеличе­

201

массива за счет помещения в него трубы, обладающей иной жесткостью. При абсолютно жестких трубах /С3 = = 1,67.

Опорные реакции и коэффициенты нагрузки. Сило­ вые воздействия в поперечных сечениях стенок труб за­ висят не только от величины вертикального давления грунта. При трубах одной и той же формы и размеров величина силовых воздействий в основном зависит от характера распределения давления по периметру трубы и типа ее опирания на основание. Трубы круглого сече­ ния опирают на грунтовое основание: плоское, спрофи­ лированное слабое или жесткое и бетонные фундаменты. Трубы с подошвой опирают на плоское грунтовое осно­ вание. При проектировании труб диаметром до 1500 мм опорную реакцию в грунтовом основании чаще всего принимают равномерно распределенной. При трубах больших диаметров распределение опорной реакции раз­ лично у отдельных исследователей. В отечественной ли­ тературе принято распределение опорной реакции по грунтовому основанию согласно эпюре, ординаты кото­ рой находят из уравнения, предложенного Г. К. Клей­ ном:

Рис. 72. Коэффициенты, оценивающие тип основания

202

В США наряду с принятием в качестве расчетной на­ грузки на трубы линейных приведенных сил, располо­ женных вдоль трех образующих цилиндра, узаконено распределение земляного давления и опорной реакции в грунтовом основании по криволинейной зависимости.

В случаях принятия расчетной схемы в виде линей­ ных приведенных сил, действующих вдоль диаметрально противоположных образующих цилиндра, несущую спо­ собность трубы в условиях эксплуатации оценивают при помощи коэффициентов нагрузки (приведения). Коэф­ фициент нагрузки представляет собой отношение проч­ ности трубы при определенных условиях ее опирания к прочности, полученной во время испытания при трех­ линейном приложении нагрузки. Значения коэффициен­ тов нагрузки, в зависимости от типа основания под тру­ бами, по данным Фёльми (Швейцария), показаны на рис. 72.

П Р А К Т И Ч Е С К И Е М Е Т О Д Ы О П Р Е Д Е Л Е Н И Я Д А В Л Е Н И Я З Е М Л И Н А Т Р У Б Ы

При большой общности исходных теоретическо-экспе- риментальных данных формулы для определения нагру­ зок, приходящихся на подземные трубопроводы, соору­ жаемые открытым способом, приняты в разных странах различными.

В Советском Союзе для определения внешних нагру­ зок на трубы, укладываемые в грунт открытым спосо­ бом, разработан ряд нормативных документов: «Указания

ции по проектированию инженерных конструкций, про­ кладываемых в торфах и илистых грунтах» (Стройиздат, М., 1972); «Технические условия проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб» (СН 200-62). ВНИИ ВОДГЕО и МИСИ им. Куй­ бышева подготовили «Руководство по определению на­ грузок, приходящихся на трубопроводы подземной укладки систем водоснабжения и канализации». Схема

расчетные приведенные вертикальные нагрузки опреде­ лять по следующим формулам.

203

А. Нагрузки от давления грунта: при укладке труб траншеи

желия трубы

при укладке труб в узкой прорези в основании тран­ шеи или насыпи

204

стенки трубопровода в см; г — средний радиус поперечного сечения трубопровода в см); минимальное значение \|) принимают равным Он

~г— ; X — коэффициент выступания, который определяют как отношение части диаметра трубы, располагаемой выше плоскости ос­ нования (дна траншеи), к ее наружному диаметр'у;

Т а б л и ц а 15. Значения объемного веса и модуля деформации грунтовой засыпки

205

Б. Нагрузки от подвижного транспорта (автомо­ бильного или гусеничного), проходящего на поверхности земли:

206

Д. Нагрузки от собственного веса трубы Р С в и транс­ портируемой по трубопроводу жидкости Рш:

207

PCB = $ntiy6rh;\

где ß — коэффициент приведения нагрузки; г и г0 — средний и внут­ ренний радиус трубы в м; h — толщина стенки трубы в м; \'б и уж— объемный вес материала трубы и жидкости в тс/м3; п — коэффи­ циент перегрузки, равный 1,1.

В США для укладки труб в траншею и в насыпь пре­ дусмотрено четыре класса опирания труб А, В, С, D. Вертикальную приведенную нагрузку на трубы от дав­ ления грунта определяют по формулам:

при укладке труб в траншею

пания трубы из материкового грунта; он характеризует ту часть

вающий влияние бокового давления).

Отношение величины общего бокового давления к об­ щей вертикальной нагрузке при выступании труб из материка определяют по формуле

Q ~~ "с7 \БГ ~ Т

а при заглублении в материк

208

Величину давления на трубы, уложенные в насыпь (как более сложный случай), определяют следующим образом. В качестве исходных параметров задают диа­ метр трубы, глубину ее укладки и объемный вес засып­ ки. Выполняя расчет, назначают класс укладки трубы, т. е. тип ее опирания на основание, и определяют пара-

метр rsda. Затем вычисляют отношение — и по Графи­

к и

ку определяют Сн . Вычисляют величину.Рі и предвари­ тельно подсчитав значение £ и коэффициента нагруз­ ки Lf.

Вамериканских нормативах линейная приведенная нагрузка, которую труба должна выдерживать при ис­ пытании по трем образующим, отнесена к футу внутрен­ него диаметра трубы. Этот показатель прочности трубы называют D-нагрузкой. Величину D-нагрузки определя­ ют делением линейной приведенной нагрузки на размер внутреннего диаметра трубы.

ВФРГ давление земли на трубы определяют в соот­ ветствии с указаниями DIN 4033. Вертикальное давление на трубы, уложенные в траншею, рассчитывают по фор­ муле

Ртр — ХтруНВтс'пог. м,

H

где ÀT p — коэффициент, принимаемый по рис. 76, зависит от —

В

и класса грунтов, характеристика которых приведена в табл. 18.

Т а б л и ц а 18. Классификация грунтов