2. Сборная железобетонная блочная обделка большого диаметра повышенной водонепроницаемости.

Сборная железобетонная обделка состоит из 3-х типов блоков: замкового, смежных и нормальных. Продольные стыки соединяются при помощи нарезной шпильки, гидроизоляции которой с неопреновой прокладкой. Поперечные стыки между кольцами предусмотрены соединением так же нарезных шпилек. Количество блоков, по возможности, назначено минимальным. Это определяется из величины допустимой массы, не более 18 т, для удобства монтажа и транспортировки, а так же исходя из габаритных размеров – длина дуги блока не должна превышать 5 метров, необходимо еще учесть максимальную типизацию и стандартизацию блоков и стыков.

Описание обделки:

1. Апр

2. Вар

3. Вар

4. Вар

5. Вар

При конструктивном решениям к расчету принимаем …. тип обделки.

Характеристики обделок (на одно кольцо шириной B_k=2м)

№	Показатели	Ед.изм.	Тип 1	Тип 2
1	Разработка грунта	м3
2	Диаметр обделки Dн/Dвн	м
3	Объем железобетона	м3
4	Количество элементов в кольце	шт
5	Масса элемента (наибольшая)	т
6	Масса арматуры в элементе	кг
7	Наибольшая длина элемента	м
8	Связи между элементами (продольные + поперечные): -болты -шпильки -шпонки -дюбели	шт

5. Выбор расчетного кольца по длине тоннеля. Определение расчетных нагрузок. Составление расчетной схемы. Подготовка исходных данных для расчета на эвм. Расчет обделки на эвм

Расчет обделки производится методом Метрогипротранса (программа РК-6). Программа РК-6 предназначена для расчета конструкций произвольного очертания, расчётную схему которых можно представить в виде плоской стержневой системы. В программе реализована одна из модификаций метода Метрогипротранса, в которой расчет статически неопределимой системы ведется методом перемещений. Расчётная схема устанавливается путем замены криволинейного очертания обделки вписанным многоугольником. Упругая среда заменяется упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника.

Коэффициент упругого отпора: К= т/м³

Расчет выполняем от давления всей толщи грунтов над тоннелем.

Вертикальная нормативная нагрузка, q^н, тс/м²:

Горизонтальная нормативная нагрузка, p^н, тс/м²:

Нормативная нагрузка от собственного веса обделки, q^н_св, тс/м²:

Где

Расчетная вертикальная нагрузка, q_р, тс/м²:

Расчетная горизонтальная нагрузка, p^p, тс/м²:

6. Проверка прочности сечений и подбор арматуры

Блоки в обделке работают в условиях внецентренного сжатия и знакопеременных моментов (в зависимости от их расположения в кольце). Поэтому, в сборных конструкциях тоннельных обделок применяют, в основном, симметричное армирование.

Арматура элементов обделки состоит из продольных и поперечных стержней. Продольная арматура является рабочей и ставится по расчету. Хомуты, в основном предназначены для обеспечения проектного положения арматуры и для предотвращения выпучивания продольных стержней при действии внешней нагрузки. Кроме того, хомуты препятствуют развитию деформаций элемента, тем самым несколько повышая сопротивляемость бетона сжатию.

Насыщение поперечного сечения внецентренно сжатых элементов продольной (рабочей) арматурой оценивают коэффициентом армирования μ (μ%). Процент армирования равен μ%=(А/А_b)100%, где А=А_s+A^’_s – сумма площадей сжатой и растянутой рабочей арматуры, А_b – площадь сечения бетона.

Оптимальный процент армирования по экономическим соображениям принимают 1-2 %. Максимальное значение μ%=3%.

Расчет производится в узле № где значение М и е_о максимальны. Характер разрушения внецентренно сжатых элементов зависит от эксцентриситета приложения нормальной силы, где М= кНм – момент в расчетном сечении, а N= кН – нормальная сила в расчетном сечении. При больших эксцентриситетах разрушение начина с текучести арматуры у грани сечения, наиболее удаленной от продольной силы, затем происходит разрушение бетона. При относительно малых эксцентриситетах все сечение сжато или часть его сжата, а часть слабо растянута, разрушение начинается со стороны наиболее напряженного волокна сжатого бетона.

Граничное значение высоты сжатой зоны зависит от применяемых классов бетона и арматуры.

Зададимся классами арматуры: для продольной рабочей арматуры – класс А-400 диаметром …мм, для поперечной арматуры – класс А-240.

где R_s – расчетное сопротивление арматуры сжатию, …Мпа;

E_s – модуль упругости стали , 2*10⁵ Мпа.

Величина относительной высоты сжатой зоны бетона определяется следующим образом:

где х – фактическая высота сжатой зоны бетона

h_o – приведенная высота сечения

ξ≤ξ_R, следовательно, имеем случай (большого/малого) эксцентриситета. Тогда в предельном состоянии по прочности принимаем σ_sr=R_s; σ_b=R_b, эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны – прямоугольная; работа растянутого бетона не учитывается.

Условие прочности получают, сопоставляя внешний момент М и сумму моментов внутренних сил в сечении относительного центра тяжести растянутой арматуры S.

η – коэффициент, учитывающий влияние прогиба элемента на его несущую способность, в нашем случае η=….

Высоту сжатой зоны бетона находят, проектируя все действующие силы на горизонтальную ось:

Пользуясь полученными зависимостями можно проверить несущую способность сечения или подобрать требуемую арматуру.

Выполнив расчет подбора арматуры, мы получили значение площади стержней. Необходимо запроектировать арматурный каркас блока сборной обделки. Принимаем вязаный каркас. Продольное армирование производится стержнями горячекатаной стали класса А-400. Для обеспечения достаточной жесткости каркаса при его изготовлении и монтаже диаметр стержней принимаем …мм. Максимально допустимое расстояние между стержнями продольной арматуры не должно превышать 400 мм. Учитывая требования по размещению арматуры, для блока шириной 2 м принимаем …стержней (А_ф=).

Поперечную арматуру устанавливают конструктивно. Расстояние между хомутами назначают не более 15d в вязаных каркаса, т.е. …мм (d= мм наименьший диаметр продольных стержней рабочей арматуры). Диаметр поперечных стержней должен быть не менее 0.25d=..мм. для поперечной арматуры используют стали классов А-240. Принимаем в качестве поперечной арматуры стержни диаметром 6 мм арматуры класса А-240.

Арматуру следует располагать на некотором расстоянии от наружных граней элементов обделки для образования защитного слоя. При назначении толщины защитного слоя учитывают вид и размеры конструкции, условия эксплуатации, диаметр и назначение арматуры. Так для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя должна быть не менее диаметра стержня и не менее 40 мм в элементах с высотой сечения h>500 мм. Для поперечной и распределительной арматуры защитный слой должен быть не менее 15 мм при h>250 мм. расстояние от концов ненапрягаемой продольной арматуры до торцов элемента должно быть 10-20 мм.

Выполним проверку несущей способности в сечении, где эксцентриситет максимальный:

Проверка прочности стыков сборной железобетонной обделки.

Расчеты по прочности сборных железобетонных обделок следует вести с учетом расположения и величины начальных зазоров в стыках, податливости стыков и возможности возникновения стыковых моментов.

Для шарнирных стыков (плоский стык) стыковой момент:

где N – нормальная сила в стыке, определенная из расчета обделки как многошарнирного кольца;

е₀ – эксцентриситет нормальной силы.

Стыки бетонных и железобетонных блоков рассчитывают на прочность и трещиностойкость при наиболее неблагоприятном возможном распределении контактных усилий в стыке. Полученные в результате расчета нормальные силы в стыках не должны превышать предельных.

Предельную нормальную силу в плоском стыке определяют по формуле:

Где R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию

Ψ – коэффициент, зависящий от конструкции и армирования стыка, для неармированных стыков принимать ψ=0.5+0.6(e₀/h_e)=

b_k – ширина блока;

h_e – высота поперечного сечения элемента в плоскости стыка;

e₀ – возможный эксцентриситет в стыке;

По результатам статического расчета максимальное значение нормальной силы в стыке: N=…≤N_пр