6. Оценка несущей способности станционных конструкций

Основные положения расчета и расчетные схемы конструкций платформенного участка станционных комплексов изложены в [1] стр. 276-296. Статические расчеты обделок всех типов станций, сооружаемых открытым и закрытым способами, в курсовом и дипломном проектировании могут выполняться на заданные нагрузки методами строительной механики с учетом отпора грунтового массива.

7.1. Нагрузки и воздействия

Конструкции станций глубокого заложения в курсовом и дипломном проектах допускается рассчитывать только на основные сочетания постоянных нагрузок и воздействий, возникающих в пе­риод эксплуатации сооружения, а станций мелкого заложения – на особое сочетание нагрузок и воздействий.

К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вертикальное и горизонтальное давление грунта, гидростатическое давление, собственный вес конструкций, вес зданий и сооружений, расположенных над тоннелем; к временным— нагрузки от наземного транспорта; к особым - кратковременное воздействие ударной волны.

Величины нормативных вертикальных нагрузок от горного давления на обделки станций, сооружаемых закрытым способом в нескальных грунтах (кроме твердых глин), следует принимать равными весу толщи грунтов над станцией. При наличии над станцией толщи скальных или полускальных грунтов, твердых глин или их чередующихся напластований вертикальная нагрузка может быть определена с учетом сводообразования при выполнении условий , указанных в п.3.

Величины нормативных горизонтальных нагрузок от горного давления (и от особой нагрузки при мелком заложении) определяют умножением вертикальных нагрузок и воздействий на коэффициент бокового давления .

В грунтах с ярко выраженными упругими свойствами (скальные, полускальные) ко­эффициент бокового давле­ния можно определить через модуль поперечной деформа­ции  (коэффициент Пуассона):

Полагая, что коэффициент Пуассона для скальных и полускальных грунтов находится в пределах 0.15<  <0.35 и , округляя , по­лучим

0.2 <  <0.5.

В малосвязных и рыхлых грунтах коэффициент бокового давления определяют по углу внутреннего трения грунта  , полагая ,что

.

При изменении значений угла внутреннего трения от 30⁰ в песчаных грунтах до 15⁰ в мягких глинистых, получим величину коэффициента бокового давления для этих грунтов 0.5  0.8.

Нормативное вертикальное давление грунта па конструк­ции станций, сооружаемых открытым способом, следует при­нимать равным весу толщи грунта над сооружением, считая от верха конструкции до уровня поверхности земли (с учетом перспективных планировочных отметок); нормативное гори­зонтальное - умножением вертикального на соответствую­щий коэффициент бокового давления. Временная нагрузка от наземного транспорта принимается в соответствии с рекомендациями, изложенными в СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы.

Рис.7.1 Схема для определения нагрузки от автотранспортных средств (А11).

Нор­мативное вертикальное давление опре­деляют от автотранспортных средств в виде полос А-11 (рис. 7.1) и от одиноч­ной колесной нагрузки НК-80 (рис. 7.2). При этом рассматривают наиболее не­выгодные для работы обделки и ее от­дельных элементов схемы расположения этих нагрузок над обделкой и на приз­мах обрушения. В курсовом проекте достаточно произвести расчет, выбрав один вариант расположения равномерно распределенной нагрузки в пределах перекрытия станции.

Автотранспортные средства в виде по­лос А-11 включают одну двухосную те­лежку с осевой нагрузкой 107,91 кН (11 тс) и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью У = 10,78 кН/м (1,1 тс/м) на обе колеи. Над обделкой может распола­гаться несколько полос нагрузки. Рас­стояние между осями смежных полос должно быть не менее 3 м.

Нагрузка НК-80 представляет собой одиночную четырехосную машину об­щим весом 785 кН (80тс).

Вертикальное давление от подвижной нагрузки на поверхности распространяется в дорожном покрытии под углом 45° от соприкосновения скатов машин с дорожным покрытием, а в грунте — под углом 26,5° к вертикали.

Рис.7.2. Схема для определения нагрузки на перекрытие от колесной нагрузки НК-80.

Интенсивность давления грунта от нагрузки А-11 на уровне верха конст- рукции определяют по формулам:

q₁ = У / В , q₂ = 0,5 Р₁ / А₁В₁

где А₁ = 0,2 + 2 (δ _а + δ _б) +2[Н - (δ _а + δ _б)] tg 26⁰ 30';

В₁ = 0,6 + 2 (δ _а + δ _б) +2[Н - (δ _а + δ _б)] tg 26⁰ 30';

δ _а и δ _{б -} соответственно толщина слоя асфальта и слоя бетона;

Н — расстояние от поверхности дороги до верха конструкции.

Интенсивность - давления грунта от нагрузки НК-80 на уровне верха перекрытия

q₃ = 0,5Р₂ / А₂В₂

где Р₂ —- нагрузка на ось, равная 196кН( 19,6тс) ;

А₂ = 3,8 + 2(δ _а + δ _б) +2[Н - (δ _а + δ _б)] tg 26° 30';

В₂ = 3,5 + 2 (δ _а + δ _б) +2[Н - (δ _а + δ _б)] tg 26° 30'.

Нормативные значения транспортных нагрузок умножают на динамические коэффициенты (1+μ) , и коэффициенты на­дежности по нагрузке γ_ƒ. Для нагрузки А-11 (1+μ) = 1, γ_ƒ =1,2. Для нагрузки НК-80 динамический коэффициент за­висит от длины загружения временной нагрузкой Ɩ : при Ɩ = 1,0м (1+μ ) = 1,3; при Ɩ = 5м - (1+μ) = 1,1, а для промежу­точных значений Ɩ принимают по ин­терполяции. Коэффициент γ_ƒ = 1 для на­грузки НК-80.

Особая нагрузка на конструкцию станции мелкого заложения принимается от кратковременного воздействия ударной волны интенсивностью 10 тс/м² . При этом прочностные расчеты производят по нормативным характеристикам материалов.

Величину нормативной нагрузки от горного давления пли давления насыпного грунта на конструкции, расположенные в водонасыщенных грунтах, содержащих свободную воду, сле­дует принимать равной сумме давления воды и давления грунта во взвешенном состоянии.

Коэффициент перегрузки при расчетах конструкций обде­лок по несущей способности принимается в соответствии с ([1] табл.6.1).

В пояснительной записке все расчеты, связанные с опреде­лением нагрузок, должны быть иллюстрированы соответст­вующими схемами.