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

Расчет конструкции обделки производиться на наиболее невыгодное, но реальное сочетание нагрузок и воздействий,которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации сооружения.

При расчете обделок сооружаемых щитовым способом при глубоком заложении тоннеля, учитывают следующие постоянные силовые воздействия: нагрузки от горного давления, гидростатическое давление.

Расчетная схема: Монолитное бетонное кольцо в упругой среде.

Повышение деформации сборной ж./б. обделки учитывается путем снижения расчетного модуля деформации материала обделки Eр:

-понижающий коэфициент

Коэффициент упругого отпора определяем следующим образом

Кп =2*10⁵K₀/D=2*10⁵•76,6/(11,5)=133333 т/м^з

Ко =76,6 кгс/см - коэффициент удельного отпора

Определение расчетных нагрузок:

Вариант №1. . Случай когда толща однородного грунта над тоннелем менее трех высот свода обрушения ,а выше залегает менне прочный грунт.

Рассматриваем сечение 1-1. ПК0+930

L=D(1+2tg(45-/2))=11,5(1+2tg(45-60/2))=16,12 м;

=16,12/(2*2)=4,03 м

Нагрузка от вертикального и горизонтального горного давления определяется следующим образом:

Z=2 м

Вариант №2.

Полный вес столба.

Рассматриваем сечение 2-2. ПК1+850

При

L=D(1+2tg(45-/2))=11,5(1+2tg(45-65/2))=15,16 м;

=15,16/(2*3)=2,52 м

Н =14,07м;

Нагрузка от вертикального и горизонтального горного давления определяется следующим образом:

Вариант №3. В условиях сводообразования.

Рассматриваем сечение 3-3. ПК2+014

При

-высота свода обрушения над верхние точкой обделки

L=D(1+2tg(45-/2))=11,5(1+2tg(45-65/2))=15,16 м;

=15,16/(2*3)=2,52 м

Нагрузка от вертикального и горизонтального горного давления определяется следующим образом:

3. Схема расположения узлов:

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 ведётся методом перемещений. Расчётная схема устанавливается пу­тём замены криволинейного очертания обделки вписанным многоугольником.

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ТИПА Лист 1

КОНСТРУКЦИЯ СИММЕТРИЧНА 14 узлов, 13 стержней

7. Подбор количества арматуры.

Процент армирования составляет 0,5-3,5 % от площади сечения блока. Расчёт производим для элемента с наибольшим моментом (№1).

b_k=1,00м=b’_f

h’_f=0.25м

R_b=17.0МПа

Т.к. выполняется условие N<R_b*b’_f*h’_f (1265кН<17*1,00*0.25=4250кН), т.е. граница сжатой зоны проходит в полке, то расчёт производят как для прямоугольных сечений шириной b’_f и шириной h по формуле

Ne< M_b+M’_s=R_bbx(h₀-0.5x)+R_scA’_s(h₀-a)

где e –эксцентриситет ;

N – нормальная сила ;

R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

A_bc – площадь сжатой зоны бетона ;

z_b – расстояние от сжатой зоны до арматуры, работающей на растяжение;

z_b = h₀ - 0,5*x

R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию;

A_s, A_s` - площадь растянутой и сжатой арматуры;

x – высота сжатой зоны бетона;

a, a` - расстояние от центра тяжести арматуры до ближайшей грани;

a` = 20 мм;

Эксцентриситет равен:

e = e₀+h/2 –a = 0,376+0,25/2 –0,02 =0,48м

Определение высоты сжатой зоны бетона:

x=(N-R_scA_s’+R_sA_s)/R_bb

Т.к. армирование симметрично, то x=N/(R_bb)=1265/17000*1 = 0,07м

Определение относительной высоты сжатой зоны бетона ξ , ξ_R :

ξ = x / h₀ = 0,07 / 0,23 = 0,3

ξ_R = ω / ( 1+R_s*(1 – ω/1,1) / 500) ,

где ω – характеристика сжатой зоны бетона ;

ω = 0,85 – 0,008*R_b = 0,85-0,008*17,0 = 0,714

Тогда

ξ_R = 0,714 / (1 + 280*(1 – 0,714/1,1) /400) = 0,573 > ξ = 0,3

Так как ξ_R > ξ , то имеем случай больших эксцентриситетов.

Определение площади растянутой арматуры:

A_s = (N*e – R_b*b*x*( h₀ - 0,5*x))/( R_sc * (h₀ – a`))

A_s = (1265*480 – 17000*1,0*7*(0,25-0,07*0,5)) / ( 280*(230-20)) = -0,033 м2 ;

Для армирования блока используется арматура класса A – II.

По расчету арматура не требуется. Армирование производим конструктивно.