Рис. 5.4. Расчетная схема(породы крепостью f=0.8.

Исходные данные для пород крепостью f=0.8 приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Исходные данные

5.2. Результаты расчета.

Для расчета усилий в тоннельной обделке был использован программный комплекс «Лира», который основан на использовании метода конечных элементов. Расчетная схема была построена в графическом редакторе AutoCAD и импортирована в ПК.

Загружение расчетной схемы было при наиболее неблагоприятном сочетании, т.е. при особом сочетании нагрузок.

Эпюры изгибающих моментов и нормальных сил для тоннельной обделки в породах крепостью f=0.8, полученные в результате расчета при основном сочетании нагрузок, представлены на рисунках 5.5 и 5.6.

Рис. 5.5. Эпюра нормальных сил(т).

Рис. 5.6. Эпюра изгибающих моментов(т*м).

Эпюры изгибающих моментов и нормальных сил для тоннельной обделки в породах крепостью f=0.8, полученные в результате расчета при особом сочетании нагрузок, представлены на рисунках 5.7 и Рис. 5.8. Рис. 5.7. Эпюра нормальных сил(т).

Рис. 5.8. Эпюра изгибающих моментов(т*м).

Эпюры изгибающих моментов и нормальных сил для тоннельной обделки в породах крепостью f=1.5, полученные в результате расчета при основном сочетании, представлены на рисунках 5.9 и 5.10.

Рис. 5.9. Эпюра нормальных сил(т).

Рис. 5.10. Эпюра изгибающих моментов(т*м).

Эпюры изгибающих моментов и нормальных сил для тоннельной обделки в породах крепостью f=1.5, полученные в результате расчета при особом сочетании, представлены на рисунках 5.11 и 5.12.

Рис. 5.11. Эпюра нормальных сил(т).

Рис. 5.12. Эпюра изгибающих моментов(т*м).

Проанализировав полученные результаты расчета, можно сделать вывод, что наибольшие усилия возникают в тоннельной обделке, находящейся в породах крепостью f=0.8 и при расчтете на особое сочетание нагрузок.

5.3.Проверка прочности сечения тоннельной обделки.

Проверка прочности тоннельной обделки должна выполняться по вычисленным усилиям в соответствии с СП [5] с учетом особенностей, изложенных в СП [1].

Сечение тоннельной обделки расчитывается как работающее на внецентренное сжатие:

, (5.9)

где N_р – расчетная нормальная сила;

N_н – несущая нормальная сила, расчитываемая по формуле

, (5.10)

Где R_s – расчетное сопротивление бетона сжатию равное R_s=300т/м²;

b – длина сечения, равная b=1м;

x – высота сжатой зоны сечения.

Рис. 5.13. График зависимости несущей нормальной силы N_н от величины сжатой зоны сечения Х, при раскрытии трещин.

В результат натурного обследования тоннеля были выявлены образовавщиеся в замковом сечении продольные трещины, с глубиной раскрытия до 20см. Зависимость несущей нормальной силы N_н от глубины раскрытия трещины приведена в графике на рисунке 5.7. Тогда высота сжатой части сечения будет определяться по формуле:

где – глубина раскрытия трещины.

h – высота сечения.

Расчет замкового сечения:

;

109 т≤102 т

Вывод: Условие не выполняется.

В связи с неудовлетворительным технических состоянием тоннеля, несоответствия современному габариту приближения строения «С» и не выполнению условия прочности, принято решение об усилении существующей тоннельной обделки.

6.ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ.

Как уже отмечалось ранее, существующую тоннельную обделку необходимо усилить для обеспечения ее нормальной эксплуатации. Для усиления приняты следующие решения:

1)Существующий двухпутный тоннель реконструировать по однопутное движение;

2)Усиление тоннельной обделки планируется выполнить монолитной железобетонной оболочкой.

6.1 Конструирование усиления тоннельной обделки.

Монолитная железобетонная оболочка возводится по контуру существующей тоннельной обделки, толщиной – 35см. Материал обделки - бетон класса В35. Рабочая арматура – А300. Верхнее строение пути на малогабаритных рамах с устройством лотков с греющимм кабелем. Конструкция оболочки усиления приведена на рис. 6.1.

Рис 6.1. Конструкция оболочки усиления.

6.2 Формирование расчетной схемы

Расчетная схема для железобетонной оболочки замкнутого очертания в породах крепостью f=0.8 показана на рисунке 6.1.

Так как вокруг железобетонной оболочки расположена старая тоннельная обделка, следовательно, даже с породах крепостью f<1, она вызывает упругий отпор, который задается через коэффициент упругого отпора равный .

Расчетная схема загружается при наиболее неблагоприятном сочетании, т.е. для случая тоннельной обделки находящейся в породах крепостью f=0,8 и при особом сочетании нагрузок.

Исходные данные расчета оболочки усиления обделки, расположенного в породах крепостью f=0.8 приведены в таблице 6.2.

Рис. 6.2. Расчетная схема для железобетонной оболочки усиления.

Таблица 6.1 – Исходные данные расчета оболочки усиления.

6.3. Результаты расчета.

Для расчета усилий в тоннельной обделке был использован ПК «Лира», который основан на использовании метода конечных элементов. Расчетная схема была построена в графическом редакторе AutoCAD и импортирована в ПК.

Эпюры изгибающих моментов и нормальных сил, полученные в результате расчета, представлены на рисунках 6.3 и 6.4.

Рис.6.3. Эпюра изгибающих моментов(т*м).

Рис. 6.4. Эпюра нормальных сил(т).

6.4 Расчет необходимого армирования

Материал обделки: бетон класса В35.

Рабочая арматура: A300

Элементы необходимо армировать симметрично, так как в конструкции действуют усилия различных знаков (положительные и отрицательные).

Нормально армированной (т.е. когда одновременно наступает предельное состояние в бетоне сжатой зоны элемента и в растянутой арматуре) считается конструкция при выполнении условия:

, (6.1)

где - относительная высота сжатой зоны бетона, определяемая ниже;

- граничная относительная высота сжатой зоны железобетонного сечения элемента. Определяется согласно пункту 3.12^* [4] по выражению

, (6.2)

где - характеристика сжатой зоны бетона, определяется по формуле 26 [2]:

- для тяжелого бетона;

- предел прочности бетона (В35) на сжатие, МПа;

;

где - расчетное сопротивление арматуры (А300) растяжению, МПа;

- предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, МПа.

.

Расчет необходимого армирования ведется в следующей последовательности:

1) Определяется величина по формуле:

(6.3)

где - высота сечения;