Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Рисунок 5.19 – Схема для определения толщины спинки у чугунного тюбинга

где q_max – суммарная вертикальная нагрузка на спинку

;

– горное давление, действующее на спинку тюбинга [6];

– гидростатическое давление, действующее на спинку тюбинга [6].

R – давление щитовых домкратов (R = 1000 кН) [6];

, (5.12)

L – расчетная длина тюбинга (L = 0,66м) [6].

Проверка достаточности толщины спинки выполняется в 2 этапа:

1. Достаточная толщина спинки определяется по формуле [6]:

; (5.13)

где R_t – расчетное сопротивление чугуна на растяжение [6],

R_t = 55000 ;

.

1. Проверка на внецентренное сжатие с учетом давления щитовых домкратов [6]:

; (5.14)

t – принятая толщина спинки тюбинга [6];

R – давление щитовых домкратов [6];

R_c – предел прочности чугуна на сжатие (R_c = 160000 ).

87563,43 < 160000

Вывод – условие выполняется, толщина спинки у тюбинга достаточная, чтобы воспринимать нагрузку.

1. Проверка прочности соединительных болтов

Чтобы выполнить данный расчет, необходимо знать количество болтов в стенке тюбинга. Из конструктивных условий отверстий в стенке тюбинга 2. Схема для определения нормальных напряжений в болтах представлена на рисунке 5.20.

Рисунок 5.20 – Схема для определения нормальных напряжений в болтах

Исходя из условий расчета нормальное напряжение в болтах не должно превышать расчетного сопротивления болтовой стали на растяжение с учетом коэффициента надежности [6]:

; (5.15)

где – нормальное напряжение в болтах [6];

– расчетное сопротивление болтовой стали на растяжение ( ).

Нормальное напряжение в болтах вычисляется по формуле [6]:

; (5.16)

где N_б – нормальная сила, действующая на стенку тюбинга [6],

; (5.17)

где m – число болтов во внутреннем ряду (m = 2);

– максимальный изгибающий момент ( ;

– суммарная нормальная сила действующая относительно нейтральной оси ( );

Z – расстояние от спинки тюбинга до его нейтральной оси [6],

; (5.18)

где – статический момент сечения тюбинга относительно нейтральной оси [6]. Схема к определению статического момента тюбинга представлена на рисунке 5.21.

; (5.19)

Рисунок 5.21 – схема к определению статического момента тюбинга относительно нейтральной оси

.

A – площадь сечения нетто [6],

.

.

.

S₁ = 0.14 м – расстояние от спинки тюбинга до центра первого болтового отверстия [6];

S₂ = 0.2 м – расстояние от спинки тюбинга до центра второго болтового отверстия [6];

– площадь болтов соединяющие стенки тюбингов.

.

614811 кН/м²

614811 кН/м² > 0.8*190000 = 152000 кН/м²

Вывод – действующее напряжение в болтах превышает расчетное сопротивление стали на растяжение, вследствие этого образуются трещины в переходе между стенкой тюбинга и его спинкой.

1. Проверка прочности чугунных тюбингов

1. Проверка прочности по наружному контуру (фибре)[6]:

; (5.20)

1. Проверка прочности по внутреннему контуру (фибре)[6]:

; ; (5.21)

где – суммарная нормальная сила в сечении [6];

– максимальный изгибающий момент в сечении [6];

А – площадь сечения тюбинга (А = 0,048 м²);

R_сж – расчетное сопротивление чугуна СЧ-15 на сжатие [6],

R_сж = 160000 кН/м²;

R_раст – расчетное сопротивление чугуна СЧ-15 на растяжение [6],

R_раст = 55000 кН/м²;

y₁ = 0.069 м;

J – момент инерции сечения относительно нейтральной оси вычисляется по формуле [6]:

, (5.22)

где – момент инерции сечения тюбинга относительно оси I-I [6],

, (5.23)

Схема для определения момента инерции сечения относительно оси I-I приведена на рисунке 5.22.

Рисунок 5.22– Схема для определения момента инерции тюбинга относительно оси I-I

.

Схема для определения момента инерции относительно нейтральной оси представлена на рисунке 5.23.

Рисунок 5.23– Схема для определения момента инерции тюбинга относительно нейтральной оси

На первом этапе производится расчет в замковом сечении, на втором этапе по максимальному моменту в тюбинге, на третьем этапе по максимальной нормальной силе. Так как максимальная нормальная сила и максимальный изгибающий момент находятся в одном сечении, этап 2,3 рассчитываются в 1 этап. Результаты расчета сведены в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 – Результаты расчета прочности тюбинга

Вывод – проверка выполняется, тюбинги проходят проверку на прочность.

5.7. Анализ и выводы по разделу

Выполнив расчеты тоннельных обделок по несущей способности (прочности) можно сделать вывод о том, что необходимо выполнение усиления тоннельных обделок на подковообразном (горном) участке (обратный свод) и на тюбинговом (подводном) участке тоннеля. На горном участке наибольшие напряжения сформировались в обратном своде, что приводит к развитию(формированию) поперечных трещин, поэтому необходимо демонтировать участок существующей железобетонной оболочки (в обратном своде) и запроектировать новую распределительную плиту. На тюбинговом участке тоннеля по результатам расчетов не удовлетворяет проверка болтовых соединений, следовательно, на участке тоннеля в районе четвертой шахте (см рисунок 1.2.) происходит образование трещин, вследствие этого в тоннель поступает вода. Для устранения этой неисправности необходимо усиление тоннельной обделки путем создания железобетонной оболочкой, и замена старых (черновых) болтов на высокопрочные.

1. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЯ «А»

Выполнив оценку технического состояния и расчеты на несущую способность необходимо выполнение реконструкции тоннеля.

В список работ по реконструкции тоннеля «А» входят следующие виды работ:

1. Демонтаж существующего верхнего строения пути (на балласте) и устройство пути на жестком основании

2. Замена участка существующей железобетонной оболочки на горном участке на новую железобетонную распределительную плиту

3. Усиление тюбингового участка тоннеля железобетонной оболочкой

4. Устройство пути переменной жесткости на подходах к тоннелю

5. Замена существующего звеньевого пути на бесстыковой

6. Устройство пешеходных мостиков в тоннеле

6.1. Усиление тоннельных обделок железобетонными элементами

Элементы армируются симметрично, так как в конструкции (по расчету) действуют усилия (моменты) различных знаков («+»; «–»). Кроме того, элементы должны быть взаимозаменяемые, то есть любой элемент может быть поставлен в любое место обделки.

Нормально армированным (то есть когда одновременно наступает предельное состояние в бетоне сжатой зоны элемента и в растянутой арматуре) считается конструкция (железобетонная) при выполнении условия[5]:

; (6.1)

где – относительная высота сжатой зоны бетона;

- граничная относительная высота сжатой зоны бетонного (железобетонного) сечения элемента. Определяется согласно СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» по выражению[5]:

; (6.2)

где – характеристика сжатой зоны бетона, определяется по формуле[5]:

; (6.3)

– для тяжелого бетона;

– предел прочности бетона на сжатие, в МПа;

= R_s;

– предельное напряжение в арматуре сжатой зоны.

Для уменьшения ширины раскрытия трещин рекомендуется конструктивно решать элемент обделки следующим образом:

а) диаметр рабочей арматуры следует принимать минимально возможным из условия размещения стержней, но не менее 12 мм;

б) защитный слой бетона также желательно принимать минимальным, в целях обеспечения максимальной рабочей высоты сечения (h₀).

После вычисления относительной высоты сжатой зоны бетона, необходимо вычислить площадь арматуры, которая потребуется для армирования элемента.

Площадь арматуры, которая потребуется для армирования элемента вычисляется по формуле[5]:

, (6.4)

где М – максимальный изгибающий момент (М = 400 кН*м);

= 0.975;

;

h = 0.2 м;

а = 20 мм – толщина защитного слоя бетона;

d = 22 мм – диаметр арматуры.

Характеристики

Список файлов ВКР