Антиплагиат (1052687), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В программереализована возможность использования множества нелинейных моделейконечных элементов грунта: Мора-Кулона, Друккера-Прагера, Хоека-Брауна имногих других, позволяющих моделировать как скальные, так и более слабыетипы грунтов вплоть до текучей консистенции. Также можно решать задачи,связанные с совместной работой конструкции и окружающего ее грунтовогомассива с учетом стадийности возведения конструкции и сформировавшихсяисторических напряжений грунта. Кроме того можно моделировать различныеграничные условия в местах контакта возводимой конструкции с массивомгрунта, а также в местах сопряжения самих элементов сооружения.4.3.2 Исходные данные, необходимые для расчета в ПК Midas GTS NX2016Расчётные сечения построены по оси тоннеля на участке 1 (ПК 2071+58)и 2 (ПК 2074+58).ГВВ и подошвы слоёв грунта приняты согласно продольному профилючертеж 1.Материалы, моделирующие грунт, рассмотрены как нелинейнодеформируемые с критериями прочности по упругопластической теории МораКулона.Исходные данные, необходимые для расчета в ПК Midas GTS NX 2016:1.
Физико-механические характеристики грунтов приняты по таблице 1.1.2. Коэффициент Пуассона для железобетонных элементов принят равнымν=0,2 (п. 7.32 [11]), для чугунных принят равным ν=0,3 (таблица Г.10 [10]).3. Материал, описывающий обделку, рассмотрен как линейнодеформируемый (эластичный):– чугун СЧ 20, модуль упругости Е=98000 МПа, коэффициент Пуассонаν=0,3, удельный вес g=72 кН/м3.– бетон B45, модуль упругости Е=37000 МПа, коэффициент Пуассонаν=0,2, удельный вес g=25 кН/м3.4.3.3 Расчётные схемыПо причине того, что сооружение является линейным, оценка его НДСможет быть проведена при помощи плоской расчетной схемы (далее РС).РС представляет собой плоскую модель поперечного сечения тоннеля сокружающим грунтовым массивом. Схема состоит из конечных элементов,определяющих конфигурацию и свойства конструкции, окружающегогрунтового массива, а также особенности свойств контактных поверхностей.Система координат (приведены положительные направления осей): ось X– направлена слева направо, ось Y - направлена снизу вверх.
Центр системыкоординат расположен в правой нижней точке грунтового массива.Для моделирования грунта и конструкции тоннеля использованыстандартные 3-х узловые конечные элементы (КЭ).Для обделки типов 1 и 2 для участков 1 и 2 расчётная схема в ПК MidasGTS NX будет иметь вид, приведенные на рис. 4.7, 4.8.Рис. 4.7 – Расчётная схема в ПК Midas GTS NX для 1 участка ПК 2071+58Рис. 4.8 – Расчётная схема в ПК Midas GTS NX для 2 участка ПК 2074+58Для воссоздания «естественного» напряженного состояния в грунтовоммассиве в качестве первой стадии расчета принята стадия вычисленияисторических напряжений в грунтовом массиве.
Отсутствие натурных данныхо величинах и ориентации естественных (бытовых) напряжений в массивеобусловило учет лишь гравитационной составляющей этих напряжений. Т.е. вкаждой точке расчетной области вертикальная компонента напряжений равна:(4.11)где g – удельный вес грунта, кН/м3;h – глубина заложения, м.Горизонтальные компоненты напряжений равны между собой:4.12)где – коэффициент Пуассона.Таким образом, учитывая особенности программного комплекса, принятыследующие стадии расчета:1) Стадия 1.
Стадия определения исторических (природных) напряжений;2) Стадия 2. Очистка перемещений;3) Стадия 3. Разработка грунта и сооружение обделки.4.2.4 Результаты расчётов в ПК Midas GTS NX 2016Произведя расчёт и получив результаты, приводятся эпюры усилий вэлементах обделок:– для обоих типов тоннельных обделок на 1 участке ПК 2071+58 т.к.наибольшие усилия в стрежнях возникают именно на этом участке.Полные результаты расчётов по усилиям в элементах обделок приведеныв табличной форме в приложении Д, Е, Ж и З.4.2.5 Расчётные усилия в обделке тип 1В обделке тип 1 максимальные усилия возникают на первом расчётномучастке. Эпюры усилий приведены на рис.
4.5, 4.6, 4,7Рисунок 1.3 – Эпюра нормальных сил N для 1 типа обделки на 1 участкеРисунок 1.3 – Эпюра изгибающих моментов M для 1 типа обделки на 1участкеРис. 1.5 – Эпюра перерезывающих сил Q для 1 типа отделки на 1 участке4.2.5 Расчётные усилия в обделке тип 1В обделке тип 2 максимальные усилия возникают на первом расчётномучастке.
Эпюры усилий приведены на рис. 4.5, 4.6, 4,7Рисунокц 1.3 – Эпюра нормальных сил N для 2 типа обделки на 1 участкеРисунок 1.3 – Эпюра изгибающих моментов M для 2 типа обделки на 1участкеРис. 1.3 – Эпюра перерезывающих сил Q для 2 типа обделки на 1 участке3.4 Сравнение вариантов и выбор оптимального вариантатоннельной обделкиПроизведем сравнение вариантов обделки тоннеля по экономическим итехническим характеристикам. В результате сравнения выбираетсяоптимальный вариант для дальнейшей проработки.3.4.1 Сравнение вариантовПодсчёт объёмов и стоимостей производится в табличной форме:– обделка тип 1 – Приложение Б;– обделка тип 2 – Приложение В.На основании подсчета стоимости и выполненных расчётов поопределению усилий в элементах тоннельной обделки делается вывод оцелесообразности использования в процессе сооружения тоннеля одного изтипов тоннельных обделок.Наибольшие усилия в элементах тоннельных обделок вычисленные в ПКЛИРА-САПР 2013 и ПК Midas GTS NX 2016 приведены в таблицах 1.3, 1.4.Таблица 1.3 – Наибольшие значения усилий в элементах чугунной обделки(тип 1) на 1 расчётном участкеПрограммный комплекс Номер элемента Номер узлаМаксимальные значения усилийM, кНм N, кН Q, кНПК ЛИРА-САПР 201311 32,4 – –2 27,5 – –1414 – -880,2 –15 – -880,2 –33 – – 23,24 – – 23,2ПК Midas GTS NX2814 37,6 – –15 38,8 – –2342 – -847,2 –43 – -847,2 –348 – – 18,989 – – 18,98Таблица 1.3 – Наибольшие значения усилий в элементах железобетоннойтоннельной обделки (тип 2) на 1 расчётном участкеПрограммный комплекс Номер элемента Номер узлаМаксимальные значения усилийM, кНм N, кН Q, кНПК ЛИРА-САПР 201311 42,5 – –2 36,4 – –1414 – -912,9 –15 – -912,9 –33 – – 28,44 – – 28,4ПК Midas GTS NX2814 44,3 – –15 45,6 – –2342 – -854,6 –43 – -854,6 –348 – – 23,09 – – 23,0Усилия, полученные при расчёте в двух программных комплексах: ПКЛИРА-САПР 2013, нагрузки для расчета которого были найденыаналитическим методом с учетом требований норм [3], основанного натеоретических методах статического расчета тоннельных обделок иисследований взаимодействия обделок и окружающего грунтового массива какэлементов единой деформируемой системы с помощью аналитическихрешений соответствующих плоских задач теории упругости.
И ПК Midas GTSNX 2016 с помощью численного метода расчёта которого выполняетсяматематическое моделирование напряженно-деформированного состояниягрунтового массива и конструкции строящегося подземного сооружениядовольно сравнимы:Для 1 типа тоннельной обделки: максимальный изгибающий равен 32,4кН/м (ПК ЛИРА-САПР 2013), 38,8 кН/м (ПК Midas GTS NX 2016),максимальная нормальная сила равна -880,2 кН (ПК ЛИРА-САПР 2013), -847,2кН (ПК Midas GTS NX 2016).Для 2 типа тоннельной обделки максимальный изгибающий равен 42,5кН/м (ПК ЛИРА-САПР 2013), 44,3 кН/м (ПК Midas GTS NX 2016),максимальная нормальная сила равна -912,9 кН (ПК ЛИРА-САПР 2013), -854,6кН (ПК Midas GTS NX 2016).Можно сделать вывод, что при правильном выборе исходных данных сучетом инженерно-геологического обоснования, а именно учетевзаимодействия обделки с грунтов через отпор грунта при условии залеганияподземного сооружения в скальных и полускальных породах и задании верныхрасчётных параметров грунтовых условий при численном моделировании,значения полученных при расчете усилий не должны иметь большоерасхождение.Для дальнейших прочностных расчётов будут использоваться значенияусилий, полученные при помощи ПК Midas GTS NX 2016, так какгеотехническое моделирование это наиболее современный способ расчетастроительных конструкций, при котором в учет берутся грунтовые модели,характеристики для которых следует определять в лабораторных условиях, аследовательно приблизиться к наиболее реальному взаимодействиюподземного сооружения с окружающим его горным массивом.Выгоднее усилия получаются для первого типа тоннельной обделкитоннеля, но строительная стоимость обделки тип 2 меньше стоимости обделкитип 1 на 3,71 %, ввиду высокой стоимости используемого материала (чугунСЧ-20), трудоёмкость меньше (1781 ч.-д.
меньше 1939 ч.-д.), ввиду меньшегоколичества элементов обделки и болтовых связей.Исходя из вышеизложенного, принимаем для дальнейшего расчета иразработки второй тип обделки.3.5 Проверка прочности тоннельной обделкиВвиду примерного равенства положительных и отрицательных моментов,и в целях упрощения технологии сооружения арматурного каркаса принимаемпринцип симметричного армирования.Произведём расчёт блока тоннельной обделки как внецентренно сжатогоэлемента прямоугольного сечения согласно [8].Схема возникающих усилий в прямоугольном сечении железобетонногоблока приведена на рис. 4.1.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
