Приложение 1 (обязательное). Расчет обделок туннелей по предельным соcтояниям первой группы

Приложение 1
Обязательное

Расчет обделок туннелей по предельным соcтояниям первой группы

1. Расчет бетонных и железобетонных обделок произвольного очертания

В расчетной схеме, как правило, предполагается, что нагрузки, в том числе и горное давление, заданы, а отпор грунта определяется как реакция упругого основания. Возможные простейшие расчетные схемы обделок как стержневых систем в упругой среде с односторонними связями показаны на черт.1.

Расчет прочности следует выполнять на расчетные нагрузки (с учетом коэффициентов надежности по нагрузкам) в соответствии с разд.5, жесткость принимать в соответствии с п.6.12, коэффициенты отпора грунта - в соответствии с пп.6.13 - 6.16.

Расчет сечений обделок и определение необходимой площади сечения арматуры следует производить по СНиП II-56-77.

ГАРАНТ:

С введением в действие СНиП 2.06.08-87 с 1 января 1988 г. утрачивают силу СНиП II-56-77

2. Расчет сталежелезобетонных, железобетонных, армированных набрызг-бетонных и железоторкретных обделок напорных туннелей кругового очертания на начальных стадиях проектирования

На начальных стадиях проектирования расчет напорных туннелей выполняется по приближенным формулам, которые учитывают только внутреннее давление, постоянное в пределах сечения.

Площадь сечения рабочей арматуры , , на 1 см длины туннеля:

при соблюдении условия

(1)

определяется по формуле

, (2)

при несоблюдении условия (1) - по формуле

, (3)

где - расчетное внутреннее давление воды с учетом гидравлического удара в период нормальной эксплуатации, МПа;

- расстояние от шелыги свода туннеля до поверхности земли, см;

, - расчетное сопротивление арматуры на растяжение и модуль упругости арматуры, МПа;

- площадь сечения стальной оболочки, , на 1 см длины туннеля;

- расчетное сопротивление стальной оболочки, принимаемое по СНиП II-23-81, МПа;

- коэффициент удельного отпора грунта, ;

- плотность грунта, ;

, , - коэффициенты, принимаемые согласно п. 6.3.

Если по формулам (2) или (3) (т.е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление воды полностью воспринимается грунтом), следует принимать значение по минимальному проценту армирования согласно п. 4.19.

3. Расчет стальных оболочек комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном

3.1. Марки стали для стальных оболочек и колец жесткости следует принимать по табл.1.

                                                                Таблица 1

/-----------------------------------------------------------------------\

| Марка    |ГОСТ или ТУ       |Толщина лис-|   Категория стали при рас- |

| стали    |                  |тового про- |  четной температуре t, °С  |

|          |                  |ката, мм    |----------------------------|

|          |                  |            |t>=-40|-40>t>=-50|-50>t>=-65|

|----------+------------------+------------+------+----------+----------|

|ВСт3Гпс   |ГОСТ 380-71       |   10-30    |  5   |     -    |     -    |

ГАРАНТ:

Взамен ГОСТ 380-71 в части требований к сортовому и фасонному прокату постановлением Госстандарта СССР от 23 марта 1988 г. N 677 с 1 января 1990 г. введен в действие ГОСТ 535-88

|18Гпс     |ГОСТ 23570-79     |   10-30    |  +   |     -    |     -    |

|09Г2 гр.1 |ТУ 14-1-8023-80   |   11-20    |  12  |     -    |     -    |

|09Г2      |ГОСТ 19282-73     |   10-32    |  12  |     -    |     -    |

|09Г2С гр.1|ТУ 14-1-3023-80   |   10-20    |  12  |     13   |     15   |

|09Г2С     |ГОСТ 19282-73     |   10-60    |  12  |     13   |     15   |

|10ХСНД    |ГОСТ 19282-73     |   10-40    |  12  |     13   |     15   |

|                                                                       |

|    Примечания: 1. Знак "+" означает, что категорию стали и  требования|

|к ней  указывать в  проекте не  следует; знак  "-" означает, что данную|

|марку стали при указанной расчетной температуре применять не следует.  |

|    2.  При  надлежащем  технико-экономическом  обосновании допускается|

|применять сталь других марок.                                          |

\-----------------------------------------------------------------------/

3.2. Стальные оболочки следует рассчитывать на действие внутреннего давления воды в туннеле, наружного давления подземных вод, раствора (при цементации) и свежеуложенного бетона с учетом температурных воздействий, а также на действие собственного веса и нагрузок от механизмов при монтаже оболочки. При расчете стальных оболочек действие горного давления не учитывается.

Коэффициент надежности по нагрузке , коэффициент надежности по назначению сооружения и коэффициент условий работы следует принимать согласно требованиям пп.5.8 и 6.3.

Примечание. Значения коэффициента условий работы приведены для расчета стальных оболочек без учета местных напряжений.

3.3. Расчет на прочность стальных оболочек следует выполнять по формуле

, (4)

при этом необходимо соблюдать условия:

где , - нормальные напряжения соответственно в поперечном и продольном сечениях оболочки, МПа;

R - расчетное сопротивление, МПа, принимаемое при расчетах на внутреннее давление с учетом отпора грунта равным , а при расчетах на внутреннее давление без учета опора грунта и на наружное давление - ;

, - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу, МПа, соответственно по временному сопротивлению и по пределу текучести, принимаемые по СНиП II-23-81;

- коэффициент надежности для элементов конструкций, расчитываемых на прочность по временному сопротивлению, равный 1,3.

3.4. Нормальное напряжение , МПа, в продольных сечениях оболочки от внутреннего давления воды следует определять по формулам:

а) при наличии отпора грунта

, (5)

где - расчетное внутреннее давление воды, МПа;

- средний радиус оболочки, см;

- толщина стенки оболочки, см;

- расчетный радикальный зазор между оболочкой и бетоном, см;

- приведенный коэфициент удельного отпора грунта, , определяемый по формуле

; (6)

- наружный радиус бетонной обоймы, см;

- модуль упругости бетона, МПа;

б) при отсутствии отпора грунта или при

(7)

3.5. Расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном , см, следует определять по формуле

, (8)

где , , - составляющие радиального зазора соответственно от температурных воздействий, усадки бетона и ползучести грунта, см.

Составляющую зазора от температурных воздействий следует определять по формуле

, (9)

где - наибольшая температура в туннеле при заполнительной цементации, °С;

- минимальная температура воды или воздуха в туннеле, °С.

Составляющие зазора от усадки бетона и ползучести грунта , определяемые по данным исследований, следует учитывать только при расчете на особые сочетания нагрузок.

Для предварительных расчетов допускается принимать

. (10)

3.6. Нормальное напряжение , МПа, в продольных сечениях оболочки от наружного давления следует определять по формуле

, (11)

где - расчетное наружное давление, МПа.

3.7. Нормальное напряжение, МПа, в поперечном сечении оболочки следует определять:

от температурных воздействий - по формуле

, (12)

где - расчетный перепад температур, °С;

от стеснения поперечной деформации - по формуле

, (13)

3.8. Расчетный перепад температур следует определять по формулам:

при повышении температуры

, (14)

при понижении температуры

, (15)

где , - соответственно наибольшая и наименьшая температура воды или воздуха в туннеле, °С;

, - соответственно наибольшая и наименьшая температура оболочки в период обетонирования, °С.

3.9. Местные напряжения, возникающие в стальной оболочке у ребер жесткости, а также в местах перелома, образующих под углом не более 10°, допускается не учитывать.

3.10. Расчет на устойчивость стальной оболочки при действии наружного давления , МПа, следует выполнять по формуле

, (16)

где - критическое наружное давление, МПа;

- коэффициент, принимаемый по табл.2.

                                                                Таблица 2

р_сr r_m/t R_yn	0,5	0,75	1	1,5	2	2,5
кси	1	0,9	0,8	0,6	0,5	0,4

При следует принимать

,

где - нормативный предел текучести стали, МПа.

3.11. Критическое наружное давление при отсутствии колец жесткости и при (где l - расстояние между кольцами, см) следует определять графически по черт.2. Разрешается также в этом случае выполнять расчет на устойчивость по стандартным программам на ЭВМ.

3.12. Критическое наружное давление , МПа, при наличии колец жесткости cледует определять по формулам:

(17)

при ;

(18)

при ,

где - модуль упругости стали, МПа;

- число волн, образующихся при смятии оболочки, подбираемое таким образом, чтобы получить минимальное значение ;

.

3.13. Кольца жесткости надлежит проектировать минимального поперечного сечения с целью уменьшения габаритов выломки.

Рекомендуется предусматривать анкеровку колец жесткости в бетоне. В случае невозможности анкеровки расчет кольца жесткости прямоугольного поперечного сечения следует производить по формуле

, (19)

где - толщина кольца жесткости, см;

- расстояние от центра тяжести сечения кольца до наиболее удаленного волокна, см;

- коэффициент, определяемый по черт. 3 в зависимости от значения величин:

;

, , - соответственно радиус центральной оси, см, площадь, , и момент инерции поперечного сечения кольца с присоединенным пояском длиной , ;

- начальное отступление радиуса кольца от теоретического.