Приложение А (рекомендуемое). Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы при предварительных расчетах

Приложение А
(рекомендуемое)

Расчет обделок туннелей по предельным состояниям первой группы при предварительных расчетах

А.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 рисунке А.1.

Расчет прочности следует выполнять на расчетные нагрузки (с учетом коэффициентов надежности по нагрузкам) в соответствии с требованиями раздела 10, жесткость принимать в соответствии с 11.12, коэффициенты отпора грунта - в соответствии с 11.13 и 11.16.

Расчет сечений обделок и определение необходимой площади сечения арматуры следует производить по СП 41.13330.

А.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

(А.1)

определяется по формуле

, (А.2)

при несоблюдении условия (1) - по формуле

, (A.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 СП 16.13330, МПа;

- коэффициент удельного отпора грунта, ;

- плотность грунта, ;

, , - коэффициенты, принимаемые согласно 11.3.

Если по формулам (А.2) или (А.3) (т.е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление воды полностью воспринимается грунтом), следует принимать значение по минимальному проценту армирования согласно 7.18.

А.3 Расчет стальных оболочек комбинированных обделок с наружным монолитным бетоном

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

А.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.

Таблица А.1

Марка стали	ГОСТ	Толщина листового проката, мм	Категория стали при расчетной температуре t, °С
Ст3Гпс	ГОСТ 14637 ГОСТ 380	10-30	5	-	-
Ст5Гпс	ГОСТ 14637	10-30	2	-	-
09Г2	ГОСТ 19282	10-32	12	-	-
09Г2С	ГОСТ 19282	10-60	12	13	15
10ХСНД	ГОСТ 19282	10-40	12	13	15
Примечания 1 Знак "-" означает, что данную марку стали при указанной расчетной температуре применять не следует. 2 При надлежащем технико-экономическом обосновании допускается применять сталь других марок.

Коэффициент надежности по нагрузке , коэффициент надежности по назначению сооружения и коэффициент условий работы следует принимать согласно требованиям 10.8 и 11.3.

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

А.3.3 Расчет на прочность стальных оболочек следует выполнять по формуле

, (A.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 отпора грунта и на наружное давление - ;

, - расчетные сопротивления стали растяжению, сжатию, изгибу, МПа, соответственно по временному сопротивлению и по пределу текучести, принимаемые по СП 16.13330;

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

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

, (A.5)

где - расчетное внутреннее давление воды, МПа;

- средний радиус оболочки, см;

t - толщина стенки оболочки, см;

- расчетный радиальный зазор между оболочкой и бетоном, см;

- приведенный коэффициент удельного отпора грунта, , определяемый по формуле

; (А.6)

- наружный радиус бетонной обоймы, см;

- модуль упругости бетона, МПа;

б) при отсутствии отпора грунта или при

. (A.7)

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

, (A.8)

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

Составляющую зазора от температурных воздействий следует определять по формуле

, (A.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

. (A.10)

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

, (A.11)

где - расчетное наружное давление, МПа.

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

от температурных воздействий - по формуле

, (A.12)

где - расчетный перепад температур, °С;

от стеснения поперечной деформации - по формуле

. (A.13)

А.3.8 Расчетный перепад температур следует определять по формулам:

при повышении температуры

, (A.14)

при понижении температуры

, (A.15)

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

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

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

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

, (A.16)

где - критическое наружное давление, МПа;

- коэффициент, принимаемый по таблице А.2.

При следует принимать

, (A.17)

где - нормативный предел текучести стали, МПа.

Таблица А.2

	0,5	0,75	1	1,5	2	2,5
	1	0,9	0,8	0,6	0,5	0,4

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

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

при

, (A.18)

при

, (A.19)

где - модуль упругости стали, МПа;

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

.

""

А.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

, (A.20)

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

- коэффициент, определяемый по графику на рисунке А.3 в зависимости от значений:

; (А.21)

, (A.22)

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

- начальное отступление радиуса кольца от теоретического.