Приложение Е (справочное). Пояснения к выбору частных коэффициентов надежности для проектных подходов 1, 2 и 3

Приложение Е
(справочное)

Пояснения к выбору частных коэффициентов надежности для проектных подходов 1, 2 и 3

Е.1 В 8.6.3 допускается применять три проектных подхода для предельных состояний STR и GEO. Они отличаются способом распределения частных коэффициентов надежности между воздействиями, свойствами грунта и материала, сопротивлениями, что следует из различия подходов к способу учета неопределенностей при моделировании результатов воздействий и сопротивлений.

Е.2 Проектный подход 1

В проектном подходе 1 частные коэффициенты надежности по грунту принимаются равными 1,0, все прочие частные коэффициенты надежности отличны от единицы.

В этом подходе в зависимости от характера нагрузок и воздействий их возможные отклонения от нормативных значений учитываются частными коэффициентами надежности по нагрузке [выражение (8.7)] или частными коэффициентами модели для результатов воздействий [выражение (8.7б)].

В случае если значения нагрузок и воздействий определяются аналитически, применяют проектный подход 1А и выражение (8.7) для результатов воздействий. Если значения нагрузок и воздействий - результат численного расчета, допускается применение проектного подхода 1Б и выражения (8.7б), определяющего результаты воздействий.

Проектный подход 1 применяют преимущественно при расчете по первой группе предельных состояний тоннельных обделок и элементов тоннелей.

Примечание - Например, для проверки предельных состояний STR в элементах обделки тоннеля, устраиваемого закрытым способом, необходимо определить расчетные значения внутренних усилий. В качестве постоянных воздействий следует учесть давление грунта и гидростатическое давление подземных вод на обделку. Также необходимо учесть нагрузку на поверхность земли над тоннелем, включающую в себя как постоянную, так и временную составляющие.

Проектный подход 1А применяют в случае, когда расчет внутренних усилий в элементах обделки тоннеля выполняют с применением контактных моделей, а нагрузки на обделку определяют аналитически в соответствии с СП 102.13330, СП 120.13330, СП 122.13330. При этом для всех результатов воздействий следует учесть коэффициент надежности по ответственности сооружений , а также то, что в этом случае результаты воздействий не зависят от прочностных характеристик материала конструкций, т.е. . Таким образом, в устойчивых грунтах в условиях сводообразования при определении расчетных значений результатов воздействий (внутренних усилий в обделке) должны быть учтены следующие частные коэффициенты надежности, которые могут быть отличными от 1,0:

- результат воздействий от нагрузок на поверхности грунта не зависит от прочностных характеристик грунта. Он зависит от значений и характера поверхностных нагрузок с учетом коэффициентов их сочетаний, а также геометрических параметров: ;

- результат воздействий от гидростатического давления зависит от удельного веса воды и геометрических параметров. С учетом возможности изменения геометрических параметров (например, сезонного изменения УПВ) результат воздействий может быть записан следующим образом: ;

- результат воздействий от вертикальной и горизонтальной составляющих давления грунта определяется в зависимости от нормативных значений прочностных характеристик грунта (кажущегося угла внутреннего трения), а также геометрических параметров: . При этом следует отметить, что для вертикальной и горизонтальной составляющих давления грунта применяют различные значения (приложение Д).

Проектный подход 1Б применяют в случае, когда расчет внутренних усилий в элементах обделки тоннеля выполняют методом конечных элементов с применением моделей сплошных сред. Внутренние усилия в обделке тоннеля тем опаснее, чем более неравномерно распределяется внешняя нагрузка на обделку. С этой точки зрения требуемая степень надежности при применении проектного подхода 1А обеспечивается тем, что коэффициенты надежности по нагрузке для вертикального давления грунта выше, чем для горизонтального давления. При применении численных моделей сплошных сред обеспечение различных значений коэффициента надежности по нагрузке для напряжений на различных площадках оказывается проблематичным, если правильно моделируются другие условия задачи. В этом случае правильнее применять частный коэффициент надежности модели , на который следует умножать результаты воздействий: .

Е.3 Проектный подход 2

Проектный подход 2 применяют в случаях, когда значения нагрузок и воздействий или сопротивлений воздействиям существенно зависят от прочностных характеристик грунтов.

В проектном подходе 2 частные коэффициенты надежности по грунту принимают отличными от 1,0, все прочие частные коэффициенты надежности в общем случае отличны от единицы.

Проектный подход 2А применяют, например, для расчета несущей способности фундаментов на естественном основании, расчета подпорных стен, расчета устойчивости склонов и откосов. Отличительная черта проектного подхода 2А - отсутствие частных коэффициентов надежности по сопротивлению , т.к. расчетные значения сопротивления воздействиям определяют напрямую в зависимости от расчетных значений характеристик грунта.

Проектный подход 2Б применяют в случаях, когда ряд значений сопротивлений воздействиям может зависеть непосредственно от прочностных характеристик грунта, а ряд - не зависит. Например, такой подход применяют при расчете устойчивости склонов, закрепленных анкерами. Другим примером может быть расчет несущей способности буровой сваи по грунту, если ее нижний конец заглублен в песчаный грунт (сопротивление сваи по боковой поверхности не зависит от прочностных характеристик грунта, а сопротивление под нижним концом зависит).

Проектный подход 2В применяют в тех же случаях, что проектный подход 2Б, однако значения сопротивлений воздействиям определяют непосредственно в ходе испытаний. Например, это относится к несущей способности свай или анкеров.

Примечание - Выражения для проверки недопущения наступления предельных состояний STR и GEO, соответствующие проектному подходу 2, применены в СП 22.13330, СП 23.13330, СП 24.13330, СП 116.13330.

Например, выражение (8.4а) может приобретать следующий вид в частных случаях:

- при расчете несущей способности по грунту фундамента на естественном основании

;

- при расчете несущей способности по грунту забивной сваи

;

- при расчете несущей способности по грунту буровой сваи

;

- при проверке несущей способности сваи или анкера по результатам испытаний

;

- при расчете уголковой подпорной стенки на сдвиг или опрокидывание

;

- при проверке прочности элементов гибкой подпорной стенки

;

- при проверке устойчивости склонов и откосов

.

E.4 Проектный подход 3

В ряде случаев результаты воздействий и значения предельного сопротивления основания этим воздействиям могут быть получены только математическим моделированием совместной работы подземного сооружения с грунтовым массивом, в особенности при необходимости учета проектных сценариев, отражающих последовательность строительства. Применение моделей сплошной среды (см. 8.8.10) в этих случаях предпочтительно.

Результат расчета в таких случаях - комплексный и зависящий от многих факторов. Применение коэффициентов надежности по нагрузкам и воздействиям или по грунту, отличных от 1,0, для каких-то результатов расчета может повышать надежность, а для каких-то, наоборот, понижать.

В таких случаях допускается применять проектный подход 3. При применении проектного подхода 3 коэффициенты надежности по нагрузкам и по грунту принимают равными 1,0. Результаты воздействий умножают на частный коэффициент модели . При этом проверку недопущения наступления предельных состояний выполняют исходя из условия

.

По своей сути проектный подход 3 аналогичен проектному подходу 1Б, однако он применяется для задач более широкого класса. При применении проектного подхода 3 значения сопротивлений воздействиям не задаются, а моделируются, поэтому коэффициенты надежности по сопротивлению не применяют.

Примечание - Например, в рамках одной численной модели требуется выполнить не только проверку предельных состояний в элементах обделки строящегося тоннеля, устраиваемого закрытым способом, но и проверку допустимости дополнительных внутренних усилий, возникающих в результате строительства тоннеля в конструкциях расположенного поблизости подземного сооружения, и проверку тоннеля на всплытие с учетом работы дренажа этого подземного сооружения.

Очевидно, что применение отличных от 1,0 значений коэффициентов надежности по нагрузкам и грунту будет для каких-то из искомых в результате расчета значений неблагоприятным, а для каких-то, наоборот, - благоприятным. В этом случае при применении проектного подхода 3 результаты воздействий следует умножать на частный коэффициент надежности модели , значения которого могут быть различны для различных результатов воздействий.