Приложение Ж (справочное). Пример расчетов СВМГТ, выполненных методом конечных элементов

Приложение Ж
(справочное)

Пример расчетов СВМГТ, выполненных методом конечных элементов

Расчеты выполнены в рамках исследования [33]. Задачей расчётного исследования являлось определение напряжённо-деформированного состояния СВМГТ, работающих совместно с грунтом насыпей под железную и автомобильную дороги и воспринимающих нагрузку от веса грунта насыпей, а также временную нагрузку от транспортных средств.

Рассматриваются трубы диаметром 1,0; 1,5 и 2,0 м с толщиной стенки 2,5 и 3,5 мм, гофрирование D3 (125х26 мм).

Расчетная временная нагрузка принята:

- для труб под насыпями автомобильных дорог - НК14 согласно ГОСТ 32960;

Нормативное давление на звенья труб от временной нагрузки НК14 определено при величине линейной нагрузки , равной 233 кН/м.

При расчетах были приняты:

- коэффициент надежности по нагрузке (давление грунта от веса насыпи на звенья труб) - ;

- коэффициент надежности по нагрузке для нагрузки НК14 - .

Для грунта насыпи приняты следующие характеристики:

- засыпка труб производиться гравийно-песчаной смесью с Егр = 18 Мпа;

- удельный вес грунта кН/м;

- нормативный угол внутреннего трения грунта засыпки труб ;

- удельное сцепление грунта С = 0,01 (1 кПа).

За высоту засыпки Н принималось расстояние от верха трубы до верха дорожного полотна. Трубы были уложены на гравийно-песчаную подушку толщиной 0,4 м.

Для грунта гравийно-песчаной подушки приняты следующие характеристики:

Егр = 36 МПа; удельный вес - кН/м; нормативный угол внутреннего трения грунта ; удельное сцепление грунта С = 0,01 (1 кПа).

Расчёты выполнены методом конечных элементов с помощью программного комплекса MIDAS/CIVIL версии 2012 (Южная Корея, компания MIDAS IT) в физически нелинейной постановке. Рассматривалась задача о плоской деформации поперечного сечения трубы при учитываемой длине насыпи около 5 диаметров трубы. Учитывалось упругопластическое поведение грунта насыпи на основе теории Друкера-Прагера. Для каждого типоразмера труб и для каждой высоты насыпи была разработана самостоятельная расчётная модель.

В результате расчётов получены перемещения элементов труб и окружные нормальные напряжения в трубах.

По перемещениям получены значения деформаций контуров труб, которые приведены в таблице Ж.1.

Таблица Ж.1 - Деформации контура СВМГТ под насыпями автомобильных дорог

Диаметр СВМГТ, м	Толщина стенки, мм	Высота засыпки, м	Деформации СГМТ от постоянной и временной нагрузок,		Деформации СГМТ от постоянной нагрузки,
			см	%	см	%
1,0	2,5	12,0	0,83	0,83	0,78	0,78
1,0	3,5	15,0	0,94	0,94	0,90	0,90
1,5	2,5	7,0	0,92	0,61	0,84	0,56
1,5	3,5	8,5	1,06	0,71	0,98	0,65
2,0	2,5	4,2	0,88	0,44	0,77	0,39
2,0	3,5	5,5	1,07	0,54	0,96	0,48

Анализ представленных в таблице Ж.1 результатов показывает, что фактические значения деформаций контура СВМГТ ниже предельно допустимых.

В таблице Ж.2 приведены значения максимальных напряжений на внешней и внутренней поверхности гофров. За внешнюю поверхность гофров приняты точки гофров, наиболее удаленные от центра трубы. За внутреннюю поверхность - точки гофров, расположенные ближе к центру трубы.

Таблица Ж.2 - Максимальные напряжения в гофрах СВМГТ под насыпями автомобильных дорог

Диаметр СВМГТ, м	Толщина стенки, мм	Высота засыпки, м	Поверхность гофров СВМГТ	Максимальные напряжения от постоянной и времен- ной нагрузок,		Максимальные напряжения от постоянной нагрузки,
				растяжения	сжатия	растяжения	сжатия
1,0	2,5	12,0	Внешняя	919	-1122	832	-1014
			Внутренняя	962	-1235	871	-1118
1,0	3,5	15,0	Внешняя	1177	-1402	1092	-1300
			Внутренняя	1233	-1518	1144	-1404
1,5	2,5	7,0	Внешняя	394	-581	338	-494
			Внутренняя	416	-698	351	-598
1,5	3,5	8,5	Внешняя	529	-722	468	-637
			Внутренняя	563	-852	494	-754
2,0	2,5	4,2	Внешняя	163	-356	130	-286
			Внутренняя	176	-457	130	-364
2,0	3,5	5,5	Внешняя	247	-438	208	-364
			Внутренняя	269	-563	221	-468

Анализ представленных в таблице Ж.2 результатов показывает, что значения нормальных напряжений в гофрах СВМГТ ниже нормативного сопротивления стали. Таким образом, во всех рассмотренных вариантах СВМГТ удовлетворяют условиям прочности и жесткости.

На рисунках Ж.1 - Ж.7 приведен пример общего вида расчетных схем и результатов расчетов.

Число узлов - 5575, число элементов - 5668, в том числе балочных - 124, элементов плоской деформации - 5544