Приложение Г (рекомендуемое). Методика расчета противокамнепадных барьерных сооружений на основе кольчужных сетей

Приложение Г

(рекомендуемое)

Методика расчета противокамнепадных барьерных сооружений на основе кольчужных сетей

Расчет противокамнепадных барьерных сооружений следует выполнять в соответствии с положениями [7], [20], [21], [22].

Основная схема противокамнепадного барьера приведена на рисунке Г.1.

1 - кольчужная сетка; 2 - верхний трос; 3 - нижний трос; 4 - продольная тросовая растяжка; 5 - верхние (по склону откоса) поперечные растяжки; 6 - нижние (по склону откоса) поперечные растяжки; 7 - анкера; 8 - стойки ограждения

Рисунок Г.1 - Общая схема противокамнепадного барьера, вид спереди (а) и сбоку (б)

Главными элементами барьера являются сеть стальная с кольцевыми ячейками, соединенными между собой кольчужным плетением (1), продольные тросы (2) и (3), продольные (4) и верхние поперечные (5) растяжки, стойки барьера (8) и дополнительные, расположенные за барьером ниже по склону поперечные растяжки (6).

При расчётах следует учитывать, что растяжки (6) можно не включать в основной расчёт, поскольку их предназначение - обеспечить сохранность вертикального положения стоек ограждения (8) и предупредить при ударе камнепада опасность разворота ограждения в верхнюю часть склона или откоса. Однако эти растяжки должны иметь прочность на разрыв не менее 1/3 прочности верхних и продольных тросов ограждения.

В основу расчёта противокамнепадного барьера принимают уравнение гибкой нити, т.к. основная нагрузка приходится лишь на верхний (2) и нижний (3) тросы барьера.

Уравнение гибкой нити является наиболее приемлемым для данной гибкой конструкции ограждения. Усилия в верхнем и нижнем продольном тросе напрямую зависят от высоты воздействия камня на кольчужную сетку в момент удара, конфигурации откоса и его поверхности. Поэтому в расчётах для обеспечения длительной надёжности ограждения возникающие усилия приняты равными как для верхнего, так и для нижнего продольного троса.

Необходимо также учитывать то обстоятельство, что включение в работу непосредственно кольчужной сети происходит лишь после воздействия удара камнепада, а из-за эластичности узлов соединения в кольчужной сетке, имеет место эффект гашения энергии от удара на ограждение в целом.

Для проведения расчетов принимают максимальную стрелу прогиба ограждения (f), хотя ударная нагрузка от воздействия камнепада может произойти на любом участке секции ограждения, а не только в её середине. Поэтому для расчётов используют схему гибкой нити, представленную на рисунке Г.2. В соответствии с этой схемой возможно определить уравнение гибкой нити в любой точке между стойками ограждения, но лишь при условии сохранения вертикального расположения стоек в момент удара камня.

1 - камень; 2 - стойки ограждения; 3 - тросы ограждения в начальном состоянии; 4 - состояние тросов после восприятия ударной нагрузки

Рисунок Г.2 - Схема гибкой нити для расчёта тросов противокамнепадного барьера при условии сохранения вертикального положения стоек ограждения

При расчётах определяют возможный прогиб верхнего и нижнего троса ограждения (W) в зависимости от точки воздействия удара по формулам:

- при ударе камня в зоне z в интервале 0 z l/2

, (Г.1)

где z - возможное место воздействия камня в момент удара, см;

- при ударе камня в зоне z в интервале 1/2 z l

(Г.2)

- при ударе камня в середине между стойками ограждения, т.е. при

(Г.3)

Угол отклонения гибкой нити или соответственно тросового ограждения определяют по формуле:

, (Г.4)

где - масса камня, кг;

- расстояние между опорами ограждения, см;

E - модуль упругости материалов продольных канатов, ;

J - момент инерции, .

При расчёте ограждения следует учитывать не только статическое, но и динамическое воздействие нагрузки на ограждение. Максимальное статическое напряжение в тросе , соответствующее максимальному отклонению троса от начального положения составляет

(Г.5)

Из всех перечисленных условий можно определить и максимальное напряжение в несущих тросах по формуле:

, (Г.6)

где - динамический коэффициент, равный

(Г.7)

Это позволяет выбрать необходимую марку арматуры верхнего и нижнего троса по формуле (см. рисунок Г.3):

, (Г.8)

где - допустимая нагрузка на трос с учетом требуемого коэффициента запаса, кг;

- площадь поперечного сечения троса,

Рисунок Г.3 - Схема для определения допустимых нагрузок в тросах ограждения и продольных тросовых растяжках

При известной высоте падения камня на ограждение (Н) можно определить скорость падения V на момент начала удара из зависимости , где g - ускорение свободного падения.

При этом зависимость (Г.6) может быть представлена в виде:

(Г.9)

что позволяет уточнить необходимую прочность тросов.

Для сохранения вертикального положения стоек определяют необходимые усилия в продольных и верхних, расположенных выше по склону или откосу (см. рисунок Г.1) поперечных растяжках. Усилие в продольных растяжках (рисунок Г.3) определяют по формуле:

(Г.10)

Расчёт верхних поперечных растяжек следует выполнять с учётом стрелы прогиба f. Это обусловлено тем, что без учёта поперечных растяжек вертикальные стойки даже при их жёстком закреплении в коренных породах будут работать на изгиб, как показано на рисунке Г.4. При этом нельзя исключать и удара камня непосредственно в стойку ограждения. Отсюда (см. рисунок Г.5):

; (Г.11)

(Г.12)

где - угол наклона поперечных растяжек от горизонтали (см. рисунок Г.5);

- длина поперечной растяжки.

Угол наклона растяжки устанавливают в зависимости от угла наклона склона или откоса и их конфигурации по длине ограждения, что допускает вести расчёт при различных углах при соблюдении требования (Г.12).

При расчёте стоек барьера на изгиб следует учитывать, как непосредственно конструктивное выполнение стоек, так и расчётные характеристики, основные из которых приведены в таблице Г.1.

Таблица Г.1 - Основные параметры при расчёте стоек барьера

Форма сечения стойки	Площадь сечения F	Момент инерции J	Момент сопротивления W
Тонкостенное кольцо	где - толщина стенки кольца
Толстостенное кольцо
Круг

Рисунок Г.4 - Схема для расчёта стоек барьера на изгиб	Рисунок Г.5 - Схема для определения усилий в верхних по откосу или склону поперечных растяжках

Для обеспечения длительной эксплуатационной надёжности необходимым условием при проектировании ограждения является расчёт анкеров на вырывание и изгиб. При расчёте анкеров на вырывание, особенно в районах расположения стоек барьера, учитывать вес непосредственно кольчужной сети нецелесообразно. При расчёте в статическом положении сети можно учесть этот вес для сокращения глубины заделки анкеров в коренные породы, однако при динамическом воздействии на ограждение этот фактор не сможет оказать существенного влияния на несущую способность анкеров. Учитывая массу кольчужной сети можно ожидать уменьшение прогиба верхнего и нижнего продольного тросов барьера за счёт демпфирующей способности массы сети и погашения энергии удара.

Общие принципы расчета анкерных креплений изложены в Приложении Е.

Следующим этапом расчёта является определение нагрузки при принятом расстоянии между вертикальными стойками каждой секции ограждения:

, (Г.13)

где Е - модуль упругости материалов продольных канатов,

При этом следует учитывать, что высота приложения этой нагрузки обычно находится в пределах 1/3Н от поверхности откоса или склона.

При расчёте вертикальных стоек на изгиб следует учитывать, что на каждую стойку секции ограждения приходится нагрузка, равная , но при большом количестве секций промежуточные вертикальные стойки будут воспринимать полную нагрузку .

При расчёте вертикальных стоек необходимо также учитывать и толщину слоя z' ранее накопленного материала осыпи, и расчёт стоек и анкеров следует выполнять только от уровня поверхности коренных пород.