где Мпл - изгибающий момент (в кгс ∙ см/см) в стенке МГТ на единицу ее длины, соответствующий образованию пластического шарнира и равный

Mпл = Wплσт.  (В.6.4)

Wпл - пластический момент сопротивления продольного сечения стенки на единицу длины трубы, см3/см (см. табл. В.2);

σт - предел текучести стали, кгс/см2.

Если не удовлетворяется условие (В.6.2), следует предусматривать установку внутри МГТ временных инвентарных креплений, рассчитывая их на действие перемещающейся вдоль МГТ горизонтальной нагрузки екр (в кгс/см) интенсивностью действующей так же, как и нагрузка е, но на ограниченной длине 0,5 м по поверхности МГТ симметрично относительно горизонтального диаметра.

Екр = е - етр. (В.6.5)

В.7 Пример подготовки исходных данных и представления результатов расчета напряженно-деформированного состояния водопропускной МГТ и грунтовой обоймы (для расчета по методу конечных элементов)

Прогноз изменения напряженно-деформированного состояния системы «основание - водопропускное сооружение с МГТ - насыпь» следует выполнять путем математического моделирования с использованием нелинейных моделей механики сплошных сред численными методами. Выбор расчетных моделей, их геометрические параметры следует осуществлять в зависимости от вида грунтов, а также от особенностей решаемой задачи.

Расчетные физико-механические характеристики грунтов основания, насыпи и МГТ приведены в табл. В.2 и В.3.

2

Расчетные физико-механические характеристики грунтов основания и насыпи (пример)

2

Расчетные физико-механические характеристики металлической гофрированной трубы (пример)

На рис. В.1 - В.9 приведены схема и результаты расчета методом конечных элементов насыпи с круглой МГТ с зафиксированным расположением грунтов, армогрунтовой обоймы и самой МГТ. Результаты расчетов деформаций и напряжений методом конечных элементов позволяют получить с возможностью визуализации.

0447S

Рис. В.1. Расчетная схема с распределением грунтов, армирующих материалов и МГТ

Пример представления результатов расчета по программе МКЭ

0447S

Рис. В.2. Вертикальные деформации

0447S

Рис. В.3. Горизонтальные деформации

0447S

Рис. В.4. Вертикальные напряжения

0447S

Рис. В.5. Горизонтальные напряжения

0447S

Рис. В.6. Касательные напряжения

0447S

Рис. В.7. Коэффициент прочности по Мору-Кулону

0447S

Рис. В.8. Коэффициент прочности по Мизесу-Шлейхеру

0447S

Рис. В.9. Напряжения в стенке трубы

Приложение Г
(рекомендуемое)

Расчет осадок МГТ и назначение строительного подъема

Расчет осадок МГТ для точек под осью насыпи следует производить по графику (рис. Г.1), определяя расчетную осадку Sр по формуле

  (Г.1)

где Sт - осадка основания при модуле деформации грунта Е = 100 кгс/см2 (см. рис. Г.1).

Исходными параметрами для расчета осадок должны быть: модуль деформации, объемная масса грунта и мощность геологических слоев в основании, высота насыпи.

Осадка МГТ на многослойном основании рассчитывается путем суммирования осадок в пределах каждого слоя.

Расчетную осадку Sр под осью насыпи следует сравнить с предельно допустимой осадкой Sд, определяемой по формуле

Sд = 0,5Sр + 0,75iL,  (Г.2)

где iL - разница отметок лотка МГТ на входе и выходе (I - уклон, L - длина МГТ).

Примечание. Формула применима для уклонов труб до 0,05.

В случае, если расчетная осадка превышает величину Sд, необходимо принять меры по изменению проектного решения, в первую очередь рассматривая варианты увеличения уклона лотка МГТ или толщины подушки, либо переходить к другой конструкции водопропускного сооружения.

Строительный подъем назначают, определяя ординату под осью насыпи по формуле

Δ = Sp - 0,25iL,  (Г.3)

которая не должна превышать величины 0,5(Sp + iL).

На графике (см. рис. Г.1) приведена зависимость осадки от высоты насыпи из грунта со средним удельным весом 1,9 т/м3 для однородного основания, сложенного водонасыщенными (γ0 = 1 т/м3 - кривая 1) и неводонасыщенными грунтами (γ0 = 1,7 т/м3 - кривая 2), а также для оснований с расположением несжимаемого слоя на конечной глубине z (кривая 3). Кривые 1, 2 и 3 соответствуют модулю деформации грунта основания, равному 100 кг/см2. При однородном состоянии, зная высоту насыпи Н, по кривым 1 и 2 (в зависимости от состояния грунта) находят осадку S. Расчетная осадка Sр при фактическом модуле грунта Е будет

  (Г.4)

0447S

Рис. Г.1. Расчетный график для определения осадок МГТ:

Sm - осадка основания при модуле деформации грунта 100 кгс/см2; Н - высота насыпи; Z - расстояние от нижней границы рассматриваемого слоя до поверхности основания; 1 - при однородном основании и γ = 1 т/м3; 2 - то же, при γ = 1,7 т/м3; 3 - при неоднородном основании u Z = 2 - 18 м

Для оснований, у которых на некоторой глубине z залегают практически несжимаемые породы (Е ≥ 1000 кг/см2), осадку по формуле (Г.4) можно находить по кривым 3.

Если основание сложено из нескольких разнородных слоев с модулями деформации Еi, то сначала, пользуясь графиком (см. рис. Г.4), определяют осадку по формуле (Г.4) для модуля деформации нижнего слоя, а затем последовательно, начиная снизу, добавляют дополнительные осадки по остальным слоям, вычисляемые по формуле

0447S

  (Г.5)

где Si находят по кривым 3 при z, равном расстоянию от нижней границы рассматриваемого i-го слоя до поверхности основания.

Дополнительные осадки ΔS1 отражают неоднородность основания на глубине и в зависимости от соотношения модулей деформации рассматриваемого и нижележащего слоев могут быть как положительными, так и отрицательными. Подушку под трубой рассматривают как слой основания с соответствующим модулем деформации.

Суммируя алгебраическую осадку, определенную для нижнего слоя как для однородного основания, и дополнительные осадки для каждого из отдельных слоев, определяют полную осадку по формуле

  (Г.6)

Пример. Исходные данные: МГТ - D = 1,5 м; L = 46,4 м; I = 0,005; насыпь - b = 3,2 м; H = 10 м; 1:m = 1:2; В = 23,2 м; γ = 1,9 т/м3; основание - среднее γ0 = 1,7 т/м3; слой I - Нсл = 4 м, Е1 = 60 кгс/см2; слой II - Нсл = 7 м; Е2 = 100 кгс/см2; слой III с глубины 11 м - Е3 = 150 кгс/м2 (рис. Г.2).

Решение. 1. Считая основание однородным с Е = 150 кгс/см2 и пользуясь графиком (см. рис. Г.1, кривая 2), по Н = 10 м при γ0 = 1,7 т/м3 находят осадку основания под осью пути при Е = 100 кгс/см2 Sт"' = 17,4 см, тогда осадка при Е = 150 кгс/см2 0447S

0447S

Рис. Г.2. Исходные данные к примеру расчета (размеры в метрах)

2. Для слоя мощностью Z2 = 11 м при Е = 100 кгс/см2 определяют величину дополнительной осадки (в связи с меньшим модулем деформации)

0447S

Значение  получают по графику для Н = 10 м и Z2 = 11 м (см. рис. Г.1, кривые семейства 3).

3. Для верхнего слоя мощностью 4 м с Е1 = 60 кг/см2 определяют

0447S

Значение  получают по графику для H = 10 м и Z1 = 4 м (кривые семейства 3).

4. Суммируя, находят расчетную осадку

Sр = S3 + ΔS2 + ΔS1 = 11,6 + 4,1 + 2,9 = 18,6 см.

5. По известным Sр = 18,6 см и iL = 23 см находят значение предельно допустимой осадки Sд = 0,5 ∙ 18,6 + 0,75 ∙ 23 = 26,5 см.

6. По тем же данным определяют ординату строительного подъема Δ = 18,6 - 0,25 ∙ 23 = 12,8 см, что в пределах допустимого значения, равного 0,5(Sp + iL) = 0,5(18,6 + 23) = 20,8 см.

Вывод. Осадки трубы не превысят предельно допустимых. Трубу следует проектировать со строительным подъемом, ордината которого под осью насыпи должна быть не менее 13 см и не более 21 см.

Приложение Д
(рекомендуемое)

Расчет осадок МГТ на оттаивающих грунтах

Осадку МГТ Sр на оттаивающих грунтах рассчитывают по формуле

Sр = Sп + Sдоп, (Д.1)

где Sп - осадка предварительно оттаявшего слоя грунта толщиной hот (рис. Д.1);

Sдоп - дополнительная осадка слоя грунта, оттаивающего в процессе эксплуатации трубы для слоя hдоп = Но – hот (Но - полная глубина оттаивания, м).

Глубину оттаивания определяют теплотехническим расчетом, а также по данным натурных наблюдений за аналогичными сооружениями.

Примечание. При наличии на глубине, меньшей чем Но, скальных или других несжимаемых грунтов (Е > 1000 кгс/см2) осадку рассчитывают для толщи основания, ограниченной их верхней поверхностью. Допускается при этом принимать Но = 4,0 + 1,8H при объемной массе грунта основания γо = 1,0 тс/м3 и Но = 3,0 + 1,4H при γо = 1,7 тс/м3.

0447S

Рис. Д.1. Схема к расчету осадок труб на оттаивающих грунтах

Осадку Sдоп слоя грунта, оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения, для слоя hдоп = H0 - hom определяют по формуле

0447S

  (Д.2)

где k - безразмерный коэффициент, равный 0,75(1 + b/В);

ai - коэффициент сжимаемости i-го слоя оттаивающего грунта, см2/кгс;

hi - толщина i-го слоя оттаивающего грунта, см;

Лсi - разность между суммарной льдистостью i-го слоя грунта и суммарной льдистостью образца грунта, взятого из этого слоя;

n - число слоев, на которые разделяется при расчете толща оттаявшего (оттаивающего) грунта;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10