Расчет плиты перекрытия1. Конструирование поперечного сечения плиты
На данном этапе проектирования необходимо определить генеральные размеры сечения плиты. В практике тоннелестроения для тоннелей, сооружаемых открытым способом, чаще всего применяют ребристые плиты П-образного поперечного сечения. Ранее при компоновке обделки была определена высота плиты как (0,1-0,08) ширины тоннеля. Толщину полки плиты
2. Расчет прочности нормального сечения Задачей этого расчета является определение требуемой по условию прочности площади поперечного сечения продольной рабочей арматуры 2 (рис.) и диаметра стержней этой арматуры. Для этого можно преобразовать сечение плиты в Т-образное, как показано на рис.
В предельном состоянии внутренние усилия в элементах сечения (бетон в сжатой верхней зоне изгибаемого элемента, продольная рабочая арматура – в растянутой нижней зоне) и уравнения равновесия примут вид
Решение системы из двух уравнений приводит к решению квадратного уравнения. При этом из двух корней уравнения необходимо выбрать технически возможное решение.
3. Расчет прочности сечения, наклонного к продольной оси
Совместное действие изгибающего момента и поперечной силы может привести к образованию трещин в бетоне, наклонных к продольной оси плиты. В случае таких трещин плита воспринимает поперечную силу частично бетоном, не нарушенным трещиной, частично – поперечной арматурой 1 (см. рис.).
Подбор поперечной арматуры осуществляется в следующей последовательности: · Определяется усилие в поперечной арматуре на единицу длины
Где ϕb3 = 0.6,
· Из соотношения
определяют площадь Asw, назначив шаг стержней s исходя из того, что шаг должен быть не более 500 мм, не более 2h (h – высота плиты) и не более 20d (d – диаметр стержней поперечной арматуры). При этом необходимо иметь в виду, что в плите установлено 2 каркаса поперечной арматуры, по одному в каждом ребре плиты · Таким образом, в пределах наклонной трещины поперечная арматура Asw воспринимает часть поперечной силы Qsw = qsw*co
· Поперечная сила, воспринимаемая бетоном,
Где ϕb2 =2, c = co, c < 2h0 · Проверяется условие Q < Qb + Qsw
4. Расчет внецентренно сжатого стенового блока
Стеновой блок обделки тоннеля находится под воздействием изгибающего момента и продольной силы, равной опорной реакции в плите. Блок армируют симметричными сетками, образованными вертикальной рабочей арматурой и конструктивной горизонтальной арматурой, обеспечивающей проектное положение вертикальной арматуры. Предельное напряженное состояние в сечении, нормальном к продольной оси блока, показано на рис. (рисунок повернут на 90о и вертикальная продольная сила N показана горизонтальной). Из-за значительного изгибающего момента и конструктивного эксцентриситета справедливо рассматривать методику расчета для случая больших эксцентриситетов.
Расчет прочности сечения, нормального к вертикальной оси блока, осуществляется в следующем порядке: · Определяется эксцентриситет продольной силы N относительно середины высоты сечения h с учетом конструктивного эксцентриситета, вызванного опиранием плиты на консоль eo = M/N + eк · Из рассмотрения равновесия сечения запишем уравнение суммы моментов всех сил (внутренних и внешних)
N*e = Rb *b*x*(ho – 0.5x) + Rsc* As’*(ho – a’) откуда As’= As=[N*e - Rb *b*x*(ho – 0.5x)]/[Rsc*(ho – a’)] при x = N/(b*Rb), e = eo + h/2 – a Вышеприведенные соотношения справедливы при As’= As (симметричное армирование) и Rsc = Rs (для арматуры классов AI – AIII). Полученные значения Аs распределяются на 10-15 стержней, после чего определяется диаметр арматурных стержней.
5. Расчет консоли стенового блока
Консоль обеспечивает опирание плиты на стеновой блок. Схема опирания приведена на рис.
Расчет состоит из двух частей: расчета прочности сжатой полосы бетона шириной lb и обеспечения прочности на отрыв консоли по вертикальной трещине в месте сопряжения консоли с блоком стены. А) прочность сжатой полосы бетона обеспечивается следующим расчетом: · Определяется коэффициент ϕw2, учитывающий влияние поперечного армирования консоли арматурой Asw
ϕw2 = Q/(0.8Rb* b*lb* sinϴ) где lb = lsup*sinϴ, lsup = Q/(Rb* b) b – ширина опирания двух смежных ребер плиты перекрытия · Определяются коэффициенты μw1 = (ϕw2 – 1)/(5α), α = Es /Eb · Определяется шаг поперечной арматуры консоли Sw = Asw /(μw1*b) При этом площадь арматуры Asw задают исходя из диаметра арматуры в интервале 10 – 24 мм, а также из количества каркасов поперечного армирования консоли вдоль оси тоннеля. При ширине зоны опирания смежных ребер плиты около 16 см обычно назначают 2 – 4 каркаса. Шаг Sw не должен превышать 150 мм и 0,25h (см. рис.). При нарушении этих условий необходимо уменьшить Asw
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная литература
Дополнительная литература
ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ЛЕКЦИЙ
Лекция № 1 Введение
Краткие исторические сведения о возникновении и развитии подземного строительства. Сен-Готардский тоннель. Типология тоннелей. Выдающиеся тоннели. Лондонское метро. Тоннель под Ла-Маншем. Тоннели Сейкан и Эресунн. Северо-Муйский тоннель. Перспективы развития тоннелестроения. Определение тоннеля. Основная терминология транспортного тоннелестроения.
Лекция № 2 Тоннель, как средство преодоления препятствий при трассировании путей сообщения
Виды препятствий (высотные, контурные). Способы преодоления высотного препятствия. Перевальные тоннели. Петлевые, спиральные, мысовые тоннели при развитии трассы. Развитие трассы на Северо-Муйском хребте. А/д и городские транспортные тоннели. Пешеходные тоннели.
Лекция № 3 Основные требования к плану и профилю транспортных тоннелей.
План и профиль железнодорожных, автодорожных и пешеходных тоннелей. Продольные и поперечные уклоны. Смягчение уклона.
Лекция № 4 Понятие о различных способах сооружения тоннелей
Тоннели мелкого и глубокого заложения. Открытый способ сооружения тоннелей. Горные способы сооружения тоннелей. Щитовой способ сооружения тоннелей. Специальные способы сооружения тоннелей. Сферы применения.
Лекция № 5 Тоннельные пересечения мелкого заложения, сооружаемые открытым способом
Конструкции железобетонных тоннельных обделок транспортных тоннелей. Основные принципы проектирования сборных обделок транспортных тоннелей. Конструкции сборных и монолитных железобетонных обделок транспортных тоннелей. Конструкция и армирование плиты перекрытия, стенового блока и лоткового блока. Гидроизоляция. Примеры: перегонный и станционный тоннель с монолитной обделкой на Замоскворецкой линии, Алабяно-Балтийский тоннель.
Лекция № 6 Сооружение тоннельных пересечений открытым способом
Котлованный, траншейный и щитовой способы сооружения. Крепление стенок котлована. Технологические схемы. Стена в грунте. Буронабивные и грунтоцементные сваи. Открытая щитовая проходка. Назначение и конструкция щита. Технология строительства.
Лекция №8 Расчеты конструкций тоннелей мелкого заложения
Расчетные параметры материалов. Нагрузки и воздействия. Постоянные вертикальные и горизонтальные воздействия. Временные нагрузки и воздействия.
Лекция №9 Расчеты конструкций тоннелей мелкого заложения (продолжение)
Понятие о совместной работе обделки тоннеля и окружающего её грунтового массива. Упругий отпор грунта. Расчетные схемы и их преобразование. Определение внутренних усилий.
Лекция №10 Расчеты железобетонных конструкций
Расчеты изгибаемых и внецентренно-сжатых железобетонных элементов обделки. Прочность нормальных и наклонных сечений. Расчет узлов.
Лекция №11 Сооружение тоннелей щитовым способом
Общие принципы сооружения тоннелей проходческими щитами. Классификация грунтов. Преимущества щитового способа сооружения тоннелей. Конструкция проходческого щита, его основные элементы и их назначение. Основные операции проходческого цикла при сооружении тоннелей щитовым способом. Последовательность операций проходческого цикла при сооружении тоннелей щитовым способом.
Лекция №12 Конструкции металлических обделок кругового очертания
Элементы обделки и их назначение. Материалы обделок. Чугунные и сталебетонные блоки. Стыки тюбингов. Гидроизоляция и нагнетание раствора за обделку.
Лекция №13 Конструкции железобетонных обделок кругового очертания
Классификация обделок. Компоновка обделок. Материалы. Железобетонные блоки. Стыки блоков и связи. Устройства регулирования усилий и обжатие в грунт. Податливые стыки: назначение и преимущества. Гидроизоляция.
Лекция №14 Тоннелепроходческие механизированные щиты
Понятие о механизированных проходческих щитах. Классификация и сферы применения. Проходческие щиты для сооружения тоннелей в песках естественной влажности и водонасыщенных. Щиты с тиксотропным и грунтовым пригрузом. Роторные щиты для глин и скальных грунтов. Планетарные щиты.
Лекция №15 Тоннелепроходческие механизированные щиты (продолжение)
Щиты экскаваторного типа. Щиты со стреловым рабочим органом. Тоннелепроходческие машины для скальных грунтов. Сферы применения щитов различных конструкций. Возведение обделки. Монолитно-прессованные обделки.
Лекция №16 Щитовые комплексы
Укладчики блоков сборной обделки: рычажный, кольцевой, дуговой. Нагнетание и гидроизоляция. Примеры тоннелепроходческих механизированных щитовых комплексов. Организация труда и технология строительства. Подготовительные работы.
Лекция №17 Специальные способы сооружения тоннелей
Общие понятия о специальных способах сооружения тоннелей в местах пересечения с действующими транспортными магистралями. Строительство тоннелей под действующими железными и автомобильными дорогами методом продавливания и протаскивания. Понятие о микротоннелировании. Строительство тоннелей под защитой экрана из труб, создаваемого методом микротоннелирования.
Лекция №18 Сооружение тоннелей из опускных секций
Общее представление о сооружении тоннелей из опускных секций. Конструкции тоннелей и секций. Организация строительства. Изготовление секций на стапеле, в доке и котловане. Доставка и способы опускания секций. Тоннельные переходы в Гонконг и Эресунн. Перспективы строительства в России. Керченский переход.
Лекция №19 Сооружение тоннелей горным способом
Общие представления о горном способе работ по сооружению тоннелей. Разработка сечения подземной выработки за один приём и по частям. Опережающие выработки и их назначение. Устройство крепи на лобовом откосе.
Лекция №20 Технология строительства тоннелей горным способом
Технологические схемы сооружения тоннеля способом сплошного и ступенчатого забоя. Технологические схемы сооружения тоннеля способом нижнего уступа. Новоавстрийский способ.
Лекция №21 Разработка грунта при горном способе
Способы разработки грунта в забое подземной выработки: буровзрывной способ разработки грунта; разработка грунта ручным механизированным инструментом; разработка грунта горнопроходческими комбайнами.
Лекция №22 Механизация работ
Машины и механизмы для разработки грунта в забое подземной выработки. Породопогрузочные машины. Оборудование для возведения монолитных бетонных и железобетонных тоннельных обделок и для проведения нагнетания растворов в за обделку. Механизированные комплексы для сооружения тоннелей с применением буровзрывного способа разработки грунта в забое. Механизированные комплексы для проходки тоннелей с применением горнопроходческих комбайнов.
Лекция №23 Конструкции обделок тоннелей при горном способе работ
Классификация. Тоннели без обделки. Тоннель Лёрдаль. Конструкции обделок в крепких породах. Неполные обделки. Подковообразные обделки. Назначение и устройство обратного свода. Водоотвод.
Лекция №24 Статическая работа обделок тоннелей глубокого заложения
Нагрузки и воздействия на тоннельную обделку глубокого заложения. Нагрузки от горного давления: гипотеза профессора М.М. Протодъяконова, нагрузка вот веса полного столба грунта, нагрузки от отдельных вывалов. Нагрузки от гидростатического напора подземных вод, условия учёта гидростатических нагрузок. Нагрузки от собственного веса обделки. Временные нагрузки и воздействия.
Лекция №25 Расчеты обделок тоннелей глубокого заложения
Расчётная схема монолитной обделки подковообразного очертания. Расчётная схема чугунной тюбинговой обделки как свободно деформирующегося кольца. Расчёт чугунной тюбинговой обделки как упругого кольца в упругой среде. Расчётная схема круговой железобетонной обделки как шарнирного кольца в упругой среде. Определение стыковых изгибающих моментов и построение огибающей эпюры изгибающих моментов. Проверка несущей способности обделки. Основные правила армирования железобетонных элементов сборных круговых обделок. Современные представления о взаимодействии тоннелей и среды. Программные комплексы расчетов обделок и горного массива: NASTRAN, PLAXIS, ANSYS, ЛИРА и примеры расчетов.
Лекция №26 Основные требования к текущему содержанию и безопасной эксплуатации транспортных тоннелей
Обязанности должностных лиц, ответственных за текущее содержание транспортных тоннелей и безопасность движения транспортных средств по тоннелю. Устройства в тоннеле для обеспечения безопасности рабочего персонала (ниши, камеры, резервные уширения). Схемы вентиляции транспортных тоннелей. Обеспечение пожарной безопасности в транспортных тоннелях. Системы сигнализации и оповещения в транспортных тоннелях. Обрушение тоннеля в Крыму в 2014 г. (фильм).
Лекция №27 Соблюдение требований экологической безопасности при строительстве тоннелей
Общие сведения о законодательных актах и нормативно-технических документов в области охраны окружающей среды. Прогнозирование последствий для окружающей среды в результате строительства и последующей эксплуатации транспортных тоннелей. Разработка мероприятий направленных на охрану окружающей среды. Катастрофический провал поверхности земли в Пермской обл.
Вопросы к экзамену по курсу «Тоннельные пересечения на транспортных магистралях»
1. Определение и классификация тоннелей. 2. Способы сооружения тоннелей. 3. План и продольный профиль. Смягчение руководящего уклона линии в тоннеле 4. Конструкции сборных обделок при открытой проходке 5. Материалы тоннельных обделок и их сравнительные преимущества. 6. Пешеходные тоннели 7. Способы сооружения городских тоннелей при открытой проходке 8. Котлованный способ 9. Траншейный способ. Стена в грунте 10. Щитовой способ при открытой проходке 11. Мероприятия по защите тоннеля от воды. 12. Сущность и виды горного давления. 13. Горное давление. Сводообразование и теория проф. М.М. Протодьяконова. 14. Нагрузки на обделку в скальных и несвязанных породах. 15. Взаимодействие обделки с породой. Расчётные схемы тоннельных обделок. 16. Расчет нормальных сечений плиты перекрытия на прочность 17. Расчет наклонных сечений плиты перекрытия на прочность 18. Расчет внецентренно сжатого стенового блока обделки 19. Расчет консоли стенового блока 20. Конструкции и армирование плиты перекрытия и стенового блока сборной ж.б. обделки 21. Способы раскрытия выработки. 22. Классификация грунтов. 23. Способы проходки выработок. 24. Возведение тоннельных обделок. 25. Нагнетание за тоннельную обделку. 26. Щитовой способ сооружения тоннелей. 27. Щиты и их классификация. 28. Конструкции сборных ж.б. обделок кругового очертания. 29. Конструкции сборных чугунных и сталебетонных обделок кругового очертания. 30. Конструкции сборных ж.б. обделок кругового очертания обжатых в грунт. 31. Щиты для неустойчивых пород естественной влажности 32. Герметизированные щиты 33. Щиты с тиксотропным пригрузом 34. Щиты с грунтовым пригрузом 35. Щиты с экскаваторным рабочим органом 36. Щиты со стреловым фрезерным рабочим органом 37. Тоннелепроходческие машины для прочных пород 38. Классификация щитов. 39. Типы укладчиков. 40. Возведение монолитно-прессованной бетонной обделки. 41. Комплексная механизация при щитовом способе проходки. Тоннелепроходческие комплексы. 42. Специальные способы проходки. Метод продавливания. 43. Проходка под защитой экранов из труб 44. Тоннели из опускных секций. Конструктивные решения. 45. Изготовление опускных секций. Общая схема сооружения 46. Сооружение тоннелей из опускных секций. Общая схема и погружение секций 47. Сравнение подводного тоннеля с мостом. 48. Проходка горных тоннелей буровзрывным способом 49. Виды шпуров их расположение и технология производства БВР. 50. «Новоавстрийский» способ проходки 51. Технологическая схема проходки горных тоннелей методами сплошного забоя и нижнего уступа 52. Конструкции монолитных обделок горных тоннелей
|
для размещения армирования полки плиты можно назначить 10 см для тоннелей с глубиной заложения 2-6 м и 15 см для глубины заложения 6-10 м. Ширина полки плиты составит номинальную ширину плиты уменьшенную на 10 мм. Пример поперечного сечения плиты шириной 120 см (150 см) показан на рисунке.
