новая папка 1 / 325411
.pdf
1,1н 1,2 · 1,2т, |
(2) |
где – удельный вес грунта засыпки.
Рисунок 1 – Нагрузки на тоннель: 1,2,3 – расчетные сечения.
Расчетное горизонтальное давление грунта на стены тоннеля вычисляется по формулам:
|
|
1,2 · · 45 |
; |
(3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 · · 45 , |
|
||
где |
|
н т |
; |
|
|
! |
|
|
|||
" – |
|
|
|
|
|
угол внутреннего трения грунта в градусах принимается по данным |
|||||
геологических изысканий или справочными данными.
11
3 Расчет тоннелей и каналов
Расчетная схема тоннеля или канала принимается в зависимости от принятой конструкции сооружения. Определение усилий производится по формулам строительной механики как замкнутых рам. Для расчета выбирают раму единичной ширины и определяют в ней изгибающие моменты, поперечные и продольные силы.
Для тоннелей, изображенных на рисунках 2 и 3 расчет может быть выполнен по таблицам 1 и 2. Расчет других типов тоннелей может быть выполнен аналогично расчету заглубленных прямоугольных резервуаров.
12
Рисунок 2 – Изгибающие моменты в тоннелях с шарнирами в уровне перекрытия
Таблица 1 – Моменты в тоннелях с шарнирами в уровне перекрытия (рис.2)
|
Схема 1 |
Схема 2 |
Схема 3 |
|||
b/h |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
|||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
0,8 |
0,0456 |
0,0312 |
0,0568 |
0,078 |
0,0304 |
0,0416 |
1 |
0,05 |
0,0356 |
0,05 |
0,0716 |
0,027 |
0,038 |
1,2 |
0,0536 |
0,0394 |
0,0448 |
0,0656 |
0,024 |
0,0352 |
1,4 |
0,0565 |
0,0426 |
0,0404 |
0,0608 |
0,0216 |
0,0324 |
1,6 |
0,0588 |
0,0455 |
0,0368 |
0,0568 |
0,0196 |
0,0304 |
1,8 |
0,0609 |
0,0479 |
0,0336 |
0,0532 |
0,018 |
0,0284 |
2 |
0,0625 |
0,05 |
0,0312 |
0,05 |
0,0168 |
0,0268 |
2,5 |
0,0658 |
0,0543 |
0,0264 |
0,0446 |
0,014 |
0,0232 |
3 |
0,0682 |
0,0577 |
0,0228 |
0,0384 |
0,012 |
0,0204 |
3,5 |
0,07 |
0,0603 |
0,02 |
0,0344 |
0,0108 |
0,0184 |
13
Рисунок 3 – Изгибающ9ие моменты в тоннелях с жесткими узлами
Таблица 2 – Моменты в тоннелях с жесткими узлами (рис.3)
|
|
|
Схема 1 |
|
Схема 2 |
|
Схема 3 |
|
|||
b/h |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
# при I1/I2 |
||||||
|
1 |
|
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
0,8 |
0,037 |
|
0,0238 |
0,088 |
0,0596 |
0,0208 |
0,026 |
0,0208 |
0,026 |
0,0256 |
0,0336 |
1 |
0,0416 |
|
0,0276 |
0,083 |
0,0556 |
0,0188 |
0,0244 |
0,0188 |
0,0244 |
0,0228 |
0,0312 |
1,2 |
0,0456 |
|
0,0314 |
0,079 |
0,052 |
0,0172 |
0,0232 |
0,0172 |
0,0232 |
0,0208 |
0,0292 |
1,4 |
0,0486 |
|
0,0343 |
0,076 |
0,0492 |
0,0156 |
0,022 |
0,0156 |
0,022 |
0,0188 |
0,0272 |
1,6 |
0,0512 |
|
0,037 |
0,074 |
0,0464 |
0,0144 |
0,0208 |
0,0144 |
0,0208 |
0,0176 |
0,0256 |
1,8 |
0,0536 |
|
0,0395 |
0,0715 |
0,044 |
0,0136 |
0,0196 |
0,0136 |
0,0196 |
0,016 |
0,0243 |
2 |
0,0556 |
|
0,0417 |
0,069 |
0,416 |
0,0128 |
0,0188 |
0,0128 |
0,0188 |
0,0152 |
0,0228 |
|
Расчет стенки и днища производят на внецентренное сжатие, а |
||||||||||
перекрытия – |
на изгиб. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
При выборе расчетной схемы следует иметь в виду, что в процессе |
||||||||||
строительства канала или тоннеля возможна его работа со снятым перекрытием. Поэтому в большинстве случаев, за исключением вариант расчетной схемы с консольными стенками.
Пример расчета тоннеля из монолитного железобетона
Требуется выполнить расчет тоннеля для прокладки коммуникаций на рисунке 1.
Размеры тоннеля в свету 3х3 м. сверху тоннеля имеется грунтовая засыпка высотой 1 м. грунт засыпки имеет следующие характеристики: удельный вес грунта засыпки 18 кН/м3, угол внутреннего трения " 28°. Расчетное сопротивление грунта основания &гр 200 кН/м2.
На поверхности земли действует временная нормативная нагрузка от транспорта НК-80, а на днище нормативная временная нагрузка 10 кН/м2.
14
Тоннель запроектирован из монолитного бетона класса В25, &* 14,5 МПа = 1,45кН/см2, &*+ 1,05 МПа = 0,105 кН/см2. Рабочая арматура класса А400, &, 355 МПа = 35,5 кН/см2.
Расчет производим на 1 м для длины тоннеля. Расчетная схема тоннеля в виде замкнутой рамы с жесткими узлами высотой 3,2 м, шириной . 3,2 м, толщиной стен 20см.
Определение расчетных нагрузок.
Эквивалентная нормативная равномерно распределенная нагрузка на поверхности земли от транспортных средств:
т |
|
|
|
|
33,3, кН/м2. |
|
, |
, |
|||||
|
|
|
||||
Расчетная вертикальная нагрузка на перекрытие от собственного веса перекрытия, засыпки и транспортных средств
1,1 н 1,2 1,2 т |
|
1,1 · 0,2 · 25 1,2 · 1 · 18 1,2 · 33,3 67 кН/м2 |
|
Эквивалентный слой грунта |
|
н т 1 , · 1 , 3,1м. |
|
! |
2 |
Горизонтальная нагрузка на стены на уровне оси перекрытия от собственного веса перекрытия, засыпки и транспортной нагрузки:
1,2 · · 45 1,2 · 18 · 3,1 · 45 2 24 кН/м2
Горизонтальная нагрузка на уровне оси днища:
1,2 · · 45 "21,2 · 18 · 3,2 3,1 · 45 2 49 кН/м2.
Определение расчетных усилий
Расчетная схема тоннеля, эпюры моментов, а также места расположения расчетных сечений приведены на рисунках 2, 3, 4. Изгибающие моменты определяем по таблице 2, принимая отпор грунта по линейному закону:
4 4 · , |
5 0,0007м4, |
667 |
, 9, 9 1, * |
, |
1. |
, |
|||||
|
|
8 |
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
Усилия от вертикальной нагрузки q. Момент в узле:
: # · · . 0,0416 · 67 · 3,2 28,5 кН·м.
Момент в середине пролета:
: # · · . 0,083 · 67 · 3,2 57 кН·м.
Максимальная поперечная сила в верхнем ригеле:
<н ·* =9· , 107 кН.
Рисунок 4 – Эпюры изгибающих моментов в тоннеле:
а – от вертикальной нагрузки; б, в – от горизонтальной нагрузки; г – суммарная
максимальная поперечная сила в нижнем ригеле с учетом собственного веса стен, приведенного к равномерно распределенной нагрузке по днищу:
<н =9· |
, , · · , · , · 1· , 125 кН. |
|
, · |
Продольная сила в нижнем сечении стенки:
> <н 125кН. 16
Усилия от действия горизонтальной равномерно распределенной нагрузки 24 кН/м2, # 0,0188. Моменты в узлах рамы:
: # · · 0,0188 · 24 · 3,2 4,6 кН·м.
Максимальная поперечная сила в стенке:
< |
?7· |
· , 38 кН. |
|
||
|
|
|
Продольная сила в нижнем ригеле:
> < 38 кН.
Расчет на действие горизонтальной треугольной нагрузки:
49 24 25 кН/м2.
# 0,0188; # 0,0228.
Момент в верхнем узле:
: # · · 0,0188 · 25 · 3,2 4,8 кН·м.
Поперечная сила вверху стенки:
< ?· 1· , 13 кН.
Момент в нижнем узле стенки:
: # · · 0,0228 · 25 · 3,2 5,8 кН·м.
Поперечная сила внизу стенки:
< ?· 1· , 27 кН.
Продольная сила в нижнем ригеле:
> < 27 кН.
Максимальная суммарная поперечная сила внизу стенки
Q = 38 + 27 = 65 кН. 17
Максимальная суммарная поперечная сила в нижнем ригеле:
Q = 125 кН.
Максимальная продольная сила внизу стенки:
> 125 кН.
Максимальная продольная сила в нижнем ригеле:
> 38 27 65 кН.
Эпюры моментов в тоннеле показаны на рисунке 4.
Расчет сечений тоннеля на прочность
Проверим прочность днища (нижнего ригеля) по поперечной силе.
Расчет производим по наиболее опасному сечению 2-2.
< 125 кН, 20см, D D 3,5 см, 20 3,5 16,5 см,
. 100см.
Проверяем условие, при котором не требуется поперечная арматура:
F<G &*+ · . · 0,105 · 100 · 16,5 173кН H < 125кН.
Поперечная арматура не требуется.
Производим расчет армирования тоннеля на внецентренное сжатие. Принимаем сечения с симметричной арматурой.
Расчет арматуры в сечении 1-1 низа стенки.
: 38,9кН · м, > 125кН, &* 1,45 |
кН |
, I* 3000 |
кН |
. |
|
|
||||||
см8 |
см8 |
кН |
|
|||||||||
Рабочая продольная арматура |
класса А400, &, 35,5 |
, |
||||||||||
см8 |
||||||||||||
20см, D D 3,5 см, 20 3,5 16,5 см, . 100см. |
|
|
||||||||||
: |
|
38,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
J |
|
|
|
|
0,31 м. |
|
|
|||||
> |
125 |
|
|
|||||||||
Расчетная длина:
K 0,5 · 3,2 1,6 м.
K 16020 8 L 10.
Jа 1см. N 20 · 100 2000см2.
18
|
|
>O |
, 1·P |
·R |
|
|
, 1· · |
14100 кН. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,01. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
V |
W |
|
|
|
V |
78Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WXY |
|
|
|
|
|
|
|
7[7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
J J · U |
|
V\7 |
|
|
31 1 |
=,1V |
,1 |
38,8 см. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
#] |
|
|
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0,052 L `_ 0,563. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
_Q·*· |
8 |
, 1· · =,1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
#a |
|
|
|
|
|
^·b |
|
|
|
|
1· 2,2 |
|
|
0,12. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
_Q·*· |
8 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, 1· · =,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c \7 |
|
,1 |
0,21. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
_ |
·*· |
|
|
f |
|
Vf Vih |
|
|
|
|
, 1· · =,1 |
|
|
, V , 1 V , Z8 |
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
N, Nd, |
|
· |
g7 |
|
|
|
h |
|
|
8 |
|
|
|
· |
|
|
|
|
8 |
6 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Q |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
см |
. |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Vj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V , |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем армирование 10Ø10 |
|
мм А400 (N, Nd, 6 см2). Расчет |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
сечения 3-3 в днище. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кН |
|
|
|
|
|
|
кН |
|
|
|
|
|
|
||||||
: 46,6кН · м, > 65кН, &* 1,45 |
, I* 3000 |
. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
см8 |
см8 |
кН |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рабочая |
продольная |
арматура |
|
|
класса |
|
А400, &, 35,5 |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
см8 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20см, D D 3,5 см, 20 3,5 16,5 см, . 100см. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
46,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,72 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> |
|
|
|
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Расчетная длина:
K 0,5 · 3,2 1,6 м.
K 16020 8 L 10.
Jа 1см. N 20 · 100 2000см2.
>O |
, 1·P |
·R |
|
, 1· · |
14100 кН. |
|||||||||||
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
||||||
|
S |
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
1,01. |
|||||||
|
V |
W |
|
|
V |
78Z |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
WXY |
|
|
|
7[7 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
J J · U |
|
|
V\7 |
72 1 |
=,1V |
,1 |
79,5 см. |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
#] |
|
^ |
|
|
|
|
|
|
|
=1 |
|
|
|
|
0,027 L `_ 0,563. |
|
|||||||||||||||
|
_Q·*· |
|
|
, 1· · =,1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
#a |
|
|
|
|
^·b |
|
|
|
|
|
=1·9k,1 |
|
|
0,129. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
_Q·*· |
8 |
, 1· · =,1 |
8 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c \7 |
,1 |
0,21. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
_ |
·*· |
|
|
|
f Vf Vih |
|
, 1· · =,1 |
|
|
, kV , 9 V , 8l |
2 |
||||||||||||||||||||
N, Nd, |
· |
|
g7 |
|
|
h |
|
|
|
8 |
|
|
|
· |
|
|
|
|
8 |
8,7 |
||||||||||||
Q |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
|
|
|
|
|
см . |
|||||||||||||||||
|
|
Vj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V , |
|
|||||||||||||||||||
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем армирование 10Ø12 мм А400 (N, Nd, 11,31 см2). Армирование тоннеля производим сварными каркасами К1… К3 с
шагом рабочей арматуры 100мм. В местах стыка каркасов установлены сетки С1 и С» с аналогичной арматурой с запуском арматуры относительно пересечения стенок тоннеля, равной 29 · m 29 · 12 250 мм. Продольную арматуру в направлении длины тоннеля принимаем конструктивно диаметром 6 мм класса А240 с шагом 150 мм. Армирование тоннеля показано на рисунке 5.
20