Выбор материала и расчет параметров обделок вертикальных стволов метрополитенов

см. лист 1). При этом обязательно определение для участка ствола при [pic].

Таблица 3.

Нормативные значения угла внутреннего трения [pic], град, для песчаных

и глинистых грунтов.

|Виды грунтов |Значения [pic] при к - те |

| |пористости [pic] |

| |0.45|0.55|0.65|0.75|0.85|0.95|1.05|

|Пески гравелистые и крупные |430 |400 |380 |--- |--- |--- |--- |

|Пески средней крупности |400 |380 |350 |--- |--- |--- |--- |

|Пески мелкие |380 |360 |320 |280 |--- |--- |--- |

|Пески пылеватые |360 |340 |300 |260 |--- |--- |--- |

|Супеси (консистенция 0 - 0.25) |300 |290 |270 |--- |--- |--- |--- |

|Супеси (консистенция 0.25 - 0.75)|280 |260 |240 |210 |--- |--- |--- |

|Суглинки (консистенция 0 - 0.25) |260 |250 |240 |230 |220 |200 |--- |

|Суглинки (консистенция 0.25 - |240 |230 |220 |210 |190 |170 |--- |

|0.5) | | | | | | | |

|Суглинки (консистенция 0.5 - |--- |--- |190 |180 |160 |140 |120 |

|0.75) | | | | | | | |

|Глины (консистенция 0 - 0.25) |--- |210 |200 |190 |180 |160 |140 |

|Глины (консистенция 0.25 - 0.5) |--- |--- |180 |170 |160 |140 |110 |

|Глины (консистенция 0.5 - 0.75) |--- |--- |150 |140 |120 |100 |70 |

Нормативная дополнительная нагрузка [pic] по глубине ствола при наличии

одной пригрузки (см. лист 1) или нескольких, центры тяжести которых

одинаково удалены от ствола и лежат на перпендикулярных друг другу осях,

определяются по формуле:

[pic],

где [pic] - расстояние от внешнего контура ствола до наиболее удаленной

точки нагружающего объекта;

[pic] - средний поперечный размер нагружающего объекта;

[pic] - вес нагружающего объекта.

Дополнительную нагрузку [pic] можно также определять по данным таблицы

4 в зависимости от глубины ствола, его радиуса и грунтовых условий по

формуле, используя для промежуточных значений [pic] и [pic] линейную

интерполяцию:

[pic],

в которой

[pic]

и где значение безразмерного параметра

[pic]

в зависимости от грунтовых условий и отношения [pic] приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Значения безразмерного параметра [pic] в зависимости от глубины ствола,

его радиуса и грунтовых условий.

|H/r |[pic] |

| |(=50 |(=100 |(=150 |(=200 |(=250 |(=300 |(=350 |(=400 |

|0.00 |0.8396|0.7041|0.5871|0.4903|0.4059|0.3334|0.2710|0.2174|

|0.50 |0.7812|0.6077|0.4680|0.3571|0.2708|0.2008|0.1454|0.1022|

|1.00 |0.7415|0.5451|0.3945|0.2800|0.1973|0.1340|0.0878|0.0543|

|1.75 |0.6994|0.4817|0.3240|0.2107|0.1356|0.0825|0.0475|0.025 |

|2.50 |0.6688|0.4376|0.2780|0.1685|0.1006|0.0558|0.0288|0.0135|

|3.75 |0.6317|0.3873|0.2280|0.1258|0.680 |0.033 |0.0147|0.0057|

|5.00 |0.6046|0.3523|0.1954|0.1002|0.0500|0.021 |0.0086|0.0029|

|6.25 |0.5834|0.3261|0.1722|0.0830|0.0387|0.0157|0.0055|0.0016|

|7.50 |0.5661|0.3055|0.1541|0.0708|0.0311|0.0117|0.0038|0.0010|

|8.75 |0.5516|0.2887|0.1410|0.0616|0.0258|0.0091|0.0027|0.0006|

|10.0 |0.5392|0.2741|0.1300|0.0540|0.0218|0.0073|0.0020|0.0004|

|15.0 |0.5022|0.2352|0.1006|0.0372|0.0129|0.0036|0.0008|0.0001|

При наличии пригрузок с одинаковым весом, центры тяжести которых лежат

на перпендикулярных друг другу осях, но находятся на разных расстояниях

[pic] от контура ствола, в формуле подставляется меньшее из значений [pic].

Если же пригрузки имеют различный вес, но расположены на равном

расстоянии [pic] от контура ствола, в формуле подставляется большее

значение [pic].

Если же пригрузки имеют различный вес и расположены на различных

расстояниях от контура ствола, расчет ведется для каждой пригрузки в

отдельности и в расчет принимается наибольшее из полученных значений [pic].

При наличии нескольких пригрузок, центры тяжести которых пересекаются

относительно центра сечения ствола под углами меньшими 900 и составляют

соответственно углы [pic], наибольшая дополнительная равнодействующая

нагрузка [pic] определяется по формуле:

[pic],

где [pic] - порядковый номер нагружающего объекта;

[pic] - дополнительные нагрузки от [pic] - й пригрузки определяемые по

формулам при соответствующих значениях [pic];

[pic] - угол, соответствующий расчетному направлению приложения

наибольшей равнодействующей нагрузки, определяемой по формуле:

[pic].

2. Участки ствола в коренных породах.

На участках где породы относятся к категории нестойких, нагрузка на

обделку определяется в зависимости от способа сооружения ствола, его

поперечного сечения, коэффициента крепости пород [pic].

Средняя нормативная нагрузка на обделку ствола от горного давления

[pic] определяется по формуле:

[pic],

где [pic] - коэффициент, учитывающий степень разгрузки породной

поверхности ствола при принятой технологии крепления, конструкции и

материала обделки. Коэффициент может приниматься по таблице 5.

При проходке ствола в водоносных породах имеющих напор [pic], полная

средняя нормативная нагрузка на обделку принимается равной сумме нагрузок

[pic] и [pic].

Расчетные максимальные нагрузки [pic], минимальные нагрузки [pic], а

также расчетные значения [pic] и [pic] определяются как произведение

средней нормативной нагрузки [pic] и соответствующих коэффициентов,

приведенных при проходке ствола обычным способом в таблице 6 и при проходке

ствола бурением - в таблице 7.

Таблица 5.

Значения коэффициента [pic].

|Тип и способ сооружения ствола |[pic]|

|Монолитная при совмещенной схеме проходке |5 |

|То же при параллельной и параллельно-щитовой схеме проходки |3 |

|Тюбинговая, вводимая в работу на расстоянии от забоя не менее |1.1 |

|20 м при обычном способе проходки | |

|То же при возведении крепи с предварительной откачкой раствора и|0.8 |

|полной разгрузкой породных стенок при проходке стволов бурением | |

Таблица 6.

Соотношения между расчетными значениями [pic], [pic], [pic], [pic] и

средней нормативной нагрузкой [pic] при обычном способе проходки.

|Участок ствола |Характеристики нагрузок |

| |Pmax |Pmin |P0 |P2 |P2 |

| |[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|P0 |

|Протяженный |2.8 |0.33 |1.56 |1.24 |0.8 |

|Вблизи сопряжения (до 20 м) |3.1 |0.17 |1.64 |1.46 |0.9 |

|На участке пересечения геологического |3.3 |0.17 |1.74 |1.56 |0.9 |

|нарушения | | | | | |

Таблица 7.

Соотношения между расчетными значениями [pic], [pic], [pic], [pic] и

средней нормативной нагрузкой [pic] при проходке ствола бурением.

|Участок ствола |Характеристики нагрузок |

| |Pmax |Pmin |P0 |P2 |P2 |

| |[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|P0 |

|Протяженный |1.4 |0.6 |1.0 |0.4 |0.4 |

|Вблизи сопряжения |1.5 |0.3 |0.9 |0.6 |0.6 |

3.2. Проверка несущей способности тюбинговых обделок вертикальных

стволов метрополитенов.

Расчет тюбинговой обделки вертикальных стволов метрополитенов будем

производить как для двухслойного состава кольца (см. лист 1), наружным

слоем которого является оболочка из спинок тюбингов, внутренним - кольцевые

ребра жесткости.

Проверку несущей способности тюбинговой обделки будем производить из

условия, при котором максимальные напряжения растяжения [pic] и сжатия

[pic] в ребре и спинке не превышали расчетных сопротивлений материала

обделки:

[pic]; [pic],

где [pic] - расчетное сопротивление материала обделки (железобетона или

чугуна) принимаемое по СНиП II-21-75 “Бетонные и железобетонные

конструкции. Нормы проектирования.” или СНиП II-8.3-72 “Стальные

конструкции. Нормы проектирования.”

Несущая способность тюбинговой обделки с расчетными характеристиками

материала [pic] и [pic] обеспечена если выполняются условия:

для ребра (сечение Б-Б на листе 1):

[pic]

для спинки (сечение В-В на листе 1):

[pic]

где знак “+” относится в зависимости от материала конструкции к

расчетным характеристикам железобетона, а “-” - к расчетным характеристикам

чугуна;

[pic];

[pic];

[pic] - радиус конструкции тюбинговой обделки по спинке тюбинга (см.

лист 1);

[pic] - внутренний радиус тюбинговой обделки по кольцевому ребру (см.

лист 1);

[pic] - расстояние в свету между кольцевыми ребрами тюбинга (см. лист

1);

[pic] - высота кольцевого ребра тюбинга (см. лист 1);

[pic];

[pic];

[pic]

[pic], [pic], [pic], [pic] - коэффициенты передачи нагрузок через

наружний слой, в зависимости от геометрических размеров конструкции и

определяемые по формулам:

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic];

[pic] - коэффициент Пуассона материала обделки, принимаемый равным 0.25

для бетонной и железобетонной, 0.23 - 0.27 - для чугунной и 0.3 - для

остальных.

При определении области применения типовой тюбинговой обделки ствола на

различное сочетание нагрузок [pic], [pic], [pic] следует построить паспорт

прочности конструкции в координатах [pic] - [pic]. Несущая способность

конструкции будет обеспечена если комбинации нагрузок [pic], [pic] и [pic]

лежат в области, ограниченной нижними границами линий, характеризующих

условия прочности по сжимающим и растягивающим напряжениям в спинке и ребре

тюбинга и условия положительности нагрузок по формуле [pic].

:

3.3. Расчет параметров и построение паспорта прочности несущей

способности тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.

Параметры паспорта несущей способности тюбинговой обделки, т.е.

координаты точек пересечения линий с осями [pic] и [pic], определяются по

формулам:

1. Железобетонная тюбинговая обделка:

линия 1 - условие прочности по сжимающим напряжениям в ребре тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 2 - условие прочности по растягивающим напряжениям в ребре

тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 3 - условие положительности нагрузок:

[pic];

линия 4 - условие прочности по сжимающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 5 - условие прочности по растягивающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

[pic];

2. Чугунная тюбинговая обделка:

линия 1 - условие прочности по сжимающим напряжениям в ребре тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 2 - условие прочности по растягивающим напряжениям в ребре

тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 3 - условие положительности нагрузок:

[pic];

линия 4 - условие прочности по сжимающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

[pic];

линия 5 - условие прочности по растягивающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

[pic];

Примечание: при построении паспортов прочности тюбинговых обделок можно

использовать программу для ЭВМ, приведенную в приложении 1.

При [pic] несущую способность железобетонных обделок конструкции

ВНИИМШС, марка бетона 400 для стволов диаметром 4.5 - 8.0 м можно

определить по паспортам прочности приведенным на листах 3 и 4.

При [pic] несущую способность чугунных тюбинговых обделок конструкции

Шахтспецстрой, чугун марки СЧ 12-28 для стволов диаметром 6.0 - 7.0 м можно

определить по паспортам прочности приведенным на листе 4.

3.4. Проверка устойчивости тюбинговых обделок вертикальных стволов

метрополитенов.

Проверку устойчивости обделки вертикальных стволов метрополитенов, т.е.

способности сопротивляться выпучиванию в сторону ствола, производится

исходя из условия:

[pic];

где [pic] - коэффициент формы упругой линии кольца обделки при потере

устойчивости; расчетное критическое давление [pic] находится как наименьшее

значение функции [pic].

4. Приложения

1. Программа для проверки несущей способности и построения паспорта

прочности тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.

unit Calc1;

interface

uses

SysUtils, WinTypes, WinProcs, Messages, Classes, Graphics, Controls,

Forms, Dialogs, DBTables, DB, DBFilter, Grids, DBGrids, StdCtrls,

RXLookup, ExtCtrls, Buttons;

type

TForm1 = class(TForm)

Panel1: TPanel;

Panel2: TPanel;

rxDBLookupCombo1: TrxDBLookupCombo;

Edit1: TEdit;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Edit2: TEdit;

Label3: TLabel;

DBGrid1: TDBGrid;

Label4: TLabel;

TableSTUFF: TTable;

DataSourceSTUFF: TDataSource;

rxDBFilter1: TrxDBFilter;

DataSourceDATA: TDataSource;

TableDATA: TTable;

TableDATAR: TFloatField;

TableDATAMass: TFloatField;

TableDATAR_press: TFloatField;

TableDATAR_stretch: TFloatField;

TableDATAPuasson: TFloatField;

TableDATAR1: TFloatField;

TableDATARb: TFloatField;

TableDATAA: TFloatField;

TableDATAB: TFloatField;

TableDATAStuff: TSmallintField;

BitBtn1: TBitBtn;

RadioGroup1: TRadioGroup;

RadioButton1: TRadioButton;

RadioButton2: TRadioButton;

RadioButton3: TRadioButton;

procedure rxDBLookupCombo1Change(Sender: TObject);

procedure DBGrid1DblClick(Sender: TObject);

procedure RadioButton1Click(Sender: TObject);

procedure RadioButton2Click(Sender: TObject);

procedure RadioButton3Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

implementation

uses

Draw;

{$R *.DFM}

procedure TForm1.rxDBLookupCombo1Change(Sender: TObject);

var

S: String;

begin

rxDBFilter1.Deactivate;

rxDBFilter1.Filter.Clear;

s:='Stuff = '+TableSTUFF.FieldByName('Code').AsString;

rxDBFilter1.Filter.Add(S);

rxDBFilter1.Activate;

end;

procedure TForm1.DBGrid1DblClick(Sender: TObject);

var

Mass, R_press, R_stretch, Puasson, PuassonP, R1, Rb, R, A, B: Double;

P0, P2: Double;

C1, C2: Double;

K0, K1, K2, K3, K4: Double;

L, L1: Double;

ALFA1, ALFA2: Double;

BETA, BETA1, BETA2: Double;

DELTA1, DELTA2: Double;

GAMMA1, GAMMA2: Double;

D1, D2: Double;

F: Double;

SIGMARS, SIGMARR, SIGMASS, SIGMASR: Double;

i: Integer;

Pkr, PkrOld: Double;

Eo, Ep, J: Double;

procedure Calc;

begin

C1 := R1/Rb;

C2 := R/R1;

F := (C2*C2-1)/(C1*C1-1)*(C2*C2-1)/(C1*C1-1)*

(C2*C2-1)/(C1*C1-1)*(1+B/A);

D2 := (C2*C2+1)*(C2*C2+1)*(C2*C2+1)/(Puasson+1);

D1 := (C1*C1-1)*(C1*C1-1)/(Puasson+1);

DELTA2 := C2*C2*(C2*C2+1);

DELTA1 := C2*C2*(3-C2*C2);

GAMMA2 := C2*C2*(2*C2*C2*C2*C2+C2*C2+1);

GAMMA1 := C2*C2*(3+C2*C2);

BETA := (3+R/Rb*R/Rb)/(3-R/Rb*R/Rb);

BETA2 := C2*C2*C2*C2*(C2*C2+1)-D2+F*(C1*C1+1+D1);

BETA1 := 3*C2*C2-1-D2+F*((3-C2*C2)*C1*C1*C1*C1+D1);

Страницы: 1, 2, 3, 4