Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Конструктивно-технологические решения и методы расчета сборных железобетонных обделок кольцевого очертания. постановка задач исс ледов ания ... 10
1.1 Общие положения 10
1.2 Конструктивные особенности сборных железобетонных обделок . 13
1.3 Анализ статической работы сборных железобетонных обделок без связей растяжения в стыках. 20
1.4 Методы расчета кольцевых обделок. 22
1.4 Методики расчета обделок с учетом работы стыков 35
1.5 Постановка задач исследования 42
Глава 2. Теоретические исследования работы плоского центрированного железобетонного стыка 44
2.1 Общие положения. Цель и задачи исследования 44
2.2 Численное моделирование статической работы плоского бетонного стыка 45
2.3 Статическая модель плоского бетонного стыка 69
2.4 Выводы 73
Глава 3. Экспериментальные исследования работы плоского центрированного бетонного стыка 75
3.1 Оценка величины предельных напряжений в бетоне контактной площадки 75
3.2 Анализ результатов лабораторных испытаний 82
3.3 Выводы 104
Глава 4. Методика расчета сборных железобетонных обделок с плоскими стьжами и перевязкой швов 106
4.1 Описание расчетной модели обделки 106
4.2 Основные положения методики расчета 108
4.3 Анализ результатов стендовых испытаний Казанской обделки с применением разработанной методики 114
4.4 Выводы 126
Заключение 127
Список литературы 131
- Конструктивные особенности сборных железобетонных обделок
- Численное моделирование статической работы плоского бетонного стыка
- Анализ результатов лабораторных испытаний
- Основные положения методики расчета
Введение к работе
В последние годы в отечественной и зарубежной практике проектирования и строительства транспортных тоннелей интенсивно разрабатываются и применяются высокоточные сборные железобетонные обделки с плоскими стыками, которые для увеличения кольцевой жесткости тоннеля собираются с перевязкой продольных швов между кольцами. Расширению области применения и совершенствованию конструкций высокоточных сборных железобетонных обделок способствует развитие и распространение щитовых тоннеле-проходческих механизированных комплексов с активным пригрузом забоя.
Зарубежными проектными организациями накоплен большой опыт проектирования, подкрепленный натурными наблюдениями на строящихся объектах, что позволило им сформировать соответствующую расчетную базу и разработать методики расчета, учитывающие особенности статической работы таких конструкций. Описания этих методик являются элементами интеллектуальной собственности фирмы-разработчика, поэтому в проектной документации излагаются только общие положения, что затрудняет проведение анализа проектов применительно к отечественным нормативным документам. В отечественной практике методы расчета таких обделок, учитывающие особенности их статической работы, отсутствовали, и в проектах первых тоннелей в России расчетную часть выполняли зарубежные фирмы.
В связи с увеличением объемов внедрения во многих регионах России сборных высокоточных железобетонных обделок в НИЦ «Тоннели и метрополитены» (филиал ОАО ЦНИИС) были начаты работы по разработке оригинальной методики расчета, одним из результатов которой стал алгоритм учета взаимодействия колец при перевязке продольных швов.
Сравнительный анализ результатов испытаний и данных наблюдений в натурных условиях, а также накопившийся опыт проведения расчетов, показывают, что дополнительное существенное влияние на характер распределе-
ния усилий в обделке оказывают плоские бетонные стыки в кольце, которые способны передавать изгибающий момент.
Анализ состояния вопроса подтвердил необходимость учета в статических расчетах работы плоских бетонных стыков в условиях взаимодействия колец, что позволит с большей достоверностью рассчитывать и проектировать наиболее эффективные конструкции сборных железобетонных обделок.
Для решения этой задачи и разработки дополнения к методике расчета возникла необходимость проведения следующих научных исследований.
Актуальность темы.
Актуальность темы диссертационной работы определяется увеличением во многих регионах России объемов внедрения сборных железобетонных обделок с плоскими стыками и перевязкой швов.
Разработка методики расчета сборных обделок с учетом взаимодействия колец и статической работы плоских стыков позволяет с большей достоверностью определять расчетные усилия и разрабатывать экономически эффективные конструкции обделок.
Необходимость проведения специальных исследований в данном направлении подтверждается практикой выполнения расчетов и наблюдений за аналогичными обделками на стенде и в натурных условиях.
Цель и задачи диссертации.
Цель работы - создание методики для учета работы плоских центрированных бетонных стыков в сборной железобетонной обделке с перевязкой швов, применительно к статическим расчетам обделки на заданные нагрузки.
Основные задачи диссертации:
— провести теоретические исследования напряженно-деформированного состояния плоского бетонного стыка с применением метода конечных элементов;
на основании полученных результатов теоретических исследований сформулировать основную рабочую гипотезу и разработать расчетную модель плоского стыка;
на основе исследований состояния плоских бетонных стыков в натурных условиях оценить достоверность предпосылок, принятых в расчетной модели;
разработать методику расчета сборных тоннельных обделок с перевязкой швов с учетом работы плоских центрированных стыков.
Методика исследований.
В основе методики заложен комплексный подход, включающий проведение теоретических и экспериментальных исследований.
В теоретических исследованиях использованы численные методы математического моделирования, реализованные на базе применения метода конечных элементов (МКЭ). Экспериментальные исследования плоских бетонных стыков проведены в производственных условиях и на стенде ЦНИИС.
С применением разработанной методики выполнены расчеты для условий стендовых испытаний сборной обделки. Результаты расчетов сопоставлялись с данными результатов испытаний.
Научная новизна работы состоит в следующем:
выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования плоских центрированных бетонных стыков, которые позволили оценить их влияние на статическую работу сборной обделки;
разработана упруго-пластическая модель плоского стыка для применения в статических расчетах сборных железобетонных обделок с перевязкой швов;
разработана методика и алгоритм расчета сборных обделок с плоскими центрированными бетонными стыками в условиях взаимодействия колец.
Практическую ценность работы составляют:
— результаты теоретических исследований, полученные на математиче
ских моделях;
расчетная модель плоского бетонного стыка, предложенная для применения в статических расчетах обделок;
методика и расчетная программа по учету работы плоских бетонных стыков при проведении расчетов сборных железобетонных обделок с перевязкой колец.
Достоверность полученных результатов определяется:
— строгостью исходных предпосылок в применяемых методах исследо
ваний;
- учетом требований действующих нормативных документов;
— хорошей сходимостью результатов теоретических и эксперименталь
ных исследований, подтвержденной сравнительными расчетами по разрабо
танной методике и данными стендовых испытаний.
Реализация результатов.
Результаты работы использованы при проектировании сборных железобетонных обделок, созданных с участием НИЦ «Тоннели и метрополитены»: конструкций обделок перегонного тоннеля Мини-метро в г. Москве; обделки Лефортовского тоннеля и комплекса тоннелей под Серебряным Бором в г. Москве; обделки перегонных тоннелей метрополитена в г. Омске и г. Челябинске; участка обделки теплового коллектора в районе Экспоцентра на Красной Пресне в г. Москве.
Основные положения диссертационной работы применены при проведении поверочных расчетов обделки перегонных тоннелей С.-Петербургского метрополитена на участке "Размыв".
Результаты исследований диссертационной работы вошли в методику расчета сборных железобетонных обделок с центрированными стыками и перевязкой швов, на базе которой разработана расчетная программа для ЭВМ.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:
на Международной научно-практической конференции "Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы". Россия, Москва, 28-31 октября 2002 г.
на семинаре "Актуальные проблемы расчета строительных конструкций с использованием пространственных моделей и их влияние на конструктивные решения", Москва, октябрь 2002 г.
на конференции "Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов", Москва, МГУПС, 2003 г.
на заседаниях Секции НИЦ "Тоннели и метрополитены" Ученого совета ОАО ЦНИИС, 2000-2004 гг.
Публикации.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 4 печат-. ных работах:
Чеботаев В.В., Кубышкин А.А. Расчетное моделирование статической работы сборной железобетонных обделок с перевязкой швов // Исследования конструкций и материалов для метро- и тоннелестроения: Сборник научных трудов, выпуск №207 - М.: ЦНИИС, 2002. - С. 15-27.
Чеботаев В.В., Кубышкин А.А. Методика расчета сборных железобетонных тоннельных обделок с учетом взаимного влияния колец // Труды международной научно-практической конференции "Тоннельное строительство
России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы": Тоннельная ассоциация России - М, 2002. - С.493-494.
Кубышкин А.А. Расчет сборных железобетонных кольцевых обделок с перевязкой швов // Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов: Тезисы докладов - М.: МГУПС, 2003. - в электронной версии.
Кубышкин А.А. Оценка величины предельных напряжений на контактной площадке плоских центрированных стыков сборных железобетонных тоннельных обделок // Прогрессивные конструктивно-технологические решения для тоннеле- и метростроения в России: Сборник научных трудов, выпуск №221 -М.: ЦНИИС, 2003. -С.131-138.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 138 страниц, 45 иллюстраций, 14 таблиц и список использованной литературы из 83 наименований.
Разработка расчетных программ, научно-техническое сопровождение экспериментальных исследований на стендовых испытаниях и исследования на объектах строительства выполнялись в лаборатории горного давления и норм расчета НИЦ «Тоннели и метрополитены» филиала ОАО ЦНИИС.
Конструктивные особенности сборных железобетонных обделок
Из рассмотрения применяемых на практике типов конструкций и элементов сборные железобетонные обделки могут быть классифицированы по основным конструктивным признакам .
В тоже время в конструкциях обделок, как правило, совмещаются различные комбинации конструктивных элементов в зависимости от условий применения и параметров проходческого оборудования. Проектируемые и применяемые в настоящий момент сборные железобетонные обделки имеют ряд конструктивных отличий, которые определяют их статическую работу, такие как, форма и количество блоков в кольце, схема перевязки, тип и геометрия стыков. Эти особенности задаются при проектировании в зависимости от эксплуатационных и технологических требований, предъявляемых к конструкции.
Количество блоков в кольце в разных проектах обделок может различаться и ограничивается следующими требованиями: допускаемым количеством стыков, исходя из общей устойчивости кольца; размерами и весом блоков, определяемых щитовыми монтажными устройствами и удобством их изготовления и транспортировки; конструкцией передвижной домкратной системы щита. Как правило, в существующих обделках оптимальное число блоков составляет от 7 до 9.
По форме блоков применяемые на практике сборные железобетонные обделки можно разделить на следующие типы: - конструкции с прямоугольными блоками и замыканием кольца трапециевидным замком (наиболее распространенные); - конструкции с трапециевидными блоками, подразумевающие наличие в кольце четного числа ключевых и контрключевых блоков; - конструкции с блоками в форме параллелограммов. Необходимость проходки криволинейных участков трассы предполагает применение колец разной геометрии: - "универсальное" кольцо, имеющее заданный угловой скос в зависимости от минимального радиуса поворота по трассе; на криволинейных участках для получения необходимого радиуса с учетом схемы перевязки подбирается определенный взаимный поворот колец; - комплект "левых" и "правых" колец с различными угловыми скосами, позволяющий оптимально проходить кривые в плане и профиле и свободно корректировать движение щита по трассе. Схема перевязки колец определяется в зависимости от разбивки кольца на блоки и расположения соединительных элементов в кольцевом стыке и может быть равна 1/2,1/3 или 1/4 блока. В конструкции сборной обделки выделяют два вида стыков: стыки между блоками в кольце - продольные стыки, и стыки между кольцами - кольцевые стыки. Продольные стыки по конструкции и геометрии существуют различных типов, однако, в настоящий момент на практике в основном реализуются плоский и цилиндрический .
Плоский стык характеризуется передачей внутренних усилий по плоским торцам соприкасающихся элементов. Конфигурация и геометрические характеристики стыка зависят от условий применения обделки. Конструктивно этот стык делается с ограниченной площадкой взаимодействия, для обеспечения водонепроницаемости стыки оборудуются гидроизоляционным профилем, который в некоторых конструкциях может дублироваться (например, в случае увеличения толщины блока или значительного давления воды). В некоторых стыках в стыковую площадку дополнительно устанавливаются упругие прокладки для более равномерной передачи усилий между блоками в кольце, но у такого решения есть один весомый недостаток — это повышенная дефор-мативность обделки. Поэтому в основном применяются стыки, в которых передача усилий от одного блока к другому осуществляется за счет чистого контакта бетона по бетону.
Несмотря на конструктивную схожесть, плоские стыки имеют одно существенное отличие с точки зрения статической работы в обделке - величина и расположение контактной площадки относительно геометрической оси блока. Как показал опыт расчетов таких конструкций, эти геометрические особенности влияют на характер передачи усилий между блоками в кольце и возможность передачи стыком изгибающих моментов.
Численное моделирование статической работы плоского бетонного стыка
Численная модель стыка представляет собой прямоугольный фрагмент стыкового участка обделки, повторяющий геометрию и конструктивные особенности плоского бетонного стыка (рисунок 2.1). Ширина участка принимается равной полутора толщинам блока обделки от оси стыка. Эта величина назначалась с учетом ширины зоны влияния стыка, полученной по предварительным расчетам. Из-за небольшой ширины расчетной области существующая кривизна внешней и внутренней граней блоков не учитывается, так как не будет оказывать значительного влияния на распределение напряжений в стыке.
Из применяемых на практике плоских стыков для численного моделирования были выбраны два наиболее характерных типа (рисунок 2.2) - стык обделки 250 мм с одинарным уровнем гидроизоляции (на примере стыка обделки Мини-метро) и стык обделки 700 мм с двойным уровнем гидроизоляции (на примере обделки Лефортовского тоннеля). Выбор этих вариантов обусловлен различными конструктивно-геометрическими особенностями, одинаково характерными для применяемых в настоящий момент на практике плоских бетонных стыков. В то же время, НИЦ "Тоннели и метрополитены" проводил большое количество работ по расчету и исследованиям данных конструкций обделок и обладает определенным исследовательским материалом, касающимся этих конструкций.
Учитывая особенности конструкции и статической работы стыка, в расчетной модели применяются четыре основных типа материала.
1 тип - бетон класса В45, моделирует элементы тела блоков обделки; прочностные и деформационные характеристики бетона принимались по СНиП 2.03.01-84 . По опыту, этот класс бетона наиболее часто применяется для изготовления блоков высокоточных обделок.
2 тип - резина, моделирует элементы, соответствующие в расчетной модели гидроизоляционному профилю. Характеристики материала приняты на основании результатов натурных испытаний профилей фирмы Phoenix, проведенных фирмой STUVA (Германия) [70].
3 тип - бетон с низкой прочностью на растяжение, моделирующий в стыке элементы контактной площадки. В случае раскрытия стыка, элементы площадки толщиной примерно 1 мм, которые попадут в растянутую зону, из-за низкой прочности на растяжение перейдут в пластическое состояние и будут выключены из расчета, а порядок появления и расположение этих элементов будет определять начало и глубину раскрытия стыка.
Эксперимент для каждого выбранного типа стыка разделяется на серии расчетов, которые характеризуются заданной величиной нормальной силы. В каждой серии задается направление раскрытия стыка и величина нормальной силы (JV), варьируемым параметром является эксцентриситет нормальной силы (е). Серия расчетов заканчивается при возможном максимальном эксцентриситете в зависимости от геометрии стыка. Значения величин нормальных сил определялись в соответствии с опытом практических расчетов тоннельных обделок.
В выбранных типах стыков конструктивно контактная площадка смещена относительно оси блока - в стыке обделки 250 мм на 3,6 мм к внутренней поверхности, а в стыке обделки 700 мм - на 8,3 мм к наружной поверхности блока. В зависимости от этих параметров и направления раскрытия стыка назначались граничные значения эксцентриситетов в сериях расчетов, так как в расчетной схеме эксцентриситет определяется относительно осевой линии блока.
Нагрузка в расчетах прикладывается шагами с учетом появления пластических элементов на каждом этапе. После каждого шага проверяется условие прочности по нормативным сопротивлениям, и выделяются выпадающие в пластику элементы с записью их номеров в соответствующем файле данных. Анализ этих данных позволяет контролировать образование пластических зон в процессе расчета по шагам и определять параметры раскрытия стыка. После каждого расчета программа формирует файлы результатов, включающие следующие данные: - распределение напряжений ах (Sx),cry (Sy) и Тху (Тху) в блоках по элементам (в виде графиков изолиний и таблиц); - распределение напряжений на контактной площадке (таблица); - последовательность изменений пластических зон по шагам нагруже-ния (таблица). Дополнительно создаются файлы с массивами данных для отображения графиков напряженного состояния, на основании которых формируется рисунок С соответствующими полями изолиний напряжений JXi (Ту И Тху. Анализы результатов в процессе проведения эксперимента показали, что в одинаковых по раскрытию сериях расчетов для разных стыков графики изолиний распределения напряжений носят похожий характер. Поэтому в диссертации графики представлены выборочно, только исходя из условия формирования достаточного для анализа объема данных.
По результатам проведенного численного эксперимента можно сказать следующее. При нулевом эксцентриситете (е=0)у когда нагрузка на блок равномерно распределена, на графиках (T SX) хорошо заметны зоны концентрации напряжений на краях стыковой площадки (рисунки 2.3, 2.7). Размеры краевых участков концентрации напряжений отличаются для каждого типа стыка - в стыке 250 мм участок у верхнего края площадки несколько больше, а в стыке 700 мм у нижнего. Это обусловлено разным смещением оси контактной площадки относительно оси блока. Образование таких краевых участков концентрации напряжений можно объяснить резким изменением размеров сечения на очень коротком участке стыка (относительно толщины блока), поэтому напряжения просто не успевают перераспределиться в сечении.
Анализ результатов лабораторных испытаний
Лабораторные исследования статической работы плоских центрированных бетонных стыка были включены в стендовые сертификационные испытания обделки Мини-метро, проведенные в ЦНИИСе.
Испытания состояли из двух экспериментов, в ходе которых исследовались следующие фрагменты обделки: фрагмент из 2-х нормальных блоков (рисунок 3.3) и фрагмент из трех блоков - двух смежных и одного ключевого (рисунок 3.4).
При подготовке эксперимента на численных моделях фрагментов подбирались схемы приложения нагрузки из условия получения в одном из сечений максимальных усилий - изгибающего момента и нормальной силы, возникающих по результатам расчета обделки в условиях применения (рисунок 3.5).
Блоки обделки монтировались на специально изготовленную конструкцию силовой рамы, фрагмент которой представлен на рисунке 3.6. Нагрузка на конструкцию прикладывалась сверху и создавалась группой из четырех домкратов с максимальным усилием 100т каждый .
Для измерения деформаций в бетоне блоков применялись тензорезисторы с измерительной базой 50 мм и сопротивлением 200 Ом, объединенные в прямоугольные розетки. Расположение розеток определялось с учетом получения наиболее полной картины напряженно-деформированного состояния конструкции.
Измерения прогибов и перемещений конструкции осуществлялось с помощью электрических прогибомеров Лазарева, точность измерения которых составляет - 0,1 мм.
Вся измерительная аппаратура была объединена в систему, сосредоточенную на регистрирующей плате, что позволяло полностью автоматизировать процесс измерений и использовать для первичной обработки снимаемых показаний персональный компьютер.
Общий вид домкратной станции с опорной рамой. По разработанной методике проведения испытаний приложение нагрузки осуществлялось поэтапно с последующей вьщержкой не менее 10 минут до полной стабилизации показаний измерительных приборов. Показания по приборам снимались дважды - сразу после приложения нагрузки и после её выдержки, чтобы зафиксировать стабилизацию деформаций. Результаты испытаний после первичной обработки были представлены в научно-техническом отчете.
Для анализа данных испытаний и проверки принятых гипотез о работе плоского стыка перед текущим исследованием были сформулированы следующие основные задачи: - по результатам эксперимента оценить напряженно-деформированное состояние плоского бетонного стыка и характер его работы по этапам нагру-жения; - на основе полученных выводов при обработке эксперимента провести серию расчетов на численных моделях фрагментов с учетом разработанной модели стыка; - провести сравнительную оценку результатов обработки эксперимента и расчета и оценить достоверность принятых гипотез, в работе плоских стыков.
Напряженно-деформированное состояние фрагмента из двух блоков анализировалось по показаниям прогибомеров общих деформаций конструкции Hi, НО, расстановка которых показана на рисунке 3.8. Жесткость конструкции опорной рамы оценивалась в соответствии с деформациями прогибомера AL.
Анализ статической работы плоского бетонного стыка проводился на основании показаний прогибомеров, установленных в стыковой зоне Г/, У и Уз (рисунки 3.9 и 3.10). По результатам испытаний для анализа были отобраны графические и табличные данные и представлены на рисунках 3.11-3.13. L = 1/2 длина блока
При обработке результатов измерений, так как конструкция и характер приложения нагрузки симметричны, то показания по прогибомерам, установленным в одинаковом уровне по обеим сторонам, усреднялись, что отчасти нивелировало возможные ошибки измерений.
На полученных эпюрах деформаций на стыковом участке (см. рисунок 3.12) видна ярко выраженная нелинейность, что говорит о попадании измерительного сечения в область влияния стыка, где происходит перераспределение напряжений. На последних этапах нагружения при больших значениях нормальной силы в стыке в этой зоне возможно влияние возникающих пластических деформаций.
Прогибомеры, установленные в стыке, фактически показывают деформацию измерительного сечения, расположенного на расстоянии приблизительно 98 мм от оси стыка. Проверка возможности использования в обработке метода наименьпшх квадратов дала неоднозначные результаты, так как это сильно нивелировало измеренные данные. По полученным результатам деформаций в стыке для измерительного участка применение гипотезы плоских сечений неправомерно из-за влияния нелинейности.
Основные положения методики расчета
По разработанной методике при расчете сборных железобетонных обделок с центрированными стыками и перевязкой швов учитываются условия взаимодействия колец и характер передачи усилий в кольцах через плоские продольные стыки.
Задача учета взаимодействия колец представляет собой определение системы сил, приложенных к перевязанным кольцам, которая совместно с горным давлением создает в них удовлетворяющие конструктивным особенностям деформации.
В процессе работы обделки за счет перевязки швов смежные кольца деформируются по-разному, поэтому в стыке между кольцами возникают срезающие усилия, передающиеся на кольца в противоположном направлении. В расчетной схеме узлы (шпонки), через которые будет происходить передача усилий, определяются в соответствии с принятой конструкцией кольцевых стыков по расположению стыковых прокладок.
На практике применяются два типа конструкции кольцевого стыка. Стык типа "паз-выступ" характеризуется тем, что при любых условиях обеспечивает передачу поперечных усилий между кольцами. Статическую работу такого стыка можно разделить на два основных этапа — совместная деформация смежных колец с передачей сдвиговых усилий через обжатые прокладки до момента закрытия конструктивного зазора между выступом и стенкой паза, а затем полная совместная деформация смежных колец. В плоском кольцевом стыке перераспределение сдвиговых усилий между кольцами осуществляется только через стыковые прокладки. Статическая работа такого стыка зависит от деформационных характеристик материала прокладок. Как только величина возникающего сдвигового усилия в прокладке превысит значение предельного сопротивления срезу по материалу, то после этого дальнейшие деформации колец будут происходить независимо друг от друга. Предельное усилие в про 109 кладке на срез зависит от физико-механических свойств материала, а также от усилия обжатия, создаваемого в обделке щитовыми домкратами. Расчет усилий взаимодействия начинается с определения разности деформаций в узлах между кольцами для заданной расчетной схемы на действующие активные нагрузки от горного давления. По результатам этого расчета составляется матрица-столбец взаимных смещений колец в одноименных уз лахКд-АйД.
По разработанной методике при учете статической работы плоских продольных стыков происходит изменение расчетной схемы колец. Соответственно зависимость "деформации-перемещения" не является линейной, поэтому первые полученные решения будут приближенными и задача решается методом последовательных приближений. Полученные в результате расчета значения сдвиговых усилий прикладываются в соответствующих узлах расчетной схемы, и проводится независимый расчет каждого кольца.
Работа плоских продольных стыков в кольце определяются в соответствии с разработанной моделью, и зависит от расчетных усилий на стыковом участке и характера раскрытия стыка.
В процессе расчета обделки включение в работу стыков полностью преобразует статическую схему колец и изменяет характер распределения расчетных усилий. Проведенные расчетные исследования показали, что одновременное включение нескольких стыков в одном кольце может приводить к изменению направления раскрытия в них и влиять на значения максимальных изгибающих моментов. На основании этого в методике стыки в кольцах включаются поочередно с проверкой направления их раскрытия на последующих этапах расчета.
Для оценки характера распределения и величин усилий в зонах стыков на первом этапе проводится расчет монолитного кольца на заданные нагрузки, по результатам которого определяется возможность раскрытия стыков при данных условиях. До момента раскрытия стыка обделку на данном участке в расчетной схеме можно считать монолитной.
При возникновении раскрытия стыка, так как появление растягивающих усилий в зоне стыковой площадки исключено, в расчетной схеме стык преобразуется в шарнир, расположение которого задается эксцентриситетом равнодействующей нормальной силы. По результатам проведенного численного исследования плоский стык начинает раскрываться, когда равнодействующая нормальная сила выходит за границы "ядра сечения" стыковой площадки, увеличенной в 1,4 раза.
Расчетный эксцентриситет определяется из принятых предпосылок в статической модели стыка и зависит от характера эпюры распределения и величины максимальных напряжений на контактной площадке.
На первом этапе расчетного цикла эпюра напряжений в стыке принимается виде треугольника. Затем по величине нормальной силы проверяются расчетные напряжения на краю контактной площадки, учитывая, что её ширина составляет 2/3 от величины стыковой площадки. В случае, если напряжения меньше локального сопротивления бетона сжатию, вид эпюры сохраняется и, исходя из этого, определяется расчетный эксцентриситет. При достижении напряжениями предельного значения сопротивления бетона на сжатие, эпюра напряжений принимается в виде трапеции, параметры которой определяются по имеющимся формулам. Возникновение предельного состояния в стыке, когда эпюра напряжений близка к прямоугольной форме, в качестве расчетного случая не принимается. Проведенные исследования показали, что для возникновения предельного состояния требуются значительные углы раскрытия в стыках, что в условиях перевязки практически невозможно.
Порядок включения стыков определяется по максимальному значению величины расчетного эксцентриситета в стыковом узле при расчете монолитного кольца. Направление раскрытия стыка задается знаком действующего момента: положительный момент (М+) - раскрытие по внутренней поверхности обделки, отрицательный момент (М-) - раскрытие по наружной поверхности обделки.
На следующем этапе в соответствии с полученным результатом вносятся изменения в расчетные схемы колец, и проводится расчет с учетом полученных в первом цикле расчета сдвиговых усилий взаимодействия колец.
После проведения расчета выполняется проверка направления раскрытия стыков по разности углов поворота смежных к соответствующему узлу конечных элементов схемы с последовательной выдачей результатов.
Максимальное число расчетных циклов определяется количеством стыков в кольце обделки. Однако полный расчет может быть закончен ранее, когда после определенного цикла оставшиеся стыки не будут раскрываться.
Похожие диссертации на Методика расчета сборных железобетонных обделок с центрированными стыками и перевязкой швов
