Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Ноября 2013 в 18:13, курсовая работа
Подводя итоги работы над дипломным проектом, хотелось бы отметить, что все технические решения отвечают требованиям нормативных документов и принимались с учетом сложившихся экономических условий. В проекте строительства тоннеля предусматриваются новейшие технологии сооружения тоннелей. Так же хотелось бы отметить, что в проекте были применены современные конструкции и строительные технологии. Заложенные схемы организации работ предусматривают широкое использование высокопроизводительной горнопроходческой техники, применение которой позволило достичь высоких скоростей сооружения тоннеля.
Железобетонная обделка армируется стальными каркасами. Для рабочих стержней принята горячекатаная сталь периодического профиля класс , для остальных стержней - сталь горячекатаная гладкая класса
Технические показатели арматуры. Таблица 3.2
|
Класс арматуры |
Расчетное сопротивление Арматуры, МПа |
Модуль упругости арматуры ES·10-3, Мпа | |
Растяжению RS |
Сжатию RSC |
||
240 |
215 |
210 | |
400 |
355 |
200 | |
Нормативную величину горного давления определяют в зависимости от размеров выработки, глубины заложения тоннеля и физико–механических характеристик грунтов.
При определении нагрузок в проекте использована гипотеза сводообразования. Нормативная нагрузка от горного давления определяется на основе гипотезы проф. М. М. Протодьяконова, в соответствии с которой размеры свода обрушения (рисунок.4.1.):
Схема свода обрушения и формирования нагрузок от горного давления. Рисунок. 4.1
I тип грунта f=2,5:
При сооружении тоннеля из обделки из сборных ж.б. блоков, расчётная схема представляет собой многошарнирное кольцо (рисунок 4.2), геометрическая неизменяемость которого обеспечивается совместной работой с окружающим грунтом. Шарниры устанавливаются в местах всех продольных стыков.
Расчетная схема обделки виде многошарнирного кольца. Рисунок 4.2
;
где и - соответственно длина пролета и высота свода обрушения, м; - наружный диаметр обделки, м; и - “кажущийся” угол внутреннего трения, град, и коэффициент крепости грунта, =2,5;
м;
м.
Нормативное давление на обделку принимают равномерно распределенным и равным:
;
где – удельный вес грунта равный 26 кН/м².
26*5,05=131,3 кН/м²;
(кН/м2)
Нормативную нагрузку от собственного веса конструкции вычисляют по проектным размерам и плотности материала обделки. Ее учитывают в том случае, если она составляет не менее 5 % величины нагрузки от горного давления.
Величина нормативной нагрузки, кН/м², от собственного веса вычисляется по формуле:
;
где G – вес кольца обделки шириной b, кН.
кН/м2;
Для расчёта обделки по первому предельному состоянию необходимо определить расчётные величины нагрузок, получаемые путём умножения их нормативных значений на коэффициенты надёжности по нагрузкам. [27]
= кН/м2;
= кН/м2;
= кН/м2;
т.к. ширина кольца b=1,4 м, то
кН/м2;
кН/м2;
кН/м2.
Эпюра продольных сил, кН. Рисунок. 4.3
Эпюра изгибающих моментов, кНм. Рисунок. 4.4
Проверка прочности сечений и подбор арматуры железобетонных блоков производится как для внецентренно сжатых элементов согласно указаниям норм.
В сборных конструкциях тоннельных обделок применяют, как правило, симметричное армирование элементов, так как они могут воспринимать как положительные, так и отрицательные изгибающие моменты. Площадь рабочей арматуры принимается по наиболее не благоприятному сочетаний усилий в обделке.
Схема усилий и эпюр
напряжений в сечении,
Эксцентриситет приложения продольной силы:
где е0 - расчётный эксцентриситет, который равен:
e0 = 199,32/1338,1 = 0,15 м;
h=0,40 м – высота сечения; a=4см – толщина защитного слоя растянутой арматуры[21]; h-коэффициент продольного изгиба;
где Ncr – критическая (Эйлерова) сила при сжатии элемента, которую вычисляют по формуле:
,где Еb=32,5*109 Па – начальный модуль упругости бетона (класс В45); Ib – момент инерции бетонного сечения, м4; jl-коэффициент, учитывающий относительную величину прогиба jl=1+b; b-для тяжёлого бетона принимается равным единице;
, но не менее
Расчётная длина элемента l0=0,54S, S – длина блока по осевой линии (S=5,2 м).
l0=0,54*5,2=2,8 м;
jl=1+1=2;
Ib=1,4*(0,4)3/12=7,47 10-3 м4;
МН;
;
Расчёт элементов следует производить в зависимости от соотношения между значением относительной высоты сжатой зоны x=х/ho, определяемой из условия равновесия, и граничным значением относительной высоты сжатой зоны xR, при котором предельное состояние наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчётному сопротивлению Rs.
Величину xR определяют по формуле:
,где w=a-0,008Rb – характеристика бетона сжатой зоны; a=0,85 – для тяжёлого бетона; Rs= 400 МПа –расчётное сопротивление арматуры;
w=a-0,008*15,5=0,726;
рабочая высота сечения h0=h-a = 0,4-0,04 = 0,36м;
При симметричном армировании (Аs= А’s) высоту сжатой зоны можно определить из условия:
х=1338,1*103/(15,5*106*1,4)=0,
< xR
=> загружение элемента продольной силой с большим эксцентриситетом (сила N за пределами сечения) вызывает его разрушение, начиная со стороны растянутой грани сечения.
Необходимую площадь арматуры находим по формуле:
,где А’s – площадь сжатой зоны арматуры. Примем симметричное армирование.
,тогда принимаем стержни периодического профиля А400 диаметром 12 мм, получим количество стержней:
стержня.
Проверим прочность сечения, учитывая принятую арматуру:
Принимаем минимальное конструктивное количество арматуры 6 стержней периодического профиля А400 диаметром 12 мм.[29]
II тип грунта f=0,8:
При сооружении тоннеля в слабых неустойчивых грунтах, не оказывающих упругого отпора, применяют расчётную схему в виде свободно деформирующегося кольца постоянной жёсткости (рисунок 4.5), находящегося под воздействием внешних нагрузок и уравновешивающей реакции грунта, равномерно распределённой по его горизонтальной проекции.
Расчетная схема упругого свободно деформирующегося кольца. Рисунок 4.5
где и - соответственно длина пролета и высота свода обрушения, м; - наружный диаметр обделки, м; и - “кажущийся” угол внутреннего трения, град, и коэффициент крепости грунта, =0,8;
Нормативное давление на обделку принимают равномерно распределенным и равным:
а) вертикальное давление
;
б) горизонтальное давление
где – удельный вес грунта равный 24 кН/м².
24*17,4=417,6 кН/м²;
(кН/м2)
Нормативную нагрузку от собственного веса конструкции вычисляют по проектным размерам и плотности материала обделки. Ее учитывают в том случае, если она составляет не менее 5 % величины нагрузки от горного давления.
Величина нормативной нагрузки, кН/м², от собственного веса вычисляется по формуле:
где G – вес кольца обделки шириной b, кН.
Для расчёта обделки по первому предельному состоянию необходимо определить расчётные величины нагрузок, получаемые путём умножения их нормативных значений на коэффициенты надёжности по нагрузкам.[27]
т.к. ширина кольца b=1,4 м, то
кН/м2.
Эпюра продольных сил, кН. Рисунок. 4.6
Эпюра моментов, кНм. Рисунок. 4.7
Эксцентриситет приложения продольной силы:
,где е0 - расчётный эксцентриситет, который равен:
e0 = 1603,23/5779,68 = 0,277 м;
h=0,60 м – высота сечения; a=4см – толщина защитного слоя растянутой арматуры[21]; h-коэффициент продольного изгиба;
,где Ncr – критическая (Эйлерова) сила при сжатии элемента, которую вычисляют по формуле:
,где Еb=32,5*109 Па – начальный модуль упругости бетона (класс В45); Ib – момент инерции бетонного сечения, м4; jl-коэффициент, учитывающий относительную величину прогиба jl=1+b; b-для тяжёлого бетона принимается равным единице;
, но не менее
Расчётная длина элемента l0=0,54S, S – длина блока по осевой линии (S=5,18 м).
l0=0,54*5,18=2,8 м;
jl=1+1=2;
Ib=1,4*(0,6)3/12=25,2 10-3 м4;
МН;
;
Величину xR определяют по формуле:
,где w=a-0,008Rb – характеристика бетона сжатой зоны; a=0,85 – для тяжёлого бетона; Rs= 400 МПа –расчётное сопротивление арматуры;
w=a-0,008*15,5=0,726;
рабочая высота сечения h0=h-a = 0,6-0,04 = 0,56м;
При симметричном армировании (Аs= А’s) высоту сжатой зоны можно определить из условия:
х=5779,68*103/(15,5*106*1,4)=
< xR
=> загружение элемента продольной силой с большим эксцентриситетом (сила N за пределами сечения) вызывает его разрушение, начиная со стороны растянутой грани сечения.
Необходимую площадь арматуры находим по формуле:
м2;
,где А’s – площадь сжатой зоны арматуры. Примем симметричное армирование.
,тогда принимаем стержни периодического профиля А400 диаметром 30 мм, получим количество стержней:
стержней.
Проверить прочность сечения, учитывая принятую арматуру: