WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 


«СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ ОБОЛОЧЕК ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК С УЧЕТОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ОКРУЖАЮЩИХ ГРУНТОВ, А ТАКЖЕ ...»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ

ОБОЛОЧЕК ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК С УЧЕТОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ

ОКРУЖАЮЩИХ ГРУНТОВ, А ТАКЖЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

С.Б. Косицын, Чан Суан Линь

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ» (МИИТ) Цель работы: провести статические расчеты системы «грунтовый массив – пересекающиеся оболочки тоннельных обделок» на основе различных пространственных моделей, как без учета, так и с учетом геометрической и физической нелинейностей основания, а также с учетом последовательности возведения сооружений. Оценить возможное одностороннее взаимодействие между контактирующими объектами. Выполнить численный анализ напряженно – деформированных состояний систем.

1. Постановка задачи Рассмотрим ортогонально пересекающиеся цилиндрические оболочки, моделирующие тоннельные обделки. Обделка большого тоннеля изготовлена из монолитного бетона марки Б40 со следующими характеристиками: модулем упругости E = 3.61010 н/м2, коэффициентом Пуассона µ = 0.2, плотностью = 2400 кг/м3, а маленького примыкающего тоннеля – из монолитного бетона марки Б25 со следующими характеристиками: модулем упругости E = 31010 н/м2, коэффициентом Пуассона µ = 0.

2, плотностью = 2400 кг/м3. В связи с наличием арматуры (не более 3% по объему) [1] в обделках их модуль упругости и плотность увеличены: для большого тоннеля E = 4.111010 н/м2 и = 2500 кг/м3, для малого – E = 3.5281010 н/м2 и = 2500 кг/м3. Внутренние диаметры обделок тоннелей равны соответственно 5.6 и 3.0 м, а их толщины – 0.3 и 0.2 м. Пересекающиеся тоннели заложены на глубине 20 м в неоднородном грунтовом массиве, состоящем из шести разных слоев (рисунок 1). Каждый слой считался однородным изотропным. Основные физико-механические характеристики слоев грунта приведены в таблице 1.

Рисунок 1. Геометрическая модель массива грунта (42 21 63 м) и пересекающихся обделок тоннелей.

Таблица 1 Основные физико-механические характеристики слоев грунта Коэффи- Угол внутМодуль дециент Наименование Плотность Сцепле- реннего формации Е Пуассона грунтов (кг/м3) ние (КПа) трения (107 Па) (градусы) Насыпной

– – 3.3 0.3 1600 гр

–  –  –

Размеры массива подобраны из условий затухания его напряженно – деформированного состояния (НДС) и приняты равными трем диаметров тоннелей в соответствующие стороны [2]. Границы двух нижних слоев – наклонные, что нарушает симметрию задачи. Нижняя граница массива закреплена от вертикальных перемещений, а боковые – от горизонтальных по нормалям к поверхностям. Для оценки влияния разных моделей грунтов на НДС оболочек проведены четыре расчета системы «грунтовый массив – оболочки тоннельных обделок» с учетом особенностей контактного взаимодействия объектов. Использован программный конечноэлементный комплекс MSC PATRAN – NASTRAN. Сетки конечных элементов (КЭ) построены с учетом особенностей геометрии областей со сгущением в местах отверстий (рисунок 2). Применены различные типы КЭ: тетраэдр (TET4) и параллелепипед (HEX8) для дискретизации массива, четырехузловые плоские элементы (QUAD4) для аппроксимации оболочек и одномерные контактные элементы (GAP). Общее количество КЭ составило ~ 280 000. Во всех трех случаях материалы оболочек считались линейно упругими. Система нагружена собственным весом грунтов и тоннельных обделок с учетом коэффициентов надежности по нагрузке [3].





Рисунок 2. Конечноэлементная модель грунтового массива и оболочек

2. Линейно упругие грунты, жесткий контакт оболочек с массивом В первом случае использован самый простой и популярный подход, применяемый в расчетах подобных подземных сооружений. Все материалы (как грунтов, так и оболочек) приняты линейно упругими. Контакт между ними – полный жесткий. Задача решена в линейной постановке.

Основные компоненты НДС системы (максимальные вертикальные напряжения в массиве (угр), максимальные окружные напряжения во внутренних волокнах большой оболочки (бол.об), малой оболочки (мал.об) и максимальные перемещения обделок (wоб)) представлены в таблице 2 (вариант 1).

–  –  –

3. Линейно упругие грунты с учетом возможности одностороннего взаимодействия оболочек и грунтового массива В отличие от предыдущего случая между грунтовым массивом и заложенными в нем оболочками поставлены односторонние контактные элементы (в программном комплексе NASTRAN их называют GAP элементами), что обеспечивает возможность одностороннего взаимодействия контактирующих объектов. Эти контактные элементы имеют большую жесткость при сжатии и близкую к нулю жесткость при растяжении. Длина GAP элементов принята близкой к нулю. Задача решена с учетом геометрической нелинейности и в конструктивно нелинейной постановке в связи с необходимостью итерационного процесса отыскания зоны «отлипания»

конструкций от окружающего грунта. Соответствующие результаты расчета показаны в таблице 2 (вариант 2).

4. Упруго-пластические грунты с учетом одностороннего взаимодействия оболочек и грунтового массива

–  –  –

Рисунок 3. Поля вертикальных напряжений в массиве:

а) вариант 1; б) вариант 2; в) вариант 3; г) вариант 4.

5. Упруго-пластические грунты с учетом одностороннего взаимодействия оболочек и грунтового массива, а также последовательности возведения объектов Величины полных перемещений конструкций во всех случаях оказались слишком большими (порядка метра). Эти перемещения включают осадки грунтов, которые произошли еще до начала строительства подземных сооружений. Максимальная осадка поверхности грунта в первоначальном состоянии, то есть до начала возведения обделок тоннелей (осад.), показана в таблице 2. Это состояние принято называют бытовым, а соответствующие напряжения и перемещения – бытовыми. На рисунке 4 показано поле вертикальных напряжений массива в бытовом состоянии. Чтобы получить реальные перемещения оболочек, возникшие за счет сооружения тоннелей, нужно вычесть из полученных результатов wоб бытовые перемещения их точек. Линейная задача это сделать позволяет, а для нелинейной задачи (с учетом пластических деформаций) следует учесть технологию возведения конструкции и проводить расчеты по этапам.

Этой проблеме посвящен данный раздел. Расчет проведен по двум этапам с учетом геометрической, физической и конструктивной нелинейностей. На первом этапе (бытовое состояние) определены НДС системы. На втором этапе выкапывают отверстия и одновременно вставляют обделку тоннелей. В качестве дополнительной нагрузки в каждом узле окружающего оболочки массива грунта введены шесть компонентов напряжений. Эти напряжения называются начальными напряжениями. Основные результаты расчета приведены в таблице 2 (вариант 4) и показаны на рисунках 3, г) и 6, г). Под действием собственного веса грунтов и обделок оболочки сплющиваются (рисунок 5). Окружные напряжения в оболочках обделок тоннелей существенно снизились (41%) по сравнению с третьим вариантом. Максимальное полное перемещение оболочек составило 2.0910-2 м.

Рисунок 4. Поле вертикальных напряжений в массиве в бытовом состоянии Рисунок 5.

Деформированный вид оболочек тоннельных обделок с учетом физической и геометрической нелинейностей грунтов и последовательности их возведения.

Рисунок 6. Поля окружных напряжений во внутренних волокнах оболочек тоннельных обделок: а) вариант 1; б) вариант 2; в) вариант 3; г) вариант 4.

6. Основные выводы и рекомендации

1. Максимальные перемещения в оболочках получили точки верхней части большого тоннеля во всех вариантах расчетов.

2. Максимальные вертикальные напряжения в массиве (угр) возникли на нижней границе последнего слоя за счет собственного веса грунтов и обделок. Наибольшие напряжения угр дает первый вариант.

3. Во всех случаях максимальные окружные напряжения (бол.об) возникли в точках большой оболочки, расположенных непосредственно в зоне примыкания тоннелей (рисунок 6). Расчет с учетом возможного одностороннего взаимодействия и пластических деформаций грунтов дает наибольшие напряжения бол.об (соответственно на 19% и 2% больше, чем варианты 1 и 2). Именно эту расчетную модель рекомендуется применять в практических расчетах подземных сооружений.

4. Расчет объекта с учетом последовательности возведения оболочек обделки тоннелей дает пониженные компоненты НДС системы как в оболочках, так и в грунте.

Список литературы

1. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. М.: ФГУП ЦПП, 1996. 242 с.

2. Чан Суан Линь. Оценка размеров массива грунта, задаваемого при пространственных расчетах подземных сооружений, исходя из условий затухания его напряженно – деформированного состояния // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2013. № 4. М.: РУДН, 2013. – С. 41 – 43.

3. СНиП 32-04-97. Тоннели железнодорожные и автодорожные. М.:

ФАУ «ФЦС», 2012. 132 с.

4. Строкова Л.А. Применение метода конечных элементов в механике грунтов. – М.: Издательство Томского политехнического университета,




Похожие работы:

«\ql Федеральный закон от 27.05.1998 N 76-ФЗ (ред. от 24.11.2014) О статусе военнослужащих Документ предоставлен КонсультантПлюс www.consultant.ru Дата сохранения: 18.02.2015 Федеральный закон от 27.05.1998 N 76-ФЗ Документ предоставлен КонсультантПлюс (ред. от 24.11.2014) Дата сохранения: 18.02.2015 О статусе...»

«1 Пояснительная записка Данная рабочая программа по немецкому языку для обучающихся 5-9-х классов разработана на основе: Закона "Об образовании в РФ" (Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ "Об образовании в Российской Федерации"); Приказа Министерства образования и науки РФ от 17 де...»

«Использование ADOBE EXTENSION MANAGER CS4 ® © Корпорация Adobe Systems, 2008. Все права защищены. Авторские права Использование Adobe® Extension Manager 2.0 для Windows® и Mac OS Если данное руководство распространяется с программным обеспечением, которое включает соглашение с конечным п...»

«Государственное бюджетное образовательное учреждение Пояснительная записка Рабочая программа по предмету "Литература" соответствует Федеральному государственному образовательному станда...»

«Инструкция Smart Baby Watch GW400S Для корректной работы часов возможно использовать Sim-карту любого оператора мобильной связи с поддержкой передачи данных GPRS (3G не поддерживается), пол...»

«ПАСПОРТ и ИНСТРУКЦИЯ по эксплуатации Инверторный выпрямитель ПАТОН ВДИ-MINI СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие положения 4 2. Ввод в эксплуатацию 7 2.1. Использование согласно назначению 7 2.2. Требования к размещению 8 2.3. Подключение к сети 8 2.4. Подключение сетевого штекера 8 3. Сварка штучными элек...»

«Коллектив авторов Зарубежная литература XX века. Практические занятия Текст предоставлен изд-вом Флинта http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=3139515 Зарубежная литература XX ве...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.