Выбор материала и расчет параметров обделок вертикальных стволов метрополитенов

|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 |

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] - 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] - коэффициенты передачи нагрузок через

наружний слой, в зависимости от геометрических размеров конструкции и

определяемые по формулам:

[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];

линия 2 - условие прочности по растягивающим напряжениям в ребре

тюбинга:

[pic];

линия 3 - условие положительности нагрузок:

[pic];

линия 4 - условие прочности по сжимающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

линия 5 - условие прочности по растягивающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

2. Чугунная тюбинговая обделка:

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

[pic];

линия 2 - условие прочности по растягивающим напряжениям в ребре

тюбинга:

[pic];

линия 3 - условие положительности нагрузок:

[pic];

линия 4 - условие прочности по сжимающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[pic];

линия 5 - условие прочности по растягивающим напряжениям в спинке

тюбинга:

[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);

ALFA2 := C2*C2*(2+C2*C2+C2*C2*C2*C2)-

D2+F*(2*C1*C1*C1*C1+C1*C1+1+D1);

ALFA1 := 3*C2*C2+1+D2+F*((C1*C1+3)*C1*C1*C1*C1-D1);

K4 := (ALFA2*DELTA1-ALFA1*DELTA2)/(ALFA2*BETA1-ALFA1*BETA2);

K3 := (ALFA1*GAMMA2-ALFA2*GAMMA1)/(ALFA2*BETA1-ALFA1*BETA2);

K2 := (BETA2*DELTA1-BETA1*DELTA2)/(ALFA2*BETA1-ALFA1*BETA2);

K1 := (BETA1*GAMMA2-BETA2*GAMMA1)/(ALFA2*BETA1-ALFA1*BETA2);

L1 := 4*C2*C2*(C2*C2+1-BETA)-(K1+BETA*K2)*((C1*C1+1)*(C1*C1+1)

+4*C2*C2)+2*(K3+BETA*K4)*((C2*C2+1)*(C2*C2+1)-2);

L := (K1+BETA*K2)*(C1*C1+1)-(K3+BETA*K4);

K0 := 3*C2*C2/((1+B/A)*(C2*C2-1)/(C1*C1-1)*(2+C1*C1)+2*C2*C2+1);

end;

begin

with TableDATA do begin

Mass := FieldByName('Mass').AsFloat;

R_press := FieldByName('R_press').AsFloat;

R_stretch := FieldByName('R_stretch').AsFloat;

Puasson := FieldByName('Puasson').AsFloat;

R1 := FieldByName('R1').AsFloat;

Rb := FieldByName('Rb').AsFloat;

R := FieldByName('R').AsFloat;

A := FieldByName('A').AsFloat;

B := FieldByName('B').AsFloat;

end;

if RadioButton1.Checked then begin

Calc;

if TableDATA.FieldByName('Stuff').AsInteger = 0 {Железо-бетон} then

begin

PLines[isP0,1] := (C1*C1-1)*Mass*R_press/2*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP2,1] := (C1*C1-1)*(C1*C1-1)*

Mass*R_press/4*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP0,2] := -(C1*C1-1)*Mass*R_stretch/2*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP2,2] := (C1*C1-1)*(C1*C1-1)*

Mass*R_stretch/4*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP0,4] := (C2*C2-1)*Mass*R_press/(2*C2*C2-K0*

(C2*C2+1));

PLines[isP2,4] := (C2*C2-1)*(C2*C2-1)*Mass*R_press/L1;

PLines[isP0,5] := -(C2*C2-1)*

Mass*R_stretch/(2*C2*C2-K0*(C2*C2+1));

PLines[isP2,5] := (C2*C2-1)*(C2*C2-1)*Mass*R_stretch/L1;

end

else begin {Чугун}

PLines[isP0,1] := (C1*C1-1)*Mass*R_press/2*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP2,1] := (C2*C2-1)*(C2*C2-1)*

Mass*R_press/4*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP0,2] := -(C2*C2-1)*Mass*R_stretch/2*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP2,2] := (C1*C1-1)*(C1*C1-1)*

Mass*R_stretch/4*C1*C1*K0*(1+B/A);

PLines[isP0,4] := (C2*C2-1)*Mass*R_press/(2*C2*C2-K0*

(C2*C2+1));

PLines[isP2,4] := (C2*C2-1)*(C2*C2-1)*Mass*R_press/L1;

PLines[isP0,5] := -(C2*C2-1)*Mass*R_stretch/(2*C2*C2-K0*

(C2*C2+1));

PLines[isP2,5] := (C2*C2-1)*(C2*C2-1)*Mass*R_stretch/L1;

end;

DrawForm.ShowModal;

end

else if RadioButton2.Checked then begin

Calc;

P0 := StrToFloat(Edit1.Text);

P2 := StrToFloat(Edit2.Text);

SIGMARS := ABS(2*C1*C1/(C1*C1-1)*(1+B/A)*(P0*K0+2*P2*L/

(C1*C1-1)));

SIGMARR := ABS(2*C1*C1/(C1*C1-1)*(1+B/A)*(P0*K0-2*P2*L/

(C1*C1-1)));

SIGMASS := ABS(P0/(C2*C2-1)*(2*C2*C2-K0*(C2*C2+1))+P2*L1/

(C2*C2-1)*(C2*C2-1));

SIGMASR := ABS(P0/(C2*C2-1)*(2*C2*C2-K0*(C2*C2+1))-P2*L1/

(C2*C2-1)*(C2*C2-1));

if (SIGMARS>Mass*R_press) or (SIGMARR>Mass*R_stretch) or

(SIGMASS>Mass*R_press) or (SIGMASR>Mass*R_stretch)

then

MessageDlg('Несущая способность не

обеспечена',mtInformation,[mbOk],0)

else

MessageDlg('Несущая способность

обеспечена',mtInformation,[mbOk],0);

end

else begin

i:=1;

PkrOld :=0;

repeat

i := i+1;

Pkr := (i*i-1)*Eo*J/((1-Puasson)*(1-Puasson)*R*R*R)+Ep/(2*

(1+PuassonP))*((i+1)*(i+1)/(i*i*(i-1))+(i-1)*

(i-1)/(i*i*(i+1)*(3-4*PuassonP)));

if Pkr < PkrOld then PkrOld := Pkr else i:=0;

until i = 0;

P0 := StrToFloat(Edit1.Text);

if P0 MaxX then MaxX := PLines[isP0,i];

if PLines[isP2,i] > MaxY then MaxY := PLines[isP2,i];

if PLines[isP0,i] < MinX then MinX := PLines[isP0,i];

if PLines[isP2,i] < MinY then MinY := PLines[isP2,i];

end;

if MaxX > 200 then Nx := 100 else Nx := 10;

MaxX := Round(MaxX/Nx)*Nx+Nx;

if MaxY > 200 then Ny := 100 else Ny := 10;

MaxY := Round(MaxY/Ny)*Ny+Ny;

with DrawForm do begin

Canvas.Pen.Color := clBlack;

R.Left := 10;

R.Top := 10;

R.Right := Width - 15;

R.Bottom := Height - 70;

Canvas.FrameRect(R);

Canvas.Brush.Color := clBtnFace;

Kx := (R.Right - R.Left - 80)/MaxX;

Ky := (R.Bottom - R.Top - 80)/MaxY;

{Ось Po}

Canvas.MoveTo(R.Left+10,R.Bottom-30);

Canvas.LineTo(R.Right-10,R.Bottom-30);

{Ось P2}

Canvas.MoveTo(R.Left+60,R.Top+30);

Canvas.LineTo(R.Left+60,R.Bottom-30);

i := 0;

while i*Nx PLines[isP0,4] then

PointMax := PLines[isP0,4]

else PointMax := PLines[isP0,1];

if PLines[isP0,2] > PLines[isP0,5] then

PointMin := PLines[isP0,2]

else PointMin := PLines[isP0,5];

if PointMin < 0 then PointMin := 0.0;

DrawLine(PLines[isP0,1],

-(PLines[isP2,1]/PLines[isP0,1]),PLines[isP2,1]);

Страницы: 1, 2, 3, 4

МЕНЮ

Выбор материала и расчет параметров обделок вертикальных стволов метрополитенов

ИНТЕРЕСНОЕ