Проектирование двухпутного железнодорожного тоннеля, страница 3

В рамках данного курсового проекта для железнодорожного тоннеля длиной 600 метров, на электрифицированной железнодорожной линии                       2 категории,  на время эксплуатации принимаем вентиляцию с естественным проветриванием.

Верхнее строение пути в тоннеле устраивается по нормам для открытых участков пути. В данном проекте сооружается бесстыковой путь с  числом шпал 2000 штук на 1км. Минимальная толщина балласта 350 мм.

3. Статический расчет тоннельной обделки

С появлением современных ЭВМ на основании методов строительной механики были разработаны численные методы расчета строительных конструкции.

Статический расчет обделки выполняем на ЭВМ методом конечных элементов в программе TUN-2 (МИИТ) для обделки 2 типа на основное сочетание нагрузок.

 3.1 Нагрузки и их сочетания

В курсовом проекте расчет выполняется на основное сочетание, состоящее из постоянных  нагрузок. Коэффициент надежности по ответственности для тоннельных обделок принимаем , как для сооружений первого повышенного уровня ответственности. В сочетание включены нагрузки от горного давления и собственного веса обделки.

Нагрузку от горного давления определяем по гипотезе сводообразования М. М. Протодьяконова. Схема представлена на рис. 3.1

Рисунок 3.1 –  Свод обрушения по гипотезе М.М. Протодьяконова

Величину вертикального горного давления определяем по формуле:

                                                 (3.1)

где   – высота свода обрушения, м.;

        – удельный вес грунта, кН/м³.

 кН/м³_.

Высоту свода обрушения определяем по формуле:

                                                                              (3.2)

где  – коэффициент крепости грунта;

        – пролет свода обрушения, определяемый по формуле:

                                     (3.3)

где  м.– пролет выработки;

        м. – высота выработки;

       – кажущийся угол внутреннего трения грунта.

 м.

 м.

 кН/м.

Нагрузку от собственного веса конструкции принимаем равномерно распределенной по пролету выработки и определяем её по формуле:

                                                    (3.4)

где  м³ – объем свода тоннельной обделки;

        кН/м³ – удельный вес бетона;

       м.– пролет выработки.

 кН/м.

Горизонтальную нормативную нагрузку от горного давления определяем по формулам:

                                           (3.5)

                                    (3.6)

где   – высота свода обрушения, м.;

        – удельный вес грунта, кН/м³;

         – высота выработки, м.;

       – кажущийся угол внутреннего трения грунта.

 кН/м,

 кН/м.

Указанные нагрузки вводим в расчет с коэффициентами надежности по нагрузке: для вертикальной нагрузки от горного давления ; для горизонтальной нагрузки от давления грунта ; для нагрузки от собственного веса конструкции ; 

Получаем расчетные значения нагрузок:

 кН/м,

 кН/м,

 кН/м,

 кН/м.

Суммарная вертикальная нагрузка определяется по формуле:

                                                       (3.7)

 кН/м.

Полученные нагрузки служат исходными данными для расчета тоннельной обделки методом конечных элементов в программном комплексе TUN-2 (МИИТ).

3.2 Подготовка исходных данных

Пользуясь чертежом конструкции обделки типа 2К, определяем основные её геометрические характеристики, представленные в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Геометрические характеристики обделки типа 2К

Номер точек	Координаты, м		R, м	Толщина, м		Коэф-т упругого отпора	Количество участков
	X	Y
1	0,000	0,000	21,425	0,520	1,085	0,7	7
2	4,886	0,564	18,150	1,085	1,107	0,7	8
3	5,539	6,149	2,580	1,107	0,902	0,7	5
4	4,273	8,370	8,935	0,902	0,650	0,7	7
5	0,000	9,540	8,935	0,650	0,650	0,7	5

Расчетные нагрузки:

– Вертикальная нагрузка  кН/м,

– Горизонтальны е нагрузки  кН/м,  кН/м.

Расчетная схема представлена на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 –  Расчетная схема обделки типа 2К

В результате расчета получены  эпюра изгибающих моментов М, эпюра  продольных сил N, деформируемая схема обделки,  приведенные на рисунках 3.3, 3.4 и 3.5 соответственно. Значения внутренних усилий сведены в таблице 3.2.

-66,431

355,575

184,817

-166,645

491,401

-260,023

Рисунок 3.3 –  Эпюра изгибающих моментов М (кНм) в обделке типа 2К.

	-562,818

 

-879,016

-790,402

-839,714

-738,764

Рисунок 3.4 –  Эпюра продольных сил N (кН) в обделке типа 2К.

9,874 мм.

Рисунок 3.5 –  Деформируемая схема обделки типа 2К.

Таблица 3.2 – Внутренние усилия в элементах обделки типа 2К

4. Проверка прочности сечений обделки

К опасным относятся сечения с максимальными по абсолютной величине изгибающими моментами. В данном проекте выполняется проверка в трех сечениях.

Расчеты выполняются по предельным состояниям первой группы как для внецентренно сжатых элементов, при этом в расчет вводят следующие коэффициенты условия работы бетона, учитывающие: