Проектирование станции метрополитена на пересечении проспекта Славы и Бухарестской улицы, страница 3

-  Расчетные:q_р= q_в*k_н*l

Р_р= Р_г*k_н*l

-    Получаем:        q_р=52,15*1,1*1.0=57,37 т/ м³

                                Р_р=20,86*0,7*1.0=14.60 т/м²

6.3. Обоснование расчетной схемы и методика расчета.

       Режим заданных нагрузок (РЗН). Нагрузка называется заданной, если она определяется как вывалы или обрушения в незакрепленной выработке по одной из известных гипотез (вывалообразование, сводообразование, полный вес столба грунта). Полученная нагрузка обрушения переносится на конструкцию. Конструкция крепи и технология работ не влияют на процесс формирования горного давления.

Конструкция станции рассчитана только на основные сочетания нагрузок и воздействий, возникающих в период эксплуатации станции.

     К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вертикальное и горизонтальное давление грунта. Величины нормативных вертикальных нагрузок от горного давления следует принимать равными весу толщи грунтов над станцией. Величины нормативных горизонтальных нагрузок от горного давления определены умножением вертикальных нагрузок на коэффициент бокового давления.

Методика расчета.

        Наиболее важным  этапом расчета является выбор расчетной схемы. Расчетную схему станции нужно выбирать таким образом, чтобы она с возможно большим приближением отражала  действительные работы конструкции в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий, конструктивных особенностей  и материала обделки, а также принятых методов производства работ.

         Станционное сооружение представляет собой конструкцию, длина которой значительно превышает ширину, поэтому для расчета выделяется плоская система размером, равным ширине типового элемента конструкции вдоль оси станции.   

Расчетная схема представляет собой многоугольник, описанный по центрам тяжести сечений элементов. Упругие пружины в узлах многоугольника характеризуют взаимодействие конструкции с грунтом.

Метод Метрогипротранса статического расчета тоннельных обделок основан на следующих допущениях: а) обделка заме­няется плоской стержневой системой — многоугольником, впи­санным в круговую геометрическую ось поперечного сечения обделки; б) внешние распределенные нагрузки заменяются со­средоточенными силами, приложенными в узловых точках сис­темы; в) окружающая грунтовая среда моделируется по гипо­тезе Фусса—Винклера и ее действие заменяется упругими опор­ными стержнями, примыкающими к (узловым точкам системы. Опорные стержни, перпендикулярные к обделке, воспринимают только сжимающие усилия, работая как односторонние связи. Силы трения между массивом и обделкой можно учесть при отклонении опор от нормали к обделке на угол трения или вве­дением дополнительных упругих стержней в узлах стержневой системы по касательной к обделке. Неучет сил трения идет в запас прочности.

Расчет методом сил выполняется по расчетной схеме, пока­занной на рис. . Внешние нагрузки обычно расположены симметрично относительно вертикальной оси, поэтому анализи­руется работа половины обделки, что почти в 2 раза снижает уровень статической неопределимости системы. Действие отбро­шенной половины обделки заменяется реакциями введенных жестких опор. Для более точного расчета в круговую ось об­делки вписывают правильный многоугольник с числом сторон не менее 16, но не более 32—36. Машинные методы расчета позволяют принимать многоугольники со значительно боль­шим числом сторон (излишняя детализация в расчетной схеме не повышает точности расчета).

Сводовая часть обделки, под действием вертикальной на­грузки стремится переместиться в сторону выработки. Поэтому возникает безотпорная зона. В программах расчета об­делки на ЭВМ предусматривается автоматическое выключение упругих опор при возникновении в них растягивающих усилий и таким образом определяется безотпорная зона. Остальные опорные стержни работают на сжатие в зоне пассивного отпора грунтового массива.

Жесткость упругих опор

Основная система по методу сил получается из расчетной схемы введением шарниров и парных изгибающих моментов в (узловых точках стержневой цепи). В безотпорной зоне целесообразно число шарниров уменьшить до трех — в замке и в условных пятах свода, которые назначаются в бли­жайших к этой зоне вершинах многоугольника. Парные момен­ты — лишние неизвестные. Они определяются при решении системы линейных алгебраических уравнений, выражающих отсутствие угловых перемещений  по направлению отброшенных связей.

В матричной форме:

где А — матрица единичных перемещений основной системы; Др — вектор грузовых перемещений основной системы; X — вектор неизвестных

Матрица А и векторы А_Р и X имеют вид

Матрица А с учетом общей формулы строительной механи­ки для определения перемещений в стержневой системе может быть представлена в форме

где М, N, R— матрицы влияния единичных моментов на моменты, нормальные силы и реакции опор в основной системе; ~М^Т, TV¹, Tl¹ — транспонированные мат­рицы влияния; Вм, Bi\r, br— матрицы податливости соответственно изгибу, осевому обжатию стержней и упругой осадке опор основной системы.

В формуле не учитывается влияние поперечных сил Q

где М_р, Np. R_p — векторы влияния, координатами которых являются соответственно моменты, нормальные силы и реакции опор в основной системе от внеш­ней нагрузки.