1.4.2 Подготовка исходных данных для статического расчета

На отдельном листе в масштабе 1:20...1:40 вычерчивается внутреннее очертание обделки и толщины обделки по направлениям, радиально направленным к контуру. В расчетной схеме наличие обратного свода при заданном коэффициенте крепости грунта (f=3,5) не учитывается. Расчетную схему располагаем в системе координат. Ось X направляется произвольно, а ось Y по оси обделки.

Очертание обделки произвольно делят шестью точками. Точки обходят против хода часовой стрелки. Для каждого участка задают коэффициент упругого отпора со стороны грунта:

К = К₀ :( В / 2) , (1.2)

где К₀ – коэффициент упругого отпора, кН/м³; В – пролет выработки, м.

Все характеристики обделки приведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Начальные геометрические и физические характеристики обделки

Номер точек	Координаты			R, м		Толщина, м.			Коэффициет упругого отпора, кН/м^3*10^6		Количество сечений N
	X	Y	Tнач			Tкон
1	1,967	0	0		0,35		0,35	0		5
2	2,467	0	0,25		0,35		0,715	0		7
3	2,717	0,235	0		0,715		0,514	0,6		10
4	2,897	3,107	6,107		0,514		0,42	0,6		10
5	1,791	7,018	2,240		0,42		0,35	0		10
6	0	7,875			0,35			0		10

Рисунок 1.4 - Схема к статическому расчету обделки

1.4.3 Нагрузки и их сочетание

При расчете обделки на основное сочетание нагрузок в расчете учитываются все вертикальные нагрузки, действующие на обделку (горное давление, собственный вес, и в обводненных грунтах – гидростатическое давление).

Расчет необходимо выполнять на самые неблагоприятные сочетания нагрузок с учетом требований. В курсовом проекте расчет выполнен на основное сочетание, состоящее из постоянных нагрузок. Поэтому коэффициент сочетания в расчет не включен.

Коэффициент надежности по ответственности для тоннельных обделок принимают: γ_h = 1_, как для сооружений первого повышенного уровня ответственности.

При выполнении данного курсового проекта в основное сочетание нагрузок включены нагрузки от горного давления – вертикальная и горизонтальная, вычисленные по гипотезе сводообразования Протодьяконова, а также от собственного веса верхней половины конструкции обделки, вычисленного по проектным размерам и плотности материала. Все нагрузки принимаются равномерно распределенными.

В расчет вводятся расчетные нагрузки, получаемые умножением соответствующих нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке. Значения коэффициентов надежности принимаются по таблице 5.

Вертикальная нагрузка от горного давления грунта и нагрузка от собственного веса суммируются. Рассчитывается обделка второго типа.

Нормативные нагрузки

1. Нагрузка от горного давления.

Пролет зоны нарушения окружающих выработку грунтов:

L= B + 2h tg( 45 - φ/ 2 ) , (1.3)

где B – пролет выработки, м; h – высота выработки, м; φ – кажущийся угол внутреннего трения (по заданию φ=75⁰).

L = 6,818 + 2·8,487·tg(45 – 72^о / 2) = 9,49 м.

а) схема формирования горного давления;

б) схема нагрузок.

Рисунок 1.5 - Схема к статическому расчету обделки

Высота свода давления, образующегося над выработкой и очерченного по квадратной параболе, определяется по формуле Протодьяконова:

h₁ = L / 2f , (1.4)

где f - коэффициент крепости грунта по заданию.

h₁ = 9,49 / 2*4,5 = 1,06 м.

Горизонтальная нагрузка:

. (1.5)

P^H=23*(1,06+0,5·8,487)tg²(45-72/2)= 3,04 Кн/м.

, (1.6)

где =1,2 – коэффициент надежности для монолитного бетона.

Нормативное вертикальное горное давление принимается равномерно распределенным интенсивностью .

q_ГД = h ·γ· k_p , (1.7)

где k_p – коэффициент условий работы горного массива (k_p=1); γ – удельный вес грунта, γ=23 кН/м.

q_гд = 1,06*23 = 24,38 кН/м.

При определении расчетных нагрузок нормативные нагрузки умножаются на коэффициент надежности по нагрузке γ_f .

(1.8)

где =1,6 (для скальных грунтов).

q_ГД = 24,38*1,6 = 39,01 кН/м .

Собственный вес обделки определяется по формуле:

, (1.9)

где - объем бетона;- удельный вес бетона (=23 кН/м).

, (1.10)

где - площадь сечения обделки.

V = 5,46·1 =5,46 м;

G = 5,46· 23 = 125,58 кН.

Интенсивность нагрузки от собственного веса равна:

q_СВ = G / b ·1, (1.11)

где b – ширина тоннельной обделки.

q_СВ = 125,58 /6,818 ·1 =18,42 кН/м.

Расчетная нагрузка от собственного веса:

q_СВ = q_СВ · γ_{f ,} (1.12)

где γ_f = 1.2 (для бетона).

q_СВ = 18,42 *1,2 =22,1 кН/м.

В расчет вводится равномерно распределенная нагрузка:

, (1.13)

q = 46,11+22,1=68,21 кН/м.

Горизонтальную нагрузку в расчете можно не учитывать, т.к. она составляет менее 10% от вертикальной.

В результате расчета тоннельной обделки по программе TUN2 были получены значения продольных сил, моментов в начале и конце каждого элемента, а также значения реакций отпора грунта в начале и конце каждого стержня.

Эпюры продольных сил, моментов, а также таблица значений представлены в приложении А и на втором листе (приложение В).