Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

12633
знака
3
таблицы
2
изображения

Пояснительная записка к курсовой работе

Студент Гиргидов А.А., Группа : 5011/1

Санкт-Петербургский Государственный технический университет

Кафедра подземных сооружений, оснований и фундаментов

2000

Исходные данные

Режим работы – безнапорный.

Класс капитальности – II.

Максимальный расход воды в туннеле – Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм3/с.

Средняя скорость протекания воды в туннеле – Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм/с.

Отметка верха лотка туннеля – Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм/с.

Структурно-геологическая характеристика горных пород приведена в таблице:

Номер

пласта

Наименование

горной породы

Отметка

кровли

пласта, м

1 Суглинок 0
2 Сланец -40

Физико-механические характеристики горных пород:

Номер

Пластов

Удельный вес сухого грунта Влажность

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

Коэффициенты

Поперечной деформации

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

удельного отпора

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей 

крепости

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

1 2.04
2 2.41 0.04 58 2.3 0.26 290 3.5
Определение внутренних размеров туннеля.

Будем считать, что колебания воды в туннеле не превышают Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей, где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- высота туннеля. Тогда отношение

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- ширина туннеля по дну.

Принимаем

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- радиус сечения туннеля, который определяется по формуле:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм3/с - максимальный расход воды в туннеле; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм/с - средняя скорость протекания воды в туннеле;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм.

Согласно таблице 2 [1, стр.17], получаем следующие соотношения основных размеров:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Выбор формы сечения туннеля

Выбор формы поперечного сечения туннеля осуществляется с учетом условий статической работы обделки, гидравлических условий пропуска воды, а также способов и условий производства работ при сооружении туннеля.

В нашем случае туннель работает в безнапорном режиме, поэтому определяющей нагрузкой при выборе формы сечения является горное давление, величина и направление которого может оцениваться коэффициентом крепости породы Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей, окружающей туннель.

Согласно таблице 1. [1, стр.14] поперечное сечение туннеля принимается корытообразную форму (II форма).

Составление эскиза конструкции обделки и выбор материалов для ее возведения.

Принимаем корытообразную монолитную железобетонную обделку (рис.4.1). Согласно таблице 3 [1, стр.23], толщина обделки назначается по следующим зависимостям:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм.

Обделка выполняется из железобетона, для этого используется бетон марки М 200 и арматура класса А II.

Определение нормативных и расчетных нагрузок, их сочетаний и коэффициентов упругого отпора породы

Одной из основных нагрузок, действующих на обделку туннеля, является горное давление. Это давление возникает из-за того, что при устройстве туннеля в горных породах образуется свод обрушения – область грунта, теряющего равновесие и, вследствие этого, оказывающего давление на обделку. Распределение нагрузок на обделку туннеля и форма свода обрушения приведена на рис.4.

Величина горного давления определяется расчетом, основанном на использовании значений характеристик пород, окружающих туннель. При этом в соответствии с указаниями СН распределение вертикального и горизонтального горных давлений принимаются равномерными по пролетуПроектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей и высоте выработки Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм.

Вертикальное горное давление определяется по формуле:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- коэффициент, равный Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей при Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- удельный вес грунта Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейт/м3;

Высота свода обрушения Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей, определяется по формуле:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей ,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей - пролет свода обрушения:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- расчетный угол внутреннего трения породы;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Таким образом, получается, что

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м.

Горизонтальное нормативное горное давление определяется по формуле:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м.

Возможность возникновения давления на обделку снизу (дутье) проверяется по условию:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м2 - сцепление породы по подошве выработки;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Следовательно,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/мПроектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

следовательно, дутья нет.

Так как давление на обделку снизу отсутствует, принимается разомкнутая конструкция обделки.

Определение расчетного коэффициента отпора Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей:

по боковой поверхности

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейкгс/см3 - коэффициент удельного отпора, Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м3;

по подошве стены

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- коэффициент поперечной деформации породы,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м3.

Для статического расчета обделки, который будет выполнен далее, выделим на срединной линии обделки 12 точек и определим их положение в системе координат, положение которой показано на рисунке 3. Для каждой точки определим координаты х и у, а также толщину обделки. Полученные результаты представим в виде таблицы и туда же запишем значения коэффициентов отпора К .

Таблица 5.1.

х, м у, м h, м К, тс/м3
1 0.00 0.00 0.2875 109434
2 0.64 0.18 0.2887 109434
3 1.21 0.35 0.2924 109434
4 1.75 0.75 0.2988 109434
5 2.15 1.19 0.3086 109434
6 2.41 1.80 0.3227 109434
7 2.47 2.46 0.3450 109434
8 2.47 3.02 0.3450 109434
9 2.47 3.77 0.3450 109434
10 2.47 4.52 0.3450 109434
11 2.43 5.02 0.3450 635775

Статический расчет монолитной обделки туннеля

6.1Краткое описание метода метрогипротранса

Обделка туннеля, имеющая произвольную форму и окруженная упругой средой является бесконечное число раз статически неопределимой системой, точное определение усилий и реакций в которой невозможно в настоящее время. Для определения внутренних усилий в обделке используют численные методы дающие приближенное решение. Одним из наиболее точных методов является метод метрогипротранса, основанный на преобразовании заданной системы в расчетную принятием следующих допущений:

криволинейное очертание обделки заменяется вписанным многоугольником (рис.5);

непрерывное изменение жесткости обделки заменяется ступенчатым и постоянным в пределах каждой стороны многоугольника;

распределенные нагрузки заменяют усилиями сосредоточенными в вершинах многоугольника;

сплошную упругую среду заменяют отдельными упругими опорами расположенными перпендикулярно к поверхности обделки и помещенными в вершинах многоугольника.

Угол Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей характеризует зону безотпорного участка, которая устанавливается расчетом. Если при расчете реакций опор, поместить опоры в сектор, охватываемый углом Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей, то их реакции получаются отрицательными. Это соответствует ²отрыванию² обделки от породы и имеет физический смысл только в случае анкеровки обделки в окружающую породу. Т.к. в нашем проекте этот вариант не рассматривается, то опоры, попавшие в этот сектор исключаются из рассмотрения, а реакции в них принимаются равными нулю (см. распечатку).

Основная система и канонические уравнения

Основная система представляет собой шарнирную цепь (шарниры в местах упругих опор и замке).

Расчет ведется методом сил, т.к. он дает минимальное число неизвестных. За лишние неизвестные принимаются парные моменты в шарнирах, которые определяются решением системы канонических уравнений, каждое из которых исключает взаимный поворот стержней сходящихся в шарнире.

Канонические уравнения записываются в следующем виде:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей (6.1)

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- число узлов на полупериметре срединной линии обделки; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей и Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей -угловые перемещения в точке ²Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей²по направлению неизвестного моментаПроектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей от действия парных единичных моментов, приложенных в точке ²Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей² и от внешних нагрузок Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- угол поворота пяты стены обделки от действия единичного момента в пяте, равный

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс/м3– коэффициент упругого отпора пяты,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- момент инерции сечения пяты.

Угловые перемещения определяются по формулам строительной механики:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей; (6.2)

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- изгибающие моменты и нормальные силы в основной системе от действия единичных моментов, приложенных в точках ²i² и ²j²; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей – номер стержня конструкции или опоры; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- усилия в опоре в основной системе от действия парных единичных моментов, приложенных в точках ²i² и ²j²; Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- момент инерции,

площадь сечения и длина стержня Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- характеристика жесткости опоры, определяемая по формуле:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей - ширина опоры.

В формуле (6.2.) 1-е слагаемое учитывает влияние изгиба стержней; 2-е слагаемое – продольное сжатие стержней, 3-е слагаемое – влияние осадки упругих опор.

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

где Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей- осадка упругой опоры под действием единичной силы; коэффициент отпора породы на опоре Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей - напряжение породы под опорой от действия единичной силы.

Основная система представлена на рисунке 6.

Для определения грузовых перемещений Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей, усилия Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей заменяем усилиями Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей в основной системе от действия нагрузок.

Рассмотрим метод построения эпюр Мр и Nр на примере узлов 1 и 2 (рис.7).

Дано: Р1, Р2, Е1, Е2 – внешняя нагрузка; V1p, H1p – реакции в шарнире от внешней нагрузки; х1, у1, х2, у2 координаты узлов.

Требуется найти реакцию опоры от действия внешней нагрузки R1p.

Для этого запишем уравнения моментов и приравняем их к нулю. Решая уравнения определим R1p и R2p. Проверкой может служить условие равенства нулю суммы проекции всех сил на ось ОХ.

Аналогично определяется Rip.

Ту часть обделки, где наблюдается зона безотпорного участка, будем рассчитывать как трехшарнирную арку. По заданным значениям нагрузок Р и Е, и координатам вершин углов можно найти реакции в шарнире V1р, Н1р и построить эпюру моментов на участке обделки ²0 - 1².

Эпюра моментов Мр в арке, изображенной на рис.6 будет ненулевой. На участке обделки ²1 - n² значения моментов от действия основной нагрузки в основной системе равны нулю.

Для определения значений dij коэффициентов требуется построить эпюры от действия единичных моментов в узлах 0 - n в основной системе. Метод расчета остается тем же, что использовался при построении эпюры Мр, а именно:

рассматривается трехшарнирная арка, нагрузки Е и Р приравниваются к нулю, т.к. в методе сил основные нагрузки при построении эпюр моментов во вспомогательных состояниях не рассматриваются; в узле ²0² прикладывается единичный момент М0 = 1 (см. рис.8 ), строится эпюра моментов в арке, а также определяются значения реакций в шарнире V10 и H10;

полагая внешние нагрузки равными нулю, используя метод изложенный выше, построим эпюры М0, N0 и R0 (расчетная схема показана на рис.8);

прикладывая к основной системе в качестве внешней нагрузки момент М1 = 1, строим эпюры М1, R1, N1.

Аналогично строятся эпюры для остальных вспомогательных состояний.

Методом Верещагина вычисляем значения коэффициентов dij, Di и, подставляя их в систему канонических уравнений, находим значения моментов в вершинах углов многоугольника, аппроксимирующего обделку.

Затем строим эпюры М, N и R для зоны безотпорного участка, определяя значения расчетных величин в вершинах углов по следующим формулам:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

где m – номер точки, для которой определяем значения М, N, и R; Мmp, Nmp, и Rmp – усилия в точке m основной системы в грузовом состоянии; Мmк, Nmк и Rmк – усилия в точке m основной системы в к-том вспомогательном состоянии; Мк – момент в точке к расчетной схемы.

Выбор арматуры

В данном пункте определяется необходимая площадь сечения арматуры в обделке. Для этого предварительно намечается три сечения, в которых значения момента экстремальны, и рассматриваются последовательно - в строительный и эксплуатационный периоды. Расчет ведем по первой группе предельных состояний по методу, изложенному в [3, стр. 137]

Сечение I-I (строительный период).

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м – изигбающий момент;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс – нормальная сила;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – толщина обделки;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – эксцентриситет;

hоб/6= 0.29/6=0.048м;

е0<h0б /6;

hо= hоб - а = 0.29 – 0.05=0.24 м – полезная толщина обделки;

Rпр=900 тс/м2 – призменная прочность бетона;

Rа=2100 тс/м2 – расчетная прочность арматуры;

kн=1,2;

F¢а= 0.

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м.

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

Следовательно,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2.

Сечение I-I (эксплуатационный период).

Аналогично:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м – изигбающий момент;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс – нормальная сила;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – толщина обделки;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – эксцентриситет;

В следствие того, что исходные величины равны аналогичным величинам строительного случая, то расчет не приволдится.

Определим площадь сечения арматуры из условия минимального армирования. Минимальная степень армирования

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Т.о.,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей см2,

Сечение II-II (строительный период).

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м – изигбающий момент;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс – нормальная сила;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – толщина обделки;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – эксцентриситет;

hоб/6= 0.31/6=0.052м;

е0<h0б /6;

hо= hоб - а = 0.31 – 0.05=0.26 м – полезная толщина обделки;

Rпр=900 тс/м2 – призменная прочность бетона;

Rа=2100 тс/м2 – расчетная прочность арматуры;

kн=1,2;

F¢а= 0.

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м.

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей,

Следовательно,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2.

Сечение II-II (эксплуатационный период).

Аналогично:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс*м – изигбающий момент;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейтс – нормальная сила;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – толщина обделки;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейм – эксцентриситет;

В следствие того, что исходные величины равны аналогичным величинам строительного случая, то расчет не приволдится.

Определим площадь сечения арматуры из условия минимального армирования. Минимальная степень армирования

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Т.о.,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2,

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей см2,

Учитывая тот факт, что значение момента M в сечении III-III значительно меньше, чем в сечении II-II, делается вывод, что в сечении III-III определяющим является Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей

Cечение III-III:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей.

Окончательно принимаем арматуру:

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2 ¾ 5 Æ 30 мм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2 ¾ 10 Æ 26 мм;

Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелейсм2 ¾ 5 Æ 12 мм.

Список литературы

Васильев И.М. Расчет монолитных обделок гидротехнических туннелей. – Л.: ЛПИ, 1980.

Автоматизированный расчет усилий в обделках гидротехнических туннелей. Методические указания. – Л.: ЛПИ, 1983.

Руководство по проектированию гидротехнических туннелей. Гидропроект им. С.Я. Жука. – М. Стройиздат, 1982.


Информация о работе «Проектирование и расчет обделки гидротехнических туннелей»
Раздел: География
Количество знаков с пробелами: 12633
Количество таблиц: 3
Количество изображений: 2

Похожие работы

Скачать
11391
1
5

стественного уровня и создании водохранилища. Створ гидроузла выбран из соображений минимума длины плотины. Таким образом, створ плотины взят по планшету в месте, где горизонтали, отметки которых равны отметке гребня плотины, расположены наиболее близко друг к другу. Этим достигается снижение объема плотины, а значит и ее стоимости. Также по карте местности видно, что при таком расположении ...

0 комментариев


Наверх