Файл: Металлические гофрированные трубы под насыпями..pdf

П р и м е ч а н и е . Материал волнистого листа — сталь 1'5сп по ГОСТ 1'05О— 60*. К расчету приняты трубы диаметром 1, 2 и 3 м; лист с толщинами 1 и 2 мм;- модули деформации грунта засыпки —100, 300 и 600 кГ/см2. Промежуточные зна­ чения параметров вычислены по линейной интерполяции.

тываемое повышение ее прочностных характеристик в тонколисто­ вом прокате, можно взять равным 1,0.

Используемые в расчетах значения модуля деформации грунта засыпки нужно принимать на основе компрессионных испытаний образцов грунта, отбираемых на объектах (отдельном или их груп­ пе, характеризуемой одинаковыми грунтовыми условиями) при про- •шводстве геологических изысканий дороги.

В США в расчетам подземных сооружений поперечные деформа­ ции гибких труб принято определять по методу М. Спенглера [21, 25] с использованием формулы

Остальные обозначения прежние.

Анализируя формулу М. Опенглера, нетрудно убедиться, что де­ формации гибкой трубы в значительной степени зависят от сжимае­ мости окружающего ее грунта насыпи, поэтому качеству грунта засыпки трубы уделяют особое внимание.

Горизонтальные напряжения в окружающих трубу боковых призмах грунта, вызываемые поперечными деформациями конструк­ ции, распространяются в глубь массива насыпи (рис. 34), уменьша­ ясь по мере удаления от стенки трубы [22]. На расстоянии 3 диа­ метров от конструкции эти напряжения не превышают 10% макси­ мального их значения в точке контакта грунта с трубой. В преде­ лах не менее одного диаметра в обе стороны от трубы в США применяют засыпку двух видов: «хорошую» и «отличную». В пер­ вом случае грунт, подобранный по определенному гранулометриче­ скому составу, уплотняется до 85% стандартной плотности по шка­ ле Проктора, во втором — до 95%. При использовании «хорошей»- засыпки в формулу ( I I I . 24) вводят модуль горизонтальной дефор­

в соответствии с которой принимаемый в США модуль горизонталь^ ной деформации грунта засыпки £ г р ' лишь на 30—35% .меньше мо­ дуля деформации Е^, устанавливаемого компрессионными или штамповыми испы­

таниями. В связи с этим величины равные 50 и 100 кГ/см2, нужно признать явно заниженными, тем более для мате-

риала засыпки высокого качества и при тщательном его уплотне­ нии. Имеются данные исследований, проведенных на реальных сооружениях [30], свидетельствующие о том, что хорошо уплотнен­ ные пеочано-гравийные смеси обеспечивают величину Е-^' до 500—

66

б'ОО кГ/см2 и больше. Модуль деформации порядка 200—300 кГ1см2 вполне реален для обычных глинистых и песчаных грунтов обрат­

величин изменения вертикального и горизонтального диаметров от­ верстия трубы, Т . е. | Д£>верт | = | Л ^ г о р н з | •

Однако такая предпосылка, как показали экспериментальные исследования и анализ результатов расчета гибких труб с учетом геометрической и физической нелинейности их работы, далека от действительности. Причем, чем выше жесткость грунта .вокруг тру­ бы, тем значительнее уменьшение вертикального диаметра по срав­ нению с увеличением горизонтального диаметра, что главным об­ разом объясняется концентрацией деформаций трубы в верхней ее части — в зоне «отлипания».

Таким образом, использование небольших величин модуля де­ формации в формуле М. Опенглера скорее можно объяснить огра­ ничением области применения формулы, нежели соответствием ис­ пользуемых характеристик фактическим параметрам материала за­ сыпки.

Вызванное консолидацией грунта насыпи увеличение деформа­ ций во времени учитывается введением коэффициента Kt, установ­ ленного на основе экспериментальных исследований на реальных

на основание, зависящий от угла |3 (см. рис. 33), обычно принима­ ют равным 0Л для всех применяемых схем опирания трубы. В ка­ честве предельной деформации, соответствующей моменту предель­ ного равновесия системы, при расчете по формуле ( I I I . 24) прини­ мают 20-процентное уменьшение вертикального диаметра круглой трубы.

•Допускаемая деформация ограничивается 5-процентным измене­ нием диаметра для круглых труб и 10-процентным — для труб с предварительно удлиненным вертикальным диаметром (с прида­ нием эллиптичности в размере 5% номинального диаметра). Одна­ ко 20-процентное уменьшение вертикального диаметра как харак­ теристика предельной деформации весьма сомнительна и не под­ тверждается ни результатами нелинейного деформационного рас­ чета, ни экспериментальными данными.

Способность гибкой трубы сопротивляться нагрузкам может быть исчерпана не только вследствие ее чрезмерных поперечных де­ формаций (см. § 8), но и из-за потери прочности или устойчивости

Характер распределения продольных сил по периметру гибкого кольца в значительной степени зависит от сопротивления окружа­ ющего трубу грунт а. насыпи тангенциальным перемещениям стенок

конструкции, т. е. от коэффициента трения грунта по поверхности трубы. Причем максимальные продольные силы возникают при от­ сутствии трения. С достаточной для практических расчетов точно.- стью продольную силу N в стенке круглой трубы можно определять из условия сжатия кольца равномерно распределенным по его пе­ риметру нормальным давлением, т. е.

Для предотвращения потери устойчивой формы равновесия гиб­ кого металлического кольца в упругой грунтовой среде в левую часть неравенства ( I I I . 3) вводят коэффициент понижения несущей способности:

ющих площадки текучести) напряжение, соответствующее по общепри­ нятому стандарту относительному удлинению при растяжении, состав­ ляющему 0,2%;

0кр — критическое напряжение в стенке трубы.

Для упругой стадии работы материала трубы в условиях гидро­ статического сжатия гибкой конструкции критическое напряжение может быть представлено (на основе известного решения М. Леви) в виде:

( I I I . 29)

где г — радиус инерции продольного сечения стенки трубы.

Однако окружающий грунт насыпи препятствует потере устой­ чивой (в виде кругового кольца) формы равновесия гибкой трубы и тем самым значительно увеличивает ее несущую способность. Из теории устойчивости упругих систем известна формула Е. Л. Ни­ колаи для определения критического давления на круглое кольцо, находящееся в упругой среде. После некоторых преобразований этой формулы критическое напряжение может быть выражено за­ висимостью:

( I I I . 30)

где

к =

Ух

68

наличие двухзначного упругого отпора грунта, хотя в действитель­ ности грунт препятствует выпучиванию стенки лишь в наружную сторону. И. А. Баславский [1] дал -приближенное решение задачи об устойчивости трубы (кольца) в упругой среде с односторонним от­ пором, которое в конечном итоге сводится к уменьшению .второго

откуда следует, что и коэффициент гибкости зависит от модуля де­ формации грунта засыпки и геометрических характеристик конст­ рукции.

Значения коэффициента К, вычисленные с использованием уравнений ( I I I . 31), ( I I I . 34) и ( I I I . 35) для реальных величин Егр

D3

и ——, приведены в табл. 15 и на рис. 35. Для определения проме­ жуточных значений характеристик можно пользоваться линейной

интерполяцией.

За рубежом критические напряжения определяют с использова­