ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 0
Т а б л и ц а 15
D 3
|
|
|
|
- ю - ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
кг;см* |
0.2 |
0.3 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
||||||||
|
|
|
|
Коэффициент |
гибкости |
К |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 5 |
0,94 0 |
0 , 9 1 8 |
0 , 8 7 0 |
0,781 |
0 , 6 6 3 |
0,51 0 |
0,44 5 |
0 , 3 6 6 |
5 0 |
0,89 3 |
0,85 0 |
0,78 0 |
0,66 3 |
0,53 2 |
0,44 5 |
0 , 3 6 6 |
0 , 3 1 4 |
100 |
0,81 4 |
0,75 5 |
0,66 3 |
0 , 5 3 2 |
0,46 8 |
0 , 3 6 6 |
0,31 4 |
0 , 2 6 4 |
20 0 |
0,70 3 |
0 . 62 9 |
0 , 5 3 2 |
0 , 4 6 8 |
0,39 4 |
0,31 4 |
0,26 4 |
0 222 |
30 0 |
0 , 6 2 9 |
0,551 |
0,49 4 |
0,42 5 |
0,35 2 |
0,281 |
0,23 9 |
0^202 |
400 |
0,57 3 |
0,51 2 |
0 . 4 6 S |
0,39 4 |
0 , 3 3 2 |
0,26 4 |
0 , 2 2 2 |
0 , 1 8 8 |
500 |
0,53 2 |
0,49 4 |
0 , 4 4 5 |
0 , 3 6 6 |
0,31 4 |
0,25 0 |
0,211 |
0 , 1 7 8 |
GOO |
0 , 5 1 2 |
0,47 7 |
0,42 5 |
0 , 3 5 2 |
0,30 0 |
0,23 9 |
0,20 2 |
0,16 9 |
нимается |
равным |
0,44 ,при Егр |
= 50 кГ/см2 |
и 0,22 при Етр = |
|
= 1 00 |
кГ,см-. |
|
|
|
|
При расчете гофрированных |
металлических |
труб на |
устойчи |
||
вость по аналогии |
с ограничением области применения |
формулы |
|||
Эйлера для расчета прямолинейных стержней на продольный изгиб формула ( I I I . 30) может быть использована только в том случае,
если напряжения, |
соответствующие моменту |
потери |
устойчивой |
формы равновесия трубы, не будут превышать |
предела |
пропорцио |
|
нальности для стали. |
|
|
|
Обозначим |
= Х и будем характеристику |
X называть гибко |
|
стью кольца. Приравнивая критические напряжения пределу про порциональности Опц, получим предельное значение гибкости Япр =
. Если?С>лП р, то можно критические напряжения в стенке
трубы определять по формуле ( I I I . 30). |
|
По аналогии с продольным изгибом прямолинейных |
стержней |
при гпбкостях, не превышающих 0,5 ХПр, опасности потери |
устойчи |
вости не существует, и разрушение конструкции наступает по при чине исчерпания прочности. Поэтому критическое напряжение сле дует принимать равным пределу текучести стали, т. е.
при Х < 0 , 5 Х п р имеем о к р = о т . ( I I I . 3
Рис. 35. Зависимость коэффициен та гибкости К от модуля дефор мации грунта Егр засыпки и гео
метрических характеристик трубы
70
Гибкостям, лежащим в интервале 0,51n p<^<^irp, отвечает упру го-пластическая область деформаций при потере устойчивости и критические напряжения с достаточной для практических целей точностью могут быть выражены (по аналогии с эмпирической фор мулой Ф. А. Ясинского) линейной зависимостью:
|
|
|
ак р |
= а — b\, |
|
|
( I I I . 37 |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а = 2 о т - о п ц ; b = 2 gT~g"" |
' |
|
|||
|
|
|
|
|
Л п р |
|
|
Условность расчетной |
схемы конструкции на прочность и устой |
||||||
чивость |
нужно |
учитывать |
введением |
к правой |
|
части уравнения |
|
( I I I . 3) |
коэффициента условий работы т2, |
принимая его равным 0,7, |
|||||
что совместно с системой остальных коэффициентов обеспечит обыч |
|||||||
но вводимый при расчете подобных конструкций [9, 25] двухкрат |
|||||||
ный коэффициент |
запаса. |
|
|
|
|
|
|
При проектировании |
с т ы к о в металлических |
водопропускных |
|||||
труб принимают во внимание, что вследствие низкой продольной жесткости гофрированной конструкции соединения элементов в по перечных швах не испытывают существенных усилий, а поэтому могут быть назначены конструктивно. Продольные стыки, воспри нимающие значительные усилия от поперечных нагрузок, с целью разумного использования материала должны обеспечивать равно прочные с основной конструкцией соединения, для чего их нужно
рассчитывать на совместное |
действие осевой сжимающей силы N |
и изгибающего момента М п л , |
соответствующего образованию плас |
тического шарнира в стенке трубы. • При расчете стыкового соединения необходимо руководствовать-'
ся его конструктивным решением и указаниями действующих нор мативных документов.
|
П р и м е р р а с ч е т а т р у б ы на э к с п л у а т а ц и о н н ы е |
н а г р у з |
ки. |
Предположим, что установленный гидравлическим расчетом диаметр D круг |
|
лой |
металлической трубы под железнодорожной насыпью высотой 7 м составляет |
|
2 м. Засыпка трубы песчаным грунтом обеспечивает значение модуля деформа
ции— ЭОО кГ/см2. |
Нагрузка—С14. |
Нужно определить толщину волнистого листа |
|||||||
с гофром 130X32,5 мм марки сталь |
15сп по ГОСТ 1050—60*. |
|
|
||||||
Расчетная интенсивность вертикального давления на трубу от собственного |
|||||||||
веса насыпи и временной подвижной нагрузки |
|
|
|
||||||
|
|
q = |
1,2 7Н Н + |
1,3 |
14 |
|
= 1.55 |
кГ,см2, |
|
|
|
O.otf + |
|
|
|||||
|
|
4 |
1 |
|
1,4 |
|
|
||
здесь 1,2 и 1,3 — коэффициенты |
перегрузки |
соответственно |
постоянной и |
времен |
|||||
Уа—1,8 Т/м3— |
ной |
нагрузок; |
|
|
|
|
|
|
|
объемный вес грунта насыпи; |
|
|
|||||||
Я = Б |
м — высота засыпки над верхом трубы; |
|
|
||||||
|
14 — класс нагрузки. |
|
|
|
м и толщины листа ^=1,5 |
мм пре |
|||
По табл. 13 устанавливаем, что для D=2 |
|||||||||
дельная нагрузка ?Пред из условия |
деформационного критерия разрушения рав- |
||||||||
аа 1,8 кГ[см2; |
расчетное значение предельной |
нагрузки: |
|
|
|||||
71
|
<7р=0,9 • 1,в= -1,62 кГ/см2> |
1,55 |
кГ/см2, |
т. е. толщина листа в 1,5 мм удовле |
|||||||||
творяет требованиям деформационного |
расчета. |
|
|
|
|||||||||
|
Проверим трубу на прочность и устойчивость в условиях ее равномерного |
||||||||||||
сжатия. |
|
|
|
|
|
1,5 мм и гофром |
130X32,5 мм имеет геометриче |
||||||
|
Волнистый |
лист толщиной |
|||||||||||
ские характеристики |
сечения: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
/ = 0,245 смЧсм, |
F= |
0,173 |
см^см |
и / -- 1,1 9 см, |
откуда: — • 10"' = 3,26; |
||||||||
К =0,322 (по табл. 15); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
KD |
0,322-200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
А = |
г |
= —1,19 |
• = |
54. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предельное значение гибкости |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
П Р _ |
V |
|
*пц |
- |
V |
2000 |
- 1 1 2 |
' |
|
|
Так как Х<0,5 ХПр, т. е. 54<56, то опасности |
потери устойчивости не сущест |
|||||||||||
вует, и коэффициент <р должен |
быть принят равным 1. |
|
|||||||||||
|
Продольная сила, действующая в стенке трубы |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
qD |
|
1,55-200 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
W = - J - = |
|
|
= 155 кГ; |
|
|
||||
|
|
|
|
' v |
= |
|
155 |
|
„ „ |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 905 |
кГсм* |
|
|
|||
|
|
|
|
oF |
1-0,173 |
|
' |
|
|
|
|||
|
|
|
|
м 3 |
/ ? 0 |
= 0,7 •1900 = 1330 кГ\см? |
> 905 |
кГ/см*. |
|||||
т. е. по прочности и устойчивости в условиях равномерного сжатия гибкой трубы принятая толщина волнистого профиля / = 1,5 мм обеспечивает эксплуатационнуюнадежность сооружения.
§ 11. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОТВЕРСТИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ
Металлические гофрированные трубы по условиям про текания в них водного потока в принципе не отличаются от обычных железобетонных труб, поэтому методика их гидравли
ческого расчета должна быть единой.
Металлические гофрированные трубы так же, как и железобе
тонные, |
по режиму |
их гидравлической |
работы |
делятся на два |
|
типа:- |
|
|
|
|
|
б е з н а п о р н ы е |
и п о л у н а л о р н ы е |
трубы, в которых |
поток |
||
зависит |
только от условий входа и определяется |
площадью |
попе |
||
речного сечения трубы, геометрией входа и 'величиной напора пе ред трубой;
н а п о р н ы е трубы, на протекание водного потока в которых оказывают влияние и условия выхода. При расчете труб этого типа дополнительно учитывается глубина воды в -нижнем бьефе, уклон* лотка, шероховатость и длина трубы.
72
|
|
|
|
Т а б л и ц а 16 |
|
|
Коэффициент л |
для труб |
|
Размер гофра, мм |
без внутреннего |
с покрытием |
на 0,25 с |
покрытием по всему |
|
покрытия |
периметра |
периметру |
|
67,7X12,7 |
0,024 |
0,021 |
|
0,012 |
76.2x25,4 |
0,027 |
0,023 |
|
0,012 |
152,4x50,8 |
0,031 |
0,026 |
|
0,012 |
Как известно, на водопропускную способность трубы значитель
ное влияние оказывает конфигурация ее .входа. Устройство |
оголов |
ка, как правило, заметно повышает пропускную способность |
соору |
жения, но существенно его усложняет и удорожает. И если |
приме |
нительно к железобетонным трубам устройство оголовка обычно обходится дешевле увеличения отверстия трубы, то для гофриро ванных металлических (особенно небольших отверстий и малой длины) предпочтительнее увеличение отверстия, нежели устройство оголовка. Этим объясняется исключительно широкое применение гофрированных труб без оголовков.
Вопрос целесообразности устройства оголовков металлических гофрированных водопропускных труб решают технико-экономиче ским сравнением.
'При гидравлическом расчете безнапорных труб в США [24] отношение глубины воды перед трубой к высоте трубы, т. е -~^"> Д°'ПУ" скается принимать не более 1,5, но вход рекомендуется устраивать неподтопленным (—— < Ч ) - Э т а рекомендация отвечает отечествен
ным требованиям к проектированию бесфундаментных труб. Гидравлическую работу напорных металлических гофрирован
ных труб отличают значительно повышенные по сравнению с же лезобетонными коэффициенты шероховатости пш, которые изменя ются довольно в широких пределах в зависимости от размеров гоф ра и конструкции внутреннего асфальтобетонного покрытия.
(По американским данным [24] лабораторного эксперимента, по лучены величины пш для металлических гофрированных водопропу скных труб (табл. 16') с учетом характера покрытия и размера гоф ра. Уточнение некоторых вопросов гидравлического расчета метал лических труб применительно к отечественным условиям — очеред ная задача научно-исследовательских работ.
§ 12. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИБКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ
С целью проверки основных положений расчета металли ческих гофрированных водопропускных труб и уточнения их фактического напряженно-деформированного состояния, а также
отработки производственно-технологических требований их пэст-
ройки в 1968—'1970 гг. осуществлено экспериментальное строитель
ство и испытания |
двух бесфундаментных безоголовочных металли |
|||
ческих труб из волнистой стали на Северной |
(объект № 1) и Юж |
|||
ной (объект |
№ |
>2) |
железных дорогах. |
Первая сооружена в |
супесчаной |
насыпи |
высотой 11,5 м, вторая — в насыпи высотой |
||
• 7,1 м, отсыпанной из глины. |
|
|||
Трубы отверстием |
1,86 м были собраны из отдельных элементов, |
|||
изготовленных на заводе и представляющих собой изогнутые по за данному радиусу, равному 955 мм (средний радиус по нейтральной оси гофра), гофрированные листы с приклепанными по концам уголками для объединения элементов в замкнутый контур с помо щью болтов. Каждое звено собирали нз трех элементов (по схеме рис. 18). Между собой звенья шириной 0,6 м соединяли путем за ведения крайней полуволны гофра одного звена в соответствующую полуволну на конце соседнего стыкуемого с ним звена и устанавли вали между звеньями стыковые накладки (по три на каждый попе речный стык).
Использованный для труб волнистый металл марки Ст. 3 имеет следующие параметры гофрирования: длина волны—100 мм, вы сота— 50 мм, толщина листа — 1,5 мм. Геометрические характери
стики продольного |
(вдоль |
трубы) |
течения стенки составляют на |
1 см длины трубы: |
момент |
инерции |
/ = 0,739 см*, площадь сечения |
.F = 0,233 см2. Для защиты металла от коррозии все детали труб бы ли оцинкованы (толщина покрытия около 100 мк). Кроме того, на ружная поверхность трубы на объекте № 2 была покрыта битумной мастикой с толщиной слоя 2 мм. Экспериментальные трубы на обо их объектах сооружены в прогалах насьши с шириной их понизу свыше 14 м и откосами не круче 1 : 1,5.
Трубы уложены на песчано-травийную (объект № 1) и песча- но-щебеночную (объект № 2) подушки толщиной 40—50 см и шири ной 3 м, устроенные на естественном основании и спланированные с соответствующим уклоном и строительным .подъемом. Нижние па зухи труб заполнены тщательно уплотненной лесчано-гравийной •смесью. Трубы засыпали равномерно с обеих сторон местным грун том, который подвозили автомобилями-самосвалами МАЗ-205 и МАЗ-503, и планировали бульдозером. Послойное уплотнение (тол щина слоя 15—20 см) грунта боковых призм на всю высоту конст рукции производили груженым автомобилем МАЗ-206, который пе
ремещался со скоростью 5—10 км/ч вдоль трубы |
(рис. 36) и укаты |
вал грунт на ширине 5—6 м с каждой стороны |
трубы, совершая |
при этом 3—4 хода по одному следу. В процессе уплотнения грунта •боковых призм на объекте № 1 колеса груженого автомобиля про ходили впритирку к конструкции, на объекте № 2 — не ближе 30 см -от стенки трубы, а грунт непосредственно возле стенок трубы уплот няли ручными трамбовками.
По данным лабораторных испытаний образцов грунта, отобран ных на строительстве, установлено, что материал засыпки боковых призм грунта на трубе, сооруженной на объекте № 1, — супесь с содержанием глинистых частиц мельче 0,005 мм до 6% и включе-
74