Файл: Металлические гофрированные трубы под насыпями..pdf

Рис. 25. Схема деформаций гибкой трубы под действием внешней нагруаки q и упругого отпора грунта

Рт-

Однако традиционная, до недавнего времени безраздельно гос­ подствовавшая в проектировании строительных конструкций оцен­ ка несущей способности сооружения по его напряженному состоя­ нию, когда действующие в наиболее опасных сечениях и точках на­ пряжения ограничиваются значениями расчетных характеристик сопротивления материала, не отвечает действительным возможно-. стям таких конструкций, как металлические гофрированные водо­ пропускные трубы под насыпями дорог.

С появлением и развитием пластических деформаций изгиба, включая образование пластических шарниров в стенках трубы, на­ ходящейся в условиях достаточно плотного грунтового окружения, гибкая металлическая конструкция несколько «перестраивается», изменяя свою статическую неопределимость, но не превращаясь в геометрически изменяемую систему, и, не теряя несущей способно­ сти, продолжает беспрепятственно пропускать водный поток под на­ сыпью дороги.

Поперечные деформации трубы, как правило, не представляют опасности и с точки зрения осадок проезжей части автомобильной дороги или подрельсового основания, так как проявляются в зна-. чительной мере еще в процессе строительства искусственного соо­ ружения, а под временной нагрузкой

носят быстро угасающий характер. Что же в этих условиях следует принимать за расчетный критерий первого предельного состояния кон­

46

отмечает К. Э. Таль [>13], качественное изменение статической схемы конструкции, характерное тем, что дальнейшее развитие попереч­ ных деформаций не приводит к увеличению упругого отпора и рав­ новесие системы нарушается (см. рис. 25). 'При этом деформации концентрируются в верхней части конструкции, в так называемой зоне «отлипания», и резко нарастают без увеличения нагрузки; про­ исходит оплющивание трубы. Момент предельного статического равновесия системы соответствует исчерпанию несущей способности сооружения, а сопутствующие ему нагрузка и деформация попереч­ ного сечения (уменьшение вертикального диаметра отверстия) слу­ жат нормативными показателями предельного состояния конструк* ции, или, иными словами, нормативными характеристиками крите­ рия ее разрушения.

Критерий, характеризующий исчерпание несущей способности конструкции вследствие чрезмерных деформаций, назовем д е ф о р ­

что по А. В. Геммерлингу [4] соответствует нулевой отпорности кон­ струкции и, как следует из диаграммы (рис. 26), зависимости по­ перечной деформации f (здесь f=AD — уменьшение вертикального диаметра отверстия) трубы от действующей на нее вертикальной нагрузки с/, отвечает максимальному значению этой нагрузки.

Нормативная характеристика деформационного критерия раз­ рушения <7пред и соответствующая ей деформация Д£>Пред могут быть для конкретных условий проектируемого сооружения установлены

верстия трубы в процессе ее деформирования, пластических преоб­ разований в металле, а также однозначности упругого отпора грун­ та и наличия безотпорной области, т. е. на основе решения задачи с учетом ее геометрической и физической нелинейности.

Условие, гарантирующее конструкцию в эксплуатации от на­ ступления первого предельного состояния, оцениваемого деформа­ ционным критерием разрушения, удовлетворяется неравенством:

Использование неравенства <7^<7Р в качестве гарантии эксплуа­ тационной безопасности сооружения предпочтительнее условия Д£>=^Д£)р, так как нагрузка служит более «жесткой» характериети-

47

кой предельного состояния конструкции, чем деформация. В обла­ сти, близкой к экстремуму функции (см. рис. 26), где значения ее производной малы, небольшим изменениям нагрузки соответствуют значительные изменения поперечных деформаций трубы, а следо­ вательно, небольшие ошибки в определении предельных нагрузок могут сопровождаться значительными ошибками соответствующих этим нагрузкам предельных деформаций.

Расчетная характеристика деформационного критерия разруше­

ное условие обеспеченности конструкции от наступления первого предельного состояния. Несущая способность сооружения может

Отечественными и зарубежными экспериментальными исследо­ ваниями, проведенными на реальных сооружениях и натурных об­ разцах гибких труб, установлено, что совместное действие на трубу активного давления и упругого отпора окружающего грунта созда­ е т условия, которые в момент завершения поперечных деформаций конструкции близки к ее плоскому равно-мерному сжатию с интен­ сивностью радиально направленного давления, равной интенсивно­ сти вертикального давления. В этих условиях разрушение трубы может стать результатом действия в ее стенках осевых сил, вызы­ вающих текучесть металла или потерю устойчивой формы равно­ весия гибкого кольца.

В США такой подход к расчету гибких водопропускных труб на прочность и устойчивость лежит в основе теории сжатого кольца, которая, хотя и носит условный характер, обеспечивает результа­ ты, наилучшим образом отвечающие фактической несущей способ­ ности сооружения, что и подтверждается многочисленными экспе­ римент аль ными исследовани-ями.

Итак, условие прочности и устойчивости гибкой трубы в грунте

схемы.

В нашей стране задача расчета гибких подземных труб на осно­ ве теории предельного равновесия и с учетом физической и геомет­ рической нелинейности работы конструкции была поставлена Г. К. Клейном и Р. Ф. Габбасовым. Предложенный ими способ

48