Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf

§ VII.8. РАСЧЕТЫ ТОННЕЛЕЙ И ПОДПОРНЫХ СТЕН

Действующие нормы сейсмостойкого строительства [132] не со­ держат указаний по расчету тоннелей. Мы можем привести в этой части лишь рекомендации, разработанные Институтом строитель­ ной механики и сейсмостойкости Академии наук Грузинской ССР и Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортно­ го строительства (ЦНИИС) [108, 154]:

При расчете тоннельных обделок учитывают следующие сейсми­ ческие нагрузки:

1.Сейсмические (инерционные) силы от собственного веса об­ делки.

2.Сейсмическое горное давление пород.

3.Давление, обусловленное сейсмическим напряженным со­

стоянием окружающей среды.

По общей методике, положенной в главах II, VI, сейсмические силы зависят от периодов и форм собственных колебаний сооруже­ ния. Тоннельные обделки обладают большой жесткостью и их соб­ ственные периоды, определенные с учетом отпорности грунта, име­ ют весьма малые значения, которым соответствуют наибольшие величины коэффициента динамичности по нормированной спек­ тральной кривой Г Однако окружающая среда препятствует разви­ тию сейсмических колебаний обделки, так что обычная спектраль­ ная кривая (3 для подземных сооружений неприменима. Рекомен­ дуется определять сейсмические силы от веса частей тоннельной обделки по формуле

Порядок вычисления сейсмического горного давления зависит от характера пород и глубины заложения тоннелей. При скальных и полускальных породах сейсмическое (дополнительное) горное давление на обделки тоннелей глубокого заложения рекомендуется определять по формуле

При глинистых и песчаных грунтах развиваемое ими сейсмиче­ ское давление на обделки тоннелей мелкого заложения более пра­ вильно определять по формулам, приведенным в § VI.4.

Основы определения давления на обделки, вызванного сейсми­ ческим напряженным состоянием грунтового массива, были приве­ дены в § VI.4. Рабочие формулы для вычисления давления даны

1 Некоторые задачи определения периодов и форм собственных колебаний обделок неглубокого заложения рассмотрены в сборнике [20].

208

в работах [31, 108, 154]. Воздействие этого давления рассматривают независимо от остальных вышеуказанных сейсмических нагрузок, как самостоятельный расчетный случай.

Подпорные стены на сейсмическое воздействие рассчитывают аналогично устоям мостов (см. § VI1.1). Сейсмические (инерцион­ ные) силы от веса частей подпорной стены определяют по общей методике, изложенной в § II.2, VI.2. Как правило, период собствен­ ных колебаний подпорных стен (основного тона) меньше 0,4 сек, поэтому разрешается принимать |3 = 3 и определять коэффициент формы по приближенной формуле (VII.10).

Сейсмическое давление грунта на подпорные стены следует оп­ ределять по указаниям § VI.4. При этом в соответствии с рекомен­ дацией Технических указаний [144] в формулах (VI. 13) — (VI.25) нужно принимать расчетный угол внутреннего трения, равный нор­ мативному.

Коэффициент условий работы при проверке устойчивости под­ порных стен против опрокидывания и скольжения с учетом сейсми­ ческих воздействий принимают равным единице'. Предельные зна­ чения отношения ео/р эксцентриситета продольной силы по подош­ ве фундамента к радиусу ядра его сечения при учете сейсмических нагрузок разрешается увеличивать до 2,5.

§ V II.9. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕРКИ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

В общем случае с учетом сейсмических воздействий должны быть проверены конструкции пролетных строений, опорных частей и опор балочных мостов, а также основания опор.

Под воздействием горизонтальных сейсмических сил, направлен­ ных поперек оси моста, в пролетных строениях возникают сейсми­ ческие изгибающие моменты и поперечные силы, порядок определе­ ния которых был рассмотрен в предыдущих параграфах. В желе­ зобетонных мостах эти усилия вызывают изгиб пролетных строений в горизонтальной плоскости (рис. VII.31). В сборных конструкциях пролетных строений с членением продольными швами возникают дополнительные сдвигающие усилия между блоками (рис. VII.31, б ) . Поперечная сейсмическая нагрузка вызывает также дополнитель­ ные усилия в опорных диафрагмах, а при отсутствии последних — изгиб стенок главных балок (рис. VII.31, в, г). Сообразно с этим на действие поперечных сил нужно проверить прочность сечений пролетных строений (на изгиб относительно вертикальной централь­ ной оси), соединений между сборными блоками, диафрагм или стенок главных балок. В стальных пролетных строениях при дей­ ствии поперечных сейсмических сил возникают усилия в элементах горизонтальных связей, поясах главных ферм, поперечных торцо-

1 Следует помнить, что в Технических указаниях [144] для проверки устойчи­ вости подпорных стен против опрокидывания принята иная формула, чем в Тех­ нических условиях [145] для опор мостов.

209

крепления рассчитывают на горизонтальную сейсмическую силу от веса пролетного строения. Учитывая большую уязвимость опорных частей, Методическое руководство [86] рекомендует принимать эту силу не менее чем 1,5Q/Cc, где Q — полный вес пролетного строе­ ния. При проверке опорных частей и их креплений с учетом сейсми­ ческого воздействия разгружающее влияние сил трения не учи­ тывают.

Опоры мостов и их основания следует проверить на действие сейсмических сил, направленных вдоль и поперек оси моста. Как уже указывалось выше, эти два расчетных случая рассматривают независимо друг от друга. Нагрузки, учитываемые совместно с сей­ смическими силами и порядок их определения, были рассмотрены

в § VI.1.

При всех вышеуказанных расчетах сейсмические силы, опреде­ ленные по динамическим расчетным схемам в соответствии с реко­ мендациями § VII.1—VII.6, рассматриваются как статическая на­ грузка. Поэтому методика проверки сечений и соответствующие расчетные формулы при учете сейсмических сил остаются такими же, как это принято в технических условиях проектирования мостов для случая статических нагрузок. Имеются только некоторые осо­ бенности в отношении назначения характеристик материалов и расчетных коэффициентов. Рассмотрим эти особенности, регламен­

тированные нормами.

При сейсмическом воздействии конструкции испытывают немно­ гочисленные кратковременные циклы нагрузки— разгрузки с вы­ сокими скоростями нагружения. Экспериментальные данные пока­

2 1 0

зывают, что в этих условиях прочность большинства строительных материалов выше, чем при статических нагрузках {74]. Поэтому можно несколько повысить расчетные сопротивления материалов. По нормам при расчете на прочность с учетом сейсмических воз­ действий вводится дополнительный коэффициент условий работы /пКр. Его принимают равным: для стальных и деревянных конструк­ ций mItp=l,4; для бетонных и железобетонных (в том числе предва­ рительно напряженных), а также каменных (при расчете на внецен-

конструкции с гибкостью более 100 и сварные стыки стальных кон­ струкций могут испытывать при сейсмическом воздействии хрупкое разрушение; в этих случаях принимают /гакр=1 [132].

Сложнее обстоит дело с грунтами оснований. Указанный выше эффект повышения прочности возможен только в скальных, круп­ нообломочных или плотных грунтах. При рыхлых водонасыщенных грунтах сейсмическое воздействие приводит, наоборот, к снижению прочности оснований (см. гл. 1)*. Сообразно с этим при проверке ос­ нований опор по первому предельному состоянию с учетом сейсми­ ческих воздействий нормами приняты следующие значения допол­ нительного коэффициента условий работы [132]:

для оснований, сложенных скальными породами, маловлажными крупнообломочными, плотными песчаными и глинистыми грунтами с консистенцией 0,75 и меньше — т кр=1.20;

для оснований, сложенных водонасыщенными песками и глини­ стыми грунтами с констистенцией >0,75—/пкр = 0.7;

в остальных случаях т кр = 1.

Несущая способность свайных оснований в условиях сейсмиче­ ского воздействия изучена в недостаточной степени. Модельные и натурные испытания, проведенные при вибрационном или взрывном воздействии, показали, что в песчаных и глинистых грунтах в ряде случаев наблюдается существенное снижение несущей способности свай главным образом за счет уменьшения сил трения по их боко­ вой поверхности [95, 156]. Однако количественные результаты этих исследований носят предварительный характер; нормы сейсмостой­ кого строительства не содержат каких-либо указаний по этому воп­ росу. В качестве справочных данных приводим некоторые рекомен­ дации, основанные на результатах вышеуказанных работ.

Ш. Г. Напетваридзе и Б. Н. Самков рекомендуют определять несущую способность свай при действии вертикальных нагрузок в условиях сейсмического воздействия путем умножения статической несущей способности на поправочный коэффициент, величины кото­ рого даны в табл. VII.1.

Результаты работы [156] и других исследований, выполненных в Красноярском институте Промстройниипроект, изложены в Посо­ бии [107], составленном для фундаментов гражданских и промыш­ ленных зданий с забивными сваями длиной до 10 ж. Снижение со-

* Причины и механизм этого явления рассмотрены в работах [77, 93].

211