Состав и требования к объему исходных данных для расчета . гофрированных конструкций по МКЭ (стр. 1 )

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

(справочное)

СОСТАВ И ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕМУ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА
ГОФРИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО МКЭ

Для выполнения расчетов металлических гофрированных конструкций, с использованием МКЭ требуются исходные данные об инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства с указанием местоположения скважин на местности, времени их прохождения и глубины.

По результатам инженерно-геологических изысканий дается подробная характеристика состава и строения грунтов и приводятся схемы поперечных разрезов по оси и в сечениях тоннеля. Указываются особенности площадки в геологическом отношении, выявленные в процессе изысканий. Например, «Основание строительной площадки до глубины 8-12 м сложено аллювиальными отложениями четвертичного возраста, представленными желтовато-серыми песками средней крупности с редкими маломощными прослоями мелких песков. В период проходки скважин грунты в береговой части перехода от поверхности до глубины 8-12 м находились в мерзлом состоянии. В центральной части русла реки обнаружено наличие подруслового талика в интервале глубин м, распространение которого в плане ограничено контурами русла реки».

Для каждого из инженерно-геологических элементов, установленных по результатам изысканий, приводятся основные физико-механичекие показатели, используемые в расчетах по МКЭ: наименование грунта, модуль деформации, коэффициент Пуассона, угол внутреннего трения, удельный вес, коэффициент сцепления.

Если массив грунта с гофрированными металлическими ограждающими конструкциями по своей структуре является неоднородным, то с учетом особенностей его поперечного сечения указываются зоны, переменные по толщине, где грунт располагается слоями. Если поверхность какого-либо из слоев расположена под углом к горизонтали, то указывается величина этого угла и направление понижения (или повышения). В расчетной модели криволинейные границы слоев грунта допускается спрямлять (осреднение по глубине залегания). Допускается также упрощение формы области локальных грунтовых включений (например, неправильная криволинейная замкнутая область локального включения грунта заменяется прямоугольной областью равной площади).

При использовании мероприятий по изменению свойств грунтов путем применения георешеток или армирования необходимы данные о геометрических и физико-механических характеристиках указанных элементов, а также схеме их раскладки в плане и по высоте массива с указанием мест заанкеривания (если таковые имеются).

Если откос массива грунта укреплен подпорной стенкой или габионами, то необходимы данные по конструкции, геометрии и характеристиках указанных элементов.

При установке металлических гофрированных ограждающих конструкций на фундамент необходимы исходные данные о конструкции фундамента, его размерах, материалах, из которого он изготовлен и глубине заложения. Если для обеспечения устойчивости фундамента используются дополнительные конструктивные мероприятии («подушки» из тощего бетона, сваи и т. п.), то необходимы данные о характеристиках используемых элементов.

Гофрированные металлические ограждающие конструкции при построении расчетной конечно-элементной модели рассматриваются как единые однородные конструкции, моделирование которых выполняется с использованием плоских балочных конечных элементов. Исходными данными для конструкции являются, как правило, погонные: площадь поперечного сечения, момент инерции поперечного сечения, физико-механические характеристики материала конструкции и предельные значения прочностных параметров.

В зависимости от реальных условий закрепления краев конструкции к фундаменту в качестве граничных условий для нее задается шарнирное закрепление или заделка граничных узлов.

Поскольку основной целью расчетов с использованием МКЭ является анализ состояния гофрированной металлической ограждающей конструкции, то наибольший интерес представляет область грунта, расположенная в непосредственной близости от конструкции. Размер конечных элементов определяется из условия корректного определения расчетных параметров состояния в области взаимодействия конструкции с грунтом. Размер конечных элементов рекомендуется принимать не более (0.01-0.02)*L, где L - длина образующей сечения трубы. На расстоянии более 2*R от ограждающей конструкции допускается постепенное увеличение размера конечных элементов до 0.1 *L.

В перечень исходных данных должны быть также включены:

-  расчетные нагрузки с указанием типа нагрузки и ее параметров;

-  технология возведения массива грунта с тоннелем;

-  если предполагается выполнение динамических расчетов (например, на сейсмические воздействия), то необходимы данные о параметрах динамических нагрузок;

-  дополнительные требования Заказчика, если таковые имеются.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

(справочное)

ЗАДАНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ В КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ГОФРИРОВАННЫХ ТРУБ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

1. При моделировании насыпи с трубой с использованием МКЭ из массива грунта и насыпи вырезается фрагмент конечных размеров, показанный на рис. П.3.1. Граница контакта фрагмента с отброшенной частью системы включает:

а) вертикальные боковые линии

б) горизонтальную линию по низу выделенной области

Рис. П.3.1 Фрагмент системы, моделируемый с использованием МКЭ

2.  По нижней линии области рекомендуется моделирование отброшенной части области сплошным Винклеровым основанием.

Жесткость основания определяется по формуле

(П.3.1)

Здесь

b0=1 м-1 – размерная константа, t= 1 м ширина вырезанной из массива области;

Ео – модуль деформации грунта основания на отметке расположения низа вырезанной области основания.

При моделировании границы конечными элементами в узлах элементов устанавливается пружина жесткостью C=К×(l1+l2)/2, где l1 и l2 –длины примыкающих к узлу конечных элементов (Рис. П.3.2)

Затухание на единицу площади границы определяется по формуле

(П.3.2)

где

Е – динамический модуль упругости подстилающего грунта,

r - плотность подстилающего грунта

Рис. П.3.2. Схема расстановки пружин по нижней границе вырезанной области основания

При моделировании границы конечными элементами в узлах элементов нижней границы устанавливаются демпферы с коэффициентом вязкого демпфирования (Рис. П.3.2)

3.  По боковым границам условно выделенной из системы области устанавливается демпфирующая (акустическая или неотражающая) граница. При этом затухание на единицу площади границы определяется по формуле

(П.3.3)

где

а1 и а2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые равными по таблице П.3.1

3.1.

Зависимость безразмерных коэффициентов от коэффициента Пуассона

Безразмерные коэффициенты	Коэффициент Пуассона
0	0,25	0,45
а1	1	1,095	1,948
а2	1	0,894	0,83

При моделировании границы конечными элементами в узлах элементов боковой границы устанавливаются демпферы с коэффициентом вязкого демпфирования (Рис. П.3.3)

Рис. ПСхема расстановки демферов по боковой границе вырезанной области основания

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

(справочное)

НОРМИРОВАНИЕ АМПЛИТУДЫ УСКОРЕНИЙ РАСЧЕТНЫХ АКСЕЛЕРОГРАММ

При задании сейсмического воздействия рекомендуется принимать зависимости между максимальной расчетной амплитудой ускорений основания на площадке строительства A и преобладающим периодом.

(П.4.1)

где

a1 = 1.8;

a2 = 4.1;

a=0.0946lg +0.142;

b=0.0158lg +0.0586;

c = 0.4 ,

- допустимая вероятность превышения максимальной амплитудой расчетного значения; величина зависит от степени ответственности здания, сооружения и принимается в соответствии с данными таблиц П.6.1. – П 6.3

Расчетная амплитуда ускорения основания А выражена в долях “g”, где

g – ускорение свободного падения.

Коэффициент x назначается в зависимости от сейсмичности территории по картам А, B,C и расчетной сейсмичности (класса сейсмостойкости) сооружения К по таблицам П. В 1-3.

4 1.

Значения x для сооружений, проектируемых по карте С

К, баллы	Сейсмичность в баллах по картам	lgx
А	B	C
9	9	9	9	-2.25
9	8	9	9	-2,0
9	8	8	9	-1.3
9	9	8	7	-1.3
8	8	8	8	-2.25
8	7	8	8	-2,0
8	7	7	8	-1.3
8	-	7	8	-1.3
7	7	7	7	-2.25
7	-	7	7	-2,0
7	-	-	7	-1.3

4.2.

Значения x для сооружений, проектируемых по карте B

К, баллы	Сейсмичность в баллах по картам	lgx
А	B	C
9	9	9	9	-2
9	8	9	9	-1.7
8	8	8	9	-4
8	7	8	9	-4
8	8	8	8	-2
8	7	8	8	-1.7
7	7	7	8	-2
7	-	7	8	-1.7
7	7	7	7	-2
7	-	-	7	-1

4.3.

Значения x для сооружений, проектируемых по карте A

К, баллы	Сейсмичность в баллах по картам	lgx
А	B	C
9	9	9	9	-1.8
8	8	9	9	-5
8	8	8	9	-3.6
8	8	8	8	-1.75
7	7	8	9	-6
7	7	8	8	-6
7	7	7	8	-1.75
7	7	7	7	-1.75

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

(справочное)