Научная статья на тему 'Анализ работы ливневого коллектора «Дражня» в Минске'

Анализ работы ливневого коллектора «Дражня» в Минске Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
162
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНАЛИЗ РАБОТЫ / ЛИВНЕВОЙ КОЛЛЕКТОР "ДРАЖНЯ" / МИНСК

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Арестович А. И., Арестович Д. А.

Представлены результаты полевых и численных исследований работы подземного железобетонного трубопровода ливневого коллектора. Сделаны выводы о причинах перехода трубопровода в предельное состояние.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Арестович А. И., Арестович Д. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analysis of the Minsk Storm Collector «Drajnia» Operation

The paper presents results of natural and numerical researches on operation of the underground ferroconcrete pipeline of a storm collector. Conclusions are drawn on the reasons of pipeline transition in a limiting state.

Текст научной работы на тему «Анализ работы ливневого коллектора «Дражня» в Минске»

УДК 624.04

АНАЛИЗ РАБОТЫ ЛИВНЕВОГО КОЛЛЕКТОРА «ДРАЖНЯ»

В МИНСКЕ

Канд. техн. наук, доц. АРЕСТОВИЧА. И., инж. АРЕСТОВИЧ Д. А.

УП «ЦНТУС»

Ливневый коллектор «Дражня» состоит из железобетонных безнапорных труб, камер и колодцев. Среднее расстояние между камерами -50 м. Трубы использованы марки РТ-20Н круглого поперечного сечения, безнапорные со ступенчатой формой раструба (рис. 1).

На участке коллектора длиной 25 м были выявлены повреждения трубопровода в виде изменения диаметра. Так, внутренний горизонтальный диаметр Вгор = 227 см, а вертикальный ^верт = 160 см. На горизонтальной и вертикальной осях сечения образовались четыре пластических шарнира (рис. 2). Обрывов арматуры не наблюдалось.

Наружная часть трубки

Наружная часть трубки

Ф10 Б400 "Шаг 0 00

?Ф8 А-1

|Шаг 300

_Ф> 10 Б400 Шаг 100

Внутренняя часть труьки

Рис. 1. Труба канализационная марки РТ-20Н

С целью определения причин, приведших трубопровод в предельную стадию работы, было выполнено численное исследование напряженно-деформированного состояния участка трубопровода длиной 25 м на четыре загружения.

Загружение 1. Нагрузка от веса грунта и трубы. Трубопровод на спрофилированном ложе материкового грунта, угол обхвата 90° [1, с. 367, табл. 4.90].

Загружение 2. Нагрузка от веса грунта, трубы и бульдозера. Трубопровод на спрофилированном ложе материкового грунта, угол обхвата 90° (рис. 3 а).

Загружение 3. Нагрузка от веса грунта и трубы. Трубопровод на насыпном и частично на материковом грунте.

Загружение 4. Нагрузка от веса грунта, трубы и бульдозера. Трубопровод на насыпном и частично на материковом грунте (рис. 3б).

Вес грунта и трубопровода учитывался с коэффициентом надежности по нагрузке у/ = 1,35. Вес бульдозера - 60 т при у/ = 1,0 [2, с. 451]. Траншея на участке 15 м (рис. 3б) отрыта с «перебором» грунта на 37 см и проектная отметка достигается досыпкой грунта без уплотнения, а на двух участках трубопровода длиной по 5 м трубопровод укладывается на спрофилированное ложе. После монтажа трубопровода траншея засыпается. Засыпка может выполняться бульдозером. Загружения 3 и 4 предполагают движение бульдозера вдоль траншеи, когда одна из гусениц расположена над продольной осью трубопровода.

Рис. 2. Сплющивание труб коллектора

а

б

-\ ! 1 2

^ f [2,68 м

Рис. 3. Трубопровод: а - на материковом грунте (загружения 1, 2); б - на насыпном и частично на материковом грунте (загружения 3, 4)

Материковый грунт - это песок средней крупности, гравелистый или крупный. Модуль упругости материкового грунта Е = 39,2 МПа = = 4000 т-с/м2. Насыпной грунт имеет модуль упругости Е = 0,1 МПа = 10 т-с/м2. Коэффициент Пуассона грунтов ц = 0,28 [3, с. 12, табл. 1.4].

Класс бетона по прочности на сжатие труб В24 = С20/24. Модуль упругости бетона Е = = 29400 МПа = 3000000 т-с/м2. Расчетное сопротивление бетона по прочности: на сжатие fcd = =fck/jo = 19,2/1,5 = 12,8 МПа = 1305 т-с/м2; на растяжение fctd =fckJyc = 1,5/1,5 = 1,0 МПа = 102 т-с/м2. Коэффициент Пуассона бетона ц = 0,2.

Армирование трубы выполнено арматурой класса S400 диаметром 10 мм с шагом 100 мм. Расчетное сопротивление fyd = 365 МПа = = 37200 т-с/м2.

Расчет произведен по программе «Лира 9.4» [4]. Конечно-элементная модель трубопровода и грунта описана следующими конечными элементами (КЭ):

• бетон - КЭ типа 36, универсальный пространственный восьмиузловой изопараметри-ческий объемный элемент;

• арматура - КЭ типа 10, универсальный пространственный стержень;

• грунт материковый и насыпной - КЭ типов 34 и 36, универсальные пространственные шести- и восьмиузловые изопараметрические объемные элементы.

Сжимаемая толща грунта принята равной трехкратному диаметру трубы [3, с. 95]. В нижние узлы сжимаемой толщи в конечно-элементную модель устанавливались связи по трем направлениям декартовой системы осей координат. Боковое давление грунта считалось равным нулю на удалении также равном трехкратному диаметру трубы. В узлах КЭ, расположенных на контурных вертикалях, устанавливались связи по горизонтальному направлению.

Рис. 4 иллюстрирует объемный суперэлемент поперечника трубопровода и грунта конечно-элементной модели толщиной 0,1 м. Конечно-элементная модель состоит из 21750 КЭ и 37148 узлов. Порядок системы линейных алгебраических уравнений - 216250.

Ниже приведем некоторые результаты расчета поперечника с трубопроводом на подсыпке, соответствующие загружению 4. Изополя вертикальных перемещений поперечника на L/2 приведены на рис. 5.

Изополя вертикальных перемещений трубы показаны на рис. 6.

Загру жение 1

0,1м

->х

-1700,790 -141:5,909 -1132,727 -849545 -56(5,363 -2835,182 -16,9992 0

Загружение 2

Изополя перемещений по Z(G) Единица измерения - мм

Z

А

^.........рф \ V * ''' / . / / / / / Ж/ / / < ' /' / / \ \ \ \ \

Рис. 4. Суперэлемент конечно-элементной модели Рис. 5. Изополя вертикальных перемещений поперечника с трубо-

трубопровода в грунте

проводом на подсыпке с нагрузкой от бульдозера при L/2

Из рис. 6 следует, что максимальное вертикальное перемещение трубопровода составляет 46,655 мм.

Изополя главных напряжений Ы1 и N в трубе показаны на рис. 7 и 8 соответственно.

Эпюра продольных усилий в арматуре представлена на рис. 9.

Загружение 2

Изополя перемещений по Х(^) Единица измерения - мм

-46,655 -42,287 -37,966 -33,645 -29,324 -25,003 -20,662

Ал

Рис. 6. Изополя вертикальных перемещений трубопровода на насыпном грунте с нагрузкой от бульдозера

-6,852 -0,068 0,068 255,613 511,226 766,839 1022,452 1278,065 1535,212

Литера Загружение 2

Изополя главных напряжений N

Средний слой

Единица измерения - т/м2

А

'--> г

Рис. 7. Изополл главных напряжений N1 трубы на насыпном грунте с нагрузкой от бульдозера на Ь/2

Рис. 8. Изополя главных напряжений трубы на насыпном грунте с нагрузкой от бульдозера на L/2

Загружение 2

Миксимальное у силие 0,172408

Рис. 9. Эпюра продольных усилий в арматуре на насыпном грунте с нагрузкой от бульдозера на L/2

Анализ рис. 7, 8 свидетельствует о том, что максимальное значение М = 1535,212 тс/м2 > > = 102 тс/м2. На вертикальной оси сечения (внизу) образуется зона разрушения бетона, которая распространяется на нижнюю половину трубы (рис. 7). Зона разрушения бетона появляется в верхней части трубы, так как |-3| = = 1372,279 тс/м2 > ^ = 1305 тс/м2. Напряжения в арматуре: • сжатой ^ = 0,231/0,000157 = 1471 тс/м2 < < У = 37200 тс/м2;

Результаты р

• растянутой с+ = 0,172/0,000157 = 1096 тс/м2 < < ^ = 37200 тс/м2.

Результаты расчетов трубопровода по различным вариантам загружения (с нагрузкой от веса бульдозера и без нее) с разными вариантами укладки трубопровода на грунт (на спрофилированное ложе материкового грунта с углом обхвата ~90° и на подсыпку толщиной 37 см) представлены в табл. 1.

Таблица 1

трубопровода

Нагрузка Трубопровод Арматура

Вертикальное перемещение, мм Главные напряжения, тс/м2 Усилия, тс Напряжения, тс/м2

N1 N2 N3 -^тах ^тт ^тах

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Грунт Материк Вес грунта и трубы -22,228 184,744 трещины на вертикальной оси на неполную толщину стенки 89,00 -145,419 -0,148 0,030 942,7 191,1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Материк Вес грунта, трубы и бульдозера -22,83 221,197 трещина на вертикальной оси (внизу) на неполную толщину стенки 96,186 -165,748 -0,164 0,038 1044,5 242,0

Грунт й Вес грунта и трубы -44,998 1425,068 разрушение бетона нижней части трубы 72,792 -1258,891 -0,212 0,158 1350,3 1006,4

л о « о с Вес грунта, трубы и бульдозера -46,655 1535,212 образование зон разрушение бетона в нижней и верхней части трубы 86,061 -1372,279 -0,231 0,172 1471,3 1095,5

В Ы В О Д Ы

1. Разрушение бетона подземного трубопровода имеет место, когда траншея отрывается с «перебором» материкового грунта и проектная отметка достигается досыпкой нового грунта без уплотнения.

2. Обратная засыпка траншей бульдозером может привести к переходу трубопровода в предельное состояние (на горизонтальной и вертикальной осях сечения трубы образуются четыре пластических шарнира).

3. При устройстве траншей под трубопроводы «перебор» материкового грунта и досыпка нового грунта без его уплотнения до состояния материкового грунта недопустимы.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Справочник проектировщика. Сборные железобетонные конструкции. - М.: Гос. изд-во лит-ры по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1959. -604 с.

2. Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. - М.: Стройиздат, 1974. - 398 с.

3. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Основание и фундаменты / НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1964. - 268 с.

4. Программный комплекс «ЛИРА-Wmdows». - Киев: Факт, 1997. - 137 с.

Поступила 08.12.2010

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.