Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук
Специальность 05.23.11 Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)
Научный руководитель: д.т.н., проф. Меркин В.Е.
Ведущая организация: ОАО «МЕТРОГИПРОТРАНС» Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:
1. Мировой современный опыт применения в тоннелестроении СФБ свидетельствует о его высокой эффективности при изготовлении сборных обделок. Вместе с тем, существующие в отечественной практике методики расчета не в полной мере учитывают особенности работы материала при их проектировании.
2. Разработана математическая численная модель статической работы СФБ, в которой предусмотрен учет физически нелинейной работы материала с использованием диаграммы состояния «0-е».
3. На основе математической модели статической работы СФБ разработана математическая модель конструкции сборной тоннельной обделки из СФБ.
4. Теоретические исследования, выполненные на модели сборной СФБ обделки, показали, что для тоннельных обделок диаметрами 5,5-6,0 м применение СФБ целесообразно как в виде самостоятельного армирования, так и в комбинации со стержневой арматурой, в зависимости от сочетания действующих в сечении нормальной силы N и изгибающего момента М.
5. Результаты проведенных экспериментальных исследований статической работы СФБ на контрольных образцах-балках размерами 15х 15x60 см, подтвердили адекватность математической модели статической работы СФБ и позволили описать характер работы материала на разных этапах деформирования, трещинообразования и разрушения, выделить 3 характерных стадии работы материала: 1 - работа СФБ без трещин; 2 - работа СФБ с трещинами, величина раскрытия которых допускается по условиям второй группы предельных состояний; 3 - работа СФБ с трещинами, величина раскрытия которых допускается по условиям первой группы предельных состояний.
6. На основании экспериментально установленных зависимостей «Нагруз-ка-нрогиб», характеризующих энергию, затрачиваемую на деформирование, трещинообразование и разрушение, были определены физико-механические характеристики СФБ с разными типами фибры и построены расчетные диаграммы «а-£».
7. Разработана методика и алгоритм расчета СФБ тоннельных конструкций, реализованный в прикладной программе «NLSFRC». Данные методика и алгоритм обладают достаточной общностью и могут так же рассматриваться как основа для расчета обделок армированных синтетической фиброй.
8. Разработаны рекомендации по выбору эффективного типа стальной фибры для тоннельных конструкций, а также рекомендации по обоснованию рациональных конструктивных параметров сборных СФБ тоннельных обделок.
9. Результаты исследований учтены НПО «Мостовик» при разработке проекта экспериментальной обделки перегонного тоннеля Омского метрополитена из СФБ. Замена типового варианта армирования обделки на армирование стальной фиброй позволило получить расчетный экономический эффект по стоимости обделки 18% за счет снижения трудозатрат на изготовление арматурных каркасов.
Диссертация состоит из 5 глав.
1-я глава диссертации посвящена анализу проектных решений существующих ФБ конструкций различного назначения, анализу методик расчета фибробетонных конструкций, применяемых в отечественной и зарубежной инженерной практике, который позволил установить особенности статического расчета СФБ конструкций. В главе приведен также анализ состояния нормативной базы проектирования подземных сооружений из ФБ.
Во 2-й главе представлены теоретические исследования математической модели статической работы СФБ и модели сборной СФБ тоннельной обделки с учетом особенностей работы материала после образования трещин.
3-я глава посвящена экспериментальным исследованиям работы СФБ с использованием стальной фибры разной геометрической формы и с разной дозировкой, на основании которых были построены графики «Нагрузка-прогиб» и определены физико-механические характеристики материала.
В 4-й главе даются описание и основные положения разработанной методики расчета сборных СФБ тоннельных обделок (далее Методика), приводится пример расчета перегонного тоннеля на объектах Омского метрополитена с использованием разработанной методики расчета.
В 5-й главе сформулированы рекомендации по проектированию ФБ тоннельных конструкций, которые включают указания по выбору рационального типа стальной фибры для армирования обделок и рекомендации по назначению эффективных конструктивных параметров обделки и стыков.
Специальность 05.23.11 Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)
Научный руководитель: д.т.н., проф. Меркин В.Е.
Ведущая организация: ОАО «МЕТРОГИПРОТРАНС» Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:
1. Мировой современный опыт применения в тоннелестроении СФБ свидетельствует о его высокой эффективности при изготовлении сборных обделок. Вместе с тем, существующие в отечественной практике методики расчета не в полной мере учитывают особенности работы материала при их проектировании.
2. Разработана математическая численная модель статической работы СФБ, в которой предусмотрен учет физически нелинейной работы материала с использованием диаграммы состояния «0-е».
3. На основе математической модели статической работы СФБ разработана математическая модель конструкции сборной тоннельной обделки из СФБ.
4. Теоретические исследования, выполненные на модели сборной СФБ обделки, показали, что для тоннельных обделок диаметрами 5,5-6,0 м применение СФБ целесообразно как в виде самостоятельного армирования, так и в комбинации со стержневой арматурой, в зависимости от сочетания действующих в сечении нормальной силы N и изгибающего момента М.
5. Результаты проведенных экспериментальных исследований статической работы СФБ на контрольных образцах-балках размерами 15х 15x60 см, подтвердили адекватность математической модели статической работы СФБ и позволили описать характер работы материала на разных этапах деформирования, трещинообразования и разрушения, выделить 3 характерных стадии работы материала: 1 - работа СФБ без трещин; 2 - работа СФБ с трещинами, величина раскрытия которых допускается по условиям второй группы предельных состояний; 3 - работа СФБ с трещинами, величина раскрытия которых допускается по условиям первой группы предельных состояний.
6. На основании экспериментально установленных зависимостей «Нагруз-ка-нрогиб», характеризующих энергию, затрачиваемую на деформирование, трещинообразование и разрушение, были определены физико-механические характеристики СФБ с разными типами фибры и построены расчетные диаграммы «а-£».
7. Разработана методика и алгоритм расчета СФБ тоннельных конструкций, реализованный в прикладной программе «NLSFRC». Данные методика и алгоритм обладают достаточной общностью и могут так же рассматриваться как основа для расчета обделок армированных синтетической фиброй.
8. Разработаны рекомендации по выбору эффективного типа стальной фибры для тоннельных конструкций, а также рекомендации по обоснованию рациональных конструктивных параметров сборных СФБ тоннельных обделок.
9. Результаты исследований учтены НПО «Мостовик» при разработке проекта экспериментальной обделки перегонного тоннеля Омского метрополитена из СФБ. Замена типового варианта армирования обделки на армирование стальной фиброй позволило получить расчетный экономический эффект по стоимости обделки 18% за счет снижения трудозатрат на изготовление арматурных каркасов.
Диссертация состоит из 5 глав.
1-я глава диссертации посвящена анализу проектных решений существующих ФБ конструкций различного назначения, анализу методик расчета фибробетонных конструкций, применяемых в отечественной и зарубежной инженерной практике, который позволил установить особенности статического расчета СФБ конструкций. В главе приведен также анализ состояния нормативной базы проектирования подземных сооружений из ФБ.
Во 2-й главе представлены теоретические исследования математической модели статической работы СФБ и модели сборной СФБ тоннельной обделки с учетом особенностей работы материала после образования трещин.
3-я глава посвящена экспериментальным исследованиям работы СФБ с использованием стальной фибры разной геометрической формы и с разной дозировкой, на основании которых были построены графики «Нагрузка-прогиб» и определены физико-механические характеристики материала.
В 4-й главе даются описание и основные положения разработанной методики расчета сборных СФБ тоннельных обделок (далее Методика), приводится пример расчета перегонного тоннеля на объектах Омского метрополитена с использованием разработанной методики расчета.
В 5-й главе сформулированы рекомендации по проектированию ФБ тоннельных конструкций, которые включают указания по выбору рационального типа стальной фибры для армирования обделок и рекомендации по назначению эффективных конструктивных параметров обделки и стыков.