Чисельний аналіз конструкції перегінних тунелів, що знаходяться в різних рівнях
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Створення методології розробки скінченно-елементних моделей для визначення напружено-деформованого стану (НДС) оправ перегінних тунелів, що знаходяться в різних рівнях. Методика. Застосування чисельного методу скінченних елементів для розрахунку НДС оправ перегінних тунелів по п’яти варіантам розташування, що знаходяться в різних рівнях. Розроблені об’ємні скінченно-елементні моделі на основі просторових елементів, що дозволяють врахувати розміщення перегінних тунелів в оточуючому масиві по глибині та відносно друг друга. Результати. Отримані ізолінії та ізополя напруженого і деформованого станів п’яти варіантів розташування перегінних тунелів. Встановлено, що розміщення перегінних тунелів безпосередньо один над одним та з деяким зміщенням по горизонталі не призводить до збільшення НДС і повністю відповідає потрібним значенням горизонтальних, вертикальних, поздовжніх і дотичних напружень в залізобетонній оправі з урахуванням різного виду навантажень. Наукова новизна. Висновки чисельного аналізу НДС п’яти скінченно-елементних моделей (п’яти варіантів) в програмного комплексі SCAD свідчать про достатній запас міцності бетону для всіх п’яти варіантів оправ перегінних тунелів, що знаходяться в різних рівнях, оскільки розрахункова міцність для бетону класу В30 складає 21 МПа. Практична значимість. На основі результатів аналізу можна рекомендувати запроектовані варіанти конструкцій, що мають високий рівень міцності, до впровадження оправ перегінних тунелів, що знаходяться в різних рівнях, з ме-тою суттєвого зменшення об’ємів використання підземного простору при спорудженні об’єктів метрополітену мілкого закладення в мегаполісах України.
RUS: Цель. Создание методологии разработки конечно-элементных моделей для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) обделок перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях. Методика. Применение численного метода конечных элементов для расчета НДС обделок перегонных тоннелей по пяти вариантам расположения, находящихся в разных уровнях. Разработаны объемные конечно-элементные модели на основе пространственных элементов, позволяющих учесть размещение перегонных тоннелей в окружающем массиве по глубине и относительно друг друга. Результаты. Полученные изолинии и изополя напряженного и деформированного состояний пяти вариантов расположения перегонных тоннелей. Установлено, что размещение перегонных тоннелей непосредственно друг над другом и с некоторым смещением по горизонтали не приводит к увеличению НДС и полностью соответствует требуемым значениям горизонтальных, вертикальных, продольных и касательных напряжений в железобетонной обделке с учетом различного вида нагрузок. Научная новизна. Выводы численного анализа НДС пяти конечно-элементных моделей (пяти вариантов) в программном комплексе SCAD свидетельствуют о достаточном запасе прочности бетона для всех пяти вариантов оправ перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях, поскольку расчетная прочность для бетона класса В30 составляет 21 МПа. Практическая значимость. На основе результатов анализа можно рекомендовать запроектированные варианты конструкций, имеющих высокий уровень прочности, к внедрению обделок перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях, с целью существенного уменьшения объемов использования подземного пространства при сооружении объектов метрополитена мелкого заложения в мегаполисах Украины.
ENG: Purpose. Creation of the methodology for the development of finite element models for determining the stress-strain state (SSS) of lining tunnels located in different levels. Methodology. The application of the numerical finite element method for calculating the SSS of the lining of the running tunnels according to five variants of their location at different levels. The volume finite-element models are developed on the basis of spatial elements, allowing to take into account the location of the running tunnels in the surrounding massif in depth and relatively to each other. Findings. Obtained isolines and contour plots of strained and deformed states of five variants of the location of the running tunnels. It is established that the placement of the running tunnels directly above each other and with some horizontal displacement does not lead to an increase of SSS and fully corresponds to the required values of horizontal, vertical, longitudinal and shear stresses in reinforced concrete lining, taking into account the different types of loads. Originality. Conclusions of the numerical analysis of the SSS of five finite element models (five variants) in the SCAD program complex indicate to a sufficient margin of concrete strength for all five variants of the tunnels located at different levels, since the calculated strength for concrete of the class B30 is 21 MPa. Practical value. On the basis of the analysis results, it is possible to recommend designed versions of structures having a high level of strength to the introduction of running tunnels located at different levels, in order to significantly reduce the using of underground space under construction of subway facilities in shallow contour interval in megalopolises of Ukraine.
RUS: Цель. Создание методологии разработки конечно-элементных моделей для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) обделок перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях. Методика. Применение численного метода конечных элементов для расчета НДС обделок перегонных тоннелей по пяти вариантам расположения, находящихся в разных уровнях. Разработаны объемные конечно-элементные модели на основе пространственных элементов, позволяющих учесть размещение перегонных тоннелей в окружающем массиве по глубине и относительно друг друга. Результаты. Полученные изолинии и изополя напряженного и деформированного состояний пяти вариантов расположения перегонных тоннелей. Установлено, что размещение перегонных тоннелей непосредственно друг над другом и с некоторым смещением по горизонтали не приводит к увеличению НДС и полностью соответствует требуемым значениям горизонтальных, вертикальных, продольных и касательных напряжений в железобетонной обделке с учетом различного вида нагрузок. Научная новизна. Выводы численного анализа НДС пяти конечно-элементных моделей (пяти вариантов) в программном комплексе SCAD свидетельствуют о достаточном запасе прочности бетона для всех пяти вариантов оправ перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях, поскольку расчетная прочность для бетона класса В30 составляет 21 МПа. Практическая значимость. На основе результатов анализа можно рекомендовать запроектированные варианты конструкций, имеющих высокий уровень прочности, к внедрению обделок перегонных тоннелей, находящихся в разных уровнях, с целью существенного уменьшения объемов использования подземного пространства при сооружении объектов метрополитена мелкого заложения в мегаполисах Украины.
ENG: Purpose. Creation of the methodology for the development of finite element models for determining the stress-strain state (SSS) of lining tunnels located in different levels. Methodology. The application of the numerical finite element method for calculating the SSS of the lining of the running tunnels according to five variants of their location at different levels. The volume finite-element models are developed on the basis of spatial elements, allowing to take into account the location of the running tunnels in the surrounding massif in depth and relatively to each other. Findings. Obtained isolines and contour plots of strained and deformed states of five variants of the location of the running tunnels. It is established that the placement of the running tunnels directly above each other and with some horizontal displacement does not lead to an increase of SSS and fully corresponds to the required values of horizontal, vertical, longitudinal and shear stresses in reinforced concrete lining, taking into account the different types of loads. Originality. Conclusions of the numerical analysis of the SSS of five finite element models (five variants) in the SCAD program complex indicate to a sufficient margin of concrete strength for all five variants of the tunnels located at different levels, since the calculated strength for concrete of the class B30 is 21 MPa. Practical value. On the basis of the analysis results, it is possible to recommend designed versions of structures having a high level of strength to the introduction of running tunnels located at different levels, in order to significantly reduce the using of underground space under construction of subway facilities in shallow contour interval in megalopolises of Ukraine.
Description
В. Петренко: ORCID 0000-0003-2201-3593; О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758
Keywords
перегінні тунелі, що знаходяться в різних рівнях, мілке закладення, суцільносекційна оправа, напруження, переміщення, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, перегонные тоннели, находящиеся в разных уровнях, мелкое заложение, цельносекционная обделка, напряжения, перемещения, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, running tunnels; located in different levels, shallow contour interval, all-section lining, tensions, dis-placement, stress-strain state, finite element method, КМТ
Citation
Петренко В. Д. Чисельний аналіз конструкції перегінних тунелів, що знаходяться в різних рівнях / В. Д. Петренко, О. Л. Тютькін, О. Б. Хавін // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. – 2018. – № 13. – С. 75–90. – DOI: 10.15802/bttrp2018/151912.