Оптимізація геометричних параметрів оправи перегінних тунелів на основі модифікованого методу Метрогіпротрансу
Loading...
Date
2015
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UKR: Мета. Застосовуючи модифікований метод Метродіпротрансу необхідно корегувати розроблені моделі таким чином, щоб у подальшому їх застосування надавало результати, які відповідають реальній поведінці оправи тунелю при взаємодії із оточуючим масивом. Це дослідження дозволяє виконати наукове обґрунтування зменшеної товщини оправи із отриманням значного економічного ефекту. Методика. Для вирішення задачі оптимізації геометричних параметрів оправи перегінних тунелів застосовано метод Метродіпротрансу, який модифіковано у відповідності із основами методу скінченних елементів. На основі отриманих моментів і нормальних сил виконано розрахунок залізобетонних елементів, побудовано графік та встановлено залежність згинальних моментів та нормальних сил від товщини залізобетонного елементу. Результати. Виконані розрахунки довели, що умови міцності виконуються для трьох варіантів, тобто зменшення товщини оправи не призводить до зменшення міцності блоку, що пояснюється можливістю розвитку більших деформацій в сторону ґрунту для більш піддатливої оправи. Розвиток більшого пружного відпору відіграє позитивну роль у формуванні силових факторів, при цьому важливим фактором є зменшення кількості стержнів арматури, що значно зменшує витрати. Можливість застосування Варіанту 3 (товщина елементу – 15 см, кількість арматурних стержнів – 12 штук) із коефіцієнтом запасу 1,6 є найбільш оптимальним для визначених вихідних даних представленої роботи. Таким чином, отримані результати дослідження надають змогу отримання залежностей згинальних моментів та нормальних сил від товщини залізобетонного елементу та обґрунтування геометричних параметрів оправи перегінних тунелів Дніпропетровського метрополітену, однак потребується значний комплекс досліджень для випадків інших інженерно-геологічних умов та зміни матеріалу оправи. Повний комплекс досліджень ставить за мету отримання науково обґрунтованих результатів, які дозволять знизити матеріальні витрати при будівництві Дніпропетровського метрополітену і відповідно заощадити значні грошові кошти. Наукова новизна. Отримана залежність згинальних моментів та нормальних сил від товщини залізобетонного елементу, яка дозволяє для визначеного ґрунту виконати оптимізацію геометричних параметрів оправи перегінних тунелів. Практична значимість. Запропоновані підходи по зменшенню матеріальних витрат при будівництві Дніпропетровського метрополітену.
RUS: Цель. Применяя модифицированный метод Метрогипротранса необходимо скорректировать разработанные модели таким образом, чтобы в последующем их применение предоставляло результаты, которые отвечают реальному поведению обделки тоннеля при взаимодействии с окружающим массивом. Это исследование позволяет выполнить научное обоснование уменьшенной толщины оправы с получением значительного экономического эффекта. Методика. Для решения задачи оптимизации геометрических параметров обделки перегонных тоннелей применен метод Метрогипротранса, который модифицирован в соответствии с основами метода конечных элементов. На основе полученных моментов и нормальных сил выполнен расчет железобетонных элементов, построен график и установлена зависимость изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента. Результаты. Выполненные расчеты доказали, что условия прочности выполняются для трех вариантов, то есть уменьшение толщины обделки не приводит к уменьшению прочности блока, что объясняется возможностью развития больших деформаций в сторону грунта для более податливой обделки. Развитие большего упругого отпора играет позитивную роль в формировании силовых факторов, при этом важным фактором является уменьшение количества стержней арматуры, что значительно уменьшает расходы. Возможность применения Варианта 3 (толщина элемента – 15 см, количество арматурных стержней – 12 штук) с коэффициентом запаса 1,6 является наиболее оптимальным для определенных исходных данных представленной работы. Таким образом, полученные результаты исследования предоставляют возможность получения зависимостей изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента и обоснования геометрических параметров обделки перегонных тоннелей Днепропетровского метрополитена, однако нуждается в значительном комплексе исследований для случаев других инженерно-геологических условий и изменения материала обделки. Полный комплекс исследований ставит целью получение научно обоснованных результатов, которые позволят снизить материальные расходы при строительстве Днепропетровского метрополитена и соответственно сэкономить значительные денежные средства. Научная новизна. Полученная зависимость изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента, которая позволяет для определенного грунта выполнить оптимизацию геометрических параметров обделки перегонных тоннелей. Практическая значимость. Предложены подходы по уменьшению материальных расходов при строительстве Днепропетровского метрополитена.
ENG: Purpose. Applying the Metrogiprotrans modified method it is necessary to correct the developed models so that in subsequent their application gave results which answer of the real conduct of tunnel support at cooperation with a surrounding array. This research allows to execute the scientific ground of the diminished thickness of frame with the receipt of considerable economic effect. Methodology. For the decision of optimization task of running tunnels support geometrical parameters of the Metrogiprotrans method which is modified in accordance with bases of finite elements method is applied. On the basis of the got moments and normal forces the calculation of reinforced concrete elements are executed, the graph is built and dependence of bending moments and normal forces from the thickness of reinforced concrete element is set. Findings. The executed calculations were proved, that the terms of durability are executed for three variants, that diminishment of support thickness does not result in diminishment of block durability, that is explained by possibility of large deformations development toward soil for more pliable support. Development of greater resilient rebuff acts positive part in forming of power factors, here diminishment of amount of armature bars is an important factor, which considerably decreases expenses. Possibility of application of Variant 3 (thickness of element – 15 centimeter, amount of armature bars – 12 things) with the coefficient of the supply 1,6 is most optimum for certain basic data’s of the represented work. Thus, the got results of research give possibility of receipt of bending moments and normal forces dependences from the thickness of reinforced concrete element and ground of running tunnels support geometrical parameters of the Dnepropetrovsk Metro, however needs the considerable complex of researches for the cases of other engineering and geological terms and change of support material. The complete complex of researches puts by a purpose the receipt of the scientifically grounded results which will allow to reduce material charges at building of the Dnepropetrovsk Metro and accordingly economize considerable money facilities. Originality. The collected dependence of bending moments and normal forces from the thickness of reinforced concrete element, which allows for certain soil to execute optimization of running tunnels support geometrical parameters. Practical value. The approaches on decreasing material expenses at building of the Dnepropetrovsk Metro are offered.
RUS: Цель. Применяя модифицированный метод Метрогипротранса необходимо скорректировать разработанные модели таким образом, чтобы в последующем их применение предоставляло результаты, которые отвечают реальному поведению обделки тоннеля при взаимодействии с окружающим массивом. Это исследование позволяет выполнить научное обоснование уменьшенной толщины оправы с получением значительного экономического эффекта. Методика. Для решения задачи оптимизации геометрических параметров обделки перегонных тоннелей применен метод Метрогипротранса, который модифицирован в соответствии с основами метода конечных элементов. На основе полученных моментов и нормальных сил выполнен расчет железобетонных элементов, построен график и установлена зависимость изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента. Результаты. Выполненные расчеты доказали, что условия прочности выполняются для трех вариантов, то есть уменьшение толщины обделки не приводит к уменьшению прочности блока, что объясняется возможностью развития больших деформаций в сторону грунта для более податливой обделки. Развитие большего упругого отпора играет позитивную роль в формировании силовых факторов, при этом важным фактором является уменьшение количества стержней арматуры, что значительно уменьшает расходы. Возможность применения Варианта 3 (толщина элемента – 15 см, количество арматурных стержней – 12 штук) с коэффициентом запаса 1,6 является наиболее оптимальным для определенных исходных данных представленной работы. Таким образом, полученные результаты исследования предоставляют возможность получения зависимостей изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента и обоснования геометрических параметров обделки перегонных тоннелей Днепропетровского метрополитена, однако нуждается в значительном комплексе исследований для случаев других инженерно-геологических условий и изменения материала обделки. Полный комплекс исследований ставит целью получение научно обоснованных результатов, которые позволят снизить материальные расходы при строительстве Днепропетровского метрополитена и соответственно сэкономить значительные денежные средства. Научная новизна. Полученная зависимость изгибающих моментов и нормальных сил от толщины железобетонного элемента, которая позволяет для определенного грунта выполнить оптимизацию геометрических параметров обделки перегонных тоннелей. Практическая значимость. Предложены подходы по уменьшению материальных расходов при строительстве Днепропетровского метрополитена.
ENG: Purpose. Applying the Metrogiprotrans modified method it is necessary to correct the developed models so that in subsequent their application gave results which answer of the real conduct of tunnel support at cooperation with a surrounding array. This research allows to execute the scientific ground of the diminished thickness of frame with the receipt of considerable economic effect. Methodology. For the decision of optimization task of running tunnels support geometrical parameters of the Metrogiprotrans method which is modified in accordance with bases of finite elements method is applied. On the basis of the got moments and normal forces the calculation of reinforced concrete elements are executed, the graph is built and dependence of bending moments and normal forces from the thickness of reinforced concrete element is set. Findings. The executed calculations were proved, that the terms of durability are executed for three variants, that diminishment of support thickness does not result in diminishment of block durability, that is explained by possibility of large deformations development toward soil for more pliable support. Development of greater resilient rebuff acts positive part in forming of power factors, here diminishment of amount of armature bars is an important factor, which considerably decreases expenses. Possibility of application of Variant 3 (thickness of element – 15 centimeter, amount of armature bars – 12 things) with the coefficient of the supply 1,6 is most optimum for certain basic data’s of the represented work. Thus, the got results of research give possibility of receipt of bending moments and normal forces dependences from the thickness of reinforced concrete element and ground of running tunnels support geometrical parameters of the Dnepropetrovsk Metro, however needs the considerable complex of researches for the cases of other engineering and geological terms and change of support material. The complete complex of researches puts by a purpose the receipt of the scientifically grounded results which will allow to reduce material charges at building of the Dnepropetrovsk Metro and accordingly economize considerable money facilities. Originality. The collected dependence of bending moments and normal forces from the thickness of reinforced concrete element, which allows for certain soil to execute optimization of running tunnels support geometrical parameters. Practical value. The approaches on decreasing material expenses at building of the Dnepropetrovsk Metro are offered.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758
Keywords
оправа, перегінний тунель, метод скінчених елементів, згинальний момент, нормальна сила, міцність, обделка, перегонный тоннель, метод конечных элементов, изгибающий момент, нормальная сила, прочность, support, running tunnel, finite elements method, bending moment, normal force, durability, КТОФ
Citation
Тютькін О. Л., Уманська М. І. Уманська
Оптимізація геометричних параметрів оправи перегінних тунелів на основі модифікованого методу Метродіпротрансу. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. Дніпропетровськ, 2015. № 7. С. 90–97. DOI: 10.15802/bttrp2015/66717.