Статические и динамические расчеты труб

Трубы под насыпями дорог испытывают давление грунта и пе­редающееся через грунт насыпи давление временной подвижной нагрузки, находящейся на проезжей части или обочинах. Изнутри на стены труб действует вес воды, который в большинстве случаев уменьшает наружное давление, но увеличивает его на фундамент и основание.

Нагрузка на трубу от веса насыпи зависит не только от высо­ты столба и удельного веса грунта, но и от взаимодействия частиц грунта в процессе их деформаций при уплотнении. В некоторых точках вертикальное давление в железобетонных трубах превышает давление от веса столба грунта над трубой на 20÷40%, а в некоторых случаях – в 1,5÷2,0 раза. Природа увеличения дав­ления грунта на жесткие (условно недеформируемые) трубы чрез­вычайно сложна и приближенно может быть объяснена схемой, приведенной на рис.11.

В процессе послойной засыпки тела жесткой трубы одновремен­но с двух сторон возрастает боковое давление, но труба сущест­венно не деформируется. По мере возрастания слоя над трубой начинает увеличиваться вертикальное давление. В процессе уплот­нения насыпи толща грунта над трубой (см. рис. 10, зона II) оседает на величину S₂, а соседние зоны I – на величину S₁. Зоны разных осадок разделены условными вертикальными плоскостя­ми I – I и II – II, к которым приложены силы трения и сцепления боковых объемов грунта, двигающихся вниз по отношению к цент­ральному объему II и пригружающему его.

 

Рис. 11. Схемы для определения давления на железобетонную трубу:

 а – прямоугольную; б – круглую

 

Полное вертикальное p_v и горизонтальное р_h давления на трубы определяют суммированием давлений от постоянной и временной нагрузок. При этом расчетное горизонтальное р_h давление определяют с коэффициентом надежности 1,3 в зависимости от нагрузки, высоты засыпки трубы по оси дороги и свойств грунта засыпки. Расчетное вертикальное p_v давление – в зависимости от вида транспортной (колесной) нагрузки и давления грунта насыпи.

Фактически железобетонные трубы не являются абсолютно жесткими и в процессе засыпки немного деформируются (рис. 12, а). Деформации трубы заканчиваются тогда, когда пассив­ный отпор грунта по боковым поверхностям будет равен давлению стенок трубы. При слабо уплотненной насыпи возможно разруше­ние трубы, так как большие деформации вызовут изгибающие мо­менты в продольных сечениях трубы больше предельных по не­сущей способности. Армирование круглых железобетонных труб следовало бы выполнять в соответствии с эпюрой моментов (см. рис.12, б, в). При таком армировании необходимо указывать, где располагается верх трубы, что не отвечает требованиям тех­нологии строительства. Исходя из условий обеспечения скоростно­го строительства при соблюдении прочности в круглых трубах уста­навливают рабочую арматуру по внутреннему и наружному пери­метрам (см. рис.12, г), что позволяет укладывать звенья в любом положении. С целью использования однотипной технологии навив­ки многие заводы-изготовители располагают внутреннюю рабочую арматуру после распределительной, считая от внутренней поверх­ности (см. рис. 8, а).

Расчет конструкции трубы на прочность производят по правилам расчета изгибаемых железобетонных элементов. Предельное раскрытие трещин равно 0,02 см.

 

Рис. 12. Схемы деформаций круглых труб:

а) – деформации жесткой (железобетонной) трубы; б) – эпюра изгибающих моментов; в) – армирование в соответствии с эпюрой моментов;

г) – армирование с учетом технологии строительства; 1 – рабочая арматура;

2 – распределительная арматура; 3 – наружная рабочая арматура;

4 – внутренняя рабочая арматура

 

Прямоугольные железобетонные трубы рассчитывают как рамные конструкции на упругом основании. При определении усилий в сечениях прямоугольной трубы с небольшой высотой засыпки следует рассматривать несколько схем загружения временной под­вижной нагрузкой – над трубой и в пределах призм обрушения с одной или двух сторон. Подбор сечений производят по правилам расчета внецентренно сжатых элементов.

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИПОВОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ТРУБЫ