авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Напряжённо-деформированное состояние безнапорных железобетонных труб большого диаметра

На правах рукописи

Ракитин Борис Андреевич НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ БЕЗНАПОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Челябинск 2010  

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» на кафедре «Строительные конструкции и инженерные сооружения».

Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Максимов Юрий Васильевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Назаренко Павел Петрович, кандидат технических наук, доцент Шматков Сергей Борисович.

Ведущая организация – ОАО «Технологический институт «ВНИИжелезобетон» (г. Москва).

Защита состоится «7» июля 2010 г. в 10.00 на заседании диссертацион ного совета ДМ 212.298.08 при Южно-Уральском государственном универси тете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, аудитория 1001.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Южно Уральского государственного университета.

Отзывы на автореферат просим высылать в количестве двух экземпля ров, заверенных печатью, по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, Южно-Уральский государственный университет, диссертационный совет ДМ 212.298.08, ученому секретарю Трофимову Б. Я.

Автореферат разослан «01» июня 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор, советник РААСН Б.Я. Трофимов  

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в промышленном, граждан ском и транспортном строительстве значительный удельный вес составляют подземные трубопроводы различного назначения. Практика показала, что од ними из самых долговечных, надёжных и экономичных являются трубопрово ды, изготавливаемые из железобетона.

В результате применения передовых технологий и конструктивных ре шений во всём мире широкое распространение получили безнапорные железо бетонные трубы. Они используются в качестве водопропускных, канализаци онных, дренажных и ливнёвых для отвода атмосферных сточных вод.

Например, в Германии, использование материалов в канализационных системах следующее: бетон/железобетон – 46%, керамика – 40%, пластик – 6%, каменная кладка – 3%, фибробетон – 2%, чугун/сталь – 1%, другие – 1%.

В нашей стране около 60% подземных трубопроводных коммуникаций уже исчерпали нормативный срок службы и около 30% городских безнапорных водоотводящих трубопроводов требуют срочного ремонта или замены. Для ис правления сложившийся ситуации сегодня появились новые технологические решения, обеспечивающие производство безнапорных железобетонных труб, в том числе больших диаметров (более 1000 мм) и построены современные заво ды для их изготовления. В то же время большинство нормативных документов и методик расчёта данного типа конструкций были разработаны в 60 – 80е годы прошлого века и не соответствуют современным требованиям.

Необходимость совершенствования конструктивно-технологических решений безнапорных железобетонных труб также возникла с введением в дей ствие ГОСТ Р 52748–2007, по которому возросли величины нагрузок от транс портных средств (А–14, НК–100.8) на подземные трубопроводы, и появлением на промышленных предприятиях высокопроизводительного оборудования.

Целью работы является выявление особенностей формирования напря жённо-деформированного состояния (НДС) безнапорных железобетонных труб большого диаметра в зависимости от разных видов перемещающейся транс портной нагрузки.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать существующие конструктивные решения желе зобетонных труб и методики их расчёта;

2. Разработать методику натурных испытаний и выполнить экспери ментальные исследования НДС безнапорных железобетонных труб большого диаметра, уложенных в траншее;

3. Исследовать возможность применения безнапорных железобетон ных труб большого диаметра, армированных одинарным цилиндрическим кар касом для строительства подземных трубопроводов при воздействии транс портных нагрузок по ГОСТ Р 52748–2007 (А–14, НК–100.8);

4. Получить и сопоставить результаты экспериментальных и числен ных исследований. Предложить рекомендации по проектированию и изготов лению рассматриваемого типа конструкций;

  5. В заводских условиях изготовить и применить при строительстве подземных трубопроводов в Челябинской области опытную партию безнапор ных железобетонных труб большого диаметра, армированных одинарным ци линдрическим каркасом.

Объектом исследования являются безнапорные железобетонные трубы большого диаметра, армированные одинарным цилиндрическим каркасом.

Предметом исследования является НДС данного типа конструкций в зависимости от высоты засыпки грунтом трубопровода и воздействия различ ных видов транспортных нагрузок.

Научная новизна работы:

1. Для проведения комплексного исследования НДС железобетонных труб была разработана методика натурных испытаний, позволяющая учитывать воздействия на трубопровод различных видов перемещающейся транспортной нагрузки, в том числе соответствующих требованиям ГОСТ Р 52748–2007;

2. Получены экспериментальные данные об изменении НДС безнапор ных железобетонных труб большого диаметра при воздействии перемещаю щейся временной нагрузки, которые показали изменение величины и смещение пика изгибающих моментов, возникающих в стенке трубопровода;



3. Оценена достоверность методов расчёта безнапорных железобетон ных труб, армированных одинарным цилиндрическим каркасом, путём их со поставления с результатами натурных испытаний и подтверждена целесообраз ность применения нелинейной упруго-пластической модели грунта Кулона Мора для расчёта данного типа конструкций.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению без напорных железобетонных труб большого диаметра, армированных одинарным цилиндрическим каркасом, для строительства подземных трубопроводов, обла дающих требуемой прочностью и трещиностойкостью;

2. Внедрены в производство рациональные типы конструкций безнапор ных железобетонных труб под увеличенную на 25% транспортную нагрузку и со сниженной на 18,9% себестоимостью изготовления по сравнению с трубами, выпускаемыми по ГОСТ 6482–88;

3. Результаты научных исследований использованы для разработки тех нологической карты на изготовление безнапорных железобетонных вибропрес сованных труб на ООО «ПКО «Челябинск-стройиндустрия».

Внедрение результатов. На основе результатов работы ООО «ПКО «Челябинск-стройиндустрия» в период с 2008 по 2010 гг. выпустило 540 безна порных железобетонных труб большого диаметра, армированных одинарным цилиндрическим каркасом. Фактическая экономия составила 1 585 440 руб. Эти трубы были использованы строительными организациями, в том числе ООО «Уралгеострой» и ООО «АСКА», при строительстве инфраструктуры на сле дующих объектах: 13 микрорайон г. Челябинска, Копейское шоссе, перекрёсток проспекта Победы и улицы Татищева, Краснопольская площадка г. Челябинска,   ливневый коллектор от перекрёстка Комсомольский проспект – Новоградский проспект до перекрёстка ул. Академика Макеева – 250 лет Челябинску.





Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика испытаний подземных трубопроводов на воз действие различных типов транспортной нагрузки, в зависимости от её пере мещения относительно оси трубопровода;

2. Новые экспериментальные данные о величине моментов, возникаю щих в стенке трубопровода в зависимости от расположения движущейся вре менной нагрузки;

3. Результаты оценки достоверности различных методов расчёта желе зобетонные труб на основании сопоставления с данными натурных испытаний.

Достоверность полученных результатов и основывающихся на них выводах обеспечивается физической корректностью моделей конструкций и грунта, построенных на основе конечных элементов и численных методов, за ложенных в пакете конечно-элементных программ PLAXIS, а также сопостав лением результатов численных расчетов с результатами натурного эксперимен та. Отклонения полученных результатов не превышают 5%.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических конференциях кафедры «Строительные кон струкции и инженерные сооружения» ЮУрГУ (Челябинск, 04.2006, 04.2007, 04.2008, 04.2009), на всероссийской научно-практической конференции «По вышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» (Казань, 15 – 16.05.2008), на первой и второй научных конференци ях аспирантов и докторантов ЮУрГУ (Челябинск, 20.04.2009, 14.04.2010), на международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем» (Челябинск, 12 – 13.05.2009), на втором международном симпозиуме «Проблемы современного бетона и желе зобетона» (Минск, 21 – 23.10.2009), на всероссийской конференции по геотех нике среди студентов, аспирантов и молодых учёных, проводимой Санкт Петербургским государственным архитектурно-строительным университетом (Санкт-Петербург, 3 – 5 февраля 2010).

Технические разработки по внедрению безнапорных железобетонных труб в строительстве подземных трубопроводов были отмечены дипломами программы «100 лучших товаров России» (г. Москва) и «20 лучших товаров Челябинской области» (г. Челябинск).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 пе чатных работах (2 в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций и 4-х приложений. Работа содержит 185 страниц текста, в том числе 62 рисунка, 28 таблиц и список литературы из 106 наименований, в том числе 18 из зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность рассматриваемой темы, приведена общая характеристика работы и её основные положения, выносимые на защиту.

  В первой главе диссертационной работы приведён обзор современного состояния вопроса, конструктивных решений безнапорных железобетонных труб, различных технологий их производства. Рассмотрены различные методи ки учёта давления грунта при расчёте трубопроводов в траншеях, обобщены и проанализированы результаты теоретических и экспериментальных исследова ний давления засыпки на трубопроводы, описаны различные случаи аварий трубопроводов с анализом их причин.

Основу методов определения нагрузок на подземные трубопроводы по результатам экспериментальных исследований заложили отечественные учё ные: Давиденков Н.Н., Давыдов С.С., Дацко Н.Ф., Емельянов Л.М., Малышев М.В., Покровский Г.И., Фёдоров И.С., Сюндюков Г.М., Оспанов С.О. и др.

Среди зарубежных учёных большой вклад в этой области внесли: Терца ги К., Марстон А., Шлик В., Спенглер М. и д.р.

Работы Клейна Г.К., Снитко Н.К., Цытовича Н.А., Соколовского В.В., Терцаги К., Марстона А., Балсона Ф.С. и д.р. легли в основу создания теории определения давления на подземные сооружения.

В настоящее время, в связи с активным развитием производства сборно го железобетона, в строительстве широкое распространение получили бетон ные и железобетонные трубы круглого поперечного сечения, так как они явля ются наиболее технологичными для производства на заводах ЖБИ.

Анализ различных технологий производства железобетонных труб пока зал, что всё большее распространение получает метод вертикального вибро прессования с немедленной распалубкой изделия, благодаря его высокой про изводительности. Этим методом были изготовлены испытываемые трубы.

Безнапорные железобетонные трубы могут выпускаться с двумя типами арматурных каркасов (рис. 1): одинарным и двойным цилиндрическими карка сами. Одинарные каркасы применяются в круглых трубах со стенкой толщиной до 80 мм и диаметром 500 – 1000 мм, а двойные – в трубах с большей толщиной стенки и диаметром 1200 мм и более. Различают железобетонные трубы малых (100 – 500 мм), средних (600 – 1000 мм) и больших диаметров (более 1000 мм).

а – армирование одинарным б – армирование двойным ци цилиндрическим каркасом по линдрическим каркасом по ТУ 5862–060–01227131–2005* ГОСТ 6482– Рис. 1. Схемы армирования поперечных сечений железобетонных труб Анализ состояния вопроса показал, что основную сложность при расчёте подземных трубопроводов составляет определение нагрузок от давления грунта засыпки и от транспортных средств. В связи с недостатком экспериментальных   данных о испытаниях железобетонных труб, уложенных в траншее, затруднена разработка методики расчёта данного типа конструкций и совершенствование их армирования. Поэтому для оценки возможности применения одинарного ци линдрического каркаса для армирования безнапорных железобетонных труб большого диаметра необходимо провести исследования НДС и несущей спо собности данного типа конструкций.

В конце главы сформулированы цель работы и задачи исследования.

Вторая глава посвящена методике проведения натурных испытаний, целью которых было исследование НДС безнапорных железобетонных труб, уложенных в траншее.

Особенность данных испытаний, в отличие от испытаний по ГОСТ 6482–88, состоит в определении изменения НДС трубопровода в зависимости от высоты засыпки грунтом и перемещении относительно оси трубопровода различных видов транспортной нагрузки.

Натурный эксперимент был проведён на 2 опытных образцах железобе тонных труб (рис. 2), внутренним диаметром 1400 мм и полезной длиной 2,5 м, которые армировались одинарным пространственным цилиндрическим карка сом (см. рис. 1а), в отличие от армирования двойным по ГОСТ 6482–88 (см.

рис. 1б) и являлись частью трубопровода общей протяжённостью 55 метров.

Рис. 2. Испытываемая конструкция безнапорной железобетонной трубы боль шого диаметра, армированная одинарным цилиндрическим каркасом Опытные безнапорные железобетонные трубы марки ТСП 140.25– (табл. 1) изготавливались методом вертикального вибропрессования из жёсткой мелкозернистой бетонной смеси класса по прочности на сжатие В30 и армиро вались спиральной (рабочей) арматурой из проволоки 6 мм класса В500С, в качестве продольной (распределительной) арматуры использовались стержни из катанки В–6.5 Ст3пс–УО1.

При расчёте конструкций труб сбор нагрузок был выполнен по СН 00075 «Инструкция по определению нагрузок на подземные трубопроводы», затем определялась величина изгибающих моментов в стенке трубы:

M = 0,318 Pэкв r, (1) где Pэкв – эквивалентная нагрузка и r – средний радиус трубы.

Далее был выполнен расчёт железобетонной трубы на прочность и тре щиностойкость согласно СП 52–101–2003.

  Таблица Армирование безнапорных железобетонных труб одинарным цилиндриче ским каркасом по ТУ 5862–060–01227131–2005* Высота Продоль Марка трубы Толщина № засыпки Спиральное армирова- ное ар по ГОСТ стенки, п/п грунтом, ние миро 6482–88 мм м вание 1 ТСП 120.25-1 2 135 6 мм В500С, шаг 90 мм 2 ТСП 120.25-2 4 135 6 мм В500С, шаг 45 мм 18 6. 3 ТСП 120.25-3 6 135 8 мм В500С, шаг 55 мм мм ка 4 ТСП 140.25-1 2 165 6 мм В500С, шаг 70 мм танка 5 ТСП 140.25-2 4 165 6 мм В500С, шаг 40 мм 6 ТСП 140.25-3 6 165 8 мм В500С, шаг 50 мм При проведении натурных испытаний для определения деформаций ис пользовалась микропроцессорная многоканальная тензометрическая система ММТС–64.01, к которой подключалось 128 тензодатчиков. По замеренным де формациям вычислялись напряжения в поперечном сечении трубопровода, предполагая, что железобетонная труба работает в упругой стадии.

Для регистрации перемещения стенок труб внутри трубы устанавлива лась крестовина для крепления индикаторов часового типа (рис. 3).

Для измерения осадки трубопровода от транспортных средств в подсти лающее основание, использовалась система, состоящая из балки на двух опорах и индикатора часового типа.

Рис. 3. Схема установки измерительного оборудования в поперечном сечении трубопровода Эксперимент проводился при двух различных глубинах заложения тру бопровода (рис. 4):

• Высота засыпки грунтом 1 м;

• Высота засыпки грунтом 2 м (с насыпью из крупнообломочного гравийного грунта плотностью 2,1 т/м3).

  Основание под трубой – грунтовое плоское, засыпка – грунтом плотно стью 1,8 т/м3 с нормальным уплотнением, в соответствии с ГОСТ 6482–88.

Временная нагрузка задавалась 3 видами транспортных средств, которые переезжали трубопровод перпендикулярно его оси: легковым автомобилем TOYOTA COROLLA (полная масса 1 650 кг);

самосвалом КамАЗ 65115 (полная масса 25 200 кг);

карьерным самосвалом БелАЗ 7547 (полная масса 85 000 кг).

Рис. 4. Поперечный профиль траншеи:

а) высота засыпки грунтом 1 м, б) высота засыпки грунтом 2 м (с насыпью) В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследова ний НДС безнапорных железобетонных труб большого диаметра, армирован ных одинарным цилиндрическим кар касом. Данный тип конструкций был испытан двумя способами: 1) по ГОСТ 6482–88 «Трубы железобетон-ные.

Технические условия»;

2) натур-ные испытания труб, уложенных в траншее, по авторской методике.

Испытания труб по ГОСТ 6482– 88 (рис. 5) были выполнены в отделе прочностных испытаний Испытатель ного центра ФГУП ГРЦ «КБ им. ака демика В.П. Макеева» в городе Миасс Челябинской области. Трубы были испытаны на прочность, трещино- Рис. 5. Испытания безнапорной стойкость и водонепроницаемость. железобетонной трубы по ГОСТ 6482–   Во время проведения натурного эксперимента транспортное средство пе ремещалось перпендикулярно оси трубопровода, отсчёты снимались на 11 ос тановках (этапах), расстояние между которыми равнялось 1 м (рис. 6).

Рис. 6. Этапы испытаний Рис. 7. Эпюры изгибаю щих моментов (кН.м), возникающих в попереч ном сечении трубопрово да, при испытаниях карь ерным самосвалом БелАЗ (полная масса 85 000 кг) при высоте засыпки грун том 1 м   На рис. 7 представлены эпюры изгибающих моментов, возникающих в поперечном сечении трубопровода, полученные по результатам вычислений напряжений в наружных фибрах бетона с использованием микропроцессорной многоканальной тензометрической системы ММТС–64.01, при испытаниях карьерным самосвалом БелАЗ 7547 и высоте засыпки грунтом 1 м.

Опыты показали, что перемещение транспортных средств приводит к перемещению зон максимальных изгибающих моментов Мmax по поперечному сечению трубы, что отражено на рис. 7. Наибольшая величина изгибающего момента возникает на 7 этапе испытаний, когда задняя ось транспортного сред ства совпадает с осью трубопровода.

По результатам натурных испытаний были получены зависимости де формирования поперечного сечения железобетонных труб от воздействия раз личных видов транспортной нагрузки (рис. 8).

Рис. 8. Вертикальные и горизонтальные перемещения стенок труб при испыта ниях БелАЗом (нагрузка на переднюю ось 28,340 тс, на заднюю 56,670 тс), мм Четвёртая глава диссертации посвящена численным исследованиям НДС железобетонных труб большого диаметра.

Программа исследований включала проведение расчётов железобетон ных труб методом конечных элементов, с целью разработки рекомендаций по их проектированию и изготовлению.

Для оценки влияния транспортной нагрузки и высоты засыпки грунтом на НДС трубопровода были выполнены статические расчёты труб с использо ванием пакета конечно-элементных программ PLAXIS 2D Version 9, предна значенного для двухмерного расчёта деформаций и устойчивости сооружений.

При численном моделировании массива грунта задавались его физико механические параметры, полученные в лаборатории «Механика грунтов» ЮУрГУ по результатам испытаний проб грунта, отобранных с места проведе ния натурных испытаний.

  Всего было создано 2 расчётные схемы для трёх видов транспортных средств, с 66 вариантами загружений. Грунтовый массив моделировался из 5699 пятнадцатиузловых треугольных конечных элементов. Расчёты двухмер ной модели были выполнены в нелинейной постановке с использованием упру го-пластической модели грунта Кулона-Мора (рис. 9).

Анализ полученных данных подтвердил, что изменение местоположения транспортной нагрузки относительно оси трубопровода приводит к возникно вению различных по величине усилий в поперечном сечении трубопровода. С увеличением глубины заложения трубопровода влияние давления от грунтовой засыпки увеличивается, а от транспортных средств – уменьшается из-за эффек та рассеивания. По мере приближения транспортного средства к трубопроводу, прослеживается общая тенденция к увеличению величин изгибающих момен тов, возникающих в поперечном сечении трубопровода, которая уменьшается с увеличением высоты засыпки грунтом.

Наибольшие деформации массива грунта наблюдались под задней осью транспортного средства. Деформации грунтового массива при испытании само свалом БелАЗ при высоте засыпки грунтом 2 м показаны на рис. 9.

Рис. 9. Напряженно-деформированное состояние окружающего массива грунта при испытании железобетонных труб карьерным самосвалом БелАЗ 7547 (пол ная масса 85 000 кг) при высоте засыпки грунтом 2 м По результатам сравнения величин максимальных изгибающих моментов, возникающих в поперечном сечении трубопровода (табл. 2) при натурных ис пытаниях с расчетными значениями и полученными в пакете конечно элементных программ PLAXIS 2D, можно сделать вывод, что программа PLAXIS 2D дает заниженную величину максимального изгибающего момента в пределах от 0 до 5%. Величины максимальных изгибающих моментов, вычис ленных по инструкции СН 00075, превосходят значения моментов, полученных по результатам натурных испытаний на 15 – 36%.

  Таблица Сравнение величин максимальных изгибающих моментов, кН.м Карьерный само- Грузовой автомо- Легковой автомо свал биль биль БелАЗ 7547 КамАЗ 65115 TOYOTA COROL Метод оп (полная масса (полная масса LA (полная масса ределения 85 000 кг) 25 200 кг) 650 кг) Мmax Высота засыпки грунтом 1м 2м 1м 2м 1м 2м Натурные 18.955 12.998 7.934 8.965 1.915 5. испытания 18.197 12.648 7.537 8.687 1.842 5. PLAXIS 2D (-4%) (-1%) (-5%) (-3%) (-4%) (0%) Инструкция 21.798 16.248 9.630 11.565 2.432 6. СН 00075 (+15%) (+25%) (+21%) (+29%) (+27%) (+36%) На основании проведенных исследований были разработаны рекоменда ции по проектированию и изготовлению железобетонных труб большого диа метра, армированных одинарным цилиндрическим каркасом для строительства подземных трубопроводов.

В заключительной пятой главе приводятся результаты математиче ской обработки экспериментальных данных для получения регрессионных за висимостей (табл. 3) максимальных величин изгибающих моментов, возни кающих в стенке трубопровода при высоте засыпки грунтом H от 1 до 2 м и расстоянии от центра транспортного средства до оси трубопровода L от 0 до м при различных видах транспортной нагрузки. Обработка результатов прово дились в программе Statistica.

В качестве отклика для состава каждой строки плана в трёх опытах фик сировалась величина максимального изгибающего момента, возникающего в стенке трубопровода. Натурные испытания безнапорных железобетонных труб большого диаметра, армированных одинарным цилиндрическим каркасом, про водились по методике, разработанной автором во 2 главе диссертации.

Таблица Расчёт величины максимального изгибающего момента Mmax, возникающего в стенке трубопровода Уравнение регрессии для определения Mmax,кН.м Транспортное средство Mmax= – 0,732 – 0,004L2+3,363H – 0,007H2 (2) Легковой автомобиль Mmax= 4,926+0,073L–0,149L2+2,494H–0,004H2 (3) Самосвал КамАЗ Карьерный самосвал БелАЗ Mmax=15,139+0,128L–0,376L2–0,288H–0,011H2(4) Сопоставляя результаты, полученные, например, на 7 этапе при испыта ниях БелАЗом и высоте засыпки грунтом 2 м, получаем:

Мmax. расч. = 13,130 кН.м и Мmax. экс. = 12,998 кН.м Проверка гипотезы адекватности регрессионных уравнений по критерию Фишера показала, что полученные модели адекватны, так как FэFт. Расхожде ние с результатами натурных испытаний составляли от 1% до 3,4%.

  Вариации основных параметров в случае численного моделирования с использованием МКЭ или расчёт по существующим методикам расчёта трудо ёмки и занимают много времени. Расчёт по регрессионным зависимостям даёт возможность быстро в первом приближении оценить значения расчётных пара метров и при необходимости провести их оптимизацию.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Разработана методика проведения натурных испытаний, позволяющая выполнять комплексное исследование изменения НДС безнапорных железобе тонных труб от воздействия временной нагрузки, отличающаяся возможностью проводить испытания при перемещении транспортной нагрузки относительно оси трубопровода.

2. Выявлена особенность формирования НДС подземного трубопровода, заключающаяся в том, что при боковом расположении временной нагрузки от транспортных средств, когда горизонтальное давление на трубопровод преоб ладает над вертикальным, происходит перемещение зон наибольших усилий и смена знака изгибающих моментов, возникающих в стенке трубопровода.

3. На основе анализа данных натурного эксперимента получены уравне ния регрессии и построены трёхмерные диаграммы, которые позволяют быстро и с достаточной достоверностью определить величину максимального изги бающего момента, возникающего в стенке трубопровода, в зависимости от раз личных сочетаний приложенных к нему нагрузок.

4. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению без напорных железобетонных труб большого диаметра, армированных одинарным цилиндрическим каркасом для строительства подземных трубопроводов, вклю чающие: методику расчёта конструкций по предельным состояниям первой и второй групп, предложения по определению основных конструктивно технологических параметров труб и технологии их изготовления.

5. С использованием пакета конечно-элементных программ PLAXIS 2D исследовано сопротивление силовым воздействиям безнапорных железобетон ных труб диаметром 1400 мм на стадии монтажа трубопровода и его эксплуата ции под транспортные нагрузки, в том числе соответствующие ГОСТ Р 52748– 2007. Выполненные многовариантные численные исследования подтвердили высокую эффективность применения одинарного армирования для безнапор ных железобетонных труб из бетона класса по прочности на сжатие В30 при разной высоте засыпки и дают расхождение с экспериментальными до 5%.

6. Осуществлена реализация результатов работы на ООО «ПКО «Челя бинск-стройиндустрия» и было получено, что изготовление труб с одинарным армированием и утолщённой стенкой позволяет более эффективно использо вать работу бетона и снизить расход металла на 49% при увеличении расхода бетона на 15% по сравнению с типовыми трубами по ГОСТ 6482–88, армиро ванными двойным каркасом. Экономия на разнице стоимости материалов со ставляет 5,51%, а общая экономическая эффективность, по сравнению с труба ми с двойным армированием, составляет 18,9%.

  Основные положения работы опубликованы в 7 научных трудах, из которых №1 и 2 включены в перечень ведущих рецензируемых журналов и из даний для обязательной публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ.

1. Ракитин, Б.А. Исследование напряженно-деформированного со стояния безнапорных железобетонных труб с учётом свойств массива грунта /Б.А. Ракитин, Б.В. Соловьев// Строительная механика и расчёт со оружений. – М.: НИЦ «Строительство», 2008.–№1. – С. 17–22.

2. Ракитин, Б.А. Проектирование и лабораторные испытания безна порных железобетонных труб малого диаметра /Б.А. Ракитин, Б.В. Соловь ев// Вестник Южно-Уральского государственного университета. Строи тельство и архитектура. – Челябинск: ЮУрГУ, 2009. – №6. – С. 25 –29.

3. Ракитин, Б.А. Применение железобетонных труб, изготавливаемых методом вертикального вибропрессования, при строительстве и реконструкции автомобильных дорог /Б.А. Ракитин, Ю.В. Максимов// Сборник научных тру дов всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговеч ности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения». – Ка зань: КГАСУ, 2008. – С. 325–331.

4. Ракитин, Б.А. Применение безнапорных железобетонных труб в транспортном строительстве /Б.А. Ракитин, Ю.Р. Карликанов// Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития евроазиатских транспортных систем». – Челябинск, 2009. – С. 206 – 209.

5. Ракитин, Б.А. Исследование и анализ напряжённо-деформированного состояния безнапорных железобетонных труб и совершенствование методик их расчёта /Б.А. Ракитин// Научный поиск: материалы научной конференции ас пирантов и докторантов. Технические науки. – Челябинск: ЮУрГУ, 2009. – С.105 –108.

6. Ракитин, Б.А. Оценка влияния окружающего массива грунта на на пряжённо-деформированное состояние железобетонных трубопроводов /Б.А.

Ракитин, Ю.В. Максимов// Сборник научных трудов второго международного симпозиума «Проблемы современного бетона и железобетона». – Минск: Мин сктиппроект, 2009. – С. 259 – 266.

7. Ракитин, Б.А. Результаты натурных испытаний безнапорных железо бетонных труб, уложенных в траншее /Б.А. Ракитин// Научный поиск: мате риалы второй научной конференции аспирантов и докторантов. Технические науки. – Челябинск: ЮУрГУ, 2010.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.