Нагрузки и деформации
Прежде чем анализировать типы нагрузок и деформаций, необходимо определить основные факторы.
1. Сила тяжести, оказывающая воздействие на конструктивные элементы труб:
2. Грунтовые нагрузки: обусловлены характеристиками почвы, которые зависят от метода установки труб, типа упоров, степени уплотнения и типа наполнителя. Все это приводит к вертикальным, горизонтальным и боковым нагрузкам.
3. Транспортные нагрузки: в основном зависят от движения транспортных средств над трубой и от типа дорожного покрытия.
4. Силы подземных вод: гидростатическое напряжение, создаваемое подземными водами. Кроме того, в экстремальных условиях должны учитываться климатические факторы (ветер, снег, изменения температуры и т.д.), а также сейсмические и реологические факторы.
В результате основными нагрузками, на которые необходимо обращать внимание, являются: внутреннее давление, почвенные и транспортные нагрузки.
Как характеристики трубы, так и условия ее эксплуатации играют важную роль в ее устойчивости и деформации.
Расчеты характеристик грунта, учитываемых при расчете нагрузки, включают:
Модуль сжатия в различных зонах обратной засыпки и траншеи, E1, E2, E3 y E4, в Н/мм2.
Можно рассматривать четыре типа грунта:
В соответствии со значениями угла внутреннего трения обратной засыпки (ρ), без данных испытаний, по стандарту UNE 53331 рекомендуются следующие значения:
Тип грунта |
Угол внутреннего трения, ρ |
1 |
35⁰ |
2 |
30⁰ |
3 |
25⁰ |
4 |
20⁰ |
Исходя из угла внутреннего трения обратной засыпки, ρ, угол трения обратной засыпки относительно стенок траншеи (ρ’) определяется с учетом следующих условий:
Уплотнение |
ρ’ |
Засыпка уплотняется слоями по всей высоте траншеи |
ρ |
Засыпка уплотняется слоями у трубы без уплотнения остальной части траншеи |
2/3 ρ |
Засыпка траншеи с последующим уплотнением |
1/3 ρ |
Траншея с укрепленными стенками без последующего уплотнения, таблица не используется |
0 |
Коэффициенты бокового давления обратной засыпки определяются следующим образом:
K1: коэффициент обратной засыпки, используемый над верхней образующей трубы.
K2: коэффициент обратной засыпки, используемый вокруг трубы до верхней образующей.
Тип грунта |
K1 |
K2 |
1 |
0,5 |
0,4 |
2 |
0,3 |
|
3 |
0,2 |
|
4 |
0,1 |
Расчет модуля сжатия в различных зонах засыпки и траншеи осуществляется методом CBR (калифорнийское число) с использованием круглой пластины с площадью поверхности 700 см2. Значения Es в Н/мм2 вычисляются посредством следующего уравнения:
Где:
Es: модуль сжатия, Н/мм2
R: радиус нагруженной пластины, мм.
: угол наклона в начале кривой нагрузки (F) — основание (y), полученный в результате теста, в Н/мм.
Если испытания не проводятся, значения E1 и E2 могут быть взяты из приведенной ниже таблицы в зависимости от степени уплотнения, указанной для обратной засыпки, и в зависимости от типа почвы.
Можно принять E1 = E2, когда материал и уплотнение обратной засыпки в обеих областях одинаковы. Значения E3 и E4 должны выбираться в соответствии с фактическими грунтовыми условиями в траншее. Если указанные значения известны, можно считать, что E3 = E2, а при установке под насыпью предполагается, что E1 = E2 = E3.
Для нормальных грунтов значение Е4 получают из приведенной ниже таблицы.
Модуль сжатия Es (Н/мм2) |
||||||
Тип грунта |
% нормальное уплотнение по Проктору |
|||||
85 |
90 |
92 |
96 |
97 |
100 |
|
G1 |
2.5 |
6 |
9 |
16 |
23 |
40 |
G2 |
1.2 |
3 |
4 |
8 |
11 |
20 |
G3 |
0.8 |
2 |
3 |
5 |
8 |
14 |
G4 |
0.6 |
1.5 |
2 |
4 |
6 |
10 |
Транспортные нагрузки
На вертикальные трубы оказывается определенное давление, которое можно охарактеризовать следующим образом:
Концентрированные перегрузки: вызваны точечными нагрузками при движении транспорта, передаваемыми через колеса транспортного средства. Для того, чтобы их получить, необходимо найти значение сосредоточенной нагрузки Pc в кН:
No |
Обоз-е |
Общая нагрузка, (т) |
Кол-во осей |
a (м.) |
b (м.) |
Нагрузка на колесо (Pc) (к) |
|
Переднее |
Заднее |
||||||
1 |
LT 12 |
12 |
2 |
2 |
3 |
20 |
40 |
2 |
HT 26 |
26 |
2 |
2 |
3 |
65 |
65 |
3 |
HT 39 |
39 |
3 |
2 |
1,5 |
65 |
65 |
4 |
HT 60 |
60 |
3 |
2 |
1,5 |
100 |
100 |
Сила подземных вод
Подземные воды в меньшей степени воздействуют на трубы по сравнению с описанными выше силами. Их влияние на нагрузку и деформацию в траншеях незначительное по сравнению с другими параметрами установки.
Важным фактором, связанным с силами грунтовых вод, является плавучесть трубы из-за гидростатических и подъемных сил, для противодействия которым требуется установка балласта определенного размера.
Результаты исследований
Влияние параметров подготовки траншеи и уклона.
Существует несколько внешних факторов, которые можно учитывать для проверки условий монтажа. Факторы, оказывающие наибольшее влияние — рабочее давление, движение транспорта и тип грунта.
Параметры |
Сопротивление (нагрузка) |
Деформация |
Важность |
H1 |
+ |
+ |
• • |
B1 |
+ |
+ |
• |
Рабочее давление |
+ |
- |
• • • • • |
Движение транспорта / дорожное покрытие |
+ |
+ |
• • • • |
Уровень грунтовых вод |
+ |
+ |
• • |
Альфа (2α) |
+ |
- |
• |
Тип грунта / уплотнение |
+ |
+ |
• • • • |
Конструкция трубы (DN, e и материал) |
+ |
+ |
• • • |
Компания Molecor разработала онлайн-приложение для проведения всех необходимых расчетов, которые помогут выбрать наилучшее техническое решение: www.tomcalculation.com
Все расчеты разработаны в соответствии с самым широко распространенным Европейским стандартом UN 53331: 1997 и ATV-DVWK-A 127 E: 2000 «Статический расчет для стоков и канализаций».