Przykłady obliczeń konstrukcji przepustów

Embed Size (px)

Text of Przykłady obliczeń konstrukcji przepustów

  • 88

    1. WprowadzenieTradycyjne metody obliczeniowe konstrukcji podatnych

    nie uwzgldniaj wielu czynnikw oraz danych wyjciowych, pozwalajcych na wierne odzwierciedlenie uzyskanych wyni-kw zrzeczywistym zachowaniem tych konstrukcji. Pomimo wszystko metody te s jednak wdalszym cigu szeroko stoso-wane wrd praktykw. Pozytywny wtym przypadku jest fakt jak uczy dowiadczenie autorw artykuu e uzyskiwane wyniki su bezpieczestwu konstrukcji zuwagi na wiele konserwatywnych zaoe, jakie obowizuj wtych metodach analitycznych.

    Jak ju wspomniano wpoprzednim artykule, duo dokad-niejsze odwzorowanie rzeczywistego zachowania si konstrukcji mona uzyska za pomoc oblicze numerycznych zuyciem metody elementw skoczonych [15].

    Zgodnie zzapowiedzi, wcelu zilustrowania sposobu prze-prowadzania oblicze zuyciem metod oblicze przepustw opisanych wpoprzednich trzech artykuach zniniejszego cy-klu, poniej zestawiono wybrane dla czytelnikw przykady oblicze. Zakres itematyk tych przykadw dobrano wten sposb, aby pomimo szczupych ram artykuu byy one wjak najwikszym wszechstronne.

    Dla przypomnienia oraz dla nowych czytelnikw poniej przytoczono spis artykuw na temat przepustw, ktre suk-cesywnie od dwch lat ukazuj si wkolejnych numerach No-woczesnego Budownictwa Inynieryjnego [15, 16]:

    1. ARTYKU WPROWADZAJCY2. ASPEKTY PRAWNE PROJEKTOWANIA, BUDOWY

    IUTRZYMANIA PRZEPUSTW3. PRZEPUSTY TRADYCYJNE4. PRZEPUSTY NOWOCZESNE5. PRZEPUSTY JAKO PRZEJCIA DLA ZWIERZT6. MATERIAY DO BUDOWY PRZEPUSTW

    CZ. I, CZ. II7. METODY OBLICZE KONSTRUKCJI PRZEPUSTW

    CZ. I OGLNE ZASADY OBLICZE8. METODY OBLICZE KONSTRUKCJI PRZEPUSTW

    CZ. II TRADYCYJNE METODY OBLICZE9. METODY OBLICZE KONSTRUKCJI PRZEPUSTW

    CZ. III NOWE METODY OBLICZE10. METODY OBLICZE KONSTRUKCJI PRZEPUSTW

    CZ. IV. OBLICZENIA PRZEPUSTW METOD ELE-MENTW SKOCZONYCH MES

    2. Przykady obliczeniowe przepustw wykonanych ze sztywnych rur osonowych

    Przepusty wykonane ze sztywnych rur konstrukcyjnych uo-one wgruncie praktycznie nie odksztacaj si pod wpywem dziaajcego na nie obcienia eksploatacyjnego, co opisano wpoprzednich artykuach [15]. Jak ju wczeniej wykazano wwielu opracowaniach dotyczcych tej tematyki, brak wsp-pracy przekroju wprzenoszeniu obcie powoduje siln kon-centracj napre wgrnej idolnej czci rury. Niekorzystny rozkad si wystpuje wszczeglnoci wsytuacji, gdy grunt znajdujcy si wbocznych strefach rury osonowej zosta sabo zagszczony. Sytuacja ta ma miejsce gwnie podczas wykony-wania przepustw metod wykopu otwartego, gdzie istnieje konieczno staej kontroli stopnia zagszczenia gruntu zasypki wstrefach bocznych zasypki.

    Obecnie dziki intensywnemu rozwojowi technologii wy-konywania konstrukcji przepustw komunikacyjnych coraz czciej stosuje si nowoczesne technologie bezwykopowe. Pod wzgldem pracy konstrukcji wnasypie przepusty wykonywane t technologi nie s naraone na czynniki zwizane znie-prawidowym zagszczeniem zasypki konstrukcji, jak ma to miejsce wprzypadku technologii wykopowych. Jak oglnie wiadomo, rura przepustu wprowadzana jest wnasyp gruntowy bez naruszania jego struktury. Tym samym nie mamy tutaj do czynienia zwczeniej opisanym zjawiskiem braku wsppracy rury zgruntem wstrefach bocznych [8].

    Warunki wykonania oraz pracy podziemnej instalacji sieci przepustowych pod nasypem drogowym lub kolejowym wyma-gaj uycia rur o bardzo wysokiej jakoci iduej wytrzymaoci. Instalowane technologi bezwykopow rury musz spenia szereg rygorystycznych wymaga zarwno zwizanych zich cechami wytrzymaociowymi, jak itrwaociowymi. Materia, zktrego s wykonane, musi posiada du wytrzymao na ciskanie wywoane siami przecisku, by odporny na koro-zj zarwno na zewntrz rury, jak ipochodzc od mediw oraz gwarantowa bezawaryjn prac wykonanej konstrukcji przepustu. Dlatego do wykonywania przepustw t metod stosuje si gwnie rury pracujce wsposb sztywny (beton, polimerobeton, kamionka) oraz psprysty (GRP), co zostao szczegowo opisane wliteraturze przedmiotu.

    Wcelu ilustracji uywanych metod obliczeniowych do ob-liczania konstrukcji zrur sztywnych poniej posuono si przykadem obliczania przedmiotowych konstrukcji zrur ka-

    Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne Listopad Grudzie 2011

    Kraj Metody oblicze konstrukcji przepustw. Cz. V. Przykady oblicze konstrukcji przepustw

    Przepusty w infrastrukturze komunikacyjnej cz. 11

    prof. UZ dr hab. in. Adam Wysokowski, kierownik Zakadu Drg i Mostw, Uniwersytet Zielonogrski

    mgr in. Jerzy Howis, konstruktor, Infrastruktura Komunikacyjna Sp. z o.o., migrd

    mgr in. Danuta Dbska, specjalista, Infrastruktura Komunikacyjna Sp. z o.o., migrd

    Jak ju wspomniano w poprzednich artykuach z niniejszego cyklu, istnieje wiele metod obliczeniowych konstrukcji przepustw zarwno sztywnych, jak i podatnych. Dua liczba obecnie wykonywanych przepustw to konstrukcje podatne, wsppracujce z gruntem. Z uwagi na fakt, e konstrukcje tego typu zostay wprowadzone do praktyki inynierskiej dopiero w ostatnich latach, metody obliczeniowe tych kon-strukcji s w dalszym stopniu udoskonalane. Wi si to rwnie z rozwojem metod numerycznych.

  • 89

    mionkowych wykonywanych metod przecisku dla rnych obcie komunikacyjnych wraz zwyliczeniem dopuszczalnych si przeciskowych [7].

    PRZYKAD 1Naley wykona obliczenia przepustu zrury kamionkowej

    orednicy DN 1200 mm pod lini kolejow wielotorow wy-konanego wtechnologii bezwykopowej. Celem oblicze jest wykazanie odpowiedniej nonoci rury kamionkowej do bu-dowy przepustu kolejowego pod wielotorow lini kolejow.

    Zakresem oblicze objto obliczenia statyczno-wytrzymao-ciowe rur kamionkowych przy obcieniach charakterystycz-nych dla kolejowych przepustw komunikacyjnych wedug normy [21].Dane do oblicze

    Parametry podstawowe rury osonowej przepustu: materia uytej rury kamionka rednica wewntrzna DN 1200 mm rednica zewntrzna 475 + 0/-36 mm grubo cianki 137,5 mm dopuszczalna sia wcisku 6400 kN redni ciar 990 kg/m.

    Wyznaczenie obcieJako obcienie do oblicze przyjto dwa rodzaje oddzia-

    ywa: obcienia stae, tj. ciar wasny konstrukcji, ciar wy-

    posaenia iparcie gruntu obcienia zmienne, tj. obcienia taborem, parcie wiatru

    lub kry.Podstawowym obcieniem staym dziaajcym na konstruk-

    cj przepustu jest obcienie gruntem inawierzchni, gdy ciar wasny rury osonowej moe by wpraktyce pominity. Obcienie gruntem moemy dodatkowo podzieli na obci-enie speniajce rol balastu zalegajcego na konstrukcji oraz jako czynne parcie gruntu przy nieobcionym naziomie.

    Do obcie zmiennych dziaajcych na konstrukcj prze-pustu zaliczamy obcienie taborem (samochodowym, kolejo-wym, tramwajowym) lub ruchem pieszych. Udzia obcienia zmiennego wobcieniu konstrukcji maleje wraz ze wzrostem naziomu, wprzeciwiestwie do obcienia staego, ktrego udzia ronie.

    Wprzypadku obcienia taborem samochodowym klas obcienia przyjto wedug Polskiej Normy PN-85/S-10030 [21].

    rednie pionowe naprenie pE od ciaru gruntu:

    pEv = B h = 0,92 20,00 1,5 = 28,00 kN/m2

    ( )

    ( )bhK

    e bhK

    ,1

    2/1tan2

    2/1tan2

    1,

    1

    = = 0,92

    gdzie: wspczynnik zmniejszajcy h zagbienie przepustu, przyjto h = 1, 50 m b szeroko bryy gruntu obciajcego przepust,

    b = da 3 = 2,55 m

    K1 wspczynnik parcia gruntu, K1 = 0,5 , kt tarcia wewntrznego gruntu.

    Obcienia komunikacyjne: pv, p = 48,00 kN/m2

    pv = p = 48,00 1,31 = 63,00 kN/m2

    = 1,40 0,10(1,50 0,60) = 1,31

    Cakowite obcienie rury:y

    p = (pEv + pv) da = 134,22 kN/m2

    = EZFF

    caa

    N = 69.222.134

    114 = 2,28 > 2,20

    Maksymalna warto siy wciskajcej (niepowodujcej uszko-dzenia rury):

    Vgran. = A

    o

    LD

    max = 6400 kN

    gdzie: LD wytrzymao kamionki na ciskanie podune,

    przyjto LD = 150,00 MPa wspczynnik bezpieczestwa, przyjto = 2,0 max/o stosunek naprenia maksymalnego do red-

    niego wciance rury, przyjto max/o = 2,00 A powierzchnia docisku.

    Zprzeprowadzonych oblicze wynika, e nono przecisko-wych rur kamionkowych DN 1200 mm jest wystarczajca dla wykonania przepustu pod wielotorow lini kolejow wtech-nologii bezwykopowej dla zagbienia do 1,50 m, maksymalna sia przecisku nie moe by wiksza od 6400 kN.

    PRZYKAD 2Naley przeprowadzi obliczenia dla przepustu zrury ka-

    mionkowej orednicy DN 1200 mm pod drog koow wy-konanego wtechnologii bezwykopowej [7]. Obliczenia naley wykona dla rury kamionkowej otakich samych parametrach, jak wprzykadzie 1. Zmieniony zostaje jedynie rodzaj obcienia komunikacyjnego oraz wysoko naziomu nad konstrukcj rury. Jako obcienie oddziaywujce na konstrukcje rury przyj naley tabor samochodowy wedug normy [21].Dane do oblicze

    Parametry podstawowe rury: materia uytej rury kamionka rednica wewntrzna DN 1200 mm rednica zewntrzna 1475 + 0/-36 mm grubo cianki 137,50 mm dopuszczalna sia wcisku 6400 kN redni ciar 990 kg/m.Obcienie: obcienia stae, tj. ciar wasny konstrukcji, ciar wy-

    posaenia iparcie gruntu obcienia zmienne, tj. obcienia taborem samochodo-

    wym, parcie wiatru lub kry.Wyznaczenie obcie

    rednie pionowe naprenie pE od ciaru gruntu

    pEv = B h = 0,86 20,00 3,00 = 51,00 kN/m2

    ( )

    ( )bhK

    e bhK

    ,1

    2/1tan2

    2/1tan2

    1,

    1

    = = 0,86

    Listopad Grudzie Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne

    Metody oblicze konstrukcji przepustw. Cz. V. Przykady oblicze konstrukcji przepustw Kraj

  • 90

    gdzie:

    wspczynnik zmniejszajcy h zagbienie przepustu, przyjto h = 3,00 m b szeroko bryy gruntu obciajcego przepust,

    b = da 3 = 2,55 m K1 wspczynnik parcia gruntu, K1 = 0,5 , kt tarcia wewntrznego gruntu.

    Obcienia komunikacyjne::

    pv, p = 17,00 kN/m2 = 1,40 0,10(3 0,60) = 1,16

    pv = p = 17,00 1,16 = 19,80 kN/m2

    Cakowite obcienie rury