WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Тонкостенные обделки, которые разработал ЦНИИС, имели толщину спинок 8-9 мм и вес не более 3-х тонн на кольцо. Однако реализовать их не удалось: по условиям отливки в заводских условиях, а также взаимозаменяемости новой (из ВЧ50) и серийных обделок (из СЧ20), спинки и ребра при проектировании пришлось утолстить в 1,3 раза, обделка получилась более тяжёлой (3,97 т/м), стоимость её возросла. Одновременно, естественно, возросла её несущая способность по сравнению с серийными конструкциями, в чем по условиям заложения перегонов метро не было необходимости, т.е налицо было неэффективное использование свойств ВЧ50.

Испытания на стенде облегченной обделки из ВЧ50 показали, что прочность её действительно в 1,4-1,5 раза выше прочности серийных обделок, что поставило на реальную основу идею получить облегченную обделку равнопрочной с серийной конструкцией, не применяя дорогой (на 25-30%) и дефицитный высокопрочный чугун ВЧ50, а серый повышенной прочности, например, СЧ35 (или даже СЧ30), стоимость отливок которого, как правило, не превышает более чем на 10-12% стоимость отливок рядового серого чугуна СЧ20, а технология модификации значительно проще технологии получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

В НИЦ "Тоннели и метрополитены" была разработана (автор разработки О. Ю. Антонов) облегченная обделка (масса кольца 3,99 - 4,23 т/м, чугун повышенной прочности СЧ35, СЧ30 соответственно) перегонных тоннелей и шахт метро Ч-51А-НСК-10 (здесь Ч - чугун, 51 - внутренний диаметр в дециметрах, А - авторский индекс, НСК - типы тюбингов: нормальный, смежный, ключевой, 10 - количество тюбингов в кольце). Конструктивная схема и основные параметры обделки в окончательном откорректированном варианте приведены на рис. 2 и таблице 1.

Очевидно, что конструкция Ч-51А-НСК-10 представляет собой вариант классической чугунной обделки с тюбингами Е-образного поперечного сечения, плоскими стыками и болтовыми связями. Более того, тюбинги и кольца её взаимозаменяемы с тюбингами обделки Лентрублита (рис. 2).

Тюбинги обделки, однако, имеют ряд отличий от тюбингов серийных конструкций (конфигурация спинки, ребер жесткости, тонкостенность, высота рабочих ребер, болтовые соединения, проточки под резиновые уплотнители второго гидроизолирующего профиля) и изготавливаются по специально разработанной технологии (рис. 3).

Теоретическому обоснованию, исследованиям и определению эффективных параметров этой обделки, а также разработке на ее основе новых облегченных конструкций станционных и эскалаторных тоннелей метро посвящена в основном настоящая работа.

Обделка Ч-51А-НСК-10 рассчитана на восприятие максимальной, определенной нормами нагрузки на перегонные тоннели отечественных метрополитенов и поэтому может называться унифицированной.

Рис. 2. Конструкция облегченной чугунной обделки для перегонных тоннелей Ч-51А-НСК-10

Таблица 1

Техническая характеристика обделки Ч-51А-НСК-10

Показатель

Значение показателя

Диаметр наружный, мм

5460

Диаметр внутренний, мм

5100

Толщина спинки кольца, мм

12(14)

Объем по наружному очертанию, м3

23,4

Площадь нагнетания раствора, м2

17,2

Количество болтовых скреплений, шт

77

Длина чеканочных швов, м

26,1

Количество тюбингов в кольце

10

в т.ч.:

нормальных

смежных

ключевых

7

2

1

Масса тюбингов, кг

3997 (4320)

Марка чугуна

СЧ35 (СЧ30)

Рис. 3. Поперечные сечения серийной и разработанной в ЦНИИСе обделок

Серийные обделки ДЗМО и Лентрублита данным свойством не обладают, поскольку при заложении в нескальных грунтах (глины, суглинки, валунно-галечниковые отложения, пески) напряжения в критических сечениях обделки превышают расчетные.

Во второй главе представлен анализ результатов проведенных стендовых испытаний серийной обделки (обделка Лентрублит) и облегченной повышенной прочности (Ч-51А-НСК-10). Автором выполнены повторная обработка результатов проведенных в ЦНИИСе стендовых испытаний и их анализ с целью оценки возможности замены существующих серийных обделок на облегченные конструкции ЦНИИС.

Любое изменение конструкции, материала или технологии изготовления тюбингов, могущее отразиться на прочности, трещиностойкости и деформируемости обделки, должно быть всесторонне исследовано и обосновано. Для этого тюбинги и целые кольца обделки необходимо проверить в экстремальных условиях их загружения, в частности, на кольцевом стенде ЦНИИС.

Стендовые испытания обделок на прочность, трещиностойкость и деформируемость на кольцевом стенде ЦНИИС дают наиболее полные и надежные данные по перечисленным параметрам конструкции. Обделки из чугуна СЧ-20 и СЧ 35 испытывалась по общей методике с доведением нагрузки до 1560 кПа, что практически в 2,5 - 3 раза превышает расчетные нагрузки на существующие обделки перегонных тоннелей метро.

Обделки загружались ступенями через 80 кПа до нагрузки 480 кПа и далее через 120 кПа вплоть до нагрузки 1560 кПа, которой ограничены возможности стенда. Как правило, этого оказывается достаточно для разрушения конструкции, т.к. расчетные нагрузки на обделку не превышают 400 (железобетон) и 600 (чугун) кПа.

В описываемых испытаниях на всех ступенях загружения производились следующие измерения:

  • радиальных перемещений тюбингов (в 3-х точках);
  • изменения диаметров ("вертикального", "горизонтального", 2-х наклонных);
  • местных продольных и поперечных деформаций на внутренней поверхности всех тюбингов по ребрам и спинкам;
  • раскрытия стыков между тюбингами с внутренней стороны.

Практически все вновь разрабатывавшиеся обделки, используемые сейчас в отечественном метростроении, проходили испытания на кольцевом стенде ЦНИИС, т.е. получали окончательную рекомендацию на внедрение. Сравнение результатов испытаний различных конструкций, поставленных в одинаковых условиях, даёт надежное основание для выбора лучшего варианта.

Испытания серийной конструкции показали, что продольные относительные деформации в ребрах тюбингов исключительно неравномерны. Растягивающие деформации достигают в ребрах замка 0,00106, т.е. напряжения в них превышают 100 МПа. Максимальные сжимающие деформации при нагрузке 1200 кПа в ребрах тюбинга составляют 0,0059, что соответствует 350 МПа, т.е. почти вдвое превышают расчетные напряжения.

Существенно отличаются друг от друга напряжения в крайних и среднем ребрах. Если учесть, что нагрузка на обделку была доведена до 1560 кПа, то по экстраполяции можно полагать, что напряжения сжатия в ребрах доходят до 400 МПа; при этом разрушений их не происходит.

Напряжения сжатия в спинках тюбингов достигли 80 МПа. Повреждений в спинках не обнаружено. Довольно значительны напряжения растяжения в поперечном направлении. В нормальных тюбингах они соответствуют 60-80 МПа, а в смежных - до 100-120 МПа.

При нагрузке 1200 кПа появилась трещина в соединении продольного и кольцевого бортов в смежном тюбинге. При 1400 кПа продольное ребро было оторвано от тюбинга, однако конструкция продолжала нести возрастающую нагрузку.

При испытании облегченной обделки для перегонных тоннелей первым этапом загружения являлось давление в 500 кПа. Максимальные смещения (шелыга свода) составляют при этом около 3-х см, напряжения сжатия по спинкам - не более 45 МПа, по рёбрам они приближаются к расчетным по сжатию (260 МПа в 2х точках) и не более трети расчетных (35 МПа) - по растяжению.

Опытную обделку (из чугуна марки СЧ 35) не удалось разрушить и даже сколько-нибудь повредить при максимально возможной нагрузке 1560 кПа (почти втрое превышающий расчетную нагрузку на серийные обделки), что однозначно свидетельствует о высокой прочности новой конструкции, о возможности повсеместной замены серийных обделок облегченной конструкцией из серого чугуна повышенной прочности СЧ 35, которая, как теоретически, так и по результатам испытаний, в 1,2 раза прочнее аналогов.

Исследования на кольцевом стенде напряженно-деформированного состояния чугунных обделок из тюбингов марок СЧ-20 и СЧ-35 при упругой работе колец, выявили высокую несущую способность и трещиностойкость обделок. Выполненные испытания показали, что чугунная обделка из СЧ-35 имеет определенные резервы несущей способности даже в экстремальных условиях ее загружения. Рассматриваемая конструкция из чугуна повышенной прочности СЧ 35, прошедшая полный цикл исследований и испытаний может быть рекомендована к повсеместному внедрению на строительстве отечественных метрополитенов.

Третья глава посвящена сравнению результатов натурного испытания и математического численного моделирования воздействия щитовых домкратов на тюбинг облегченной обделки из чугуна повышенной прочности.

Испытания облегченного тюбинга проведены научно-исследовательской и проектно-изыскательской лабораторией «Основания и фундаменты» кафедры «Строительные конструкции и инженерные сооружения» Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск) по разработанной автором и Антоновым О.Ю. методике.

Натурное испытание тюбинга обделки Ч-51А-НСК-10 на действие щитовых домкратов проводилось с целью решения следующих задач:

  • определения напряженно-деформированного состояния тюбинга на каждом шаге загружения;
  • определения нагрузок, при которых в наиболее неблагоприятных сечениях напряжения достигают значений временного сопротивления для чугуна марки СЧ30 (= 300 МПа - временное сопротивление растяжению, = 800 МПа - временное сопротивление сжатию).
  • определения значений разрушающих нагрузок.

Рабочее усилие одного щитового домкрата современного ТПМК - 1150 кН. На один тюбинг обделки давление передается от двух или трех щитовых домкратов, в зависимости от положения тюбинга в кольце обделки.

В ходе испытаний рассматривалось два варианта нагружения тюбинга. Для испытания тюбинга использован гидравлический испытательный пресс типа ИПС-200 Армавирского завода испытательных машин. Наибольшая нагрузка при сжатии 2000 кН.

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ НАГРУЖЕНИЯ

Нагрузка на борт тюбинга прикладывается плитой пресса через распределительную стальную полосу толщиной 40 мм, резиновую прокладку толщиной 30 мм и резинометаллическую прокладку толщиной 10 мм. Нагрузка прикладывалась ступенями. На первых двух ступенях нагрузка равнялась 160 кН и 320 кН, на последующих (вплоть до разрушения) дополнительно на каждом этапе по 80 кН. Схема первого загружения при испытаниях представлена на рис.4.

Для определения фибровых напряжений были использованы рычажные тензометры Гугенбергера с базой 20 мм. Всего установлено 4 тензометра, Т-1 и Т-3 установлены на верхней плоскости борта тюбинга в 50 мм от распределительной плиты пресса, Т-2 и Т-4 - на боковой поверхности ребер жесткости на расстоянии 50-60 мм от борта тюбинга. Для определения вертикального перемещения борта тюбинга был установлен прогибомер на базе индикатора часового типа с ценой деления 0.1 мм. Фотография установки приборов показана на рис.5.

Рис. 4. Схема загружения №1 при испытании тюбинга 51АН



Рис.5. Общий вид установки приборов

ВТОРОЙ ВАРИАНТ НАГРУЖЕНИЯ

Для определения фибровых напряжений при втором варианте нагружения были использованы проволочные датчики сопротивлением 200 Ом в комплекте с измерительной тензометрической системой СИИТ-3. Всего на изделие было наклеено 16 рабочих, 2 компенсационных и 1 контрольный тензорезистор, подключенных к СИИТ-3 по полумостовой схеме. Схема второго загружения при испытаниях представлена на рис.6.

Рис.6. Схема загружения №2 при испытании тюбинга 51АН

После проведения испытаний получены следующие результаты по первому нагружению:

  • Нагрузка, при которой в наиболее неблагоприятных сечениях напряжения достигают временного сопротивления для чугуна марки СЧ30 ( = 300 МПа - временное сопротивление растяжению) составляет 800 кН;
  • Разрушающая нагрузка тюбинга составляет 1194 кН;
  • Максимальные перемещения при нагрузке 1194 кН составили 13 мм.

Результаты по второму нагружению:

  • Нагрузка, при которой в наиболее неблагоприятных сечениях напряжения достигают значений временного сопротивления для чугуна марки СЧ30, составляет 520 кН;
  • Разрушающая нагрузка тюбинга составляет 756 кН;
  • Максимальный прогиб борта тюбинга при нагрузке 756 кН (разрушения) составляет 10,3 мм.

В целях исследования возможности применения современных расчетных комплексов для моделирования сложных испытаний чугунных тюбингов с учетом упруго-пластической работы материала и проверки результатов натурного испытания чугунного тюбинга, нами была создана математическая модель тюбинга, при помощи которой были смоделированы основные этапы натурного испытания тюбинга на воздействие щитовых домкратов.

Математическая модель тюбинга 51Н обделки Ч51А-НСК-10 (Дн = 5,46 м) несколько отличалась от тюбинга, испытанного в натурных условиях. Прежде всего, в модели на 10 мм был увеличен размер вылета диафрагм и на 2 мм толщина каждой диафрагмы, что увеличило предельную нагрузку, которую могла вынести одна диафрагма. Также была изменена марка чугуна с СЧ30 (при натурных испытаниях) на СЧ35 (в предполагаемой конструкции тюбинга). Основные размеры и толщины бортов, ребер, спинки тюбинга остались неизменными.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»