§ 40. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ ОБДЕЛКИ

Прочность предварительно заданных сечений бетонной обделки проверяют в соответствии с указаниями СНиП II-В.1-62.

Напряжения в сечениях обделки не должны превышать расчетных сопротивлений, значения которых для тяжелых бетонов основных марок приведены в табл. 16.

Таблица 16

Характеристики бетона, применяемого для возведения монолитных тоннельных обделок

При расчете прочности элементов обделки, бетонируемых в вертикальном положении (стен), к значениям R при R_и, принимаемым по табл. 16, дополнительно вводят коэффициент условий работы, равный 0,85.

Поперечные сечения монолитных бетонных обделок обычно являются прямоугольными и подвергаются внецентренному сжатию. В зависимости от величины эксцентриситета нормальной силы различают два случая.

При малых эксцентриситетах (е₀ < 0,225h) сечение является сжатым и предельное сжимающее усилие определяют по формуле

,

(118)

где m — коэффициент условий работы, учитывающий отклонение расчетной схемы от действительной (m = 0,9).

При больших эксцентриситетах нормальной силы (e₀ ≥ 0,225h) в сечении возникают растягивающие напряжения. В этом случае предельное сжимающее усилие, соответствующее началу разрушения бетона у растянутой грани сечения, определяют с учетом сопротивления растянутой зоны по формуле

.

(119)

Входящий в эту формулу множитель 1,75 учитывает повышение несущей способности сечения за счет развития пластических деформаций.

Сечения обделок, не находящихся под давлением воды и не подвергающихся воздействию агрессивной среды, можно рассчитывать без учета сопротивления растянутой зоны бетона; при этом усилие

(120)

Однако в этом случае величина эксцентриситета нормальной силы не должна превышать 0,45h, а в растянутой зоне сечения необходимо ставить конструктивную арматуру (суммарной площадью не менее 0,05% площади сечения), что нежелательно по производственным соображениям.

Если прочность сечения недостаточна, т.е. N > N_п, то в конструкцию обделки должны быть внесены коррективы, к которым относятся: повышение марки бетона, армирование растянутой зоны сечения, увеличение его высоты или изменение очертания свода.

Повышение марки бетона нецелесообразно, так как обычно большая часть обделки работает на внецентренное сжатие с малыми эксцентриситетами и, следовательно, недонапряжена. Армирование осложняет процесс бетонирования обделки.

Лучшим решением является изменение очертания верхней части свода с приближением оси обделки к кривой давления от действующих нагрузок.

Используя формулу (120), можно найти величину допустимого эксцентриситета нормальной силы N, действующей в замковом сечении:

.

(121)

Требуемое уменьшение эксцентриситета е₀ – [е₀] должно быть достигнуто плавным изменением очертания оси. Обычно для улучшения условий работы верхней части обделки увеличивают подъемистость свода с одновременным уменьшением радиуса кривизны его в замке. При применении стандартного оборудования для бетонирования обделки (передвижная опалубки) такое решение неприемлемо. В этом случае более целесообразно увеличение высоты сечения в замке, которое повышает жесткость верхней части свода и вызывает некоторое увеличение изгибающего момента в замковом сечении, но позволяет сохранить стандартное внутреннее очертание обделки.

Если предельная сжимающая сила N_п значительно превышает расчетную силу N, возможно уменьшение высоты сечения до значения, которое может быть определено из формулы (119).

При использовании формулы (119) предполагают, что е₀ = const. В действительности как увеличение подъемистости свода, так и уменьшение высоты сечения в замке способствуют уменьшению эксцентриситета. Следовательно, такое изменение конструкции содержит дополнительный запас прочности. При увеличении высоты замкового сечения следует ожидать некоторого увеличения эксцентриситета и назначать высоту сечения с учетом этого обстоятельства.