ОДМ 218.2.001-2009 Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон)

6.2 Выбор параметров сооружения по расчетам напряженно-деформированного состояния

6.2.1 МГТ вместе с окружающей ее грунтовой обоймой образует единую конструкцию, воспринимающую действующие на сооружение нагрузки. МГТ воспринимает в основном растягивающие напряжения и за счет наличия гофры купирует изгибающие моменты. Грунтовая обойма воспринимает сжимающие напряжения. Поэтому допускается применять расчетные схемы, учитывающие только работу МГТ на сжатие, и пренебрегать малыми величинами изгибающих моментов при совместном рассмотрении металлической гофрированной МГТ и грунтовой обоймы.

6.2.2 Минимальный диаметр МГТ назначается на основе гидравлических расчетов (см. приложение Е), толщина стенки МГТ и конструкция грунтовой обоймы проектируются на основе расчета напряженно-деформированного состояния сооружения (см. приложение Ж). МГТ вместе с окружающей ее грунтовой обоймой и основанием должна рассчитываться по предельным состояниям.

К первой группе относятся: расчет на совместное неблагоприятное сочетание силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды; расчет на недопущение разрушения и потери устойчивости.

Расчет по второй группе должен предотвратить чрезмерные деформации сооружения.

Соответствующие расчеты должны выполняться (в случае необходимости) для этапов транспортирования, монтажа, строительства и эксплуатации (приложение В).

6.2.3 Для учета возможных резонансных воздействий от подвижной нагрузки при проектировании труб диаметром более трех метров рекомендуется выполнять проверку собственных частот насыпи в трубе.

Расчетные нагрузки для расчета на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной величины нагрузки на коэффициент перегрузки, который для собственного веса грунта принимают равным =1,1. Расчетные нагрузки для расчета конструкции МГТ по второй группе предельных состояний принимают равными нормативным (=1). Основные сочетания нагрузок при расчете по первой группе состоят из постоянных нагрузок, длительных и одной кратковременной. При расчете конструкции на действие сейсмических нагрузок последние не снижаются. В тех случаях, когда ухудшение прочности и устойчивости может произойти за счет уменьшения действующих сил, следует принимать =0,9.

6.2.4 Для оценки воздействия землетрясений в районах с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов, расчеты напряженно-деформированного состояния сооружения следует выполнять с учетом величины сейсмической силы, определяемой по линейно-спектральной методике (см. приложение И).

6.2.5 Проектирование, расчет и назначение параметров металлической гофрированной трубы и всего сооружения в целом должны опираться на результаты детальных геотехнических изысканий.

Допускается использовать нормативные данные по значениям физико-механических характеристик грунтов, при этом значения коэффициента надежности по грунтам устанавливают в соответствие с ГОСТ 12248-96. Учет коэффициента надежности по грунтам осуществляется путем деления нормативных значений прочностных характеристик грунтов на величину коэффициента надежности, устанавливаемую в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности, принимаемой равной 0,95.

6.2.6 Расчетная схема должна адекватно отражать совместную работу МГТ, грунтовой обоймы и основания.

- Расчетную схему следует принимать двух- или трехмерной и она должна обеспечивать необходимую точность определения напряжений и деформаций в элементах МГТ, а также в сопряженной с ней грунтовой обойме.

- В качестве расчетных методов следует использовать численные методы: метод конечных разностей (МКР), метод конечных элементов (МКЭ) или метод граничных элементов (МГЭ). Граничные условия должны выбираться таким образом, чтобы они не оказывали существенного влияния на результат расчета. В настоящее время существуют лицензированные программы для компьютерного расчета, созданные на основе этих методов (COSMOS/M, PLAXIS, LIRA_94 и др.), с помощью которых, подготовив необходимые исходные данные и составив расчетную схему, можно рассчитать требующиеся результаты (толщину металла для гофрированных элементов, необходимость армирования грунтовой обоймы, количество слоев армирования, необходимость мембраны из объемной георешетки в обойме и т.п). Вариант подготовки исходных данных для расчета напряженно-деформированного состояния водопропускной трубы из гофрированных металлических элементов и армированной грунтовой обоймы и представления результатов расчетов приведены в приложении В.7.

- Грунт обоймы, основания и сооружения следует рассматривать как упругопластическую среду. Пластические деформации в материале МГТ не допускаются. Допускается рассматривать грунт как линейно-деформируемое тело. При этом следует оценить зоны предельного равновесия в теле грунтовой обоймы.

- Момент потери устойчивости конструкции МГТ при численном решении оценивается по резкому возрастанию деформаций при малом возрастании нагрузки и при появлении растягивающих напряжений в материале трубы.

- Нормальные сжимающие напряжения в металле МГТ не должны превышать величины - допустимых напряжений, соответствующих пределу текучести материала стенки, умноженной на коэффициент устойчивости , принимаемый равным 0,7 для болтовых соединений и 0,8 - на сжатие стенки. Предельные напряжения в стенке МГТ, непревышение которых обеспечивают ее устойчивость и геометрическую неизменяемость, могут быть определены по формуле .

6.2.7 Выбор типа и параметров грунтовой обоймы производят на основе расчетов напряженно-деформированного состояния. Назначение грунтовой обоймы - повысить прочность и надежность конструкции сооружения в целом, снизить уровень напряжений и их неравномерность в материале стенок, уменьшить величины вертикальных деформаций в верхней части трубы и горизонтальных - в средней ее части.

6.2.8 Грунтовая обойма обеспечивает прочность, устойчивость и геометрическую неизменяемость конструкции МГТ. В зависимости от высоты сооружения, диаметра МГТ, параметров грунтов основания и сооружения, системы нагрузок, наличия сейсмических нагрузок, технологии и организации строительства и других факторов в конструкции водопропускного сооружения из МГС и грунтовой обоймы в качестве конструкционных и несущих материалов могут быть использованы различные нетканые и синтетические материалы, георешетка, металлические профильные конструкции, арматура и др.

6.2.9 Грунтовая обойма, как правило, включает в себя следующие конструктивные элементы:

- Для пылевато-глинистых грунтов основания консистенции от мягкопластичной и выше, а также для песков мелких и пылеватых труба укладывается на демпфирующий слой в виде двухслойной тщательно уплотненной и спрофилированной песчано-гравийной и щебеночной подушки.

- Для оснований, сложенных прочными грунтами (гравелистые, крупные пески, гравий и т.д.), нижний песчано-гравийный слой может не устраиваться. Толщины слоев при этом определяются расчетом из условия недопущения развития зон предельного равновесия в грунтах основания.

6.2.10 Конструкция основания металлических гофрированных труб должна отвечать принципиальным схемам, приведенным на рис.7 (а, б, в, г).

Рис.7. Конструкция основания: