Skaitmeniniai RC, SFRC ir hibridinių segmentinių pamušalų konstrukcijų tyrimai
Siekiant ištirti betoninių pamušalų konstrukcijų eksploatacines charakteristikas tunelio mastu ir palyginti jas su įprastomis gelžbetonio pamušalų konstrukcijomis, skirtingų armuotų tunelių pamušalų konstrukcijos buvo analizuojamos atskirai, naudojant detalius 2D modelius, apimančius skiedinio sluoksnius ir atskirus tunelio apmušalų segmentus. atsakymą. Tam tikslui buvo apibrėžtas etaloninis tunelio projektas (dangos gylis 20 m, smėlio pamatai, šoninis žemės slėgio koeficientas 0,5), kuriame apkrova ant pamušalo buvo nustatyta proceso- orientuoto tunelio modeliavimas (išsamiau žr. 6.4.1 skirsnyje) (pastovioje būsenoje). Analizė buvo sutelkta į ilgaamžiškumą, įvertintą didžiausiu įtrūkimo atidarymu, viršijančiu leistiną 0,2 mm plotį. Gelžbetonio pamušalo segmentai su minimalia armatūra (papildoma 10-10 C plieninių strypų didelio įtempimo vietose), plieno pluošto gelžbetonio pamušalo segmentai su 60 kg/m3 60 mm įprasto stiprumo kablio galo pluoštais, ir hibridinė armatūra buvo analizuojami Pamušalo segmentai (125 mm plieno pluošto betono juostos ir 200 mm ilgio plieno pluošto betono viršutiniai dangteliai). Bendra SFRC ir RC pamušalo segmentų plieno masė yra panaši (apie 260 kg/segmentas), o hibridiniam pamušalo segmentui sunaudojama 65 % mažiau plieno (92 kg/segmentas). Modeliavimas buvo atliktas naudojant C40/50-klasės betoną, kurio projektinis tempiamasis stipris yra 2,5 N/mm2. Daroma prielaida, kad konstrukcijoms, kuriose yra SFRC, pluoštai turi izotropinę kryptį. Literatūroje galima rasti skirtingų saugos koncepcijų palyginimus skaiduliniuose ir įprastiniuose standintuose segmentuose bei netiesinę baigtinių elementų analizę.
Esant tipinėms apkrovoms, įprastuose betono segmentiniuose pamušaluose didelių įtrūkimų neatsiranda. Tačiau yra du galimi gedimo būdai: skliauto atkarpoje buvo stebima mažiausia normalioji jėga (1375 kN/m) ir didžiausias lenkimo momentas (329 kNm/m), dėl kurių gali atsirasti lenkimo įtrūkimų. Didžiausias tempiamasis įtempis išilginėje jungtyje atsiranda beveik 78 laipsnių kampu dėl normalios 1943 kN/m jėgos ir 217 kNm/m lenkimo momento. Dėl to segmentuoti kampai gali sulūžti. Remiantis šiais stebėjimais, projektavimo tikslais buvo sukurti du apkrovų atvejai. Lenkiamos skliauto dalies projektavimui apkrovos modifikuojamos taip, kad susidarantis lenkimo momentas padidėtų 1,5 karto, o normalioji jėga sumažinama 0,5 karto. Konstrukcijoms aplink išilgines jungtis, kuriose gali susidaryti gniuždymas, padidinkite įprastą jėgą ir lenkimo momentą 1,5 karto, kad padidintumėte įtempių perdavimą ir išlaikytumėte jungties sukimąsi.
Krovinio korpusas: lenkimas
Visų pamušalų konstrukcijų arba sutvirtinimo schemų reakcija į lenkimo apkrovos sąlygas. Rodoma tik skliauto segmento lenkimo reakcija, nes tai yra ta sritis, kurioje pastebimi didžiausi įtrūkimai. Be to, rodomas tik įtrūkimo plotis. Pamušalo sistema nebuvo pažeista ir toliau veikė kaip laikančioji konstrukcija. Todėl vienintelis veiksnys, ribojantis bet kurio iš šių atvejų pasirinkimą, yra numatomas įtrūkimo plotis, kuris negali viršyti konkrečių projekto reikalavimų, susijusių su ilgaamžiškumo ribine būsena (apie 0,2 mm).
Kaip ir tikėtasi, didžiausi lenkimo įtrūkimai atsirado ant paprasto betono pamušalo žiedo (PC), o pagrindiniai įtrūkimai atsirado vidiniame tunelio pamušalo viršaus krašte, kur prognozuojamas didžiausias lenkimo momentas. Verta paminėti, kad PC schema pasižymi kelių įtrūkimų elgesiu (dėl normalių gniuždymo jėgų), o ne vieno visuotinio įtrūkimo, dėl kurio sugenda segmentas. Gelžbetonio segmentai rodė panašią reakciją į gelžbetonio segmentus, kurių pagrindinis skirtumas buvo tas, kad įtrūkimų raštas buvo taisyklingesnis. Užuot numatę plyšių dydžius, kurie daugiau ar mažiau atitinka tam tikrame taške taikomą lenkimo momentą, kaip PC segmentuose, R segmentų įtrūkimų dydžiai yra daugiau ar mažiau panašūs, o tai rodo, kad plieniniai strypai veiksmingai judės išilgai įtrūkimo reakcijos. strypo ilgio apribojimai. Prognozuojamas didžiausias plyšio plotis gelžbetonio sekcijoje yra 0,158 mm, o tai yra leistino diapazono ribose, mažesnėje nei 0,2 mm, nurodytos tinkamumo naudoti riboje. Laimei, SFRC segmentai buvo veiksmingiausi mažinant plyšio plotį. Dėl abiejų sutvirtinimo variantų įtrūkimai gerokai mažesni už eksploatavimo ribą, todėl yra veiksmingos sutvirtinimo konstrukcijos. Pagal hibridinę armatūros schemą SFRC visos pjūvio lenkimo charakteristikos yra šiek tiek geresnės (0,112 mm, palyginti su 0,142 mm). Tai atitinka plyšio pločio padidėjimą maždaug 25%, o bendras SFRC sumažėjimas yra 75%.
Apkrovos atvejis: išskilimas ties išilginėmis jungtimis
Visų pamušalų konstrukcijų arba sutvirtinimo schemų atsakas į skilimo apkrovą parodytas 5.28 pav. Didžiausias įtrūkimas atsirado išilginėje jungtyje 78 laipsnių kampu nuo tunelio viršaus, matuojant pagal laikrodžio rodyklę nuo žiedo viršaus. Apskritai numatomos didžiausio įtrūkimo pločio tendencijos yra panašios į lenkimo varianto tendencijas. Tačiau skilimo atveju SFRC pasirodė esąs veiksmingesnis mažinant plyšio plotį.
Svarbu pažymėti, kad projektuojant gelžbetonį numatytas minimalus plieno atsparumas įtrūkimams nėra pakankamas, kad būtų užkirstas kelias plyšių, viršijančių leistinas nuokrypas, susidarymą. Tai rodo, kad SFRC yra tinkamesnis nei RC, kad būtų apsaugotas nuo įtrūkimų. Hibridinių sutvirtinimo schemų efektyvumą galima padidinti naudojant didesnius gelžbetonio gaubtelių ilgius, kai jie veikia geriau nei įprastos gelžbetonio konstrukcijos ir mažesni už įprastų eksploatavimo ribų. Įtrūkimai atsiranda ne plieno pluošto sluoksnyje, o plieno pluošto sluoksnio dangtelis gali tik apriboti tolesnį įtrūkimo vystymąsi. Norint įvertinti optimalų SFRC dangtelio ilgį, galima naudoti optimizavimo algoritmą.
