ПОРІВНЯЛЬНІЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ОПРАВИ ТУНЕЛЮ КРУГОВОГО ОБРИСУ

ПОРІВНЯЛЬНІЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ОПРАВИ ТУНЕЛЮ КРУГОВОГО
ОБРИСУ
Асистент Лісневський М.А., студент Касянюк В. Дніпропетровський
національний університет залізничного транспорту імені академіка
В.Лазаряна, м. Дніпропетровськ, Україна
Для розрахунку тунельних оправ використовується спосіб заснований на методі сил.
При розрахунку тунельних оправ в експлуатаційній стадії для випадку дії вертикального
та активного горизонтального тиску породи оправа кругового обрису розглядається як
кільце, що вільно деформується під дією зовнішніх навантажень. Цей метод має ряд
припущень: оправа розглядається як система, що лінійно деформується; при дії зовнішніх
навантажень на оправу дотримуються принципу незалежності дії сил; жорсткість оправи
постійна. Усі ці допущення дозволяють зробити приблизний розрахунок пружного стану
тунельної оправи.
Існує багато сучасних розрахункових комплексів основаних на методі скінченних
елементів (МСЕ), але їх використання також потребує урахування припущень, наприклад
що фактичне середовище представляє собою сукупність елементів, взаємопов’язаних між
собою в вузлових точках. Кожен елемент є частиною середовища, яке замінюється.
Для дослідження напружено-деформованого стану (НДС) тунельної оправи був
використаний програмний комплекс ЛИРА 9.6, який дозволяє визначати напружений стан
та деформації у будь-якій точці оправи від діючого навантаження. Також визначити
величину зусилля (поперечної сили і згинаючого моменту) в любому перерізі оправи від
основних навантажень. В роботі був проведений порівняльний аналіз результатів
розрахунку оправи методом кільця, що вільно деформується і за допомогою програмного
комплексу ЛИРА 9.6.
Теоретичною основою ПК ЛІРА є метод скінченних елементів (МСЕ), реалізований
у формі переміщень. Моделювання виконується за допомогою скінченних елементів (СК):
стержнів і вузлів. Кроковий процесор дозволяє одержати напружено-деформований стан
(НДС) з урахуванням нелінійних ефектів матеріалів оправи.
Для дослідження НДС оправи розроблено плоску скінченно-елементну модель на
основі плоских елементів, як найбільш відповідних ситуації моделювання. Всі СЕ
узгоджені, тобто не мають нестикованих вузлів, що надає найбільш сприятливих умов при
роботі з матрицею жорсткості та в подальшому надає найбільш точні та адекватні
результати. В моделі відтворені реальні геометричні параметри оправи та характеристики
матеріалу оправи.
Паралельно був проведений розрахунок НДС оправи за методом кільця, що вільно
деформується вручну за відомими формулами і проведений аналіз результатів.
В розглянутій моделі тунельна оправа має діаметр 5,1 м, товщину 25 см і
складається із залізобетонних блоків з перев’язкою швів, що дозволяє прийняти
жорсткість оправи постійною величиною.
Розглянутий приклад доводить що сучасні методи розрахунку дозволяють
отримати точний результат, а використання потужного розрахункового комплексу
свідчить про зручність створення схеми, високий рівень швидкості розрахунку та зручний
вигляд результатів аналізу, але потребує уважного призначення початкових параметрів
конструкції, навантажень, СЕ.