автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета обделок тоннелей из стальных гофрированных элементов

На правах рукописи

Петрова Елена Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ ИЗ СТАЛЬНЫХ ГОФРИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

05.23.11- Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 5 СЕН 2011

Москва -2011

4853085

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре мостов и транспортных тоннелей Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Маковский Лев Вениаминович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зерцапов Михаил Григорьевич кандидат технических наук, доцент Сонин Александр Николаевич

Ведущая организация: ОАО ЦНИИС

Защита состоится « 29 » сентября 2011 г. в^1ч. в ауд. № 42 на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК РФ при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд.42. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Копию отзыва просим присылать по e-mail: uchsovet@madi.ru Телефон для справок: (499) 155-93-24. Автореферат разослан «/ууу» августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,-профессор 1 Н.В. Борисюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Актуальность диссертационной работы определяется увеличением масштабов строительства тоннельных развязок для движения в разных уровнях, где успешно могут быть применены сооружения из металлических гофрированных элементов (СМГЭ).

Интерес к сооружениям из гофрированных элементов связан с достаточно большой скоростью их строительства и относительно низкой стоимостью. Однако современный опыт строительства большепролетных конструкций в нашей стране не всегда удовлетворителен, что свидетельствует о недостаточной проработке конструкции на этапе проектирования и несовершенстве методики расчета. По принятым в настоящее время методикам СМГЭ рассчитывают без учета последовательности возведения конструкции, что во многих случаях приводит к недопустимым деформациям.

Цель и задачи диссертации. Основная цель диссертационной работы - разработать методику расчёта СМГЭ на действие статических нагрузок с учетом поэтапности возведения, оценить устойчивость и дать рекомендации по проектированию таких конструкций.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

• выполнить анализ существующих методов расчета СМГЭ на статические нагрузки во взаимодействии с грунтовым массивом;

• разработать плоские и объемные математические модели системы «обделка - грунтовый массив»;

• исследовать НДС системы «обделка - грунтовый массив» при воздействии статических нагрузок с учетом технологической последовательности возведения СМГЭ;

• проанализировать данные экспериментальных исследований и учесть их для корректировки теоретических исследований;

• разработать методику расчета СМГЭ на статические нагрузки и рекомендации по проектированию СМГЭ.

Методика исследований.

Методика исследований предусматривает комплексный подход, включающий научный анализ, обоснование и обобщение материалов по применению СМГЭ.

В теоретических исследованиях использовано математическое моделирование на основе метода конечных элементов (МКЭ). Разработаны численные плоские и пространственные конечно-элементные модели для расчета системы «обделка - грунтовый массив».

Выполнен анализ данных натурных исследований СМГЭ, проведенных в Финляндии, Польше, Американском Институте Металла и Стали (American Iron and Steel Institute) в Вашингтоне.

В диссертационной работе проанализированы данные натурных испытаний большепролетной конструкции из гофрированного металла, проведенные научно-производственной фирмой «Геоника - ПМ» и данные модельных испытаний, проведенных в рамках научной работы СибЦНИИС и научно-проектной фирмой «Атом-Динамик» и ООО «Гофра-2001».

Научная новизна работы.

• впервые в нашей стране разработаны конечно-элементные модели системы «обделка из гофрированных элементов - грунтовый массив», в том числе - объемные, с учетом технологии возведения конструкции;

• проведены теоретические исследования НДС системы «обделка - грунтовый массив»;

• обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований работы СМГЭ. Экспериментальные данные были использованы для корректировки теоретических исследований;

• разработана методика расчета СМГЭ на статические нагрузки и даны рекомендации по проектированию.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования СМГЭ, включающей в себя:

• определение основных конструктивно-технологических параметров СМГЭ;

• разработку математических моделей системы «обделка -грунтовый массив», учитывающих поэтапность строительства;

• характеристики НДС системы «обделка - грунтовый массив».

Достоверность полученных результатов определяется:

• строгостью исходных предпосылок применяемых методов теоретических исследований;

• учетом требований действующих нормативных документов;

• использованием передовых разработок отечественных и иностранных организаций в рассматриваемой области;

• тестовыми расчетами НДС СМГЭ, сопоставленными с данными экспериментальных исследований, подтвержденных практикой строительства;

• хорошей для практических целей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Реализация результатов. Результаты работы нашли применение при проектировании НИИМК МАДИ при участии автора диссертации автодорожного тоннеля на трассе Москва-Белгород, в научно-исследовательской работе НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, а также в учебном процессе кафедры «Мостов и транспортных тоннелей» МАДИ.

Апробация работы.

Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены на научно - методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), 2003-2010 г.г.

На защиту выносятся:

• результаты анализа и обработки экспериментальных исследований, выполненных в РФ и за рубежом, и в дальнейшем использованные в теоретических исследованиях;

• установленные в ходе теоретических исследований закономерности изменения напряженно-деформированного состояния

бинарной системы «обделка - грунтовый массив» в зависимости от различных параметров, характеризующих систему;

• результаты численного эксперимента на плоских и объемных конечно-элементных моделях, реализованных в программных комплексах «PLAXIS 3D TUNNEL» и MSC/NASTRAN;

• методика расчета СМГЭ на действие статических нагрузок с проверкой устойчивости.

Публикации.

По рассматриваемым в диссертационной работе проблемам опубликовано восемь научных статей, в том числе одна статья в журнале, находящемся в списке ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Полный объем работы составляет 136 страниц, включая 44 иллюстрации и 10 таблиц. Список литературы включает 120 наименований, в том числе 20 иностранных.

Диссертационная работа выполнена на кафедре мостов и транспортных тоннелей Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертации, новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе проанализирован отечественный и зарубежный опыт проектирования и строительства сооружений из металлических гофрированных элементов.

Конструкция СМГЭ состоит из волнистых стальных листов с различным шагом гофров заводского изготовления, скрепленных между собой высокопрочными болтами. Болтовые соединения работают за счет сил трения; усилие натяжения болтов до 80 кН. Для болтов используют стали высокой прочности 35Х и 38 ХА по ГОСТ

4543-71*; сталь 45; допускается применение сталей марок 20,30, и 35 по ГОСТ 1050-80*.

Большепролетные конструкции из гофрированного металла собирают из волнистых листов стандартной ширины, изогнутых по заданному радиусу. Основными типоразмерами гофра, применяемыми для обделок тоннелей являются 150x50 мм и 400x150 мм с толщиной листа от 3 до 7 мм. В отечественной практике в основном используются стали 15сп, 09Г2Д, предел текучести которых 240 МПа и 310 МПа соответственно, предел прочности - 400 и 450 МПа. Сборка конструкций ведется в предварительно обустроенном котловане открытым способом с тщательным выполнением засыпки, к которой предъявляются требования по достижению уплотнения не менее 0,95% стандартной плотности. Засыпка производится песчаным грунтом, реже супесчаными или гравелистыми грунтами.

СМГЭ могут быть использованы при постройке автодорожных и пешеходных тоннелей, малых мостов и других сооружений. К настоящему времени обширный опыт применения конструкций из металлических гофрированных элементов накоплен в Канаде, Финляндии, США, Японии, Швеции, Италии и др. В нашей стране за последнее десятилетие широко применяются СМГЭ, построены большепролетные сооружения различного назначения. При использовании в строительстве СМГЭ может быть достигнут экономический эффект от 30 до 70% по сравнению с традиционными железобетонными конструкциями. • ::

Сооружения из металлических гофрированных элементов отличаются от других подземных конструкций тем, что являются гибкими. В отличие от жестких конструкций, которые полностью воспринимают нагрузку от грунта и транспортных средств, гибкие конструкции реализуют в полной мере идею совместной работы системы «обделка - грунтовый массив». Для расчета СМГЭ используют методы, первоначально разработанные для расчета подземных сооружений и впоследствии адаптированные к расчету гофрированных конструкций.

Развитие методов расчета СМГЭ идет от простых расчетов по способу Фельдта-Грыжевского, Леви, Ясевича, Головина, Р. Прево, М. Шпенглера, A.A. Герцога, Г.К. Клейна, В.А. Ярошенко до более трудоемких методов C.B. Виноградова, Б.Г. Галеркина, П.М. Емельянова, В.М. Лисова в основу которых положен метод расчета O.E. Бугаевой. В настоящее время наиболее употребляемым для расчета СМГЭ является метод «Метропроекга», который был адаптирован для подобных конструкций В.Н. Абрамовым, A.A. Потапкиным, КБ. Щербиной, O.A. Янковским для небольших диаметров круговых сооружений и М.В. Фрезе для больших размеров арочных конструкций.

Отдельным направлением расчета гибких конструкций является теория оболочек, которая рассматривает оболочки под действием внешних нагрузок.

Моментная теория оболочек получила развитие в работах В.З. Власова, А.Л. Гольденвейзера, И.Е. Милейковского, В.В. Новожилова, безмоментная - в работах А.Р. Ржаницына, Ю.Н. Работнова, В.В. Соколовского.

Широко применяемая в инженерных расчетах полубезмомент-ная теория оболочек рассмотрена в трудах В.З. Власова, A.A. Гвоздева, H.H. Леонтьева, И.Е. Милейковского и других.

Нелинейная теория оболочек рассматривает геометрическую нелинейность (задача больших прогибов), и физическую нелинейность материала оболочек. Эта теория представлена в работах A.A. Ильюшина, Х.Н. Муштари, Ю.Н. Работнова. Вопросам устойчивости оболочек посвящены труды Э.П. Аксельрада, A.C. Вольмира, С.Н. Кана, В.В. Новожилова.

Отдельное направление в теории оболочек составляют исследования работы складок, многоволновых оболочек, ребристых цилиндрических оболочек Д.В. Вайнберга, В.З.Власова, И.Е. Милейковского, В.Флюгге. Учет в расчетах ребер ведется для схемы гладких конструктивно-ортотропных оболочек, когда жесткость дискретных ребер распределяется по всей поверхности оболочек.

Учет контактного взаимодействия конструкции с грунтом в теории оболочек рассмотрен в работах Д.Р. Асратяна, В.И. Гуляева, Б,Я. Кантора, Г. И. Львова.

При рассмотрении задач теории гибких оболочек с использованием гофра можно выделить два направления: устойчивость и прочность. Вопросы устойчивости исследовались в работах Э.В. Ан-тоненко, Д.В. Вайнберга, Г.Л. Комиссаровой, для продольно гофрированных оболочек и Э.А. Аксельрадом для пластин и гибких стержней с пологой гофрировкой.

Методы расчета с использованием аппарата теории сплошных сред были разработаны и усовершенствованы в работах Ю.Н. Айва-зова, В.Ш. Барбакадзе, И.В. Баклашова, Н.С. Булычева, С.С. Вяло-ва, Б.Г. Галеркина, Ю.К. Зарецкого, Б.А. Картозия, М.М. Кондаурова, Л.Н. Рассказова, И.В. Родина, H.H. Фотиевой и др.

Применение МКЭ к расчету подземных сооружений представлено в работах А.М. Белостоцкого, Д.М. Голицынского, А.Л.Гольдина, Е.А. Демешко, Д.Б. Долотказина, Ю.К. Зарецкого, М.Г. Зерцалова, С.Б. Косицына, Л.Н. Рассказова, Ю.С. Фролова, В.В. Че-ботаева, H.H. Шапошникова, А.Г. Шашкина, В.И. Шейнина, Е.В. Ще-кудова, С.А. Юфина, П.Б. Юркевича и др.

Расчеты плоской задачи МКЭ применительно к СМГЭ были выполнены Ф.С. Балсоном, Дж. Васлестадом, Дж. Высоковским, Д.М. Дунканом, М.Г. Катоной, М.К. Маквеем и др. Проведенные исследования моделировали СМГЭ в виде бинарной системы, где грунтовые элементы моделировали и по упругой модели, и по нелинейной.

Анализ современного состояния вопроса показал, что введение в практику отечественного строительства СМГЭ, вызывает необходимость дополнительного детального исследования таких конструкций с разработкой рекомендаций по проектированию. Ранее выполненные отечественные исследования адаптированы к конструкциям небольших пролетов, данных по расчетам бинарной системы СМГЭ методом конечных элементов недостаточно для обоснованного проектирования.

Вторая глава содержит результаты теоретических исследований смгэ.

Для обоснованного применения программных комплексов проведено сравнение расчетных данных с результатами натурных измерений, проведенных при строительстве тоннеля для автодороги с габаритом Г-8 на 19 км линии Ледмозеро-Кочкома НПФ «Геоника-ПМ»(МИИТ) (рис.1).

Рис. 1. Поперечное сечение тоннеля на линии Ледмозеро-Кочкома с расположением характерных расчетных точек

Моделирование СМГЭ было проведено несколькими способами: по методу «Метропроекта», МКЭ, реализованном в плоской задаче в программном комплексе PLAXIS 3D TUNNEL 2, а в пространственной задаче - в MSC/NASTRAN.

Результаты исследований СМГЭ на конечно-элементных моделях выявили хорошее совпадение с натурным экспериментом при плоской и объемной расчетных схемах. Данные экспериментальных и теоретических исследований по полученным значениям отличаются незначительно, в пределах 4-5% .

Полного совпадения результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными достигнуть невозможно ввиду неполной информации по исходным данным.

10010

1

3

4

а)

номера характерных расчетных точек поперечного сечения

метол Метропроекта, формулаН! Галеркина -•-метод Метропроекта. формула

Питана *

-й"упругое полупространство 30x40

Экспериментальные данные

МКЗ PLAXIS

МКЭ NASTRAN Егр=60МПа ' MKS NASTRAN Вр=20МЛа 5

Рис.2. Перемещения замка СМГЭ полицентрического очертания при поста-дийной засыпке конструкции (а) и максимальные напряжения в замке при полней засыпке конструкции (б)

В расчетных схемах метода «Метропроекта» и в программном комплексе МЗС/ЫАБТВДЫ достижение данных эксперимента происходит при засыпке меньшей, чем проектная, что объясняется особенностями моделей. Характер перемещений при сопоставлении данных во всех расчетных моделях хорошо согласуется с экспериментом.

Моделирование постадийной засыпки позволяет выявить действительную работу конструкции под нагрузкой, что соответствует эксперименту практически при любой расчетной схеме, исключающей растягивающие напряжения в фунте (рис.2).

Расчет объемной модели выявил незначительное влияние пространственного эффекта, не превышающего 1% по перемещениям, что объясняется высокой продольной жесткостью гофрированных конструкций. Таким образом, нет необходимости выполнять пространственные расчеты на статические нагрузки.

Проведенные исследования доказали достаточную прочность СМГЭ под статическими нагрузками и необходимость учета последовательности производства работ в расчетах таких конструкций. Расчет на устойчивость гибких конструкций невозможен на плоских моделях, для чего могут быть успешно применены пространственные модели СМГЭ.

Многофакторность задачи рассмотрена путем формирования матрицы планирования эксперимента. Выявлены основные параметры, влияющие на НДС СМГЭ и проведено моделирование по каждому исследуемому фактору (табл.1).

При расчете СМГЭ различной формы поперечного сечения установлено, что наилучшим образом соответствует бинарной системе конструкция полицентрического очертания постоянной жесткости. Наихудшие условия работы - у разомкнутых конструкций сечения переменной жесткости.

Для упрощенного расчета и выбора формы поперечного сечения можно использовать следующие зависимости относительных горизонтальных и вертикальных перемещений, полученные в ходе теоретических исследований: уюр=-2,2х4+22,2х3-74/+101,7х-47,б,

ув=61,Зх4-441,6х3+1153,1 х2-1293х+526,05, при х=В/Н, В-пролет сооружения, Н-высота конструкции.

Таблица 1.Основные параметры, влияющие на НДС СМГЭ.

№ Определяющий параметр Величина параметра

1 Толщина засыпки 1,46; 3,352; 5,45; 7,37; 8,57; 10,27; 12 м - от уровня лотка конструкции

2 Модуль деформации грунта 0; 6; 40; 60; 130; 300; 500 МПа

3 Типоразмер гофра 150x50x7 мм, 400x150x3 мм, 400x150x7 мм

Для более детального исследования выбрана СМГЭ полицентрического очертания, и для нее построены плоские и объемные расчетные модели (рис. 3)

Рис.3 Объемная конечно-элементная модель СМГЭ полицентрического очертания

Основные расчеты проведены на плоских моделях, т.к. продольная жесткость конструкции высокая и деформации малы. Полу-

чены зависимости перемещений при различной высоте засыпки (табл.2)

Таблица 2. Перемещения СМГЭ полицентрического очертания при различной толщине засыпки.

1 Угор=0,0006x^-0, 005x^+0,01х-0,002 горизонтальные и вертикальные перемещения СМГЭ при высоте засыпки над конструкцией Ьз=х, м

у„=0,02х-0,002

2 ув=0,007х4-0,15х3+1,04х2-2,8х+2,2 перемещения замка СМГЭ при толщине боковой засыпки 1=х, м при КН+^тщ

Выполненная оценка влияния каждого фактора в отдельности на НДС СМГЭ позволила констатировать следующее.

1. Напряженно-деформированное состояние СМГЭ в основном определяется соотношением «жесткость конструкции - жесткость грунта», однако увеличение жесткости конструкции не приводит к существенному увеличению прочности системы.

2. Деформативность системы «обделка - грунтовый массив» определяется, в основном, жесткостью грунта, т.е. соответствующим модулем деформации. Чем выше жесткость грунта, тем меньше деформации конструкции. Способность гибкой трубы сопротивляться нагрузкам может быть исчерпана не только вследствие её чрезмерных деформаций, но и из-за потери устойчивости при действии продольных сил.

3. Необходимо учитывать в расчетах стадийность строительства, т.к. деформации конструкции существенно зависят от технологии производства работ. Исключение деформаций на этапе сборки сооружения (путем постановки временных связей) требует учета начальных напряжений в грунте при постадийном расчете.

4. Изменение типоразмера гофра влияет в основном на прочность, а не на деформативность. Так, с увеличением типоразмера гофра при расчете с использованием нелинейной модели грунта

существенно увеличивается изгибающий момент, почти не изменяется продольная сила, а перемещения незначительно возрастают.

5. Формирование расчетной схемы сооружения должно учитывать оба принципа моделирования грунта: упругое основание и упругое полупространство.

6. Для конечно-элементных моделей существенным оказывается влияние модуля упругости грунта в основании сооружения, поэтому необходимо вводить в расчет фактические характеристики грунта по данным инженерно-геологических исследований, т.к. определение модуля только по описанию грунта варьируется на порядок и более.

Третья глава содержит результаты экспериментальных исследований СМГЭ, проведенных в нашей стране и за рубежом. Обоснованное использование математических моделей возможно только при сопоставлении с данными экспериментальных исследований.

В диссертационной работе проанализированы данные экспериментальных исследований, проведенных в Институте геотехники в Трондхейме (Норвегия), Норвежском дорожно-исследовательском институте, данные отчетов Американской Ассоциации Транспорта. Применительно к гофрированным конструкциям в зарубежной практике принято проведение не только многочисленных лабораторных исследований, но и полномасштабных натурных экспериментов. Также СМГЭ, особенно большепролетные, исследуют не только на этапе строительства, но и под действием длительных нагрузок. По данным компании МаСоп и с ее участием в Норвегии, Швеции и Польше проведены натурные и экспериментальные исследования десяти большепролетных конструкций.

В процессе проведения исследований была проанализирована работа СМГЭ под статическими нагрузками на натурных объектах, выявлено влияние длительных нагрузок на НДС конструкций и представлен характер распределения напряжений в грунте.

В работе также проанализированы данные отечественных экспериментальных и лабораторных исследований, проведенных в

2000-2010 г. г. в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске. Несмотря на широкое распространение СМГЭ на российском рынке, данных о лабораторных исследованиях немного: так, проведены в СибЦНИИСТС опыты на моделях из эквивалентных материалов при исследовании комбинированных и круглых гофрированных труб применительно к конструкциям диаметром 3 м, полномасштабное Тестирование циркульной гофрированной арки радиусом 2,9 м про-вёдено НПФ «Атом-Динамик» на действие постоянных и временных нагрузок. В процессе строительства в 2000 г. фирмой ООО «Гофра-2001» (группа компаний МаСоп) железнодорожного путепровода на 19 км линии Ледмозеро - Кочкома Октябрьской ж.д. НФП «Геоника-ПМ» были проведены натурные исследования данной конструкции, в ходе которых были измерены напряжения и перемещения.

Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с результатами теоретических исследований, во-первых, качественно, во-вторых, на специально построенных расчетных моделях.

Экспериментальные исследования, проведенные в разных странах и разными исследователями выявили следующие закономерности статической работы СМГЭ.

1. По данным НПФ «Атом - динамик» НДС арочной гофрированной конструкции при действии статических нагрузок, соответствующих высокому уровню засыпки, существенно отличается от данных, полученных при моделировании временных нагрузок. Отмечается отчетливое проявление обжатия конструкции при воспроизведении статической нагрузки, эквивалентной Нзас=23,3*25,9 м, заключающееся в расширении области сжимающих напряжений, особенно на вершинах гофра. Максимальные значения сжимающих напряжений на вершинах гофров реализуются в сводовой части СМГЭ, на впадинах гофров - в приопорной зоне и составляют соответственно 232 МПа и 284 МПа. Прогиб при таком нагружении составил 40 мм. Болтовые соединения на этом этапе нагружения не претерпели каких-либо повреждений. При возрастании нагрузки до эквивалентной Нзас=31,8 м произошло пропорциональное увеличение максимальных напряжений на вершинах и впадинах гофра до

356 МПа и 332 МПа соответственно. Зоне напряжений соответствует центральный угол порядка 80°. Повреждений конструкции также не зафиксировано.

2. Исчерпание несущей способности конструкций происходит по болтовым соединениям, тогда как материал сооружения все еще не разрушен. Очевидно негативное влияние ослабления сечения в болтовых отверстиях и, как следствие, концентрация напряжений. Таким образом, можно говорить о необходимости дальнейших исследований непосредственно гофрированных листов, скрепленных болтами.

3. По данным различных исследователей деформации от статических нагрузок в процессе строительства могут оказаться больше деформаций, вызванных временной нагрузкой, поэтому необходимо производить расчеты и на стадии строительства, и на этапе эксплуатации. Конструкция в полной мере соответствует бинарной системе «обделка - грунтовый массив» только при достижении минимально допустимой засыпки по ОДМ 218.2.001-2009.

4. Нарушение устойчивости конструкции может быть достигнуто на стадии строительства, поэтому необходимо исключать возможные деформации постановкой временных связей, препятствующих деформациям.

5. По данным исследований, проведенных в Норвегии, основное влияние на долговременные изменения НДС оказывает сезонное колебание температур и влажности. В Норвегии зима очень холодная и перепад температур большой, поэтому природные воздействия очень велики, что сказывается на напряженном состоянии грунта. Кроме того, измерения показали, что изменения напряжений наблюдаются не только в конструкции, но и в грунте после постройки сооружения. На исследованных СМГЭ замкнутого очертания горизонтальное давление грунта на уровне лотка увеличивается до значений несколько выше, чем расчетные. Измеренная продольная сила увеличивается с течением времени (изменение в три раза за первые два года после возведения конструкции). Значения изгибающих моментов за этот период также претерпевают изменения не

превышающие 50%. Стабилизация деформаций наблюдается в течение нескольких лет. На основании вышесказанного следует, что необходимо проводить мониторинг таких конструкций и при строительстве, и при эксплуатации.

.,..;. При сопоставлении экспериментальных и теоретических данных получено хорошее соответствие расчетных схем натурным объектам. Таким образом, полученные результаты теоретических исследований можно считать достоверными. Кроме того, для СМГЭ одинаковой формы поперечного сечения, данные разных экспериментальных исследований представляют практически одинаковые результирующие напряжения, что свидетельствует о достоверности экспериментальных данных.

Четвертая глава содержит методику расчета СМГЭ на действие статических нагрузок и пример расчета на устойчивость.

Предлагается следующая методика расчета СМГЭ на действие статических нагрузок.

1. Выбор формы поперечного сечения СМГЭ, который может быть осуществлен на начальном этапе с учетом полученных в диссертационной работе данных.

2. На начальном этапе проектирования СМГЭ замкнутой формы полицентрического очертания могут быть применены следующие безразмерные зависимости по оценке НДС при минимальной засыпке 1 м и наличии дорожной одежды (табл.3). Зависимости получены при обработке результатов теоретических исследований проведенного факторного эксперимента.

4. Для детального проектирования основного варианта производятся более подробные расчеты. Создается плоская конечно-элементная модель СМГЭ принятого варианта. Моделирование грунта производится в соответствии с выбранным программным обеспечением.

Таблица 3.

Упрощенные расчеты НДС СМГЭ полицентрического очертания.

№ Формула Входящие величины

1 5з/Н = - 0,03 In (Erp/Ro) 5з - перемещение замкового сечения, м

Н - высота СМГЭ полицентрического сечения, м

Erp - модуль деформации грунта засыпки, кПа

Ro - расчетное сопротивление грунта засыпки, Ro=200 кПа

2 25rop/B =-0,002 In (Erp/Ro) + 0,01 бгор - горизонтальное перемещение характерной расчетной точки 3 (рис.1), м

В - пролет СМГЭ полицентрического очертания, м

3. O3/Rs=-0,05 ln(Erp/Ro)+ 0,5 аз - напряжение в замковом сечении конструкции, МПа

Rs - расчетное сопротивление стали, Rs=240 МПа

4 grp/Ro=0,2(Erp/Ro)ow1 grp - напряжения в грунте характерной расчетной точки 4 (рис. 1), МПа

5. Задаются этапы расчетов, отражающих технологическую последовательность сооружения конструкции. При достижении на каком-либо этапе расчета предельных напряжений или деформаций конструкции или грунтового массива необходимо либо исключать соответствующие стадии строительства из расчета, соответственно отразив эти изменения в проекте, либо вводить дополнительные связи в расчетную схему.

6. Расчет на эксплуатационные нагрузки. В результате расчетов возможно построение условных линий влияния усилий в конструкции.

7. Создание пространственной модели из плоской путем преобразования последней увеличением ее длины и формированием соответствующих граничных условий.

• 8. Необходимо выполнение проверочных расчетов СМГЭ по ОДМ 218.2.001-2009 и сопоставление их с результатами статических расчетов и расчетов на устойчивость.

8. Расчет устойчивости СМГЭ на пространственной модели с последующим сравнением результатов статических расчетов и расчета на устойчивость.

9. При получении данных в процессе мониторинга по реальным компрессионным кривым грунта засыпки возможна корректировка расчетных схем. В этом случае расчеты по п.п. 4-8 повторяются с внесением необходимых поправок в проект.

Приведенный в диссертационной работе пример расчета СМГЭ полицентрического очертания позволил выявить формы потери устойчивости и сопоставить их с требованиями действующих норм. Показано, что запас по устойчивости ограничен, а критическая сила меньше предполагаемой по методике расчета ОДМ 218.2.0012009.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При строительстве транспортных и пешеходных тоннелей под насыпями автомобильных и железных дорог могут быть успешно применены конструкции из металлических гофрированных элементов.

К настоящему времени накоплен обширный опыт использования большепролетных конструкций из гофрированных элементов в США, Канаде, Японии, Франции, Италии, Скандинавских странах. Наметилась тенденция к распространению СМГЭ отечественного производства, построены многочисленные большепролетные сооружения.

Максимальные диаметры замкнутых сооружений сейчас не превышают 15 м, а незамкнутые конструкции могут иметь пролеты

до 24 м и высоту стрелы подъема до 12 м. Строительство СМГЭ осуществляется открытым способом.

Применение СМГЭ снижает сметную стоимость строительства в 1,5-2 раза, масса привозных материалов уменьшается в 30-40 раз, транспортные расходы снижаются более, чем в 8 раз, трудоемкость возведения уменьшается в 2-4 раза, таким образом экономический эффект может составить 30-40% по сравнению с традиционными железобетонными конструкциями.

В нормировании методов расчета в нашей стране в соответствии с ОДМ 218.2.001-2009 ориентируются на решение вопроса общей устойчивости на стадии эксплуатации. Данные о НДС конструкции рекомендуется получать также на период эксплуатации, тогда как чрезмерные деформации могут возникать и на стадии строительства СМГЭ. Основные нормативные зависимости получены для труб диаметром до 3 м и касаются только вопросов устойчивости, а не прочности. Таким образом, в нормативных документах для большепролетных гофрированных конструкций отсутствуют данные о методах оценки напряженно-деформированного состояния, как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработаны математические плоские и пространственные модели системы «обделка-грунтовый массив», отражающие основные этапы производства работ, характерные для сооружений из металлических гофрированных элементов, возводимых открытым способом. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований выявили достаточную точность в определении НДС СМГЭ при использовании конечно-элементных моделей.

2. На основании результатов теоретических исследований установлено, что при моделировании грунта засыпки по линейной и нелинейной теории получены различные значения напряжений в расчетных сечениях, таким образом необходимо производить расчет с учетом обоих направлений моделирования. Характер деформаций конструкции практически не зависит от модели грунта, но

значения перемещений при расчете по линейной и нелинейной модели грунта отличаются до 50%, при этом перемещения при нелинейной модели грунта меньше.

3." По результатам численных экспериментов выявлены зависимости напряжений и деформаций конструкции от основных независимых факторов.

4. Для расчета устойчивости конструкции необходимо построение пространственной модели. Оценка устойчивости СМГЭ полицентрического очертания показала, что потеря устойчивости происходит раньше, чем достижение критической силы, рассчитанной по ОДМ 218.2.001-2009.

5. Анализ проведенных натурных экспериментальных исследований бинарной системы на различных объектах в России и за рубежом позволил установить, что деформации СМГЭ носят длительный характер, поэтому необходимо проводить мониторинг таких сооружений.

6. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета СМГЭ на действие статических нагрузок с проверкой устойчивости, позволяющая учесть технологию строительства, типо-размер гофра, тип грунта и различные формы и размеры поперечного сечения.

7. Основа методики проектирования, разработанная в диссертационной работе, использована при проектировании НИИМК МАДИ автодорожного тоннеля на трассе Москва-Белгород, а также в научно-исследовательской работе НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре мостов и транспортных тоннелей Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

8. Для дальнейших исследований может быть рекомендовано моделирование грунта по упрочняющейся модели для прогнозирования деформаций во времени, исследование контактного соединения гофрированных листов, расчеты устойчивости различных форм

СМГЭ для получения необходимых зависимостей критической силы и введения их в нормативную базу.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в научных статьях:

1. Маковский, J1.В. Перспективы применения стальных гофрированных конструкций в тоннелестроении / Л.В. Маковский, C.B. Чеботарев, E.H. Петрова// Труды международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы». - М.: ТА, 2002. - С. 314.

2. Маковский, Л.В. Проектирование и научное сопровождение строительства автотранспортных тоннелей / Л.В.Маковский, С.В.Чеботарев, E.H. Петрова II Методы и средства повышения надежности материалов и сооружений на автомобильных дорогах: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2000. - С.12.

3. Петрова, E.H. Результаты расчетов свода из металлических гофрированных оцинкованных элементов ЗАО «Геотерра»/ Е.Н.Петрова, Е.Б. Степашко // Проблема замены мостовых сооружений трубами большого диаметра или короткими тоннелями. Материалы технико-экономического совета Упрдор Москва - Харьков -Орел, 2000.-С.12.

4. Петрова, E.H. Сооружения из металлических гофрированных элементов под насыпями автомобильных и железных дорог / E.H. Петрова И Подземное пространство мира, №1. - М„ 2001. -С.7.

5. Петрова, E.H. К расчету металлических гофрированных конструкций / E.H. Петрова // Методы и средства повышения надежности материалов и сооружений на автомобильных дорогах: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2000. - С. 30.

6. Петрова, E.H. Применение программного комплекса NASTRAN для расчета гофрированных металлических конструкций / Е.Н.Петрова // Актуальные проблемы мостостроения и тоннелестроения: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2001. - С.80.

7. Петрова, E.H. Исследования работы конструкций из гофрированного металла при строительстве искусственных сооружений /

Е,Н.Петрова // Исследования мостовых и тоннельных конструкций: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2006,- С.80.

.8. Маковский, Л.В. Расчет большепролетных конструкций тоннелей из металлических гофрированных элементов / Л.В. Маковский, E.H. Петрова // Наука и техника в дорожной отрасли,№2. - М.: МАДИ, 2011,- С.18.

Подписано в печать 26 августа 2011г Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 31

ТЕХПОЛИГРАФЦЕНТР Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел.: 8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 E-mail: 7tpc7@mail.riJ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

На правах рукописи

04.2.01 1 63 41 4 "

Петрова Елена Николаевна

Совершенствование методов расчета обделок тоннелей из стальных гофрированных элементов

05.23.11- "Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., проф. Маковский Л.В.

Москва, 2011 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................4

ГЛАВА 1. КОНСРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГОФРИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (СМГЭ).....................................................................11

1.1 Общие сведения о СМГЭ. Основные конструктивно-технологические решения......................................................................................11

1.2 Развитие методов расчета стальных гофрированных конструкций во взаимодействии с грунтом засыпки....................................................21

Выводы. Задачи исследований......................................................38

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СМГЭ (ПРИ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК).......................................................................................42

2.1 Общие положения..................................................................42

2.2 Разработка математической модели системы «обделка - грунтовый массив»............................................................................................43

2.3 Сопоставление расчетных значений напряжений и деформаций с экспериментальными данными.................................................................47

2.4 Планирование математического эксперимента и формирование матрицы эксперимента............................................................................51

2.5 Влияние формы поперечного сечения конструкции на НДС СМГЭ.....55

2.6 Исследование НДС системы «обделка - грунтовый массив» СМГЭ полицентрического очертания...............................................................63

Выводы....................................................................................72

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СМГЭ....................................74

3.1 Общие положения...................................................................74

3.2 Экспериментальные исследования СМГЭ на моделях из эквивалентных материалов............................•........................................................75

3.3 Экспериментальные исследования СМГЭ в производственных условиях...............................................................................................78

3.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований.............................................................................................86

Выводы...................................................................................89

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СМГЭ.........91

4.1 Общие положения..................................................................91

4.2 Последовательность расчетов СМГЭ на действие статических нагрузок..............................................................................................92

4.3 Рекомендуемые программные комплексы к расчету СМГЭ...............99

Выводы..................................................................................104

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...........................................105

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 108

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................120

Приложение I. Справки о реализации и апробации результатов диссертационной работы...........................................................................121

Приложение II. СМГЭ, построенные в России и за рубежом...............125

Приложение III. Результаты расчетов СМГЭ...................................129

Приложение IV. Экономическая эффективность СМГЭ.....................135

ВВЕДЕНИЕ

Развитие городов и увеличение протяженности автомобильных и железных дорог требует применения все более совершенных и рациональных транспортных пересечений, обеспечивающих одновременно простоту производства работ, гармоничность архитектурных решений, долговечность и прочность самого сооружения. К ним в частности относятся сооружения из металлических гофрированных элементов (СМГЭ), которые могут применяться в транспортном строительстве, как в качестве коллекторов, мостов, водопропускных труб, так и в качестве тоннелей различного назначения.

К настоящему времени накоплен обширный опыт использования большепролетных конструкций из гофрированных элементов. Широкое распространение гофрированные конструкции получили в США, Канаде, Японии, Франции, Италии, Скандинавских странах. Сейчас в нашей стране активно развивается строительство большепролетных сооружений, тогда как 30 лет назад строительство гибких гофрированных конструкций было достаточно редко, даже применительно к водопропускным трубам.

За последние 10 лет наметилась тенденция к распространению СМГЭ отечественного производства, построены многочисленные большепролетные сооружения: в 2000-2001 гг. сооружен автодорожный тоннель на линии Лед-мозеро — Кочкома в Карелии под габарит Г-8 длиной 35 м, малые мосты в Вологодской и Московской области по схеме «арка-труба» пролетами 8 и 5 м, высотой 4 и 2,4 м соответственно, в 2002 г. - мост через р. Оккервиль пролетом 14 м под железной дорогой, путепровод под железной дорогой на линии Санкт-Петербург - Луга, автодорожный и железнодорожный двухпролетный тоннель длиной 10 м на 4 км Октябрьской ж.д., в 2002-2004 г.г. — два автодорожных путепровода и трехрполетный мост через р. Чибри на автодороге Южно-Сахалинск — Оха - Москальво на о.Сахалин, в 2003 г. построен автодорожный тоннель над путями железнодорожной линии на дороге Санкт-Петербург-Псков, с 2004 по 2008 г.г. построены мосты и водопропускные сооружения диаметром от 3 до 8 м на линии Чум-Лабытнанги Северной ж.д., на

обходе г.Семикаракорска, в Белгородской области, Мартыновском районе, на трассе М4 Дон, в 2009 г. - путепроводы тоннельного типа в г. Сочи в Красной Поляне, в г. Курске, Краснодарском крае и др. [56,67].

В ближайшие годы в Российской Федерации планируется реализация государственной программы развития транспортной системы страны, в рамках которой будут реконструированы и построены автомобильные и железные дороги, мосты и тоннели, при возведении которых будут востребованы СМГЭ [77].

Реализация проектов строительства СМГЭ в России вызывает необходимость совершенствования нормативной базы, включая расчетные положения, т.к. ранее разработанные методики расчета относятся к СМГЭ малых пролетов до 3-5 м, что требует адаптации или пересмотру их применительно к большепролетным конструкциям этого класса.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ определяется увеличением масштабов строительства тоннельных развязок для движения в разных уровнях, где успешно могут быть применены СМГЭ.

Интерес к сооружениям из гофрированных элементов связан с достаточно большой скоростью их строительства и относительно низкой стоимостью. Однако современный опыт строительства большепролетных конструкций в нашей стране не всегда удовлетворителен, например, построенные в Санкт-Петербурге конструкции получили недопустимые деформации, как на стадии сооружения, так и непосредственно после ввода в эксплуатацию [93]. Полученные дефекты свидетельствуют о недостаточной проработке конструкции на этапе проектирования и несовершенстве методики расчета. По принятым в настоящее время методикам СМГЭ рассчитывают без учета последовательности возведения конструкции, что во многих случаях приводит к недопустимым деформациям.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ

Цель диссертации - установить закономерности в формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) системы, состоящей из гиб-

кой гофрированной конструкции и окружающего грунта .засыпки на различных этапах строительства и эксплуатации с учетом конструктивных особенностей и технологии возведения. Для этого должны быть определены: рациональное очертание обделки, влияние основных параметров на НДС системы «обделка - грунтовый* массив» с последующей разработкой методики расчета на основе выполненных исследований.

В соответствии с поставленной целью определены задачи исследований:

- анализ существующих методов расчета СМГЭ на статические нагрузки;

- разработка конечно-элементных моделей системы «обделка - грунтовый массив»;

- исследование НДС системы «обделка - грунтовый массив» при воздействии статических нагрузок с учетом технологической последовательности возведения СМГЭ;

- анализ данных экспериментальных исследований;

- учет результатов экспериментальных исследований для корректировки теоретических исследований;

- разработка методики расчета СМГЭ на статические нагрузки;

- разработка рекомендаций по проектированию и возведению СМГЭ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методы исследований предусматривают комплексный подход, включающий научный анализ, обоснование и обобщение материалов по вопросам применения СМГЭ.

В теоретических исследованиях использовано математическое моделирование на основе метода конечных элементов (МКЭ). Разработаны численные плоские и пространственные конечно-элементные модели для расчета системы «обделка - грунтовый массив».

Выполнен анализ данных натурных исследований СМГЭ, проведенных в Финляндии, Польше, Американском Институте Металла и Стали (American Iron and Steel Institute) в Вашингтоне [45,79,81,109,113,114,118].

В диссертационной работе проанализированы данные натурных испытаний большепролетной конструкции из гофрированного металла, проведенные научно-производственной фирмой «Геоника - ПМ» и данные модельных испытаний, проведенных в рамках научной работы СибЦНИИС и научно-проектной фирмой «Атом-Динамик» и ООО «Гофра-2001»[88, 104]. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

- проанализированы данные теоретических и экспериментальных исследований СМГЭ;

- разработаны конечно-элементные модели системы- «обделка- грунтовый массив», в том числе впервые - объемные, с учетом технологии возведения конструкции;

- проведены теоретические исследования НДС системы «обделка - грунтовый массив»;

- обобщены результаты экспериментальных отечественных и зарубежных исследований работы СМГЭ. Полученные данные были использованы для корректировки теоретических исследований;

- разработана методика расчета СМГЭ на статические нагрузки и даны рекомендации по проектированию.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в разработке методики проектирования СМГЭ, включающей в себя:

- определение основных конструктивно-технологических параметров СМГЭ;

- разработку математических моделей системы «обделка — грунтовый массив»;

- характеристики НДС системы «обделка - грунтовый массив».

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБОСНОВАНА:

- строгостью исходных предпосылок применяемых методов теоретических исследований;

- учетом требований действующих нормативных документов;

- использованием передовых разработок отечественных и иностранных организаций в рассматриваемой области;

- тестовыми расчетами НДС СМГЭ, сопоставленных с данными экспериментальных исследований, подтвержденных практикой строительства;

- хорошей для практических целей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Результаты работы нашли применение при проектировании НИИМК МАДИ автодорожного тоннеля^ на трассе Москва-Белгород, в научно-исследовательской работе НИЦ ТМ ОАО ЦНИИС, а также в учебном процессе кафедры «Мостов и транспортных тоннелей» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего^ профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» (Приложение I).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:

- на научно - методических и научно- исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), 2003-2010 г.г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 научных статьях:

1. Маковский, Л.В. Перспективы применения стальных гофрированных конструкций в тоннелестроении/ Л.В.Маковский, С.В.Чеботарев, Е.Н.Петрова // Труды международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы». -М.:ТА, 2002.-С. 314.

2. Маковский, Л.В. Проектирование и научное сопровождение строительства автотранспортных тоннелей/ Л.В.Маковский, С.В.Чеботарев, Е.Н.Петрова // Методы и средства повышения надежности материалов и сооружений на автомобильных дорогах: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2000.-С.12.

3. Петрова, E.H. Результаты расчетов свода из металлических гофрированных оцинкованных элементов ЗАО «Геотерра»/Е.Н.Петрова, Е.Б. Степаш-

ко// Проблема замены мостовых сооружений трубами большого диаметра или короткими тоннелями. Материалы технико-экономического совета Упрдор Москва - Харьков. Орел, 2000.- С. 12.

4. Петрова, E.H. Сооружения из металлических гофрированных элементов под насыпями автомобильных и железных дорог/ Е.Н.Петрова // Подземное пространство мира, № 1, 2001.

55. Петрова, E.H. К расчету металлических гофрированных конструкций/ Е.НПетрова // Методы и средства повышения надежности материалов и сооружений на автомобильных дорогах: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2000. -С.30.

6. Петрова Е.Н: Применение программного комплекса NASTRAN для расчета гофрированных металлических конструкций.// Актуальные проблемы мостостроения и тоннелестроения: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2001. -С.80.

7. Петрова, E.H. Исследования работы конструкций из гофрированного металла при строительстве искусственных сооружений/ Е.Н.Петрова // Исследования, мостовых и тоннельных конструкций: сб. науч. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2006. - С.80.

8. Маковский, Л.В., Петрова E.H. Расчет большепролетных конструкций тоннелей из металлических гофрированных элементов/ JI.B. Маковский. Е.Н.Петрова //Наука и техника в дорожной отрасли,№2. - М.: МАДИ (ГТУ), 2011.- С.18.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и четырех приложений. Полный объем работы составляет 136 страниц, включая 44 иллюстрации^ 10 таблиц. Список литературы включает 120 наименований, в том числе 20 иностранных.

Диссертация-выполнена на кафедре «Мосты и транспортные тоннели» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» под руководством члена-корреспондента РАЕН, к.т.н., профессора Л.В.Маковского.

ГЛАВА 1.КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯМ МЕТОДЫ РАСЧЕТА СМГЭ

1.1. Общие сведения о СМГЭ! Основные- конструктивно-технологические решения;

Перспективы развития строительной индустрии? вызывают необходимость совершенствования конструктивно-1 схнологических параметров искусственных сооружений, с . целью уменьшения! стоимости строительно-монтажных работ, конструкций, и сроков строительства. Решение этих вопросов возможно с использованием тонкостенных облегченных конструкций? искусственных сооружений; взамен массивных. Подобные тенденции? можно проследить во-всех областях строительства как гражданских, так и транспортных объектов;

В России металлические гофрированные трубы появились в 1875г. [40], и до начала 20 века применялись в качеств водопропускных труб, затем: подобные конструкции долгое время не применялись.

С 1962 по 1975 г. были проведены исследования ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС);по результатам которых выпущена Инструкция по проектированию [1] и; разработан ряд типовых проектов. В период с 1975 по 1979г. в системе Минтрансстроя? СССР было построено 4 тыс. водопропускных гофрированных труб диаметром 1,5-3 м (-12 тыс.т труб) на железных и автомобильных дорогах. Только на, БАМе было построено 3200 искусственных сооружений; из которых 2412 малых мостов и труб, из них 555 - металлических гофрированных.

В/» период с конца 70-х- начала. 80-х годов; применение в строительной практике гофрированных.труб и сооружений стало менее заметно,- т.к..такие конструкции? не: вошли в серийное производство, несмотря на это, исследования работы гофрированных труб-небольших диаметров под засыпкой; проводились [70-77].

Использование на практике таких конструкции до настоящего времени было; достаточно редким и составляло не более 4% от общего числа эксплуа-

тируемых труб по-Российской Федерации [63], что объясняется их малой изученностью в нашей стране и проблемой коррозионной стойкости таких сооружений. С конца 90-х годов в связи с реконструкцией дорог эту технологию вновь стали применять [56].

В'настоящее время» ведется^ активное внедрение в строительную практику гофрированных конструкций как малых, так и больших пролетов1 [15,61,88], основные сведениям которых представлены в табл. Г Приложения II.

За рубежом с конца 19 века и по настоящее время сооружения из гофрированных металлических элементов используются очень широко. В настоящее время металлические гофрированные конструкции применяют как в условиях севера (Канада, Аляс