1. Zasady określania obciążeń oraz obliczanie rurociągów i sztolni ciśnieniowych.

1.1 Rurociągi ciśnieniowe.

Zasadnicze rodzaje obciążeń działających na rurociągi żelbetowe:

• Ciężar własny

• Ciśnienie cieczy wynikające z wielkości spadu

• Ciśnienie hydrostatyczne wody w przekroju

• Pionowe obciążenie ciężarem zasypki

• Parcie poziome zasypki

• Nierównomierny rozkład temperatur w rurze

• Działanie wszelkiego rodzaju sił skupionych

• Praca rurociągu w kierunku podłużnym

• Parcie wody gruntowej

Podparcie.

Wartości momentów zginających i sił osiowych zależą od tego czy rurociąg ułożony jest na podporach, czy ułożony w sposób ciągły na podłożu. Rurociągi o średnicy D > 1,0 m układa się wyłącznie w sposób ciągły.

Dla dużego ciśnienia wewnętrznego wody p₀ wpływ pozostałych rodzajów obciążeń jest na tyle mały ze można go pominąć. Najistotniejsze jest wówczas zabezpieczenie rurociągu przed rozerwaniem.

Obliczając zbrojenie zakładamy że przeniesie ono całość rozciągań.

Siła rozciągająca wywołana ciśnieniem wewnętrznym p₀:

(r₀ - promień wewnętrzny rury)

Minimalny przekrój zbrojenia oblicza się ze wzoru:

F_z = N₀/f_d (f_d - naprężenie dopuszczalne)

Ze względu na zarysowanie oraz możliwość powstania spęknięć należy sprawdzić wartość naprężenia w przekroju w fazie pierwszej, tj przy założeniu współpracy zbrojenia z betonem, uwarunkowanym jednakową odkształcalnością obu materiałów (albo po prostu - przed zarysowaniem).

Dla:

Es - moduł sprężystości stali

Ec - moduł sprężystości betonu

ρ - stopień zbrojenia

obliczamy naprężenia:

gdzie:
- naprężenia rozciągające w betonie dla małych średnic

- dla dużych średnic (δ>1/10r₀),

r₁ - promień zewnętrzny, δ - grubość ścianki rury

Spełniony musi być warunek:

, s = 1,3-współczynnik pewności, R_r-wytrzymałość betonu na rozciąganie.

Ze względów konstrukcyjnych minimalna grubość ścian rurociągu powinna wynieść:

δ_min = 3,5 + 0,12 (r₁ - 7,5)cm

Jeżeli na poszczególnych fragmentach rurociągu działają różne ciśnienia p₀, należy rurociąg podzielić na odcinki i dla każdego odcinka obliczyć osobno zbrojenie oraz grubość ścian ze względu na maksymalne ciśnienie występujące w danym odcinku.

Jeżeli ciśnienie p₀ jest nieduże wpływ pozostałych obciążeń jest na tyle istotny ze należy je uwzględnić.

Należy wówczas przeanalizować oddzielnie wpływ każdego z obciążeń a następnie drogą superpozycji dobrać schemat najbardziej niekorzystny, przy czym należy pamiętać że dla różnych przekrojów schematy te mogą być różne.

Obliczanie wartości sił osiowych i momentów zginających dla poszczególnych obciążeń (wszystkie siły na 1m.b. długości):

1.Ciężar własny:

Siła osiowa (przy oparciu ciągłym, punktowym):

, G = 2πγ_brδ- wypadkowa obciążenia stałego (γ_b - ciężar

objętościowy betonu, r - promień środkowy ścianki rury, δ -

grubość ścianki rury)

β - kąt między osią pionową a płaszczyzną rozpatrywanego

przekroju

Moment zginający:

2. Ciśnienie hydrostatyczne wody w przekroju.

Siła osiowa (przy oparciu punktowym):

, P = πγ_wr₀² - ciężar cieczy w rurze

Moment zginający:

3. Pionowe obciążenie ciężarem zasypki (np. dla przewodów umieszczonych w wykopie)

Siły wewnętrzne są zależne od ciężaru objętościowego zasypki γ_z, głębokości wykopu, szerokości wykopu, staranności ubicia gruntu.

Wypadkową ciężaru zasypki dla rurociągu w wykopie oblicza się ze wzoru:

, K_z - współczynnik redukcyjny zależny od stopnia wymiarów

poprzecznego przekroju wykopu oraz od rodzaju gruntu,

H - głębokość wykopu

B - szerokość wykopu (wymiar w dnie wykopu)

D₁ - średnica zewnętrzna przewodu

Jeżeli rura jest umieszczona pod nasypem:

, K_k - współczynnik koncentracji, H - wysokość nasypu nad rurą.

4. Parcie poziome zasypki

Siły osiowe (podparcie punktowe):

Momenty:

przy czym:
, H₀ - odl. środka rury (przekroju A-A)od powierzchni.

Wartości momentu i siły osiowej można odczytać z tabel zamieszczonych w odpowiedniej literaturze dla kątów β równych 0, π/2, π, oraz dla podparcia punktowego i w kolistym korycie o kącie α. (może lepiej tak napisać zamiast uczyć się tych wzorów pojebanych!!!)

Dotyczy to wszystkich wyżej wymienionych rodzajów obciążeń oprócz ciśnienia wewnętrznego p₀.

Przy uwzględnianiu obciążeń 1-4 także obliczamy przekrój zakładając że zbrojenie przenosi całość rozciągań. Należy też sprawdzić przekrój na zarysowanie.

1.2 Sztolnie ciśnieniowe (bez obliczeń).

OBCIĄŻENIA

Rodzaje obciążeń działających na obudowę sztolni ciśnieniowych:

• Ciężar własny

• Wewnętrzne ciśnienie wody

• Zewnętrzne ciśnienie wody

• Ciśnienie poziome i pionowe górotworu

• Odpór górotworu, będący funkcją sprężystego odkształcenia sztolni pod wpływem wewnętrznego parcia wody

1.Ciśnienie wewnętrzne wody

Jeżeli znane jest położenie maksymalnej linii ciśnień (nie wiem co to), a jej wzniesienie ponad strop zewnętrzny wynosi h'_w to ciśnienie w dowolnym punkcie leżącym wewnątrz sztolni jest równe:

p_w = γ (h'_w + h_w), h_w - głębokość zanurzenia danego punktu.

2.Ciśnienie zewnętrzne wody

Jeżeli górotwór jest nasycony wodą, to wywiera ona ciśnienie na obudowę sztolni.

Całkowite ciśnienie działające w dowolnym punkcie zewnętrznej ściany sztolni wynosi:

p_z = γ (h'_z + h_z), gdzie h'_z, h_z - rys.

4. Ciśnienie górotworu.

Ciśnienie to powstaje wskutek wykonania w górotworze wyłomu, jako efekt naruszenia jego struktury. W sąsiedztwie wydrążonej sztolni tworzy się strefa, która pod wpływem własnego ciężaru traci kontakt z pozostałą masą górotworu i swoją masą napiera na obudowę sztolni.

Kształt linii odłamu określa się metodą Protodiakonowa:

Zgodnie z teorią Protodiakonowa określa się wysokość wzniesienia linii odłamu ponad strop sztolni h₀. Wartość h₀ można też odczytać z tablic Terzaghiego.

Znając położenie linii odłamu (w tym wartość h₀) można obliczyć wartość

1) Ciśnienia pionowego górotworu

Na przykład dla sztolni o przekroju zbliżonym do prostokątnego wynosi ono:

q_z = γ_sh₀, γ_s - ciężar objętościowy masywu skalnego.

2) Ciśnienia poziomego górotworu

Wzór na rzyczenie Norberta: q_x = γ_s y tg²(45⁰ - ½·Φ),

gdzie: γ_s - jak wyżej, y - odległość od środka bocznej ściany do środka ciężkości wycinka łuku (rys).

5. Odpór górotworu.

Odpór, zwany też parciem biernym, powstaje wskutek sprężystych odkształceń obudowy skierowanych na zewnątrz obudowy.

Jednostkowa wartość odporu wyraża się wzorem:

q₀ = kδ, k - współczynnik podatności sprężystej górotworu (u nas to jest d-podatność)

δ - dokształcenia mierzone prostopadle do obudowy

Współczynnik k (d) określany jest na podstawie pomiarów w naturze.

---