m_0867

91

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

платформа

горящий поезд

Рис. 4. Схема движения воздушного потока при возгорании поезда на станции

Согласно [2] для защиты людей от проникновения дыма на пути эвакуации необходимо предусматривать создание воздушного потока со скоростью не ниже 1,7 м/с в зоне примыкания эвакуационных путей к платформенным залам станции. Как показывают натурные наблюдения, полное задымление станции происходит за 5–7 минут (на примере станций Новосибирского метрополитена). В большинстве случаев этого времени достаточно, чтобы пассажиры дошли до вестибюля.

Во время аварийного режима на станции с двухпутными тоннелями (рис. 5) при заданной площади проемов примыкания эвакуационных путей к платформе (размеры проемов 5,3×2,5 м) с каждого из четырех эскалаторов для обеспечения требуемой скорости воздуха 1,3 м/с навстречу эвакуирующимся людям [2] необходимо производить дымоудаление с каждой стороны боковой платформы по 34,5 м3/с, всего 69 м3/с.

Дымоудаление из платформенного зала и обеспечение скорости воздуха на пути эвакуации производятся станционными вентиляторами. Обеспечение незадымления остальной части линии осуществляется тоннельными вентиляторами в венткамерах на торцах станции.

Организация под верхним сводом тоннеля дымоудаляющего канала позволяет реализовать продольно-поперечную систему вентиляции при пожаре поезда в тоннеле. Дым удаляется через верхний канал системой дымоудаления, а тоннельные вентиляторы подают свежий воздух навстречу эвакуирующимся. Кроме того, применение двухпутного тоннеля дает благоприятную возможность отделить систему тоннельной вентиляции от системы вентиляции станций, т.е. возводить станции закрытого типа.

92

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

10 м3/с

10 м3/с

82 м3/с

Рис. 5. Схема работы станционной вентиляции при горении поезда на станции

Таким образом можно организовать поперечную схему дымоудаления на станции (см. рис. 5). Дым от очага пожара поднимается вверх и удаляется по воздушному каналу, расположенному под верхним сводом тоннеля. При этом большая часть дыма будет удаляться через канал дымоудаления. Такая схема аварийной вентиляции позволит обеспечить надежную эвакуацию благодаря вентиляторам меньшей производительности и мощности.

Встатье на основе результатов выполненных теоретических

иэкспериментальных исследований транспортного сооружения дано обоснование повышению безопасности путей эвакуации со станций и из тоннелей метрополитена.

Эффективность работы системы тоннельной вентиляции при аварийном задымлении или загазовании подземных сооружений при двупутном конструктивном исполнении метрополитена выше, чем в конструкции с двумя однопутными тоннелями.

Результаты исследований позволяют обосновать необходимые дополнения к нормативным документам, регламентирующим проектирование и эксплуатацию подземного транспортного сооружения – метрополитена, повышающие безопасность пассажиров при их эвакуации.

93

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Библиографический список

1.Красюк А.М. Тоннельная вентиляция метрополитенов. Новосибирск: Наука, 2006. 164 с.

2.СП 32-105–2004. Свод правил по проектированию и строительству. Метрополитены. М.: Госстрой России, 2003. 337 с.

3.Красюк А.М., Лугин И.В. Исследование режимов работы вентиляции при возгорании поезда в тоннеле метрополитена // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. 2005. № 4. С. 84–93.

УДК 624.154

А.Г. Полянкин, Г.Г. Карян

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ И МОМЕНТНУЮ НАГРУЗКИ

Свайные фундаменты транспортных сооружений должны проектироваться и рассчитываться на самое неблагоприятное сочетание нагрузок, включая горизонтальные и моментные воздействия. Для определения несущей способности сваи на горизонтальную нагрузку действующие нормативные документы [1] рекомендуют только полевые методы.

С целью проверки теоретических положений, лежащих в основе предложенной ранее методики расчета свай на горизонтальную и моментную нагрузки [2], а также с целью оценки влияния различных факторов на несущую способность сваи были проведены эксперименты на моделях в лабораторных условиях, сделано сравнение результатов лотковых испытаний свай на горизонтальную нагрузку с результатами расчетов свай в программных комплексах SCAD и ЭСПРИ и предложена методика численного конечно-элементного анализа работы сваи в программном комплексе Midas GTS 2013 «Программа геотехнических расчетов

…».

Эксперименты проводились на базе кафедры «Геология, основания и фундаменты» СГУПСа. В частности, в работе оценивалось сопротивление (несущая способность) одиночных свай

94

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

разных диаметров и разных длин при одинаковых условиях загружения.

За критерий потери несущей способности сваи будем считать перемещение верха сваи на величину u0, зависящую от длины сваи, либо «срыв» графика перемещений.

фиков нагружения свай (рис. 3–5).

95

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Рис. 3. Графики нагружения свай d = 2 см и длиной: а – 30 см; б – 40 см; в – 50 см

Рис. 4. Графики нагружения свай d = 3 см и длиной: а – 30 см; б – 40 см; в – 50 см

Рис. 5. Графики нагружения свай d = 4 см и длиной: а – 25 см; б – 30 см; в – 40 см

Численное решение задачи на определение перемещений выполнено в программных комплексах SCAD и ЭСПРИ.

Ниже (табл. 1–3) приведено сравнение результатов лотковых испытаний свай на горизонтальную нагрузку с результатами расчетов свай в программных комплексах SCAD и ЭСПРИ. Здесь представлены расчеты для наиболее характерных нагружений, при ко-

96

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

торых наблюдались ползучесть грунта и резкое увеличение перемещений.

Таблица 1

Сравнение результатов лотковых испытаний с результатами расчетов в программном комплексе ЭСПРИ для свай с L = 50 см

Для свай с L = 50 см максимальное расхождение составило

20,01 %.

Таблица 2

Сравнение результатов лотковых испытаний с результатами расчетов в программных комплексах SCAD и ЭСПРИ для свай с L = 40 см

97

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Для свай с L = 40 см максимальное расхождение составило

32,25 %.

Таблица 3

Сравнение результатов лотковых испытаний с результатами расчетов в программном комплексе ЭСПРИ для свай с L = 30 см

Для свай с L = 30 см максимальное расхождение составило

15,7 %.

Опишем моделирование лотковых испытаний свай на горизонтальную нагрузку в программном комплексе Midas GTS 2013 «Программа геотехнических расчетов …». Возможности программы включают расчет напряжений с учетом последовательности возведения конструкций [4].

Моделирование геометрии (рис. 6). Предварительно необходимо выбрать систему единиц, в которой будут задаваться исходные данные для расчета. Кроме этого, необходимо указать, в какой постановке будет решаться задача. В данном случае используем 3D-моделирование.

Моделирование геометрии состоит из двух этапов:

98

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

1)моделирование лотка по известным параметрам (ширина, длина, высота) в виде объемного элемента;

2)моделирование сваи в виде 3D-линии.

Рис. 6. Моделирование геометрии

Назначение характеристик грунта и сваи. Задача решается в рамках модели Кулона – Мора. Характеристики грунта и сваи взяты из программы ЭСПРИ (грунт – песок средней крупности, свая – из сосны первого сорта).

Разбиение на КЭ (рис. 7). Midas GTS 2013 позволяет разби-

вать на КЭ как в автоматическом режиме, так и в ручном. В первом приближении будем использовать автоматическое разбиение, в последующих расчетах – ручное (для уточнения результатов).

Рис. 7. Разбиение на КЭ:

а – автоматическое разбиение; б – ручное разбиение

Затем производим назначение характеристик сваи и назна-

чение граничных условий. Для грунта – запрет перемещений по направлениям элементов лотка (имеется одна свободная поверх-

99

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

ность на уровне верха сваи). Для сваи – запрет угла поворота относительно собственной продольной оси.

Назначение нагрузки. В данном случае действует горизонтальная сила на уровне верха сваи. Ее величину будем задавать по ступеням нагружения. Первая ступень равна 5 % от фактической несущей способности, которая определена в ходе лотковых испытаний.

Результаты расчета представлены в виде цветных диаграмм напряженно-деформированного состояния исследуемой системы «грунтовый массив – свая» (рис. 8).

Рис. 8. Результаты расчета сваи

По аналогичной схеме были проведены расчеты сваи как 3Dтела. На рис. 9 представлены результаты разбиения на КЭ. Слева представлен общий рисунок, где показано сгущение в области сваи контактными элементами, которые позволяют моделировать взаимодействие технической системы «свая – грунт». Справа показана сама свая, разбитая на КЭ размером d/4.

100