[yarus.khv]

Друзья. Вопрос такой: Кто и как рассчитывает тоннели (трубы, микротоннели) мелкого и глубокого заложения на сейсмические нагрузки?

Задача, предположим, такая: посчитать микротоннель (D=2,5м) на сейсмику, глубина заложения 8м, проходит в гнейсах(см. примерно схему во вложении)
Что удалось найти:
1)Расчеты по ВСН 193-81 "Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей" (+ учебник Дормана)
2)Расчет в MIDAS GTS NX, где реализуется метод модальной суперпозиции и используются "отражающие" границы согласно статье
J. Lysmer and R. L. Kuhlemeyer, “Finite Dynamic Model for Infinite Media,” Journal of the Engineering Mechanics Division, Vol. 95, No. EM4, 1969, pp. 859-877.. Если вдруг у кого-то есть статья, поделитесь плз)
Ролик по модели Мидас GTS NX можно найти по запросу "Моделирование сейсмического воздействия на обделку тоннеля в программе midas GTS NX"
3)Крутые расчеты в АНСИС или АБАКУС с учетом нелинейностей как в "РУКОВОДСТВАХ ПО УЧЕТУ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ" (см. вложение)

Что получилось:
1) Попробовал расчеты для тоннелей глубокого и мелкого заложения кругового очертания по ВСН 193-81 (или еще есть книга Дормана "Сейсмостойкость транспортных сооружений", практически повторяет ВСН). По приложению 9 расчет для тоннеля мелкого заложения, видимо какие-то полуэмпирические формулы, в нескольких из них явные ляпы, которые собственно даже расчет не позволяют закончить. Муть какая-то.
Расчет для круглых тоннелей глубокого заложения (приложение 5) вроде попроще (можно подобрать по таблицам усилия), но смущает получающаяся "равномерная эпюра усилий" во всех сечениях обделки. Странно как-то.
Также есть пункт 4 ВСН (либо глава 2 Дормана), где говорится о плоской грунтовой модели и тоннеле в нем; задании волн сжатия, растяжения и сдвига, а также об их воздействии под различными углами. Однако непонятны границы этой модели, так то можно и в Мидасе замоделить и приложить эти силы от волн.
2) Расчет в GTS NX сделать можно при наличии акселерограмм (трехкомпонентных),но здесь вопросы:
1.что это за метод модальной суперпозиции (в Бирбраере и у других авторов как такового описания не нашел, о них буквально пару слов)?
В своих роликах поддержка Мидас говорит, что это прямой динамический метод. Однако это не прямое интегрирование уравнений движения, а описывается расчет примерно так:
-задание массива;
- нахождение 2 частот колебаний с максимальной модальной массой;
- учет демпфирования за счет "отражающих границ" согласно вышеприведенной статье;
- реализация полученных усилий в обделке;
2.Нелинейность грунта не учитывается, что собственно для прямого метода неверно, но можно ли этот метод назвать прямым?

3) В крутые расчеты не лезу, слишком уж круто

[Бахил]

Условность расчёта. Твой тоннель будет колебаться совместно с грунтом.
Никаких "собственных колебаний" у подземных сооружений нет.
Кстати точно также считаются убежища на воздействие ударной волны - равномерное сжатие и растяжение.
Для протяжённых сооружений (тоннели) проверяются ещё и продольные колебания. Но они, как правило, не критичны.

[yarus.khv]

Нарыл еще инфы. Справка из АНСИС и хороший диссер Ушакова по расчетам, где по методу модальных суперпозиций (стр 49), да и вообще по методам расчета во временной области расписано. Если я верно понял, то все-таки для линейных систем оно.
Но вопрос применимости данного метода для грунтов до сих пор для меня не ясен. В диссере рассматривается решение надземных конструкций.

[fasol]

Считаем туннели и тоннели по ВСН и гидротехническому руководству (квазистатика с волнами сжатия и сдвига), экспертиза довольна. Это, разумеется, не показатель, но других вариантов действующие нормы не предлагают. По хорошему ответственные сооружения надо бы считать по ДТ, но непонятно, на каком расстоянии прикладывать воздействие.
С волновой теорией проще, а размеры расчетной области практически не оказывают влияние на НДС обделки.
Волну растяжения следует прикладывать осторожно и только в случаях, когда имеется жирная анкеровка в массив. Обычно все ограничивается четырьмя комбинациями волн на каждое направление (с 1 по 4 во вложении 1). Для кругового сечения достаточно одного направления волн, для сечения с вертикальной осью симметрии я прикладываю 7 штук с шагом 15 градусов (0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) - в каких-то вылетаем максимум на лотке, в каких-то - на стенах и своде.
Эпюры получаются довольно симпатичными (вложения 2 и 3).

[yarus.khv]

fasol, спасибо, ценная информация.
1)Картинка (вложение 1) откуда?
2)Какими размерами область ограничиваете? ВСН не дает рекомендаций четких вроде как.
3)А если тоннель неглубокого заложения или на границе, в чем логика рассматривать этот бесконечный массив?
4) Для круглого сечения рассматриваете первое направление - сочетание волн сжатия и сдвига, второе направление - волны растяжение и сдвига?

Волну растяжения следует прикладывать осторожно и только в случаях, когда имеется жирная анкеровка в массив.

Есть в ВСН обоснование этого? Нагнетание за тоннельную обделку - тоже по сути анкеровка, особенно для крепких пород.

[fasol]

1) Сами рисовал. Красиво, знаю.
2) Проведите небольшое исследование на предмет изменений усилий в обделке при увеличении расстояния до волновой нагрузки от 5 до 100 пролетов свода, например. У меня получилось в пределах чуть ли не 5%, поэтому не парюсь. Это по сути классическая задача Керша. Сразу рисую расчетную область на все направления и в цикле меняю свойства материала при изменении угла волны, см. вложение. Но это Ансис, там есть удобные макросы.
3) Тоннели мелкого заложения по ВСНовской волновой теории считать нельзя, т.к. продольные и поперечные волны вблизи дневной поверхности трансформируются в рэлеевские.
4) Для круглого сечения с учетом бесконечного количества осей симметрии рассматриваются сочетания волн сжатия с сдвига только для одного направления сейсма. Уже не помню, может даже и одного сочетания хватает, там же только максимум гуляет по обделке.

Волна растяжения (сочетания с 5 по 8) прикладывается согласно п. 4.12-4.13 ВСН только если есть анкеровка и не допускаются трещины. В противном случае при прохождении волны растяжения обделка просто отлипнет от скалы и усилия в ней будут околонулевыми.

[yarus.khv]

Сообщение от fasol 1) Сами рисовал. Красиво, знаю.

Рисунки прям огонь

Сообщение от fasol 3) Тоннели мелкого заложения по ВСНовской волновой теории считать нельзя, т.к. продольные и поперечные волны вблизи дневной поверхности трансформируются в рэлеевские.

Тогда как считать? согласно ВСН пункту 7 (или приложение 9) расчет производится по каким-то полуэмпирическим формулам.
Я попробовал посчитать, дошел до нахождения k, а дальше единицы измерения просто не бьют, плюс несколько значений альфа почему-то, Пример вообще невнятный. В общем-то не получилось ничего.

Сообщение от fasol 4) Для круглого сечения с учетом бесконечного количества осей симметрии рассматриваются сочетания волн сжатия с сдвига только для одного направления сейсма. Уже не помню, может даже и одного сочетания хватает, там же только максимум гуляет по обделке.

Если рассматривать отдельно волны сжатия или растяжения, то да. Но если сжатие+сдвиг, то эпюры равномерными не получатся.
Судя по всему в приложении 5 (расчет круглых тоннелей глубокого заложения) в п.7 "в результате получают по две равнмоерные эпюры усилий, соответствующие наибольшим сжимающим и растягивающим напряжениям в каждом сечении обделки" учитываются только волны сжатия растяжения без сдвига.
Хотя определение усилий по таблицам усилий здесь очень удобное, единственное определение преобладающего периода частиц грунта под вопросом (в ВСН принимают 0,5).

[fasol]

Сообщение от yarus.khv Тогда как считать?

Я отмазывался простейшей квазистатикой - ускорение в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Сообщение от yarus.khv Судя по всему в приложении 5 (расчет круглых тоннелей глубокого заложения) в п.7 "в результате получают по две равнмоерные эпюры усилий, соответствующие наибольшим сжимающим и растягивающим напряжениям в каждом сечении обделки" учитываются только волны сжатия растяжения без сдвига.

Эпюры будут равномерными только в случаях всестороннего сжатия/растяжения, что не соответствует физике. В ВСНе, видимо, какой-то косяк формулировки.

Сообщение от yarus.khv единственное определение преобладающего периода частиц грунта под вопросом (в ВСН принимают 0,5).

Более уточненный период выдают в результате микросейсморайонирования, которое проводится только для особо ответственных сооружений и то не всегда. Но и там все крутится в районе получекунды +/- 0,10сек (для скалы).

[Simbod]

Друзья. Как правильно моделировать тоннель с опережающим крепом из защитных экранов из труб в Midas GTS NX? У меня все время выдает ошибку при создание интерфейса.

[eugenie_garber]

Сообщение от yarus.khv Если вдруг у кого-то есть статья, поделитесь плз)

Лучше поздно, чем никогда