Исследование сейсмонапряженного состояния системы "земляное полотно-основание"

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Казахская академия транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева, г. Алматы

Исследование сейсмонапряженного состояния системы "земляное полотно-основание"

Шаяхметов С.Б., Мирзабаев С.А.

Динамические нагрузки, действующие на земляное полотно, имеют различную природу, однако наибольший интерес представляет воздействие от землетрясений. Важность проблемы сейсмостойкости земляного полотна обуславливается катастрофическими последствиями действий на него сильных землетрясений. Проектирование экономичного, прочного и надежного земляного полотна, которое может противостоять инерционным силам при интенсивных землетрясениях, требует инженерного искусства и использование научных достижений в области теории сейсмостойкости транспортных сооружений различного назначения.

Поэтому целесообразно продемонстрировать основные положения принятых теорий и методов расчетов, рассматривая сейсмостойкость системы «земляное полотно - основание» с учетом неоднородности и разномодульности составляющих ее грунтовых слоев в условиях воздействия сильных землетрясений.

Следует ожидать, что сейсмические колебания грунта насыпи вызовут существенные повреждения земляного полотна в частности и в целом железнодорожного пути.

Фактические данные разрушительных землетрясений снова подтверждают, что землетрясение средней интенсивности вызывают значительно большие напряжения и перемещения, чем нагрузки, принятые по нормам. В действительности земляное полотно, рассчитанное по нормам, будет перенапряжено, и параметры действительной реакции можно определить только с помощью на основе выше изложенной методики [1].

Важную исходную информацию для изучения и практической реализации вопросов сейсмостойкости системы «земляное полотно - основание» представляют, естественно, кинематические данные о самом землетрясении. Сильные сейсмические движения, вызывающие достаточно интенсивные колебания грунта, имеют параметры слишком большие для регистрации с помощью типовых приборов, применяемых в сейсмологии. Поэтому три компоненты колебаний грунта, зарегистрированные акселерографом, представляют собой полное описание интенсивности землетрясения, которое воздействует на земляное полотно на этой же площадке. Наиболее важными параметрами записи каждой компоненты, с точки зрения расчета конструкции, являются: амплитуда, частотный состав и продолжительность.

Амплитуда обычно характеризуется пиковым значением ускорения или, иногда, числом пиков, превышающих определенный уровень. Скорость колебаний грунта может быть более показательной мерой интенсивности, чем ускорение, но обычно записью скоростей не располагают, если не выполняются дополнительные вычисления. Частотный состав может быть грубо представлен числом пересечений в секунду нулевой линии на акселерограмме, а продолжительность - интервалом времени между первым и последним пиками, превышающими заданный уровень. Очевидно, что последние количественные характеристики вместе дают приближенное описание процесса колебаний грунта и не отражают их потенциальную опасность для земляного полотна.

Важным моментом в расчетах сейсмостойкости земляного полотна является выбор характеристик входного сейсмического воздействия, на которое следует рассчитать его. Сейсмические нагрузки - особые из всех видов внешних нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании, поскольку сильное землетрясение обычно вызывает в критических сечениях земляного полотна большие напряжения и перемещения, чем все другие нагрузки, вместе взятые [2].

Одним из наиболее эффективных способов определения колебаний грунта является использование акселерограммы прошлого землетрясения. Очевидно, что расчет на заданную акселерограмму будет более разумным и наиболее эффективным методом для исследования сейсмического напряженного состояния системы «земляное полотно - основание».

Объектом расчета динамического анализа является поперечное сечение земляного полотна в форме трапеции с наклоном боковых сторон в отношениях: k1=1:2; k2=1:1,75; k3=1:1,5 и высотами h1=11,0м, h2=6,0м, h3=6,0м, представленное на рисунке 1. Общая высота земляного полотна

H=h1+h2+h3=23,0м.

Упругие и плотностные параметры земляного полотна и основания приведены в таблице 1. Основная площадка земляного полотна имеет ширину b=11,0 м. Размер нижнего основания насыпи при принятых высотах и уклонах сторон, составляет

а=b+2(k1·h1+ k2·h2+ k3·h3) = 94,0 м.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 1 Расчетная схема

Основание расчетной области принимается жестким, т.е. в горизонтальном и вертикальном направлениях перемещения равны нулю. Расчетная область разбита на 212 изопараметрические четырехугольные квадратичные элементы с общим количеством узлов 711. В пределах каждого элемента материал однороден.

Таблица 1 Упругие и плотностные параметры земляного полотна и основания

В качестве внешних силовых факторов сейсмического движения использована реальная акселерограмма 9 балльного землетрясения Газли (17.05.1976г.) с продолжительностью 1,38 сек [3]. Для непосредственного расчета взята наиболее интенсивная часть горизонтальной (ах) и вертикальной (ау) составляющих акселерограмм (рис. 2). Она табулирована с постоянным шагом по времени равным 0,023 сек. Принятый конкретный временной шаг не теряет максимумы заданных значений ускорений и их скачкообразные колебания.

Продолжительность 1,38 сек. (0t50t). Кривая 1 соответствует ах, 2 - ау.