Анотація до роботи:

Тютькін О.Л. Обґрунтування геометричних параметрів конструкції пілонної станції метрополітену з урахуванням взаємодії кріплення з масивом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2003.

Дисертація присвячена обґрунтуванню геометричних розмірів конструкції пілонної станції метрополітену глибокого закладення з урахуванням взаємодії кріплення з масивом.

Порівняльний аналіз плоских схем із просторовою свідчить, що неврахування просторовості конструкції пілонної станції призводить до збільшення моментів та нормальних сил в 3-8 разів у плоских схемах.

Була розроблена авторська методика розрахунку пілонної станції з пружно-в’язко-пластичним масивом. Встановлено, що застосування пружно-в’язко-пластичної моделі масиву у випадку глинистого ґрунту підвищує точність розрахунку конструкції станції у 1,2-1,35 рази у порівнянні з пружною та пружно-пластичною моделлю масиву.

Проведені чисельні розрахунки на основі авторського алгоритму оптимізації засвідчили, що можливе зниження товщини обробки станційних тунелів до 25 % без втрати несучої здатності.

У дисертаційній роботі наведено нове рішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає в обґрунтуванні геометричних параметрів конструктивних елементів станції пілонного типу з урахуванням взаємодії кріплення з масивом.

Основні рекомендації та загальні висновки, у яких відображені головні наукові та практичні результати, такі:

1. На основі аналізу сучасної науково-технічної інформації про розрахунки підземних споруд зі спробами врахування дійсної поведінки оточуючого масиву зроблено висновок, що кількість підходів до вирішення цієї проблеми дуже велика і на сьогоднішній час не існує єдності у виборі якогось одного.

2. В якості методу для дослідження та аналізу системи “кріплення-масив” було обрано метод математичного моделювання на основі методу скінченних елементів (МСЕ). У ході проведення чисельних розрахунків застосування МСЕ дозволило достатньо повно, точно і просто врахувати майже всі особливості досліджуваної конструкції та її роботи, провести варіацію пружно-в’язко-пластичних властивостей масиву, конструктивних параметрів станційної обробки у ряді оптимізаційних розрахунків, дозволив проведення розрахунків із шаруватим та порожнистим масивом, надати отриманим результатам наочний вигляд. Чисельна реалізація МСЕ проводилася на основі професійного розрахункового комплексу Structure CAD for Windows, version 7.29 R.3 (SCAD).

3. На основі теоретичного та чисельного аналізу доведено, що неврахування просторовості конструкції трисклепінчастих станцій призводить до серйозної зміни дійсної картини. Чисельний аналіз запропонованої автором просторової схеми та подібного до неї набору плоских схем показав, що у плоских схемах, на відміну від просторової, значення моментів та нормальних сил збільшено у 3-8 рази, що приводить до проектування неекономічної конструкції. У роботі наведено рекомендації побудови просторових схем на основі МСЕ.

4. Проведено критичний аналіз застосування спрощених розрахункових схем на основі пружного відпору. Показано, що визначення меж його дії у стандартних методиках не зовсім правильне, наведено алгоритм їх пошуку на основі МСЕ та методику спрощеного розрахунку з урахуванням взаємодії масиву у вигляді пружного відпору.

5. Розроблена авторська концепція імітаційного моделювання на основі дискретних станів, яка стала теоретичним підґрунтям методик розрахунку та оптимізації. Її розробка дозволила провести узагальнення та переосмислення класичних положень суцільного середовища і механіки підземних споруд з позицій імітаційного моделювання та чисельного аналізу МСЕ, що призвело до уведення теоретичних положень в інженерні методики. Розроблений автором та застосований надалі “ґрунтовий” елемент, поведінка якого визначається із лабораторних досліджень і потім екстраполюється на масив, дозволяє імітувати реальний оточуючий масив у моделях, наведено врахування реальної поведінки матеріалу конструкції.

6. Вперше на основі теоретичних положень розроблена методика розрахунку станції пілонного типу з оточуючим масивом, який має пружно-в’язко-пластичні властивості. Порівняння результатів пружних, пружно-пластичних та пружно-в’язко-пластичних розрахунків пілонної станції, яка знаходиться у глинистому масиві, свідчить про те, що застосування пружно-в’язко-пластичної моделі масиву підвищує точність розрахунку у 1,2-1,35 рази на відміну від інших моделей масиву. Проведені розрахунки із шаруватими масивами та масивами з порожнинами доводять важливість урахування цих випадків для інженерної практики.

7. Розглянуто існуючі методи оптимізації та запропоновано авторський алгоритм оптимізаційного процесу. Вперше проведені чисельні розрахунки дозволяють зробити висновок, що при взаємодії підземної споруди з середовищем зі складними властивостями оптимальною не є конструкція з більшими геометричними розмірами перерізу. Чисельні розрахунки довели, що можливе зниження товщини обробки станційних тунелів до 25 % без втрати несучої здатності.

8. На основі проведених експериментів доведено той факт, що результати лабораторних випробувань можна з достатньою точністю екстраполювати на поведінку реального масиву, що у свою чергу, також доводить і можливість їх використання у імітаційному моделюванні МСЕ.

9. Проведене техніко-економічне порівняння варіантів. Економічний ефект від впровадження авторських методик у виробництво становить близько 70 тис. грн. на одну пілонну станцію, яка знаходиться у процесі проектування та будівництва.

10. Проведені наукові дослідження дозволяють удосконалювати подальші роботи в області розрахунків станцій метрополітену пілонного типу глибокого закладення. Також існує можливість для рішення на основі отриманих результатів вузлових задач механіки підземних споруд і обґрунтування розвитку підземної урбаністики.

Публікації автора:

1. Гузченко В.Т., Куприй В.П., Тютькин А.Л. Учет упругих свойств породы в расчетах подземных сооружений / Зб. наук. праць “Будівництво”, ДІІТ, Дніпропетровськ, 2000. – Вип. 8 – С. 313-316.

2. Тютькин А.Л. Анализ пространственной и плоских расчетных схем станции пилонного типа метрополитена глубокого заложения / Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2001. – Вип. 2/2001 (11). – С. 337-340.

3. Петренко В.Д., Тютькин А.Л. К вопросу о дискретизации конечно-элементных моделей / Сб. научн. тр. ПГАСиА «Строительство. Материаловедение. Машиностроение», Днепропетровск, 2002. – Вып. 18. – С. 123-128.

4. Петренко В.Д., Тютькин А.Л. Особенности работы конструкции как основа оптимизации ее конструктивных элементов / Міжвід. наук.-тех. зб. наук. праць “Будівельні конструкції”. – Київ: НДІБК, 2002. – Вип. 56. – С. 134-141.

5. Петренко В.Д., Тютькин А.Л. Практическое применение реологических моделей в расчетах подземных сооружений / Зб. наук. праць “Будівництво”, ДІІТ, Дніпропетровськ, 2002. – Вип. 10. – С. 13-15.

6. Тютькин А.Л. Имитационная модель системы «крепь-массив» на основе принципа дискретных состояний / Сб. науч. тр. НГА Украины № 13, том 1. – Днепропетровск: РИК НГА, 2002. – С. 45-50.

7. Петренко В.Д., Тютькін О.Л. Оцінка впливу порожнин та шарів на напружено-деформований стан системи “кріплення-масив” / Міжвід. зб. наук. праць “Геотехнічна механіка”, ІГТМ НАНУ ім. М.С. Полякова, Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 42. – С. 198-204.

8. Петренко В.І., Петренко В.Д., Тютькін О.Л. Урахування взаємодії системи кріплення-масив у розрахунках трьохсклепінчастих станцій метрополітену / Вісник Національного технічного університету “Київський політехнічний інститут”, серія “Гірництво”. – Київ: НТУУ “КПІ”: ЗАТ “Техновибух”, 2002. – Вип. 7. – С. 22-26.

9. Тютькін А.Л. Методика визначення напружено-деформованого стану трьохсклепінної станції пілонного типу з урахуванням пружно-в’язко-пластичних властивостей оточуючого масиву / Зб. наук. праць “Будівництво” – Дніпропетровськ: Видавн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В.Лазаряна, 2002. – Вип. 11. – С. 42-47.

10. Тютькин А.Л. Расчет бокового станционного тоннеля методом конечных элементов / Тезисы докладов региональной студ. науч.-техн. конференции, ДонГТУ, Донецк, 2000. – С.28-29.

11. Гузченко В.Т., Тютькин А.Л. К методике расчета станций метрополитена глубокого заложения / Тезисы докладов региональной студ. науч.-техн. конференции, ДонГТУ, Донецк, 2001. – С.58-59.

12. V. D. Petrenko, A. L. Tutkin, V. N. Palchik The Investigation of the Interaction between Rock Mass and Support in Calculations of the Depth Contour Interval Underground Stations / Сб. научн. трудов междунар. конф. “Proceedings of the International Symposium on Geotechnological Issues of Underground Space Use for Environmentally Protected World”, Dnipropetrovsk, NMUU, 26-29 June 2001, pp. 37 – 39.

13. Петренко В.И., Петренко В.Д., Тютькин А.Л. Методология расчетов подземных сооружений МКЭ на основе новых принципов моделирования системы «крепь-массив» / Труды Междунар. научн.-пр. конф. «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: Опыт и перспективы», Россия, Москва, 28-31 октября 2002 г. – С. 343.

14. Петренко В.Д., Тютькин А.Л., Цепак С.В. Двухсторонняя телеметрия как процесс прогнозирования и изменения напряженно-деформированного состояния системы «крепь-массив» / Мат. V Всеукр. наук.-практ. конф. “Наука і освіта’2002”, Дніпропетровськ-Донецьк, 5-7 березня 2002 р. – Том. 19. Технічні науки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. – С. 34-35.