Обґрунтування конструкції станції метрополітену пілонного типу в скельних породах при варіюванні ширини пілонної частини

UKR: Мета. Автор ставить за мету провести чисельний аналіз методом скінченних елементів конструкції станції пілонного типу, що зводиться в скельних породах Новоавстрійським методом спорудження тунелів (NATM), й провести її обґрунтування під час варіювання ширини пілонної частини, визначивши залежності компонент напружено-деформованого стану. Методика. Визначено, що станція метрополітену пілонного типу, що досліджується, є конструкцією, яка має явну неоднорідність структури. Проведений детальний аналіз конструктивного рішення системи «пілон – прохід» станції метрополітену пілонного типу, що споруджується NATM. Обґрунтовано, що відображення неоднорідної структури станції метрополітену пілонного типу із відтворенням системи «пілон – прохід» є завданням математичного моделювання на основі методу скінченних елементів. За допомогою розрахункового професійного комплексу Structure CAD розроблено скінченно-елементні моделі станції пілонного типу із варіюванням ширини пілонної частини. Результати. Отримано результати напружено-деформованого стану комбінованої оправи станції метрополітену пілонного типу за допомогою скінченно-елементних моделей із варіацією ширини пілону. Доведено, що для станції метрополітену пілонного типу при варіації ширини пілону bпіл деформований стан залишається однорідним. Якісний аналіз шістьох компонент напружено-деформованого стану при варіації ширини пілону доводить, що вплив ширини пілону є локальним і загасає в околиці 1,0…1,2 м. Проаналізовані залежності є лінійними або поліноміальними відповідно для різних компонент напруженого й деформованого стану і дозволяють обґрунтувати ширину пілону, що забезпечує міцність станційної конструкції. Наукова новизна характеризується вперше отриманими залежностями напружено-деформованого стану комбінованої оправи станції метрополітену пілонного типу при варіації ширини bпіл. Практична значимість полягає в проведенні низки розрахунків під час математичного моделювання методом скінченних елементів із проведенням аналізу міцності станційної конструкції та наданням рекомендацій щодо вибору її розмірів.

ENG: Purpose. The author aims to conduct a numerical analysis using the finite element method of the structure of a pylon-type station, which is being built in rock formations using the New Austrian tunneling method (NATM), and to conduct its substantiation when varying the width of the pylon part, determining the dependences of the components of the stress-strain state. Methodology. It was determined that the pylon-type metro station under study is a structure that has obvious structural heterogeneity. A detailed analysis of the structural solution of the «pylon – passage» system of a pylon-type metro station constructed by NATM was conducted. It was substantiated that the reflection of the heterogeneous structure of a pylon-type metro station with the reproduction of the «pylon – passage» system is a task of mathematical modeling based on the finite element method. Using the professional calculation complex Structure CAD, finite element models of a pylon-type station with varying the width of the pylon part were developed. Findings. The results of the stress-strain state of the combined lining of a pylon-type metro station were obtained using finite element models with varying the pylon width. It is proven that for a pylon-type metro station with varying the pylon width bpyl, the deformed state remains homogeneous. Qualitative analysis of the six components of the stress-strain state with variation in the pylon width proves that the effect of the pylon width is local and decays in the vicinity of 1.0 … 1.2 m. The analyzed dependencies are linear or polynomial, respectively, for different components of the stress and strain state and allow us to justify the width of the pylon, which ensures the strength of the station structure. Originality is characterized by the first-ever obtained dependences of the stress-strain state of the combined lining of the pylon-type metro station with variations in the width bpyl. Practical value lies in carrying out a series of calculations during mathematical modeling by the finite element method with the analysis of the strength of the station structure and the provision of recommendations for the selection of its dimensions.