Karel Vojtasík

Static design of steel-concrete lining for traffic tunnels

Article summarizes the results of research focused on the structural design of traffic tunnel linings that have been achieved in the framework of a research project TE01020168 that supports The Technology Agency of Czech Republic. This research aim is to find and develop a process for design structure parameters of tunnel linings. These are now mostly build up by a shotcrete technology. The shotcrete is commonly endorsed either with steel girders or steel fibres. Since the installation a lining structure is loaded while strength and deformational parameters of shotcrete start to rise till the setting time elapses. Thats reason why conventional approaches of reinforced concrete are not suitable. As well as there are other circumstances to step in shown in this article. Problem is solved by 3D analysis using numerical model that takes into account all the significant features of a tunnel lining construction process inclusive the interaction between lining structure with rock massive. Analysis output is a view into development of stress-strain state in respective construction parts of tunnel lining the whole structure around, including impact on stability of rock massive. The proposed method comprises all features involved in tunnel fabrication including geotechnics and construction technologies.

Deformation Characteristics of Shot Concrete Lining and Steel Lattice Beams

Deformation Characteristics of Shot Concrete Lining and Steel Lattice Beams Steel-concrete tunnel lining is the only type of stabilizing structure statically active in phase of its construction, i.e. immediately after execution of excavating. This fact predestinates it for stabilization of excavation in interaction with solid rock mass. Deformation characteristic of the shot concrete lining is determined by variable stiffness of the lining cross-section during the construction and shortly after its completion, and it is subjected to the advancement upon construction of the lining. Variable stiffness of the lining structure enables controlled release of stress state of the solid rock mass after execution of excavation. The present contribution analyzes activity of the shot concrete tunnel lining and steel lattice beams. Deformation characteristics are determined based on mutual interaction of the lining and solid rock mass during individual constructional stages of the lining determined by geometrical parameters of the lining cross-section and state of individual shot concrete layers hardening. Deformační Charakteristika Ostění Ze Stříkaného Betonu a OcelovýCH Příhradových Nosníků Ocelobetonové tunelové ostění je jediným typem stabilizační konstrukce, která je staticky činná již ve fázi její výstavby, která následuje bezprostředně po provedení výrubu. Tato okolnost ji předurčuje k stabilizaci výrubu v součinnosti s horninovým masivem. Deformační charakteristiku ocelobetonového ostění určuje proměnlivá tuhost průřezu ostění během výstavby a krátce po jeho dokončení a je dána procesem výstavby ostění. Proměnlivá tuhost konstrukce ostění umožňuje řízené uvolnění napěťového stavu horninového masivu po provedení výrubu. Předložený článek analyzuje činnost tunelového ostění ze stříkaného betonu a ocelových příhradových nosníků. Deformační charakteristika je stanovena na základě vzájemné interakce mezi ostěním a horninovým prostředím v průběhu konstrukčních etap budování ostění, které jsou určeny geometrickými parametry průřezu ostění a stavem tvrdnutí jednotlivých vrstev stříkaného betonu.

Final Lining Behaviour in Extremely Low Temperatures / Chování Definitivního Ostění Při Extrémně Nízkých Teplotách

Abstract Design of a tunnel lining is complex task. The tunnel lining structure works in close interaction with the surrounding rock mass. The value of the load depends on geotechnical circumstances, primary lining, shape and size of opening, construction technology and as well on the temperature distribution in a lining that is determined by climatic conditions. The article deals with the temperatures in the tunnel lining that are brought about by air temperature changes in tunnel space and a constant temperature inside the rock mass. This problem is solved making use of temperature records in tunnel, on the inner and outer surface of the tunnel lining and in rock mass measured at a motorway Tunnel Klimkovice. These records are analyzed and submit to FE model of the tunnel lining so that the lining temperature state is converted for a lining stress state. Abstrakt Návrh definitivního ostění ražených tunelů je složitý úkol. Statická činnost definitivního tunelového ostění je podmíněna interakcí s okolním horninovým masivem. Hodnota jeho zatížení je závislá na geotechnických podmínkách, primárním ostění, tvaru a velikosti výrubu, způsobu výstavby a také na vývoji a rozložení teplot v ostění, které jsou ovlivňovány klimatickými podmínkami. Článek se zabývá stavem napjatosti v definitivním tunelovém ostění, které je indukováno kolísáním teplot ovzduší na vnitřním líci ostění tunelu a konstantní teplotou uvnitř horninového masivu. Problém je řešen s využitím záznamů teplot ovzduší, teplotních stavů na vnitřním a vnějším líci tunelového ostění a uvnitř horninového masivu, které byly naměřeny na dálničním tunelu Klimkovice. Naměřené teploty jsou analyzovány a uplatněny v MKP modelu tunelového ostění, kterým jsou teplotní stav a jeho změny transponovány na hodnoty napětí.

Dependency of Elastic Modulus and Stress Redistribution Coefficients on a Layout of Steel Reinforcement in Steel-Concrete Cross Section

Dependency of Elastic Modulus and Stress Redistribution Coefficients on a Layout of Steel Reinforcement in Steel-Concrete Cross Section The paper presents the outputs of a computational parametric study investigating the influence of both reinforcement ratio and scheme of a cross-section reinforcement on a design value of the elastic module for the homogenized cross-section and the values of the stress redistribution coefficients. The design value of the elastic module represents the steel-concrete cross section in the calculations. The stress redistribution coefficients converts the state stress in the homogenized cross-section for the state stress in steel and concrete individually. The design value of the homogenized cross-section elastic module and the stress redistribution coefficients are determined from the theory of the cooperating rings and computed by program HOMO. The result of a study is a set of the stress redistribution coefficients and a dependency of stress redistribution coefficients on the reinforcement ratio of a steel-concrete section. Závislost Modulu Pružnosti a Přerozdělovacích Napěťových Koeficientů Ocelobetonového Průrezu na Rozložení Ocelových Prvků v Průřezu Článek uvádí výsledky výpočtové parametrické studie, zkoumající vliv stupně a způsobu vyztužení ocelobetonového průřezu na výpočtovou hodnotu modulu pružnosti homogenizovaného průřezu a na hodnoty přerozdělovacích napěťových koeficientů. Homogenizovaným průřezem je ocelobetonová výztuž reprezentována ve výpočtech. Napěťové přerozdělovací koeficienty slouží k přepočtu stavu napětí v homogenizovaném průřezu na stav napětí v ocelových prvcích a ve stříkaném betonu. Výpočty modulu pružnosti homogenizovaného průřezu a hodnoty přerozdělovacích napěťových koeficientů jsou provedeny metodou, která je založena na teorii spolupracujících prstenců výpočetním programem HOMO. Výsledkem parametrických výpočtů je závislost hodnot přerozdělovacích napěťových koeficientů na stupni vyztužení ocelobetonového průřezu.

Verification of an Improved Prediction Method for Effects of Shallow Tunnelling

Verification of an Improved Prediction Method for Effects of Shallow Tunnelling This paper has focused on verification of practical applicability of calculation methods for establishing of subsidence trough parameters related to shallow tunnelling. Both qualitative and quantitative aspect of these parameters are scrutinised by using them for solving of practical tasks and prediction accuracy of specific calculations has been verified. Obsahem příspěevku je ověření spolehlivosti praktického použití prezentovaných výpočetních postupů pro stanovení parametrů poklesové kotliny při ražení mělkých podzemních děl, pro kvantitativní i kvalitativní vyhodnocení těchto parametrů v konkrétních praktických úlohách a ověření dostatečné vypovídací schopnosti výsledků provedených výpočtů.

An Assessment of Stress State in Section of Steel Concrete Tunnel Lining Based on a Theory of Simultaneously Working Rings

An Assessment of Stress State in Section of Steel Concrete Tunnel Lining Based on a Theory of Simultaneously Working Rings The paper describes a method of setting up a stress state in a section of the steel concrete tunnel lining. This method evolves from the theory of simultaneously working rings. The theory provides for the evaluation of strain parameters of the steel concrete tunnel lining section as they change themselves in the course of lining construction. The evaluation of stress state in section of the primary lining depends on the stress modulus of the homogenized lining section and on the radial stress transfer coefficients, which are outputs of the simultaneously working rings theory. On the basis of this method, the tangential stress redistribution coefficients redraft the stress state of the homogenized lining section for the real stress state in constituent section materials of the steel concrete tunnel lining, i.e. in the steel elements and the shotcrete. Článek popisuje metodu, kterou se zjišťuje stav napjatosti v průřezu ocelobetonového tunelového ostění. Metoda je odvozena z teorie spolupracujících prstenců. Tato metoda vyhodnocuje parametry ocelobetonového ostění tunelu, které se mění v průběhu výstavby. Vyhodnocení stavu napjatosti v průřezu primárního ostění spočívá na modulu pružnosti homogenizovaného průřezu a na přenosových koeficientech radiálního napětí, které jsou výsledkem teorie spolupracujících prstenců. Na základě uvedené metody lze stanovit přerozdělovací koeficienty tangenciálních napětí, které umožňují přepočet napjatosti homogenizovaného průřezu ostění na skutečný stav napjatosti v průřezu tunelového ostění z oceli a betonu, tj. v ocelových prvcích a stříkaném betonu.