Водопропускные трубы рассчитываются на метр вдоль конструкции или на ширину звена трубы b, которая часто и равна одному метру (рисунок Рисунок 124). Чаще всего звенья не связаны между собой, и на них приходится только та нагрузка, которая расположена непосредственно над ними. Это упрощает расчёт и исключает сооружение из работы на изгиб.
Рисунок 124. Пример звена прямоугольной трубы.
Звенья прямоугольных труб могут использоваться не только для пропуска воды. Часто из них сооружают подземные переходы ил скотопрогоны. В любом случае, нагрузка, расположенная внутри трубы в расчёте не учитывается в запас прочности, так как лишь уменьшает (обычно незначительно) усилия от грунта.
Рисунок 125. Давление грунта на трубу.
Вертикальное давление от грунта для звеньев труб (рисунок Рисунок 125) определяется по формуле –
Горизонтальное давление – как и раньше по формуле:
Горизонтальное давление получается переменным по высоте. Для упрощения расчётов иногда принимают его постоянным, определяя интенсивность для середины высоты трубы. h’ = h + a/2.
Для определения коэффициента Cy рассмотрим работу трубы в насыпи (рисунок Рисунок 126). Так как просадки грунта над трубой будут значительно меньше, чем по сторонам от неё (пунктирные линии), то перемещения грунта будут создавать дополнительный пригруз.
Для труб с небольшой засыпкой (относительно высоты самой трубы), можно принять, что грунт смещается по всей высоте насыпи, тогда вертикальная сила F будет равна –
, где tgφn играет роль коэффициента трения.
Рисунок 126. К определению пригруза от просадок грунта вокруг трубы.
Горизонтальная же сила будет равна –
интенсивность горизонтального давления на глубине h –
Полученную силу распределим по всей ширине трубы, тогда интенсивность это нагрузки будет равна –
Тогда интенсивность вертикальной нагрузки будет слагаться из этой величины и веса грунта над трубой.
Для небольшой насыпи Cy коэффициент получится равным –
Нормы учитывают случай с высокой насыпью и влияние податливости основания под трубой. Обобщённый коэффициент задаётся формулой –
, где φn – нормативный угол внутреннего трения грунта, °. При повторном применении проектов для определения нормативного давления грунта допускается принимать φn = 30° для звеньев труб, находящихся в насыпи и φn = 25° для оголовков труб;
d – диаметр (или ширина) звена по внешнему контуру, м;
h – высота засыпки. При определении вертикального давления, считается от подошвы рельсов или верха дорожного покрытия до верха звена, м.
a – расстояние от основания насыпи до верха звена трубы;
s – коэффициент, принимаемый равным при фундаментах:
1,2 – неподатливых (на скальном основании или на сваях-стойках);
1,1 – малоподатливых (на висячих сваях);
1,0 – массивных мелкого заложения и грунтовых (нескальных) основаниях.
Если B > h/d, то следует принимать B = h/d и формула принимает вид, в каком она была нами выведена для низкой насыпи.
При небольшой высоте насыпи эта формула превращается в выведенную нами выше.
Коэффициент вертикального давления грунта для многоочковых круглых водопропускных труб допускает вычислять по формуле:
, где 
, l – расстояние в свету между трубами.
При подсыпке насыпей, в которых со временем произошло естественное уплотнение грунта засыпки и физическое состояние конструкций трубы является удовлетворительным, допускается при определении нормативного давления на трубу от собственного веса грунта принимать независимо от податливости основания безразмерный коэффициент Сv равным 1,0.
Также при расчёте гибких (из гофрированного металла и др.) звеньев труб и при определении давления на грунтовые (нескальные) основания, коэффициент Сv следует принимать равным единице.
Приведём пример определения усилий от веса грунта для рассмотренной конструкции. Высота трубы 3,17м, ширина секции 4,42м, высота засыпки 1,5м, основание песчаное. Так как звено внутри насыпи - φn = 30°, γn = 17,7кН/м3 (1,8тс/м3). Длина секции один метр, поэтому при определении усилий не будем их умножать на ширину.
Рассчитаем коэффициент Cy –
Горизонтальное давление найдём для верха звена и для низа.
Полученные усилия прикладываем к расчётной модели. Обычно трубы такого типа рассматривают как рама с жёсткими заделками, мы же замоделируем упругий отпор грунта по нижней плите трубы. В таком случае мы получаем картину усилий во всех элементах конструкции. Моделирование работы грунта осуществляется стержнями, площадь которых равна площади участка, который они поддерживают, а модуль упругости E = k ∙ l, где k – коэффициент постели основания, а l – длина стержня.
Рисунок 127. Расчётная схема без учёта упругого отпора грунта основания (a) и с учётом (b).
Деформированный вид и эпюры усилий показаны на рисунках 75-75.
Рисунок 128. Деформированный вид (а) и эпюра нормальных сил (b) в конструкции.
Рисунок 129. Эпюры поперечных сил (a) и моментов (b)