Расчет и конструирование подпорной стены

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Самарский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра ЖБК

Курсовая работа:

«Расчет и конструирование подпорной стены»

Выполнила: студентка 4 курса

Группы Г-91

ФИСПОС

Лосева Е. А.

Проверила: Снегирева А.И

Самара

2012

Содержание

1. Назначение размеров подпорной стены

2. Определение нагрузок, действующих на подпорную стенку

3. Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига

4. Расчет устойчивости основания

5. Расчет прочности вертикальной стенки

5.1 Расчетная схема и усилия в стенке

5.2 Расчет прочности вертикальной стены

6. Расчет и конструирование фундаментной плиты

6.1 Расчет прочности фундаментной плиты.

7. Сборная подпорная стена с анкерной тягой (затяжкой).

7.1 Назначение размеров сборной подпорной стены.

7.2 Расчет и конструирование вертикальной панели.

7.2.1 Построение эпюры изгибающих моментов.

7.2.2 Построение эпюры перерезывающих сил.

7.2.3 Расчет прочности нормального сечения стеновой панели.

7.3 Расчет и конструирование анкерной тяги.

7.4 Расчет и конструирование фундаментной плиты.

7.4.1 Расчетная схема и усилия в фундаментной плите.

7.4.2 Расчет прочности фундаментной плиты.

Список литературы.

1. Назначение размеров подпорной стены

Монолитная подпорная стенка состоит из двух конструктивных элементов: вертикальной стенки и фундаментной плиты , расчет которых производится отдельно. Габаритные размеры подпорной стены составляют полная высота стены Н и ширина фундаментной плиты В. Полная высота складывается из высоты удерживаемого грунта Нс (т.е разности отметок верхнего и нижнего уровней грунта) и глубины заложения подошвы фундаментной плиты Нф:

Н = Нс + Нф = 5,6+1,6=7,2 (м).

Ширина подошвы В назначается с учетом рекомендаций в соответствии с графиком ([1], рис. 7.4) и в зависимости от угла внутреннего трения ц. При нагрузке на поверхность грунта qn = 5,5 кН/м2, угле внутреннего трения ц=29° и высоте стенки Н=7,2 м принимаем а=0,8 м и b = 4,8 м;

В = а +b = 0,8 +4,8 = 6,6 (м ).

Толщину фундаментной плиты в месте их сопряжения со стенкой, равно как и толщина стенки, примем равными hc = 0,6 м, hф = 0,6 м.

2. Определение нагрузок, действующих на подпорную стенку

Величина нагрузки от активного давления грунта зависит от физико-механических характеристик грунта, а именно, от объемного веса с, угла внутреннего трения ц и коэффициента сцепления С. Так как, согласно заданию, грунт основания принят в виде супеси, то коэффициент сцепления С=0.

Для грунта засыпки эти характеристики можно определить следующим образом:

ц1 =0,9*ц = 0,9 * 29° = 26,1°;

с1=0,95*с=0,95*17,5=16,625 кН/м3.

Нагрузка на поверхности грунта заменяется эквивалентным слоем грунта.

Горизонтальное и вертикальное давление грунта и увеличивается пропорционально удалению от поверхности, максимальные их значения для несвязного грунта равны:

где с1 - объемный вес грунта засыпки; с1 = 16,625 кН/м3;

лг - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта;

Н - полная высота подпорной стенки;

гn - коэффициент, соответствующий классу ответственности сооружения;

гn = 1;

и0 - угол наклона плоскости обрушения грунта;

и0 = 45° - ц1/2 = 45° - 26,1°/2 = 31,95°;

Значение коэффициента лг в общем виде определяется по формуле:

,

подпорный стена нагрузка сдвиг

где ц - угол внутреннего трения грунта;

е - угол наклона тыльной грани стены к вертикале, в данном случае е = 0;

д - угол трения грунта на контакте со стеной, в том случае если поверхность

тыльной грани не обработана специальным составом, то д = 0;

с - угол наклона поверхности грунта со стороны удерживаемого слоя с = 0.

Т.к. е = д =с = 0, то:

;

.

При наличии на поверхности грунта временной нагрузки горизонтальное и вертикальное активное давление грунта должно быть увеличено на величину соответственно, уqгн и уqвн .

Собственный вес грунта на малой консоли:

Вес грунта за призмой обрушения:

Собственный вес вертикальной стенки при наличии объемного веса железобетона сж.б. = 25 кН/м3:

.

Собственный вес фундаментной плиты при наличии объемного веса железобетона сж.б. = 25 кН/м3:

Давление грунта со стороны малой консоли, именуемое пассивным давлением грунта, при этом лn принимаем равным 1 т.к. рассматриваем вариант плоского сдвига:

Для удобства расчета нагрузка от активного давления грунта заменяется равнодействующей, приложенной в центре тяжести эпюры:

;

.

3. Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига

Задачей расчета устойчивости против сдвига является определение соотношения сдвигающих и удерживающих сил.

Сдвиг может быть плоским, когда конструкция перемещается параллельно сама себе.

Глубинный сдвиг - когда происходят деформации грунта под малой консолью фундаментной плиты, и стенка будет наклоняться.

Устойчивость подпорной стены против сдвига обеспечена, если удовлетворяется условие:

;

где Туд - удерживающая сила, т.е препятствующая сдвигу;

Тсд - сдвигающая сила.

Определим сдвигающие силы:

Удерживающая сила возникает за счет трения между подошвой фундаментной плиты и грунтом основания. Эта сила пропорциональна вертикальной нагрузке, действующей на фундаментную плиту.

,

где N - сумма всех расчетных вертикальных сил;



в - угол наклона поверхности скольжения к горизонту; в=0;

Еn - равнодействующая расчетного пассивного давления грунта;

Туд = 609,98*0,549+20,28=355,162кН;

.

Условие выполняется, увеличение размеров не требуется.

4. Расчет устойчивости основания

Расчет устойчивости основания производится с целью корректирования размеров фундаментной плиты.

Задача данного расчета заключается в определении несущей способности грунта и сравнении ее с нормальной силой, действующей на фундаментную плиту.

Устойчивость основания обеспечена, если выполняется условие:

,

где N - нормальная сила или сумма всех сил на вертикальную плоскость;

Ф - несущая способность грунта, выраженная вертикальной силой;

кн - коэффициент надежности; кн = 1,2.

Несущая способность основания под подошвой стены на 1 м ее длины для песчаных грунтов и супесей определяется по формуле:

где - приведенная ширина фундамента, вычисляется по формуле:

;

В - ширина подошвы фундаментной плиты; В=4,4 м;

е - эксцентриситет приложения равнодействующей всех сил:

Мг и Мв - изгибающие момент, соответственно, горизонтальных и вертикальных сил относительно центра фундаментной плиты;

А1 и В1 - безразмерные коэффициенты, определяемые по формуле:

;

;

лг и лq - коэффициенты несущей способности грунта, определяется в зависимости от tgц по приложению 2 [1]; tgц=0,549; лг =7; лq = 16

iг и iq - коэффициенты влияния угла наклона нагрузки, зависящие от соотношения горизонтальной и вертикальной составляющих суммарной нагрузки, определяемые по следующим формулам:

С1 =0;

nг и nq - коэффициенты влияния формы подошвы фундаментной плиты; для ленточного фундамента nг = nq = 1;



609,98кН ? 728,325кН - условие устойчивости основания обеспечено.

5. Расчет и конструирование вертикальной стенки

Монолитная подпорная стена состоит из двух конструктивных элементов: вертикальной стенки и фундаментной плиты расчет и армирование этих конструктивных элементов производится отдельно.

5.1 Расчетная схема и усилия в стенке

Расчетная схема вертикальной стены представляет собой консольную балку, жестко защемленную в фундаментной плите и загруженную горизонтальным давлением грунта уг и приращением давления уqг от нагрузки на поверхности грунта.

Q

Вылет консоли Н1 = Н - hф = 7,8 - 0,5=7,3 (м).

Максимальные усилия М и Q будут иметь место в заделке (сечение 1-1), причем усилия будут равны:

где унг1 и унг2 - горизонтальное давление грунта в сечениях 1-1 и 2-2,

соответственно, которые можно определить по формулам:

;

5.2 Расчет прочности вертикальной стены

Расчет арматуры необходимо провести вначале для сечения 2-2 и установить стержни по всей высоте стенки, а затем рассчитать арматуру для сечения 1-1 и определить дополнительные стержни.

Для расчета принимаем полосу шириной 1 м.

Материалы:

Бетон класса B15, Rb = 8,5 МПа; гb2 = 1, т.к. конструкция находится в грунте, где присутствует постоянная влажность; b = 1000мм; Rbt = 0,75 МПа. Арматура А - II ,Rs = 280МПа.

Проверяем условие

;

Расчет поперечной силы, воспринимаемой бетоном:

Производим расчет вертикальной стенки по нормальному сечению. Рассчитываем сечение 2-2.

;

где а - расстояние от центра тяжести арматуры до ближайшей грани бетона; а =40мм;

Интерполируем и получаем: о = 012; ж = 0,94.

бм - относительный статический момент сжатой зоны бетона;

о - относительная высота сжатой зоны бетона;

ж - относительное плечо внутренней пары сил.

Путем аналогичного расчета найдем необходимую площадь арматуры для сечения 1-1:



Интерполируем и получаем: о = 0,33; ж = 0,835.

Аs доп = Аs1 - Афактs2 = 4644 -1900=2744 мм2

Дополнительные и основные стержни объединяем в сетку С1. Горизонтальные стержни в сетке С1 принимаются из условий сварки с максимальным рабочим стержнем не менее Ф8 мм.

Нк =

W - зона анкеровки; W = 20·dк = 20·28 = 560 мм;

dк - диаметр коротких стержней .

Диаметр горизонтальных стержней назначается () мм или из условия сварки.

6. Расчет и конструирование фундаментной плиты

подпорный стена нагрузка сдвиг

Фундаментная плита представляет собой 2- х консольную балку.

Определяем расчетные нагрузки, действующие сверху:

Найдем расчетную распределенную нагрузку на поверхности грунта:

Определяем вес грунта на малой консоли:

Вес грунта на большой консоли будет равен:

;

.

Определим реактивное давление грунта под фундаментной плитой:

Мг = 509,5397 kH·м - принимаем из расчета устойчивости основания.



Определим краевые давления грунта под подошвой стены:

где R - расчетное сопротивление на основание; R = 0,27*1000 кПа.

Расчет фундаментной плиты производим по сечениям 3-3 и 4-4, поэтому необходимо определить реактивное давление грунта в этих сечениях:

Определяем усилия в фундаментной плите для расчетных сечений 3-3 и 4-4:

6.1 Расчет прочности фундаментной плиты

Проверяем условие по максимальному значению Q:

Условие выполняется, толщина фундаментной плиты достаточна и поперечная арматура по расчету не требуется.

Материалы:

Бетон класса B15, Rb = 8,5 МПа; гb2 = 1, т.к. конструкция находится в грунте, где присутствует постоянная влажность; b = 1000мм; Rbt = 0,75 МПа.

Арматура А - I ,Rs = 225МПа.

Определяем коэффициент бм для сечения 3-3:

Интерполируем и получаем: о = 0,067; ж = 0,968.

Для сечения 4-4:

Интерполируем и получаем: о = 0,18; ж = 0,91.

W - зона анкеровки;

W = 20·dк = 20·28 = 560 мм.

7. Сборная подпорная стена с анкерной тягой (затяжкой)

7.1 Назначение размеров сборной подпорной стены

Сборная подпорная стена состоит из трех конструктивных элементов: вертикальной панели, фундаментной плиты и анкерной тяги. Анкерная тяга или затяжка предназначена для удержания вертикальной панели в проектном положении. Крепление затяжки осуществляется на сварке, к вертикальной панели она крепится на расстоянии Н3=1/3Н=2,63 м от верха, а к фундаментной плите - на расстоянии b1 = 0,1В = 0,44 м от конца большой консоли.

7.2 Расчет и конструирование вертикальной панели

Расчетная схема вертикальной панели представляет собой балку на двух опорах с консолью. Опорами являются точка опоры на фундаментную плиту и точка крепления анкерной тяги, которая расположена под углом б к вертикальной панели.

Исходя из этого, можно определить величину опорной реакции на верхней опоре, т.е

В сборном варианте элемент имеет ширину 1,5 м, поэтому нагрузки необходимо пересчитать.



Усилие в анкерной тяге будет равно:

Вертикальная составляющая равна:

7.2.1 Построение эпюры изгибающих моментов

Так как эпюра М в стеновой панели двузначна, то принимаем два расчетных сечения:

1-1 - в месте крепления анкерной тяги;

2-2 - сечение с максимальным изгибающим моментом.

Изгибающие моменты в сечении 1-1 будут равны:

Для определения изгибающего момента в сечении 2-2, сначала необходимо вычислить расстояние от верхней опоры до сечения с максимальным изгибающим моментом Z. Для этого необходимо найти производную и приравнять ее 0, т.е dM/dZ=Q=0.

7.2.2 Построение эпюры перерезывающих сил

Определяем значения перерезывающих сил в опорах, при этом Q=0 в сечении 2-2.

7.2.3 Расчет прочности нормального сечения стеновой панели

Для расчета сборного варианта, согласно заданию, приняты следующие материалы:

Бетон класса В25 , Rb = 14,5 МПа; Rbt = 1,05 МПа.

Арматура продольная класса А - II ,Rs = 270МПа.

Сечение 1-1.

Данное расчетное сечение представляет собой тавровый профиль с полкой в сжатой зоне.

Находим площадь сечения арматуры, а по ней определяем ее диаметр с учетом, что стержней будет 2.

Фактическая площадь арматуры:

Расчет прочности наклонного сечения

Максимальная перерезывающая сила Q= 130,68 кН:

Условие выполнено, поэтому поперечной арматуры по расчету не требуется, однако она должна устанавливаться конструктивно.

Сечение 2-2.

Данное сечение представляет собой тавровый профиль с полкой в растянутой зоне. Такое сечение рассчитывается как прямоугольное, так как свесы, расположенные в растянутой зоне, в расчете не учитываются.

Находим площадь сечения арматуры, а по ней определяем ее диаметр с учетом, что стержней будет 8.

Фактическая площадь арматуры:

7.3 Расчет и конструирование анкерной тяги

Анкерная тяга предназначена для удержания стеновой панели в проектном положении и работает на растяжение. Растягивающее усилие S должно приниматься в расчете с коэффициентом условий работы, равным 1,5, который учитывает возможность увеличения усилия за счет зависания грунта над тягой и неравномерности натяжения арматуры. Анкерная тяга может проектироваться из арматурных стержней или другого профиля .

Площадь арматуры в тяге определяется по формуле

Фактическая площадь :

При конструировании анкерной тяги необходимо учитывать условия ее крепления к стеновой панели и фундаментной плите. Поэтому тяга армируется 4 или 6 стержнями, обладающей пластическими свойствами класса А-I,A-II,A-III, так как должно обеспечиваться шарнирное соединение анкерной тяги к другим конструктивным элементам. Крепление анкерной тяги к ребрам панелей осуществляется приваркой арматурных стержней тяги к закладным деталям ребра на длину не менее 5d=5*25=125 мм, где d - диаметр стержня. Размер закладной детали определяем по месту, расстояние от конца арматуры до края закладной пластины должно быть не менее 50 мм.

7.4 Расчет и конструирование фундаментной плиты

7.4.1 Расчетная схема и усилия в фундаментной плите

Расчетная схема фундаментной плиты представляет собой балку на двух опорах с двумя консолями. Опорами являются точка опоры стеновой панели и точка крепления анкерной тяги. Величины нагрузок с небольшой погрешностью можно принять по монолитному варианту, учитывая при этом изменения размера грузовой полосы, равной ширине сборного элемента.

Производим пересчет нагрузок:

Построение эпюры изгибающих моментов.

В соответствии со схемой деформирования плиты, расчетными сечениями необходимо принять: 3-3 - в месте крепления анкерной тяги; 4-4 - сечение с максимальным изгибающим моментом, которое находится на расстоянии Х от правой опоры. Следует также определить усилия в сечении 5-5 - место опирания стеновой панели на фундаментную плиту.

Изгибающие моменты в сечении 3-3:

Определение максимального изгибающего момента:

Построение эпюры перерезывающих сил

7.4.2 Расчет прочности фундаментной плиты

Расчет прочности нормального сечения.

Бетон класса В25 , Rb = 14,5 МПа; Rbt = 1,05 МПа.

Арматура продольная класса А - II ,Rs = 270МПа.

Сечение 3-3.

Данное расчетное сечение представляет собой тавровый профиль с полкой, аналогично сечению 1-1.



Находим площадь сечения арматуры, а по ней определяем ее диаметр с учетом, что стержней будет 2.

Фактическая площадь арматуры:

Сечение 4-4.

Данное расчетное сечение представляет собой тавровый профиль с полкой в растянутой зоне. Расчет такого сечения производится аналогично сечению 2-2.

Находим площадь сечения арматуры, а по ней определяем ее диаметр с учетом, что стержней будет 8.

Фактическая площадь арматуры:

Расчет прочности наклонного сечения.

Максимальная перерезывающая сила .

Проверяем условие :

Необходимо произвести расчет прочности наклонного сечения полностью и установить поперечную арматуру по расчету.

Принимаем поперечную арматуру 2 Ф 8 А - I с площадью с шагом S = 200 мм.

Тогда интенсивность поперечного армирования определится по формуле :

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном равна:

где С - горизонтальная проекция наклонной трещины, принимаемая не более 2h0 = 920 мм.

Поперечная сила, воспринимаемая арматурой, равна :

где - коэффициент, принимаемый равным 0,75.

Несущую способность наклонного сечения определим по формуле

Условие выполнено.

Поперечная арматура совместно с продольной арматурой, принятой при расчете сечения 3-3, объединяются в плоские каркасы К2, которые устанавливаются в ребре по всей длине фундаментной плиты.

Список литературы

1. Проектирование железобетонных и каменных подпорных стен. Методические указания./Сост. А.И. Снегирева, В.Г. Мурашкин; Самара,2007.

2. СНиП 2.03.01 - 84. «Бетонные и железобетонные конструкции».

Размещено на Allbest.ru