Расчет причального сооружения на природном основании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение усилий и нагрузок, которые действуют на сооружение

Усилия и нагрузки, которые действуют на сооружения, включают в себя:

1. Собственные вес сооружения с учетом взвешенного действия воды.

2. Эксплуатационные нагрузки.

3. Вес грунта засыпки в пределах объема, отделенного тыловой гранью сооружения и расчетной вертикальной плоскостью, которая проходит через заднюю грань подошвы сооружения, с учетом взвешенного действия воды.

4. Боковое давление грунтов засыпки и основания на сооружение.

Все перечисленные выше нагрузки и усилия определяются на 1п.м. сооружения в продольном направлении.

Для определения собственного веса сооружения последнее разбивается на ряд элементов простой геометрической формы (рис.1).

Сила веса каждого такого элемента прикладывается строго в центре его веса и направлена вертикально вниз. Результаты расчета представляются в табличной форме (табл.1).

Определение расчетных значений усилий и нагрузок, которые действуют на сооружение определяется путем умножения нормативных значений на коэффициенты перегрузки К_n:

1. Для собственного веса сооружения - К_n=1.1

2. Для собственного веса грунта засыпки - К_n=1.2

3. Для равномерно распределенной нагрузки - К_n=1.1

4. Для вертикальной сосредоточенной силы - К_n=1.2

5. Для горизонтальной динамической сосредоточенной силы - К_n=1.4

Активное давление грунта засыпки определяется на основе вертикали, которая проходит через крайнюю тыловую точку сооружения, с учетом эксплуатационного напряжения на поверхность засыпки. Ордината эпюры горизонтальной составляющей активного давления грунта на сооружение определяется по теории Кулона соответственно с п.13.30 РД 31.31-27-81. по формуле:

_ах=(g_i^н+?_i^н_*h_i)_a, кПа

где:

g_i^н - временная эксплуатационная нагрузка на территории причала, давление от которой передается по плоскости обвала в пересечении, где определяется ордината активного давления

?_i^н - вертикальное давление от собственного веса грунта на глубине определения ординаты активного давления:

_a=tg²(45-_e/2)

_e - расчетные значения угла внутреннего трения

Эпюра активного давления на сооружение вычерчивается в масштабе (1см - 10 кПа) и находится на рис.1

Полученные эпюры разбивают на элементарные фигуры т определяют их площади (E_ai)

Вычисленные силы бокового давления E_ai прикладывают в центре тяжести каждой фигуры в горизонтальном направлении (E_ai - правее).

Расстояние а_i от точки А опрокидывания сооружения до линии действия элементарных усилий q_i^р, Е_аi, Е_pi и швартового усилия H^p определяются непосредственно по чертежу (рис. 1), выполненному на миллиметровой бумаге в масштабе 1: 100.

Таблица 1

Активное давление грунта засыпки определяется на условную вертикаль, проходящую через крайнюю тыловую точку сооружения, с учетом эксплуатационной нагрузки на поверхности засыпки. Ордината эпюры горизонтальной составляющей активного давления грунта на сооружение определяется по теории Кулона в соответствии с указаниями и 13.30 РД 31.31.27-81 по формуле:

где, q_i^н- временная эксплуатационная нагрузка на территории причала, давление от которой передается по плоскости обрушения в сечении, где определяется ордината активного давления;

- вертикальное давление от собственного веса грунта на глубине определения ординаты активного давления;

Определяем силы бокового давления:

Определяем момент относительно т. А:

Расчет устойчивости на плоский сдвиг по подошве сооружения

Расчет устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига производится в соответствии с п. 3.1-3.7 СНиП 2.02.02-85 по двум плоскостям, проходящим по контакту сооружения с каменной постелью и постели с грунтом, исходя из условия:

где, ?_lc - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый для основного сочетания нагрузок - 1.0;

?_с - коэффициент условной работы, принимаемый по таблице 5 СНиП 2.02.02-85 для портовых сооружений - 1.15;

?_n - коэффициент надежности по степени ответственности сооружений, принимаемый равным 1, 15 как для сооружения III класса;

F и R - расчетные значения соответственно сдвигающих и удерживающих сил.

В рассматриваемом случае:

при сдвиге по контакту каменной постели с сооружением;

при сдвиге по контакту, каменной постели с грунтом основания;

коэффициент трения сооружения по каменной постели (=0.6);

- расчетное значение угла внутреннего трения грунта основания.

Проверка устойчивости сооружения по контакту сооружения с каменной постелью:

Вывод: Условие прочности выполняется и сдвига по контакту сооружения с каменной постелью не произойдет.

Проверка устойчивости сооружения по контакту каменной постели с грунтом.

Вывод: Условие прочности не выполняется. Необходимо увеличить вертикальные силы

Расчет устойчивости сооружения на опрокидывание вокруг переднего нижнего ребра

Проверка на опрокидывание производится в соответствии с п. 3.20 СНиП 2.02.02-85, исходя их условия:

где M_t и М_r - соответственно суммы моментов расчетных значений сил, стремящихся опрокинуть и удержать сооружение, определяемые по таблице 1 настоящих методических указаний. ?_lc , ?_с , ?_n- то же, что в формуле (с п.3.1.2.). (M_t= 3563,07 кНм; M_t=10965,9 кНм)

Вывод: Условие прочности выполняется и опрокидывания сооружения вокруг т. А не произойдет.

Расчет общей устойчивости сооружения методом круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Расчет общей устойчивости проектируемого сооружения по данному методу производится в соответствии с п. п, 13.23 и 20,32 РД 31.31.27-81, исходя из условия:

где М_t и М_r - соответственно суммы моментов удерживающих и сдвигающих сил относительно критического центра окружности скольжения, определяемые для рассматриваемого случая по следующим формулам:

где, R - радиус окружности скольжения;

q^H_i - суммарный вес слоев грунта, элементов конструкции сооружения и временной эксплуатационной нагрузки в пределах i -той полосы, на которые разбит сползающий клин массива грунта основания и засыпки вместе с сооружением (см. рис. 3);

?_i - угол между вертикалью, проведенной из критического центра окружности скольжения, и радиусом R, проходящим через середину i- той полосы, на которые разбит сползающий клин массива грунта основания и засыпки вместе с сооружением (см. рис. 3).

где, r_i - расстояние по горизонтали от центра вращения “О” до линии действия силы g^н_i ;

При разбиении сползающего клина таким образом как показано на рис.3 и одинаковой ширине всех полос, равной b=0.1R, sin?_i=0.1i, (где i - номер полосы с учетом его знака).

- длина дуги окружности скольжения в основании i-той полосы, принимаемая равной ширине i- той полосы b_i;

?_i и С_i - соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления в основании i- той полосы;

n_c = 1 - коэффициент сочетания нагрузок для основного сочетания;

n= 1,25 - коэффициент перегрузки для причальных сооружений;

m_g=0.75 - дополнительный коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 17 , поз. 2 РД 31.31.27-81;

k_н = 1.15 - коэффициент надежности для сооружений III класса капитальности.

Положение критического центра окружности соответствует минимальному для данного сооружения значению коэффициента устойчивости:

k_c= M_уд/M_сдв>1

и определяется в результате нескольких приближений, выполняемых при заданных его координатах. С целью сокращения количества приближений рекомендуется принимать центр исходя из условий х =х₀/Н_с = 0,25 и у=у_о/н_с =0,26

Н_с- полная высота сооружения от поверхности территории до дна.

Значения координат (х₀ и у₀) центра окружности скольжения вычисляется по величинам их относительных координат (х и у) и определяются по следующим выражениям:

x_о= х*Н_с

y₀= у*Н_c

x_о= 0,25*12 =3,00 м

y₀= 0,26*12=3,12 м

При вычислении весов отдельных полос q^н_i , на которые разбит скользящий клин, эксплуатационная равномерно распределенная нагрузка q^н , на поверхности причального сооружения учитывается на участке, расположенном справа от линии пересечения вертикали, проведенной из точки пересечения радиуса R с дугой окружности скольжения, проведенного под углом

где - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов основания, определяемое по формуле:

и h_i - соответственно углы внутреннего трения и толщины слоев грунтов, слагающих основание в пределах от подошвы сооружения до дуги окружности скольжения (поскольку круглоцилиндрическая поверхность скольжения пересекает только один слой грунта принимаем .

Вычисление весов отдельных полос:

Таблица 2

?=1405,2кН ?=1154,6кН

Таблица 3

Определяем суммарный нормативный момент сдвигающих сил:

Определяем суммарный нормативный момент удерживающих сил:

Проверим условие:

19916,85кН<27048кН

Вывод: условие выполняется, сдвиг по круглоцилиндрической поверхности скольжения не произойдет.

Расчет осадки сооружения методом послойного суммирования

Расчет конечной (стабилизированной) осадки сооружения производится в соответствии с приложением 2 СНиП 2.02,01-83 по следующей формуле:

где, ?=O.8 - безразмерный коэффициент;

- среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней Z_i+1 и нижней Z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы сооружения

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i- того слоя грунта;

п- число слоев, на которые разбита сжимаемая толща грунтов основания.

Дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяется формуле:

где ? - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 1 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от формы подошвы сооружения , соотношения сторон прямоугольной подошвы ?=L/B_п>10 и относительной глубины ?= 2z/B_n ;

p₀=р=138,52

p₀ -дополнительное вертикальное давление на основание (при ширине подошвы каменной постели В_п> 1 0 м принимается р₀₌р);

р - среднее давление под подошвой каменной постели шириной В_п;

- соответственно краевые напряжения по плоскости контакта каменной постели с грунтом основания, определяемые в разделе 3.1.5;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы каменной постели

().

Нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания принимается на глубине г=Н_сж, где выполняется условие:

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z () определяется на границах слоев грунтов, слагающих основание, по формуле:

где р_п и h_n - соответственно плотность камня под водой и высота каменной постели;

p_i и h_i - соответственно плотность и толщина i- того слоя грунта основания,

Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е< 5 мПА (50 кгс/см²) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z= Н_сж, нижняя граница сжимаемой толщи определяется, исходя из условия:

Полученное значение конечной осадки S сооружения сравнивается с величиной допускаемой (предельной) для данного сооружения осадкой S_доп, устанавливаемой по приложению 4 СНиП 2.02.01-83.

Для рассматриваемой конструкции причального сооружения величину S_ДОП следует принимать в пределах от 15 до 20 см в зависимости от деформативных свойств грунтов, слагающих основание.

Условия нормальной эксплуатации причального сооружения обеспечиваются при выполнении условия:

S<S_дon

Вычисления по определению сжимаемой толщи Н_сж рекомендуется производить в табличной форме (см. табл.4).

Определяем среднее значение дополнительного вертикального напряжения:

Расчет конечной осадки сооружения:

- условие выполняется.

Вывод: Максимально допустимая осадка сооружения равна 15 см и конечно допустимая осадка ее не превышает.

сооружение расчет устойчивость грунт

Размещено на Allbest.ru