Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Кафедра «Основания и фундаменты»

Курсовая работа

«Расчёт мостовой опоры»

Выполнил:

студентка группы МТ-002В

Самарина В.В.

Санкт-Петербург 2014

Оглавление

• 1. Исходные данные
• 2. Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства и оценка строительных свойств грунтов (программа GRUNT)
• 3. Расчёт фундаментной опоры на естественном основании
• 4. Расчеы фундамента на естественном основании по II группе предельных состояний
• 5. Определение размеров и осадки фундамента на естественном основании с учётом нагрузок по его обрезу с использованием программного обеспечения
• 6. Расчёт свайного фундамента мостовой опоры
• Литература
• грунт фундамент опора свайный

1. Исходные данные

Вариант 14: 3.3.2.2(4).9(5).20(10) Пермь

Рис. 1 Мостовая опора

Рис.2 Схема железнодорожного моста.

Таблица 1 Данные по опорам моста и нормативным нагрузкам.

Номер, размеры опоры, глубина размыва	1-е сочетание	2-е сочетание
	FvII0, кН	MII , кНм	FhII0, кН	FvII0, кН	М II0, кНм	FhII0, кН
Опора № 3, H0=19,2м, L0=12,6м B0=4,8м, Глубина размыва 0,4 м	23700	4820	1100	24100	4970	1330

Таблица 2 Нормативные характеристики физико-механических свойств грунтов.

Наименование грунта	Номер слоя	Удельный вес частиц грунта	Уд. вес грунта	Влажность	Предел раскатывания	Предел текучести	Модуль деформации	Характеристики прочности
		гS, кН/м3	г, кН/м3	щ	щp	щL	E0, МПа	цн,°	СН, кПа
Песок крупный с вкл. гравия	2(4м)	26,5	19,7	3	-	-	30	38	-
Супесь	9(5м)	26,4	18,3	0,28	0,26	0,31	7	17	2
Глина	20(10м)	27,5	19,5	0,24	0,18	0,36	13	12	36

2. Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства и оценка строительных свойств грунтов (программа GRUNT)

Таблица 3 Анализ инженерно-геологичесих условий площадки строительства

№ Слоя	1	2	3
Наименование грунта	Песок гравелистый	Суглинок мягкопластичный	Глина тугопластичная
Мощность слоя, м	4	5	10
Удельный вес грунта, кН/м3	19,7	18,3	19,5
Коэффициент пористости e	0,65	0,85	0,75
Степень влажности S	0,93	0,87	0,88
Показатель текучести L		0,56	0,33
Угол внутреннего трения, град.	38	17	12
Сцепление C, кПа	0	2	36
E0, кПа	30000	7000	13000
R0, кПа	200	179	309

Рис. 1

Вывод: Анализ полученных результатов показывает, что наибольшей несущей способностью обладает третий слой - тугопластичная глина. Первый слой грунта - песок гравелистый средней плотности насыщенный водой также является надёжным основанием и может служить несущим слоем для фундамента на естественном основании.

3. Расчёта фундаментной опоры на естественном основании

Поскольку для рассматриваемого моста опора расположена на акватории, то вверх (обрез) проектируемого фундамента должен быть на 0,5 м ниже ГМВ, а подошва располагаться на 2,5 м ниже ЛТР. Тогда общая высота фундамента составит h_ф=3,7 м, а глубина заложения d=2,5м (от ЛТР). Схему данного фундамента совместно с геологическим разрезом изобразим на рис. 2.

Рис. 2

Минимальную площадь подошвы фундамента, исходя из его конструктивных особенностей, определим используя формулу.

В₀+2с=6.5=bmin

L₀+2c=15=lmin

При данных размерах подошвы фундамента условие

не соблюдается.

Для решения данной задачи необходимо увеличить ширину подошвы фундамента.

bmin=8м.

lmin=15м.

= 8 х 15= 120,0 м² (при с=1м).

Объём фундамента составит: V_ф = (120,0х 2,0)+(6,0 х 13,0) х 1,7 = 372,6м³

Объём грунта на ступенях фундамента: V_гр = [120,0-(6,0х13,0)] х 2 = 84,0 м³

Объём воды над фундаментом:

V_W = А_min х 4,2 - V_ф - V_гр - V_оп =120.0 х 4,2 - 372,6 - 84,0 - 29,2 =18,2 м³

Тогда расчётные веса будут равны:

G_фI = 1,1 V_ф г_б = 1,1 х 372,6х 24 = 9836,6 кН

G_Iгр = 1,2 V_гр г^вз_гр = 1,2 х 84,0х 9,8 = 978,84 кН

G_w = V_w г_w =18,2 х 9,8 = 182,0 кН

Расчётная вертикальная нагрузка в уровне подошвы фундамента составит:

= 25200 +9836,6 + 978,84 + 182=36197,44 кН

Расчётный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, составит:

= 1,2х6900+1,2х1330х3,7 = 14052,0 кН м

Момент сопротивления подошвы фундамента:

Напряжения по подошве фундамента:

Расчётное сопротивление основания определяем по формуле при ширине подошвы b=8,0 м.

;

где, R₀ = 200 кПа - условное расчётное сопротивление несущего слоя грунта: К₁ = 0,1 м^-1; к₂=3,0 - по таблице 3.

Тогда: R = 1,7{200[1+0,1(8,0-2)]+2 х 19,2(3 - 3)} = 544,0 кПа

Таким образом, условия проверки соблюдаются.

Проверим условия устойчивости фундамента против опрокидывания.

Момент опрокидывающих сил относительно крайней точки подошвы фундамента , составит:

= 1,2 х6900+1,2х1300х3,7 = 14052,0 кН м.

Момент удерживающих сил относительно крайней точки подошвы фундамента, определим из условия:

Таким образом, 14052,0 < 105301,64 т.е. условие соблюдается.

Проверим условие устойчивости фундамента против сдвига по подошве

Сдвигающая сила:

Удерживающая сила:

Таким образом, 1560 кН < 10530,17 кН, т.е. условие соблюдается.

4. Расчеты фундамента на естественном основании по II группе предельных состояний

В расчетах по II предельному состоянию - по деформациям для фундаментов опор мостов проводятся проверки допустимости осадок опор и их разностей, горизонтальных смещений, положения равнодействующей нагрузок или относительного эксцентриситета. От величины эксцентриситета зависит крен фундамента и, следовательно, горизонтальное перемещение верха опоры.

Проверка положения равнодействующей сил относительного эксцентриситета для случая действия на опору нормативных нагрузок:

;

где е - эксцентриситет равнодействующей сил, м;

с - радиус ядра сечения фундамента; при прямоугольной подошве фундамента определяется по формуле, (м):

;

F_vII - нормативная вертикальная нагрузка по подошве фундамента, кН:

;

F_vII = 21000 + 9836,6 + 978,84+ 182,0= 31997,44 кН;

M_II - нормативный момент относительно центра тяжести подошвы фундамента, кНм:

Проверка осадки фундамента.

Для основания сложенного нескальными грунтами расчет по деформациям является необходимым. Расчет сводится к определению абсолютной осадки отдельного фундамента. Полученные величины осадки в результате расчета сравнивают с предельно допустимыми осадками:

,

где S - осадка по расчету, см;

S_u - предельно допустимая осадка, см;

L - длина наименьшего примыкающего к опоре пролета, принимаемая не менее 25 м.

Осадка определятся методом послойного суммирования в следующей последовательности:

1. Выполняется схема запроектированного фундамента, совмещенная с геологическим разрезом, в общем случае такая схема представлена на рис. 17.

2. Сжимаемая толща грунтов, расположенная ниже подошвы фундамента, разбивается на элементарные слои толщиной h_i ? 0,4b на глубину примерно 3b, где b - ширина подошвы фундамента. При этом границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунта.

3. Строится эпюра природного давления у_zq, возникающих в основании от веса вышележащих слоев грунта (рис. 18). При высоком положении У.Г.В. удельный вес грунта берется с учетом взвешивающего действия воды. В случаи если имеем водонепроницаемый грунт (глина, суглинок с I_L ? 0), тогда на поверхность этого слоя передается дополнительное давление водяного столба (г_wh_w). Значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта на границе каждого элементарного слоя определяются по формуле:

,

где у_zq0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа;

г_i - удельный вес i-го слоя грунта, с учетом взвешивающего действия воды, кН/м³;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м.

4. Строится эпюра дополнительного (уплотняющего) вертикального давления у_zp под подошвой фундамента. Начальная ордината эпюры в уровне подошвы фундамента у_zq0 определяется по формуле:

,

где P_ср - среднее давление на грунт по подошве фундамента от нормативных нагрузок, кПа.

Значения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле:

,

где б_i - коэффициент рассеивания напряжений, принимаемый по таблице 5 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента n = l/b и относительной глубины, равной m = 2z/b.

Величины дополнительных вертикальных напряжений определяются на границах элементарных слоев.

5. Определяется глубина активной зоны (сжимаемой толщи).

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине, где выполняется следующее условие при Е₀ ? 5,0 МПа:

.

Если найденная граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е₀ < 5,0 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже сжимаемой толщи, то нижняя граница ее определяется из условия:

.

6. Определяется осадка (S_i) каждого элементарного слоя, который попадает в сжимаемую толщу, по формуле:

,

где в - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- среднее значение дополнительного вертикального напряжение в i-ом слое грунта, кПа;

h_i и E_0i - соответственно толщина (м) и модуль общей деформации (кПа) i-го слоя грунта.

7. Определяется расчетная величина осадки фундамента как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи основания:

,

где n - число элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи.

Все вычисления осадки выполняется в табличной форме.

Таблица 4

Номер элементарного слоя	Глубина подошвы элементарного слоя от подошвы фундамента, zi (м)	Толщина слоя, hi (м)	Удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды г кН/м3	Природное давление уzq на глубине zi, кПа	Коэффициент m = 2z/b	Коэффициент бi	Дополнительное давление уzр на глубине zi, кПа	Среднее давление в слое , кПа	Модуль деформации каждого слоя Еi, кПа	Осадка слоя, мм
1	1,1	1,1	9,8	11,0	0,275	0,983	285,66	301,6	25000	10,6
2	3,6	2,5	19,2	59,0	0,90	0,866	251,66	268,66	15000	35,8
3	6,1	2,5	19,2	107,0	1,525	0,578	167,97	209,82	15000	27,9
4	8,6	2,5	19,3	155,25	2,15	0,463	134,55	151,26	15000	20,2
5	11,1	2,5	19,3	203,5	2,775	0,304	88,34	111,44	15000	9,3
6	13,6	2,5	19,3	251,75	3,40	0,230	66,84	77,59	15000	10,3
7	14,1	2,5	19,3	300,0	4,025	0,176	51,15	58,99	15000	7,7
8	16,6	2,5	19,3	348,25	4,65	0,163	47,37	49,26	15000	6,6
9	19,1	2,5	19,3	396,5	5,275	0,113	32,84	40,21	15000	5,4
10	21,6	2,5	19,3	444,75	5,90	0,087	25,28	30,56	15000	4,1
11	24,1	2,5	19,3	493,0	6,525	0,074	21,50	23,39	15000	3,1

Рис. 3

S = 13,04> S_u=7,5 Условие не выполняется., то необходимо либо укреплять основание, либо переходить к устройству свайного фундамента.

Проверка горизонтального смещения верха опоры.

Данную проверку осуществляем исходя из следующего условия:

где д_u - предельно допустимое смещение, см;

L - длина наименьшего примыкающего к опоре пролета, принимаемая не менее 25 м.

д - горизонтальное смещение по расчету, м:

,

где H₀ - высота опоры (берется из задания), м;

h_ф - высота фундамента, м;

i - крен фундамента определяется по формуле:

,

где н и E₀ - соответственно, средневзвешенные значения коэффициента Пуассона (таблица) и модуля общей деформации для всей сжимаемой толщи;

b - ширина подошвы фундамента, м;

M_II - нормативный момент относительно центра тяжести подошвы фундамента, кНм;

k_с - коэффициент, принимаемый в зависимости соотношения сторон прямоугольного фундамента n = l/b по графику.

Рис. 4 Графическое определение коэффициента k_с

Таблица 5.

Наименование грунта	Коэффициент Пуассона, н
Глина	0,42
Суглинок	0,35
Пески, супеси	0,30

Условие выполняется

5. Определение размеров и осадки фундамента на естественном основании с учётом нагрузок по его обрезу с использованием программного обеспечения

Учётные данные

Объект: Мостовая опора №3 схема №1 Самарина

Тип здания: Каркасное здание со стальным каркасом

Данные по фундаменту

Основные данные фундамента

Тип фундамента: Столбчатый

Тип стены: Наружная

Высота фундамента (размер фундамента от обреза до подошвы), 3.70 м

Глубина заложения фундамента (расстояние от планировочной отметки до подошвы фундамента), 3.20 м

Ширина подошвы фундамента, 8.00 м

Данные столбчатого фундамента

Соотношение сторон подошвы фундамента N = L / B: 1.88

Нагрузки по обрезу фундамента

Вертикальная нагрузка N, 21,000.00кН

Горизонтальная нагрузка, приложенная поперёк ширины подошвы фундамента Q_B, 1,300.00 кН

Изгибающий момент, приложенный поперёк ширины подошвы фундамента M_B, 6,900.00 кН*м

Горизонтальная нагрузка, приложенная вдоль длины подошвы фундамента Q_L, 0,0 кН

Изгибающий момент, приложенный вдоль длины подошвы фундамента M_L, 0,0 кН*м

Дополнительные данные о сооружении

Расстояние между столбчатыми фундаментами, 1.50м

Таблица 6 Данные по грунту

№	H, м	Наименование	Тип грунта	г, кН/м3	ц,	C, кПа	e	W	IL	E	м	Источник данных
1	4	Слой №1	Пески пылеватые маловлажные и влажные	19.8	33	0	0.69	0.26	-	25000	0.3	Эксперимент
2	5	Слой №2	Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем	19.2	24	26	0.66	0.2	0.33	15000	0.35	Эксперимент
3	10	Слой №3	Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем	19.3	13	27	0.79	0.28	0.29	15000	0.42	Эксперимент

Таблица 7 Введённые данные

№	H, м	г1, кН/м3	г2, кН/м3	ц1,	ц2,	C1, кПа	C2, кПа	гc1	гc2	K
1	0.70	18.00	19.80	30.00	33.00	0.00	0.00	1.25	1.08	1.00
2	3.30	8.93	9.82	30.00	33.00	0.00	0.00	1.25	1.08	1.00
3	5.00	17.45	19.20	20.87	24.00	17.33	26.00	1.20	1.04	1.00
4	10.00	17.55	19.30	11.30	13.00	18.00	27.00	1.20	1.04	1.00

Расчётные данные

Дополнительная информация

Грунтовые воды

Действие грунтовых вод учитывается

Уровень грунтовых вод, 0.70м

Информация о сооружении

Сооружение обладает жёсткой конструктивной схемой

Отношение длины сооружения или его отсека к высоте: 3.00

Справочная информация

Удельный вес минеральных частиц грунта, кН/м³: 26.60

Удельный вес воды, кН/м³: 10.00

Результаты расчёта

Рассчитанные данные по совместной работе грунта и фундамента

Средневзвешенное значение удельного веса грунта по I-му предельному состоянию выше подошвы фундамента, кН/м3: 10.91

Средневзвешенное значение удельного веса грунта по II-му предельному состоянию выше подошвы фундамента, кН/м3: 12.01

Приведённая глубина заложения фундамента d1, м: 3.20

Рассчитанные данные по основанию

Расчётное сопротивление грунта основания R, кПа: 587.74

Предельное давление (несущая способность) грунта основания P_пр, кПа: 649.10

Предельная нагрузка на фундамент N_пр, кН: 78,100.05

Минимальное давление под подошвой фундамента P_min, кПа: 165.54

Среднее давление под подошвой фундамента P_ср., кПа: 238.53

Максимальное давление под подошвой фундамента P_max, кПа: 311.53

Осадка фундамента S, см: 8.24

Коэффициент надёжности: 2.45

Как видно из полученного решения устойчивость фундаментной опоры обеспечена (коэффициент надёжности равен 2,45, т.е. выполняются условия расчёта по I предельному состоянию), однако осадка фундамента (S) превышает предельно допустимое значение, т.е. не выполняется условие (33).

Вывод. Необходимо переходить к расчёту фундамента глубокого заложения, т.е. использование свайного фундамента.

6. Проектирование свайных фундаментов

Назначаем глубину заложения ростверка (dр). Глубина заложения подошвы ростверка назначается не менее 1,0 м ниже линии теоретического размыва (ЛТР).

Принимаем: dр = 1,0м, hр = 2,2 м (высота ростверка).

Рис. 5 Схема конструктивных размеров ростверка с минимальной глубиной заложения

Предварительные размеры ростверка:

Выбор типа, длины и поперечного сечения сваи.

Определяем длину сваи : l = 2,3+5,0+4,0+ 0,5=12,0 м

Принимаем (табл. 8) сваи железобетонные забивные призматические. Поперечное сечение сваи - 350350мм; длина - l = 12,0 м; марка бетона -В20; сечение и класс продольной арматуры - 4Ш16 А400.

Определение несущей способность сваи и их количества.

Несущая способность висячей сваи по условию прочности грунта определяется по формуле:



Рис. 6 Схема к определению размеров и несущей способности сваи

гс = гсR = гсf = 1

R = 3,1 МПа для глины тугопластичной (табл. 10);

А = 0,1225 м²

u = 1,4 м

Определяем расчетные сопротивления по боковой поверхности свай (табл. 9):

h1 = 1,3 м; z1 = 1,6 м; f1 = 26 кПа

h2 = 1,0 м; z2 = 2,8 м; f2 = 35 кПа

h3 = 2,0 м; z3 = 4,3 м; f3 = 38 кПа

h4 = 2,0 м; z4 = 6,3 м; f4 = 42 кПа

h5 = 1,0 м; z5 = 7,8м; f5 = 44 кПа

h6 = 2,0 м; z6 = 9,3 м; f6 = 46 кПа

h7 = 2,0 м; z7 = 11,3 м; f7= 48 кПа

Расчетная (допустимая) нагрузка на сваю, кН:

Определяем вес ростверка:

Определяем количество свай:

Принимаем 60 свай (из условий конструктивного размещения под подошвой ростверка).

Конструирование ростверка.

Полученное количество свай размещаем в плане из условий минимальных расстояния между сваями (3d) и размерами ростверка (14,0x5,5).

Рис. 7 Размещение сваи в плане ростверка.

Проверка свайного фундамента по I предельному состоянию.

Определяем расчетную нагрузку на крайнюю сваю со стороны наибольшего сжимающего напряжения (наиболее нагруженную сваю), кН и проверяем условие:

кНм

м²

Условие выполняется.

Расчет свайного фундамента как условного массива.

Предварительно определяются границы условного массивного фундамента. Для этого находим средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, пройденных сваями:

Рис. 8 Схема определения условного массива для свайного фундамента

Ширина подошвы условного массива, м:

Длина подошвы условного массива, м:

Расчетная вертикальная нагрузка в основании условного массива с учетом веса ростверка (G_рI), свай (G_свайI) и грунта (G_гI) в пределах условного массива без учета гидростатического взвешивания:

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного массива:

Проверка напряжений по подошве условного фундамента производится по формуле:

Условие выполняется.

Проверка свайного фундамента по II группе предельных состояний (по деформациям свайного фундамента).

Проверяем условие:

S - расчетная величина осадки, см;

Сжимаемую толщу грунтов разбиваем на элементарные слои толщиной:

h_i ? 0,4b = 0,4·7,8 = 3,12 м

Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы условного фундамента:

Определяем дополнительное вертикальное давление в уровне подошвы условного фундамента по формуле:

Определяем осадку (S_i) каждого элементарного слоя, который попадает в сжимаемую толщу. Нижнюю границу сжимаемой толщи при Е₀ ? 5,0 МПа находим из условия.

Рис. 9 Расчетная схема для определения осадки свайного фундамента

Таблица 8

Номер элементарного слоя	0	1	2	3
Глубина подошвы элементарного слоя от подошвы условного фундамента, zi (м)	-	3,0	6,0	9,0
Толщина слоя, hi (м)	-	3,0	3,0	3,0
Удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды г кН/м3	-	19,3	19,3	19,3
Природное давление уzq на глубине zi, кПа	246,2	304,1	362,0	419,9
Коэффициент m = 2z/b	-	0,77	1,54	2,31
Коэффициент бi	-	0,86	0,57	0,31
Дополнительное давление уzр на глубине zi, кПа	142,56	122,60	81,26	44,19
Среднее давление в слое, кПа	132,58	101,93	62,73
Модуль деформации каждого слоя Еi, кПа	-	15000	15000	15000
Осадка слоя Si, м	0,021	0,016	0,010

Определяем расчетную величину осадки фундамента, как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи основания:

Предельно допустимую величину осадки, определяем по формуле 33:

Проверяем условие

Условие выполняется.

Литература:

1. Алексеев С.И. Использование программного обеспечения в курсе механики грунтов, оснований и фундаментов.

2. Алексеев С.И. Осадки фундаментов при реконструкции зданий.

3. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений на железнодорожном транспорте: Методические указания. Л.: ЛИИЖТ, 1990.

4. Фундаменты мелкого заложения. Проектирование и расчет: Методические указания. Л.: ЛИИЖТ, 1984.

5. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М., 1985.

6. Далматов Б.И. и др. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений. Учебное пособие. Изд. АСВ, СПб.2001.

7. Берлинов М.В., Ягупов Б.А. Примеры расчета оснований и фундаментов. М., 1986.

8. Глотов Н.М. и др. Основания и фундаменты транспортных сооружений. Под ред. Г.П. Соловьева М.: Транспорт, 1995.

9. Смирнов В.Н. Опоры балочных мостов (проектирование, строительство, ремонт и реконструкция). Учебное пособие. СПб., 2004.

10. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. М. 2011.

Размещено на Allbest.ru