Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Расчет основания причальной набережной





Расчет основания причальной набережной

Массивы-гиганты представляют собой водонепроницаемые железобетонные ящики с продольными и поперечными перегородками - диафрагмами. Длина ящика, как правило, назначается равной его двойной ширине.

Прибуксированный в район строительства массив-гигант наплаву устанавливается непосредственно над проектным местом его погружения. Погружение массива-гиганта в воду производится равномерно путём одновременного открытия кингстонов (задвижек) в днище каждого отсека. После опускания на каменную постель отсеки массива-гиганта загружаются различным материалом в соответствии с проектом. Обычно передние отсеки заполняются бетоном, тыловые - песком, камнем или гравием. Надводная стенка выполняется в сборном или сборно-монолитном варианте. Затем производятся работы по монтажу швартовых тумб, навеске отбойных устройств, образованию территории, прокладке подкрановых и железнодорожных путей.

Задание на курсовую работу.

В шифре Задания (например, 1-4а), указаны: первая цифра – номер варианта конструкции (таблица 1), вторая – номер варианта инженерно-геологического разреза (рис.1, таблицы 2 и 3). Задание содержит данные о сооружении и сведения об инженерно-геологических условиях основания, а именно:

1) Схематический вертикальный разрез по набережной из массивов-гигантов (рис. 1). Высота набережной H, ширина опорной плиты массива-гиганта В, равномерно распределенная нагрузка на поверхности набережной q и характеристики грунта засыпки в естественном и во взвешенном водой состоянии берутся из таблици 1;

2) Геологический разрез с указанием мощности грунтовых слоев, схематически заданный инженерно-геологической колонкой. Цифры у подошвы слоев указывают порядковый номер этого слоя по таблице, где приводятся данные о физико-механических свойствах каждого грунтового слоя для всех вариантов разрезов (Задание, таблицы 2, 3).

Для построения расчетного сечения заданного варианта конструкции следует принять:

а) Ширина консолей опорной плиты (м):

- k1 =(0,6…0,15)В, k2 =(0,2…0,25)В.

б) Толщина железобетонных конструкций массива-гиганта:

- опорной плиты и верхней плиты – 0,20…0,15 м,

- стен лицевой грани – 0,25…0,2 м, тыловой грани – 0,1 м,

- верхнего и нижнего контрфорсов – 0,15…0,1 м.

в) Характеристики грунта каменной постели:

- во взвешенном состоянии = 11…12 кН/м3, =36о.

Пример: Расчет основания набережной из массивов-гигантов.

Дано:

Причальная набережная из массивов-гигантов высотой Н=12 м, расчётный уровень воды h=8,0 м. Равномерно распределённая нагрузка, действующая на поверхности набережной q =40 кПа.

а) Размеры массива-гиганта:

- ширина подошвы В =9,0 м,

- размеры консолей k1 = ,5 м, k2 =2,0 м,

- длина L 2В=18,0 м,

- толщина опорной плиты и верхней плиты – 0,15 м,

- толщина стен: лицевой грани – 0,2 м, тыловой грани – 0,1 м,

- Толщина верхнего и нижнего контрфорсов – 0,15 м.

б) Характеристики грунта засыпки:

- естественной влажности γ =19,0 кН/м3, φ =32о;

- во взвешенном состоянии γI = 10,1 кН/м3, φI =28о.

в) Каменная постель:

- высотакаменной постели h п=1,0 м,

- характеристики грунта во взвешенном состоянии: = 12кН/м3, =36о.

I. Определение классификационных показателей грунтов основания и их расчетных сопротивлений R0.

Результаты определения классификационных показателей грунтов основания и расчетных сопротивлений R0 приводятся в пояснительной записке в виде рис. I.1. и таблицы I.1.

Таблица I.1.

Классификационные показатели грунтов основания.

№ слоя Наименование грунта Мощ-ность (м) γ кН/м3 γs кН/м3 γsb*[1] кН/м3 w wp wL φ с кПа е R0 кПа
I Песок крупный, плотный насыщенный водой 9,0 21,5 26,6 11,67 0,15         0,423  
II Суглинок полутвердый 12,0 20,0 27,1 10,52 0,20 0,19 0,32     0,626  
III Глина полутвердая 6,0 19,4 26,7 8,79 0,38 0,32 0,62     0,899  

II.1. Сбор нагрузок.

Сбор нагрузок производится на1 пог.м длины сооружения.

Вертикальные силы.

Разбиваем вертикальный разрез сооружения на простейшие фигуры (фрагменты), определяем их площадь и вычисляем вес каждого фрагмента, как произведение площади фигуры на удельный вес материала фрагмента (Gi, , ). Определяем положение центров тяжести каждого фрагмента, расстояния li от центра тяжести до:

а) вертикальной оси Z, проходящей через середину опорной плиты – точку «С»;

б) горизонтальной оси Y, проходящей через крайнюю точку на лицевой стороне опорной плиты сооружения – точку «О».

Вычисляем их моменты . Затем результаты вычислений заносим в таблицу нагрузок.

1. Собственный вес сооружения G.

Вычисляем вес железобетонных элементов фрагментов конструкции сооружения, принимая удельный вес железобетона без учета взвешивания водой.

 
   
 
 

 

Горизонтальные силы.

Силы бокового давления грунта со стороны засыпки

Со стороны засыпки на вертикальную поверхность задней стенки действует активное давление грунта (распор). Оно входит в состав сдвигающих сил. При вычислении активного давления грунта σ3 необходимо учитывать пригрузку на его поверхности.

Пригрузка создается нагрузкой, действующей на поверхности набережной. В курсовой работе в расчете бокового давления грунта интенсивность пригрузки принимается равномерно распределенной с ординатой q, величина которой указана в индивидуальном Задании.

В расчете бокового давления грунта σа любая пригрузка на его поверхности считается созданной воображаемым (фиктивным) слоем грунта высотой hф, имеющим такие же характеристики γ, γsb, φ, что и грунт засыпки, боковое давление которого определяется:

q=γi hф, откуда hф=q/γi,

где - удельный веса грунта засыпки.

В связи с тем, что выше расчетного уровня воды грунт засыпки имеет естественную влажность ( ), а ниже – находится во взвешенном состоянии (, высоту фиктивного слоя определяем отдельно для каждого случая:

а) от отметки набережной до расчетного уровня воды - на глубину h1:

После такого представления о пригрузке, воображаемая отметка набережной увеличивается на высоту hф1 и оказывается на высоте, равной Н+hф, где Н=h1+h – реальная высота вертикальной грани набережной.

h – Расчетный уровень воды,

h1 высота надводной части набережной (до расчетного уровня воды).

Какая либо пригрузка на воображаемой поверхности грунта теперь будет отсутствовать. В таких условиях эпюра активного давления будет треугольной с вершиной треугольника на воображаемой поверхности грунта. Из треугольной эпюры выделяют трапецеидальную (нижнюю часть треугольной) – реальную эпюру бокового давления грунта, действующего на реальную вертикальную грань причальной набережной.

б) от расчетного уровня воды до отметки подошвы сооружения – на глубину h, при этом вышележащий слой грунта, мощностью h1 в данном случае учитывается, как дополнительная к заданной равномерно распределенная нагрузка:

Вычисляются ординаты активного σ давления:

а) для грунта засыпки естественной влажности с характеристиками

на глубинах z1 = hф1, z2 = hф+h1 ;

б) для грунта засыпки ниже расчетного уровня воды с характеристиками на глубинах z2 = hф2, z3 = hф2+h.

Ординаты активного давления в случае песчаного грунта засыпки определяются по формулам:

а) на глубине z1 = hф – с характеристиками грунта засыпки в естественном состоянии:

б) на глубине z2 = hф1+h1 выше расчетного уровня воды – с характеристиками грунта засыпки в естественном состоянии:

в) на глубине z2, соответствующей фиктивному слою hф2, ниже расчетного уровня воды с характеристиками грунта засыпки находящегося во взвешенном состоянии

г) на глубине z3 = hф2+ h – с характеристиками грунта засыпки во взвешенном состоянии

Сила активного давления грунта определяется, как площадь эпюры активного давления умноженная на 1 п.м., но так как эпюра имеет сложное очертание, то ее разбивают на простейшие фигуры (в данном случае на две трапеции) определяют равнодействующие для каждой фигуры отдельно, затем определяеют положение центров тяжести каждого фрагмента, плечи этих сил li, какрасстояния от центра тяжести до горизонтальной оси Y, проходящей:

а) через середину опорной плиты – точку «С»;

б) через крайнюю точку на лицевой стороне опорной плиты сооружения – точку «О».

Вычисляются их моменты . Результаты вычислений Еаi, Мi и li заносятся в таблицу II.1.

Центр тяжести трапеции вычисляется по формуле:


Плечо:

Момент:



Плечо:

Момент:

Таблица II.2.

Нагрузки, действующие на 1 пог.м. сооружения

на контакте с каменной постелью.

 

Таблица II.3.

Нагрузки, действующие на 1 пог.м. сооружения на контакте с несущим слоем грунта основания (с учетом веса каменной постели и пригрузок на ней).

III. 2. Проверка на сдвиг.

Потеря устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях возможна по схемам плоского, смешанного и глубинного сдвигов (рис.   Рис. III.1. Виды возможных сдвигов при потере устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях: а) плоский; б) смешанный; в) глубинный сдвиг.   СНиП 2.02.02-85 устанавливают условия, при которых расчет производится только по схеме плоского сдвига (п. 3.5, формулы 5…10). Если условия п. 3.5. не соблюдаются, то расчет производится по схеме смешанного или глубинного сдвига (см. п. 3.9.).   При расчете прочности основания и устойчивости гидротехнического сооружения в курсовой работе необходимо: 1) Проверить выполнение условия (III.1) и определить коэффициент запаса устойчивости сооружения при плоском сдвиге сооружения по основанию; 2) Проверить выполнение условия (III.1) и определить коэффициент запаса устойчивости при глубинном сдвиге сооружения.

III.3. Плоский сдвиг

При расчете устойчивости сооружения на плоский сдвиг необходимо:

а) Определить расчетную плоскость сдвига сооружения по основанию;

б) Рассчитать силы, F и R условия (III.1);

в) Проверить выполнение условия I-го предельного состояния (III.1) и определить коэффициент запаса устойчивости на сдвиг.

Определение расчетной плоскости сдвига для причальных набережных производится согласно п. 3.6 СНиП 2.02.02-85.

При наличии в основании сооружения каменной постели следует принимать расчетные плоскости, проходящие по контакту сооружения с каменной постелью и постели с грунтом.

При наличии у каменной постели заглубления в грунт следует рассматривать также наклонные плоскости или ломанные поверхности, проходящие через постель.

При утопленной каменной постели расчет на плоский сдвиг по контакту постель – грунт не производится.

Сдвигающая сила F и сила предельного сопротивления основания R, которая при плоском сдвиге обозначается Rpl определяются по формулам:

(III.3)
(III.4)

где: F – расчетное значение сдвигающей силы;

и – расчетное значение гидростатического давления воды с лицевой и тыловой стороны набережной, в данном случае они уравновешены и в расчете не учитываются;

– расчетное значение горизонтальной составляющей активного давления грунта со стороны обратной засыпки (в данном случае ;

– расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге;

Р – сумма вертикальных расчетных нагрузок, включая противодавление;

– характеристики прочности грунта по расчетной поверхности сдвига, причем, при строительстве сооружения в воду расчетные характеристики грунта несущего слоя снижаются по сравнению с полученными при инженерно-геологических изысканиях:

- для глинистых грунтов принимаются ;

- для песчаных грунтов уменьшается на 2о….3о.

– расчетное значение горизонтальной составляющей пассивного давления грунта с лицевой стороны набережной, в данном случае .

– коэффициент условий работы, учитывающий зависимость пассивного давления грунта от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости, принимаемый по результатам экспериментальных исследований; при их отсутствии следует принимать равным 0,7 для всех видов сооружений, кроме портовых, для портовых ;

– площадь горизонтальной проекции подошвы сооружения, в пределах которой учитывается сцепление;

– горизонтальная составляющая силы сопротивления свай, анкеров и т.д., если они присутствуют в конструкции сооружения, когда устойчивость сооружения без них не обеспечивается, в данном случае ;

При расчете устойчивости на плоский сдвиг причальной набережной по контакту сооружение – каменная постель условия III.3 и III.4 принимают вид:

Где – угол внутреннего трения грунта каменной постели во взвешенном состоянии.

Вывод. Условие устойчивости на плоский сдвиг по контакту сооружение – каменная постель обеспечено.

III.4. Глубинный сдвиг

Расчет прочности и устойчивости основания при глубинном сдвиге выполняется согласно СНиП 2.02.02-85, Прил. 7. Этот расчет основан на теории предельного равновесия. При действии на сооружение предельной нагрузки в грунте основания возникает область предельного напряжённо-деформированного состояния (потенциальная призма выпирания). Она ограничивается поверхностью скольжения, а в вертикальном сечении – линией скольжения ABCD, состоящей из двух отрезков прямых АB и , соединённых между собой криволинейной вставкой, описываемой уравнением логарифмической спирали (рис. III.4а).

Вначале выполняется построение очертания призмы выпирания. Оно начинается с определения угла ν, который зависит от угла внутреннего трения грунта основания и угла наклона от вертикали силы предельного сопротивления сдвигу .Угол ν вычисляется по формуле:

(III.5)

Затем определяется угол . Далее, используя теорему синусов, находят длины сторон AB и BE треугольника ABE и его площадь :

Этот треугольник является I зоной призмы выпирания – зоной активного давления. В нем AE = В – ширина сооружения.

Зона II образуется углом BEC и замыкающей его логарифмической спиралью, уравнение которой , где - текущий радиус, - начальный радиус спирали . Конечный радиус (отрезок ЕС на рис. III.4а) вычисляется при угле [рад]. Для того чтобы вычертить логарифмическую спираль, нужно найти длины нескольких промежуточных радиусов при различных промежуточных значениях угла , например: и .

Конечный радиус спирали (отрезок ЕС) является также стороной равнобедренного треугольника ECD, образующего III зону призмы выпирания – зону пассивного давления. Зона II является промежуточной зоной между I и III зонами активного и пассивного давления.

Площадь зоны II вычисляется интегрированием уравнения логарифмической спирали от значения угла до конечного значения по формуле: ,

Из механики грунтов известно, что выклинивание призмы выпирания на поверхность (зона III) происходит под углом к этой поверхности. Противоположный угол треугольника ECD тоже равен (см. рис: III.2а) к горизонтальной поверхности ED). При известных углах и сторонах III зоны не представляет труда определение ее площади S3.

Все изложенное выше позволяет получить очертание призмы выпирания ABCDEA, ее зон I, II, III и численные значения их площадей S1,S2,S3.

Напомним, что очертание призмы выпирания зависело только от расчетного угла внутреннего трения грунта основания и от угла наклона δ силы предельного сопротивления сдвигу и не зависело от удельного веса грунта и от пока еще неизвестного численного значения .

Численное значение , соответствующее своему углу отклонения δ от вертикали, определяется после получения очертания призмы выпирания и определения собственного веса грунта в объемах I, II, III зон призмы выпирания Р1, Р2, Р3.

Веса определяются по формулам:

Р1=S1 1 пог.м ;

Р2=S2 1 пог.м ;

Р3=S3 1 пог.м .

 

Рис. III.2. К расчету несущей способности основания и устойчивости сооружения при глубинном сдвиге: а – очертание призмы выпирания; б график предельной несущей способности основания; I, II, III зоны призмы выпирания.

 

При определении q3 – пригрузки на поверхности ED III зоны призмы выпирания верх призмы выпирания (плоскость АЕD) находится на отметке горизонтальной плоскости сдвига (рис. III.2). Поэтому при вычислении веса пригрузки q3 на поверхности III зоны призмы выпирания ED учитывается интенсивность нагрузки от давления связности n, если вся призма выпирания или ее основная верхняя часть формируется в глинистом грунте:

q3= .

- Тогда общая интенсивность грузки на поверхности III зоны составит:

Она суммируется с собственным весом грунта III зоны:

+ (III.6)

Оценка прочности и устойчивости основания проводится с использованием графика предельной несущей способности основания . (рис. III.4б). Для его построения:

- задаются несколькими значениями d угла наклона к вертикали предельной нагрузки : di = 0; 0,1jI; 0,3jI; 0,5jI; 0,7jI; 0,9jI;

- для каждого значения di определяют очертание области предельного состояния грунта ABCDЕ (призмы выпирания) и величину предельной силы Rui, при которой наступает предельное равновесие с образованием соответствующей потенциальной призмы выпирания.

Сила предельного сопротивления определяется по формуле (3) Прилож.7[4]:

, (III.7)
где: (III.8)
(III.9)
(III.10)

Результаты расчетов целесообразно представлять в табличной форме (таблица III.1).

Таблица III.1.

Вычисления для построения призм выпирания, определения предельной нагрузки Rui по формуле (III.7) и построения графика предельной несущей способности основания.

Вычисление элементов призмы выпирания Угол наклона к вертикали предельной нагрузки Ru
δ=0 δ=0,1φ δ=0,3φ δ=0,5φ δ=0,7φ δ=0,9φ
63,0 58,1 48,3 38,1 27,2 13,9
63,0 67,9 77,7 87,9 98,8 112,1
∠ABE 54,0 54,0 54,0 54,0 54,0 54,0
10,3 10,7 11,2 11,4 11,2 10,4
9,9 9,4 8,3 6,9 5,1 2,7
90,0 85,1 75,3 65,1 54,2 40,9
EC 31,0 27,8 21,6 15,7 10,1 4,5
∠Ө1 22,5 21,3 18,8 16,3 13,5 10,2
∠Ө2 45,0 42,6 37,7 32,6 27,1 40,6
∠Ө3 67,5 63,9 56,5 48,9 40,6 30,7
r1 13,2 12,4 10,5 8,4 6,0 3,1
r2 17,5 16,2 13,4 10,4 7,2 3,5
r3 23,3 21,2 17,0 12,8 8,5 4,0
27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0
CD=ЕС 31,0 27,8 21,6 15,7 10,1 4,5
           
53,3 49,6 38,5 28,0 18,0 8,0
Р1 2988,9 2961,8 2746,7 2323,6 1700,1 840,3
Р2 3472,3 2746,9 1593,7 799,5 306,4 52,6
Р3 5191,1 4228,8 2648,2 1489,1 692,4 189,3
-31,5 -38,7 -56,5 -82,3 62,5 28,2
Qi 28561,4 16376,2 6106,0 2264,6 708,9 120,9
99,3 102,6 109,3 115,9 122,8 130,8
Ri 32188,1 26377,2 16976,6 10423,9 6218,9 3607,1
3576,5 2925,0 1852,9 1101,5 625,2 338,4
0,0 184,0 353,5 357,9 294,2 214,8

Полученные значения Rui раскладывают на нормальную и касательную составляющие σ i и по формулам:

(III.11)

По полученным значениям σi и τi строится график (рис. III.2б).

Вычисление углов, сторон треугольников при разных углах δi, необходимых для построения призм выпирания, а также веса грунта Р1i, Р2i, Р3i в зонах I, II, III призмы, сил предельного сопротивления и их составляющих и , несложно произвести на ЭВМ в программах, реализующих математический расчет (MathCaD, Exel и д.р.).

 

Силы предельного сопротивления Rui могут быть (как другой вариант) определены также по формуле (7) Приложения 7 [4]:

, (III.12)

где: - коэффициенты несущей способности основания, зависящие от угла внутреннего трения φI грунта и δi –угла наклона Rui от вертикали, определяемые по таб. стр. 34 [4] (Приложение, табл. 10).

В той же таблице приводятся значения коэффициента К, позволяющего определить длину участка ED на чертеже (ED= );

q – интенсивность равномерно распределенной нагрузки на участке ED III зоны призмы выпирания: (см. формулу III.7)

По вычислениям, выполненным в табличной форме (таблица III.2), получены значениям σi и τi:


Таблица III.2.

Вычисления для определения предельной нагрузки Rui по формуле (III.12) и построения графика предельной несущей способности основания.

Вычисление элементов призмы выпирания Угол наклона к вертикали предельной нагрузки Ru
δ=0 δ=0,1φ δ=0,3φ δ=0,5φ δ=0,7φ δ=0,9φ
0,00 3,6 10,8   25,2 32,4
0,000 0,063 0,187 0,309 0,426 0,536
1,000 0,998 0,982 0,951 0,905 0,844
N7 32,530 26,507 16,492 9,2122 4,3588 1,4170
Nc 51,963 45,776 34,706 25,281 17,290 10,240
Nq 37,754 33,258 25,215 18,367 12,562 7,4400
K 6,1443 5,5062 4,2738 3,1074 2,0011 0,8915
c 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
11,670 11,670 11,670 11,670 11,670 11,670
11,670 11,670 11,670 11,670 11,670 11,670
9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00
55,30 49,56 38,46 27,97 18,01 8,02
Ri 34714,94 28549,36 18237,72 10637,10 5439,63 2120,87
3857,22 3165,81 1989,94 1123,99 546,98 198,89
0,00 199,85 378,94 365,21 257,48 126,31

 

Одно из возможных значений Rui, например при δi = 0,7φ, следует для сравнения, вычислить по обеим формулам (III.7 и III.12) и определить графически построением силового многоугольника (рис. III.3).

 

 

 

Рис. III.3. Графическое определение силы предельного сопротивления сдвигу Ru.

 

Таблица IV.1.

Вычисление напряжений от действия собственного

веса грунта (природного давления) – эпюры «а» и «б».

№ слоя Удельный вес грунта Мощ-ность слоя, м Глубина, , м Приращение глубины , м Природное давление , кПа Эпюра «а». , кПа Эпюра «б» (6)/2
             
I 11,67 10,00     0,00 0,00
    11,67 5,84
    58,35 29,18
    116,7 58,35
II 10,52 12,00     179,82 89,91
    242,94 121,47
III 8,79 6,00     269,31 134,66
    281,10 140,55

В таблице IV.1 показан пример расчета ординат первоначальной природного давления и вспомогательной эпюры .

 

В таблице IV.2 внесены полученные путем интерполяции теоретических данных таблицы 11 Приложения коэффициенты влияния и формулы, по которым определяются ординаты эпюры

 

Таблица IV.2.

Вычисление влияния пригрузок от грунта засыпки и равномерно распределенной нагрузки на поверхности набережной на величину вертикальных сжимающих напряжений по центральной оси сооружения.

Теоретическая информация из табл.11 Приложения и интерполяция Влияние нагрузки от грунта засыпки q гр = 157 кПа, и равномерно распределенной нагрузки на поверхности набережной q = 40 кПа действующих в пределах ширины призмы грунта засыпки bзас =20,8 м,  
 
  Прокрутить вверх





Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.