Особие по проектированию отдельно стоящих опор и эстакад под технологические трубопроводы (к снип 2.09.03-85)

5.4. При прокладке трубопроводов на эстакаде горизонтальная нагрузка, направленная вдоль оси эстакады, от сил трения в подвижных частях трубопроводов воспринимается пролетным строением и при наличии анкерных опор на промежуточные опоры не передается. Расчет опор эстакад производят на действие разности температур от климатических воздействий, ветровую нагрузку, нагрузку от ответвлений трубопроводов, вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций, трубопроводов и снега.

Примечания: 1. При длине железобетонных (комбинированных) конструкций температурных блоков эстакад 48 м и менее и стальных менее 100 м, а также всех типов эстакад с шарнирным опиранием колонн на фундамент воздействие температур от климатических воздействий допускается не учитывать.

2. Для эстакад с железобетонными опорами без анкерных опор к усилиям на опоры от действия разности температур от климатических воздействий должны быть добавлены усилия от горизонтальных технологических нагрузок, приходящиеся на температурный блок.

5.5. Величина горизонтального перемещения верха опор эстакад определяется по формуле

(8)

где D_t - расчетное изменение температуры конструкций, определяемое по СНиП 2.01.07-85, °С; a - коэффициент температурного расширения материала конструкции, принимаемый равным: a=10·10^-6 °С^-1 для железобетонных конструкций и a=12·10^-6 °С^-1 для стальных конструкций; у - расстояние от неподвижной точки продольной рамы, не смещающейся при температурных воздействиях, до рассматриваемой опоры эстакады (см. рис. 28).

Рис. 28. Расчетная схема эстакады в продольном направлении

1 - пролетное строение; 2 - вставка; 3 - промежуточная опора; 4 - анкерная промежуточная опора

5.6. Усилия в опорах эстакад рекомендуется определять с учетом неупругих деформаций конструкций (пластических деформаций, наличия трещин, ползучести), а также с учетом в необходимых случаях деформированного состояния.

5.7. При расчете опор эстакад на действие вертикальной нагрузки допускается принимать жесткость пролетного строения бесконечно большой.

5.8. Расчет анкерных опор эстакад производится на действие вертикальных нагрузок и горизонтальных технологических нагрузок как консольного стержня, защемленного в уровне верха фундамента.

5.9. Стальные и железобетонные конструкции траверс рассчитываются на действие изгибающих моментов и поперечных сил от вертикальных и горизонтальных нагрузок с проверкой сечений на действие крутящих моментов, возникающих вследствие того, что горизонтальные нагрузки вдоль трассы приложены к верхней грани траверсы.

5.10. Балки пролетного строения следует рассчитывать на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок по схеме однопролетной балки.

5.11. Пролетное строение эстакад в виде ферм расчленяется на вертикальные фермы пролетного строения и горизонтальные связевые фермы.

Работу каждой из этих систем под нагрузкой допускается принимать независимой.

5.12. Вертикальные фермы пролетного строения следует рассчитывать на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок с учетом неравномерности их распределения по поперечному сечению эстакады. Определение усилий в стержнях производится в предположении шарнирного сопряжения стержней в узлах. Траверсы следует располагать в местах узлов ферм.

5.13. Расчет связевых ферм следует производить на действие ветровых нагрузок, нагрузок от поперечных ответвлений и поворотов трубопроводов.

5.14. Определение усилий в плоских или пространственных опорах производят как в стержневых системах по расчетным схемам, показанным на рис. 29 и 30. Подбор сечений колонн опоры производится на внецентренное сжатие.

Рис. 29. Расчетные схемы железобетонных опор

а - опора без связей; б - опора со связями

Рис. 30. Расчетные схемы стальных многоярусных опор

а - промежуточная опора; б - анкерная опора

5.15. Расчетную длину колонны промежуточных опор при проверке устойчивости допускается принимать:

в плоскости, перпендикулярной оси трубопроводов, по рис. 31, а;

в плоскости оси трубопроводов при наличии анкерной опоры в температурном блоке по рис. 31, б;

в плоскости оси трубопровода при отсутствии анкерной опоры в температурном блоке, равной удвоенной высоте колонны от верха фундамента до низа пролетного строения.

Расчетную длину анкерных опор следует принимать равной удвоенной высоте опоры.

Расчетную длину ветви многоригельных опор (см. рис. 30) в плоскости, перпендикулярной оси трубопроводов, следует принимать равной удвоенной высоте опоры от низа защемления ветви до верха опоры. В направлении оси трубопроводов расчетная длина ветви многоригельных опор принимается в зависимости от условий закрепления ее концов (см. рис. 31, б).

Рис. 31. Значение коэффициентов для определения расчетных длин l₀=ml колонн опор

а - в плоскости, перпендикулярной оси трубопроводов; б - в плоскости оси трубопроводов

5.16. При двухшарнирных отдельно стоящих опорах прокладка одновременно нескольких трубопроводов допускается при условии, что один из трубопроводов максимального диаметра шарнирно связывается со всеми траверсами промежуточных опор и анкерной опорой температурного блока. Расчетные схемы двухшарнирных опор принимаются по рис. 32.

Рис. 32. Расчетные схемы двухшарнирных опор

а - одноярусной; б - двухъярусной; 1 - трубопроводы с подвижным опиранием; 2 - трубопроводы с неподвижным закреплением; 3 - опора

При наклонах опор Dl/h³0,03 (где Dl - смещение верха опоры относительно ее низа, h - высота опоры) необходимо дополнительно учитывать горизонтальную составляющую вертикальной нагрузки, возникающую вследствие наклона колонн опор.

5.17. Величины предельных вертикальных и горизонтальных прогибов конструкций отдельно стоящих опор и эстакад устанавливаются технологическими требованиями и не должны превышать ¹/₁₅₀ пролета и ¹/₇₅ вылета консоли.

5.18. Предельные величины деформаций оснований опор устанавливаются технологическими требованиями и не должны превышать следующих величин: относительная разность осадок - 0,002; крен фундамента - 0,002; максимальная абсолютная осадка - 15 см.

5.19. Определение размеров подошв отдельных фундаментов допускается производить, принимая величину зоны отрыва, равную 0,33 водной площади фундамента.

Наибольшее давление на грунт под краем подошвы не должно превышать давление на грунт при действии изгибающего момента в одном направлении 1,2R, а при действии изгибающих моментов в двух направлениях 1,5R (где R - расчетное сопротивление грунта). Для фундаментов с прямоугольной подошвой размеры подошвы с учетом отрыва допускается определять исходя из следующих условий: при действии момента в одной плоскости принимают е£0,28а; при действии моментов в двух плоскостях расчет производят на действие момента в каждом направлении, принимают е_х£0,23а и е_y£0,23b; наибольшее давление на грунт s_max под подошвой определяют по формуле

(9)

где a - длина фундамента в направлении действия максимального момента;

b - ширина фундамента;

e=M/N; e_x=M_x/N; e_y=M_y/N - эксцентриситеты продольной силы;

N - нормативная вертикальная продольная сила по подошве фундамента, включая собственный вес фундамента и грунта на уступах;

M_x и M_y - изгибающие моменты в плоскостях х и у по подошве фундамента.

5.20. Расчет опор с применением колонн, установленных на односвайные фундаменты из свай-оболочек и буронабивных свай, свай-колонн на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок должен включать:

а) определение глубины погружения свай;

б) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке соблюдения условия

(10)

где u_p - расчетная величина горизонтального перемещения верха колонн;

u_u - предельная величина горизонтального перемещения верха опоры, устанавливаемая заданием на проектирование и принимаемая не более ¹/₇₅ расстояния от верха колонны до поверхности грунта:

в) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю;

г) проверку прочности и трещиностойкости свай и колонн.

При проверке прочности расчетную длину свай-колонн следует определять, рассматривая сваю, как жестко защемленную в сечении, расположенном на расстоянии от поверхности грунта, определяемом в соответствии со СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Расчетную длину колонн, замоноличенных в буронабивные сваи и сваи-оболочки, допускается принимать, рассматривая колонну, как жестко защемленную в уровне поверхности грунта.

5.21. Глубину погружения свай-колонн, свай-оболочек и буронабивных свай в грунт следует определять из условия обеспечения сопротивления на вертикальную сжимающую или растягивающую нагрузки с учетом глубины промерзания, но не менее 4,5 м для свай-колонн и менее 3,5 для буронабивных свай и свай-оболочек. Расчет несущей способности свай всех видов на вертикальную нагрузку производится в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85.

5.22. Расчет свай-колонн и колонн, замоноличенных в сваю по деформациям основания, включающий в себя определение перемещения сваи на уровне поверхности грунта и перемещения верха колонны от совместного действия вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также расчеты по устойчивости грунта основания, окружающего сваю, и определение величин изгибающих моментов, поперечных и продольных сил, действующих в различных сечениях сваи, допускается производить, рассматривая грунт как упругую линейно деформируемую среду (прил. 2).

Примечание. Расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю, не требуется для свай размером поперечного сечения d£0,6 м, погруженных в грунт на глубину более 10d, за исключением случаев погружения свай в ил или глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции (здесь d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи).

5.23. Расчет прочности и трещиностойкости железобетонных свай-колонн производится на косое внецентренное сжатие или растяжение. При этом предельная ширина раскрытия трещин принимается для надземной части сваи-колонны - 0,3 мм, для подземной части - 0,2 мм.

5.24. Статический расчет рамно-свайных опор допускается производить раздельно в двух плоскостях: в плоскости оси трассы и плоскости, перпендикулярной этой оси. При этом определение усилий допускается производить на основании упругой работы конструкции по недеформированной схеме.

5.25. Расчет опор с крестовыми связями производится в соответствии с расчетной схемой рис. 33 в следующей последовательности:

а) определяются изгибающие моменты М_В и М_С в сечениях сопряжения связей с колонной по формулам:

(11)

(12)

(13)

где j₁ и j₂ - коэффициенты, принимаемые по табл. 6 в зависимости от k₁=h₁/(h₁+h₂);

б) определяется изгибающий момент М₀ в уровне поверхности грунта

(14)

в) определяются горизонтальные перемещения u₀ и угол поворота y₀ сваи-колонны как одиночной сваи без связей в уровне поверхности грунта от действия горизонтальной нагрузки Н/2 и изгибающего момента М₀, приложенных в уровне поверхности грунта (см. рис. 33, в) по прил. 2;

г) определяется горизонтальное перемещение верха опоры

(15)

(16)

где h - коэффициент, принимаемый в зависимости от значений k₂=h₂/(h₂ + h₃);

E_b - начальный модуль упругости бетона, кН/м²;

I - момент инерции сечения сваи-колонны, м;

д) определяется расчетный изгибающий момент М_z и поперечная сила Q_z, действующие на глубине z в сечениях сваи (прил. 2);

е) определяется усилие в раскосах S_p:

(17)

где a - угол наклона раскоса к горизонтали.

Рис. 33. Расчетные схема опоры с применением свай-колонн

а - схема опоры; б - расчетная схема опоры; в - расчетная схема сваи при расчете на горизонтальную нагрузку

Таблица 6

k₁

j₁

j₂

0

1

1,5

0,1

1,01

1,53

0,2

1,05

1,61

0,3

1,12

1,74

0,4

1,22

1,94

0,5

1,38

2,25

0,6

1,68

2,78

0,7

2,02

3,54

0,8

2,85

5,19

0,9

5,34

10,18

Таблица 7

k₂

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

h

2,47

2,83

3,4

4,1

5

6,26

7,99

10,39

13,58

17,24

10,19

5.26. Расчет опор с применением свайного ростверка производится сначала для верхней части опоры выше ростверка как рамы с закрепленными в уровне верхней поверхности ростверка стойками, затем для нижней части опоры как свайного ростверка.

Ростверк следует считать жестким, когда отношение наибольшей стороны плиты ростверка a к ее толщине t, a/t£4. При этом расчет жесткого ростверка сводится к определению величин перемещения и угла его поворота, что позволяет определять усилия, действующие в головах свай, как расчет одиночных свай.

Все нагрузки, действующие на ростверк в рассматриваемой плоскости, следует привести к трем силовым факторам, приложенным к центру тяжести подошвы ростверка (точка О на рис. 34): горизонтальной силе F_h, вертикальной силе F_u и моменту М_х.

Рис. 34. Расчетные схема свайного ростверка

5.27. Расчет рамно-свайных опор с применением жесткого ростверка производят в следующей последовательности:

а) определяют по прил. 2 коэффициенты деформации а_e и перемещенияd_НН, d_НМ=d_МН и d_ММ для одиночной сваи;

б) вычисляются характеристики жесткости

(18)

где А - площадь поперечного сечения сваи, м²;

E_b - начальный модуль упругости бетона, кН/м²;

величина l_N принимается для забивных свай

для буронабивных свай и свай-оболочек

где l₀ и l, м, - длины свай (см. рис. 34);

F_d - несущая способность сваи по грунту на действие вертикальной нагрузки, кН;

А₀ - площадь поперечного сечения подошвы сваи, м²;

С₀ - коэффициент постели под подошвой сваи, кН/м³, принимается равным:

но не менее

где K - коэффициент пропорциональности для свай, кН/м⁴, определяемый по прил. 2; d₀ - диаметр поперечного сечения подошвы сваи, м;

(19)

где

в) вычисляются горизонтальное перемещение ростверка а, м, вертикальное перемещение центра тяжести ростверка w, м, и угол поворота ростверка i, рад, при симметричной расчетной схеме по формулам:

(20)

где

n - количество свай в ростверке;

n_i - количество свай в ряду, который на плоскую расчетную схему ростверка проектируется как одна i-я свая;

y_i - координата свай i-го ряда, м;

n_r - количество рядов свай в направлении действия F_h и М_х.

Определяются усилия, приложенные к головам свай:

(21)

где N_i, H, M - соответственно продольная сила, кН, поперечная сила (кН) и изгибающий момент кН·м, действующие в i-той свае в месте заделки голов сваи в плите ростверка.

По найденным по прил. 2 N_i, H, M вычисляется: давление на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи, изгибающий момент, продольная и поперечная силы для любого сечения сваи

г) определяется горизонтальное перемещение u_h верха рамно-свайной опоры по формуле