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

Горизонтальное перемещение и угол поворота сваи-колонны в уровне поверхности грунта по оси у u_0y =H_0yd_HH +M_0yd_HM =9,3·17,2·10^-5+6,9·7,79·10^-5=2,13·10^-3 м; y_0y= H_0yd_MH +M_0yd_MM =9,3·7,79·10^-5+6,9·5,65·10^-5=1,1·10^-3 рад, где H_0y =H_y/2=18,6/2=9,3 кН.

Перемещение сваи-колонны на высоте h₁=1,5 м u_cy =u_0y +y_0yh₁ +H_0yh₁³/ /3E_bI +M_cyh₁²/2E_bI =2,13·10^-3+1,1·10^-3·1,5+(9,3+1,5³)/3·45800+(-7,1)·1,5²/2·45800= 3,84·10^-3 м.

Величина u_H =u_cy +y_cy(h₂ +h₃)+H_yh₃³/6E_bI =3,84·10^-3+1,1·10^-3(1,5+3)+18,6´ ´1,5³/6·45800=9,06·10^-3 м.

Коэффициент К₂=h₂/(h₂+h₃)=3/(3+1,5)=0,667 по табл.7 настоящего Пособия h=9,6.

Горизонтальное перемещение верха опоры по оси у u_by =u_H /(1-N_maxh₃²/2hE_bI)=9,06·10^-3/(1-160·1,5²/2·9,6·45800)=0,009 м.

Изгибающий момент М_у и поперечная сила Q_y в сечении сваи-колонны, расположенном ниже поверхности грунта на расстоянии z=1 м,

Из табл. 3 прил. 2 A₃=-0,057; B₃=-0,02; C₃=0,996; D₃=0,699; A₄= -0,245; B₄= -0,114; C₄= -0,03; D₄=0,994. M_y =a_e²E_bIu_cy A₃-a_e E_bIy_0y B₃ +M_0y C₃ +H_0y D₃/a_e=0,702²·45800·2,13·10^-3·(-0,057)-0,702·45800·1,109·10^-3·(-0,02)+6,9·0,996+9,3·0,699/0,72=14 кН·м; Q_y =a_e³E_bIu_cy A₄-a_e² E_bIy_0y· B₄ +a_eM_0y C₄ +H_0y D₄=0,702³·45800·2,13·10^-3(-0,245)-0,702²·45800·1,109·10^-3(-0,114)+0,702·6,9(-0,03)+9,3·0,994=3,7 кН.

Значения М_у и Q_y для других сечений показаны на эпюрах рис. 19.

Рис. 19 Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил в свае-колонне

Горизонтальное перемещение и угол поворота сваи-колонны в уровне поверхности грунта по оси х: u_0x =H_0xd_HH +M_0xd_HM =2,5·17,2·10^-5+15·7,79·10^-5=1,6·10^-3 м; y_0x =H_0xd_MH +M_0xd_MM = 2,5·7,79·10^-5+15·5,65·10^-5=1,04·10^-3 рад.

Перемещение верха опоры по оси х: u_bx =u_0x+y_0x l_k +H_0x l_k³/3E_bI+ M_0x l_k²/2E_bI = 1,6·10^-3+1,04·10^-3·6+2,5·6³/3·45800+0,6²/2·45800=0,011 м.

Изгибающий момент М_х и поперечная сила Q_x в сечении сваи-колонны, расположенном ниже поверхности грунта на расстоянии z=1 м, ; A₃=-0,057; B₃=-0,02; C₃=0,996; D₃=0,994; A₄= -0,245; B₄=- -0,114; C₄=-0,03; D₄=0,994. M_x =a_e²E_bIu_0x A₃-a_e E_bIy_0x B₃ +M_0x C₃+H_0xD₃/a_e=0,702²·45800·1,6·10^-3·(-0,057)-0,702·45800·1,04·10^-3·(-0,02)+15·0,996+ +2,5·0,699/0,72=16 кН·м; Q_x =a_e³E_bIu_0x A₄-a_e² E_bI·y_0x B₄ +a_eM_0x C₄ +H_0x D₄= 0,702³·45800·1,6·10^-3(-0,245)-0,702²·45800·1,04·10^-3(0,114)+0,702·15(-0,03)+2,5·0,994=3,7 кН.

Значения М_х и Q_х для других сечений показаны на рис. 19.

Полное горизонтальное перемещение верха опоры от нормативных нагрузок при среднем коэффициенте надежности по нагрузке g_f=1,15; что менее предельной величины.

Расчетные длины колонн при расчете прочности по оси у l_0y =(l_s +l_k)m= (2,85+6)·1=8,85 м, по оси х l_0х =(l_s +l_k)m=(2,85+6)·2=17,7 м.

По найденным моментам, поперечной и продольной силам производится расчет сечений сваи-колонны на прочность и трещиностойкость.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

РАСЧЕТ СВАЙ-ОБОЛОЧЕК И СВАЙ-СТОЛБОВ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ НАГРУЗОК И МОМЕНТОВ

1. При расчете свай, свай-оболочек и свай-столбов (именуемых ниже для краткости общим названием «сваи») на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1, допускается рассматривать грунт, окружающий сваю, как упругую линейно-деформируемую среду, характеризующуюся коэффициентом постели С_z, кН/м³.

Расчетную величину коэффициента постели С_z грунта на боковой поверхности сваи при отсутствии опытных данных допускается определять по формуле

(1)

где K - коэффициент пропорциональности, кН/м⁴, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю по табл. 1; z - глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяется коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке.

Таблица 1

Вид грунта,

Коэффициент пропорциональности К, кН/м⁴, для свай

окружающего сваю,

и его характеристика

забивных

набивных,

свай-оболочек и свай-столбов

Глины и суглинки текучепластичные (0,75<I_L£1)

650-2500

500-2000

Глины и суглинки мягкопластичные (0,5<I_L£0,75); супеси пластичные (0£I_L£1); пески пылеватые (0,6£е£0,8)

2500-5000

2000-4000

Глины и суглинки тугопластичные и полутвердые (0£I_L£0,5); супеси твердые (I_L<0); пески мелкие (0,6£е£0,75); то же, средней крупности (0,55£е£0,7)

5000-8000

4000-6000

Глины и суглинки твердые (I_L<0); пески крупные (0,55£е£0,7)

8000-13000

6000-10000

Пески гравелистые (0,55£е£0,7); гравий и галька с песчаным заполнителем

-

10000-20000

Примечания: 1. Меньшие значения коэффициента К в табл. 1 соответствуют более высоким значениям консистенции I_L глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов, указанным в скобках, а большие значения коэффициента К - соответственно более низким значениям I_L и е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик I_L и е величины коэффициента К определяют интерполяцией.

2. Значения коэффициента К для плотных песков должны приниматься на 30 % выше, чем наибольшие значения указанных в табл. 1 коэффициентов К для заданного вида грунта.

2. Все расчеты свай следует выполнять применительно к приведенной глубине расположения сечения сваи в грунте z и приведенной глубине погружения сваи в грунт , определяемых по формулам:

(2)

(3)

где z и l - действительная глубина расположения сечения сваи в грунте и действительная глубина погружения сваи (ее нижнего конца) в грунт, соответственно отсчитываемые от поверхности грунта - при высоком ростверке или от подошвы ростверка - при низком ростверке, м;

a_e - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле

(4)

где E_b - начальный модуль упругости бетона сваи, кН/м², принимаемый в соответствии с СНиП 2.03.01-84; I - момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴;

b_p - условия ширины сваи, м, принимаемая равной: для свай-оболочек, а также свай-столбов и набивных свай с диаметром стволов от 0,8 и более b_p=d +1 м, а для остальных видов и размеров сечений свай b_p=1,5d +0,5 м;

d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения сваи в плоскости, перпендикулярной действиям нагрузки, м.

Схема нагрузок на сваю

3. Расчетные величины горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u_p, м, и угол ее поворота y_p, рад, следует определять по формулам:

(5)

(6)

где Н и М - расчетные значения поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кН·м, действующие на голову сваи;

l₀ - длина участка сваи, м (см. рис. 1);

u₀ и y₀ - горизонтальное перемещение, м, и угол поворота поперечного сечения сваи, рад, в уровне поверхности грунта.

4. Горизонтальное перемещение u₀ и угол поворота y₀ следует определять по формулам

(7)

(8)

где Н₀ и М₀ - расчетное значение поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кН·м, в рассматриваемом сечении сваи, принимаемые равными: Н₀=Н и М₀=М +Hl₀, d_НН, d_НМ, d_МН и d_ММ, - перемещения и угол поворота сваи в уровне поверхности грунта, вычисляемые по формулам:

(9)

где А₀, В₀, С₀ - коэффициенты, принимаемые по табл. 2 в зависимости от . При величине , соответствующей промежуточному значению, указанному в табл. 2, ее следует округлить до ближайшего табличного значения.

Таблица 2

При опирании сваи на нескальный грунт

А₀

В₀

С₀

0,5

72,004

192,026

576,243

0,6

50,007

111,149

278,069

0,7

36,745

70,023

150,278

0,8

28,14

46,943

88,279

0,9

22,244

33,008

55,307

1

18,03

24,106

36,486

1,1

14,916

18,16

25,123

1,2

12,552

14,041

17,944

1,3

10,717

11,103

13,235

1,4

9,266

8,954

10,05

1,5

8,101

7,349

7,838

1,6

7,154

6,129

6,268

1,7

6,375

5,189

5,133

1,8

5,73

4,456

4,299

1,9

5,19

3,878

3,679

2

4,737

3,418

3,213

2,2

4,032

2,756

2,591

2,4

3,526

2,327

2,227

2,6

3,163

2,048

2,013

2,8

2,905

1,869

1,889

3

2,727

1,758

1,818

3,5

2,502

1,641

1,757

³4

2,441

1,621

1,751

5. Расчет устойчивости основания, окружающего сваи, должен производиться по условию (10) ограничения расчетного давления s_z, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай:

(10)

где s_z - расчетное давление на грунт, кН/м², боковой поверхности сваи, определяемое на следующих глубинах z, м, отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке - от его подошвы:

а) при - на двух глубинах, соответствующих и ;

б) при - на двух глубине ;

g₁ - расчетный удельный вес грунта нарушенной структуры, кН/м³, определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;

j_I и С_I - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта, град, и удельного сцепления грунта, кН/м², принимаемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83;

x - коэффициент, принимаемый при набивных сваях и сваях-оболочках x=0,6, а при всех остальных видах свай x=0,3;

h₁ - коэффициент, равный 1, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, в которых следует принимать h₁=0,7;

h₂ - коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле

(11)

где M_g - момент от внешних постоянных расчетных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижнего конца свай, кН·м;

где M_p - момент от внешних временных расчетных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижнего конца свай, кН·м;

- коэффициент, принимаемый , для сооружения опор и эстакад.

Примечание. Если расчетные горизонтальные давления на грунт s_z не удовлетворяют условию (10), но при этом несущая способность свай по материалу недоиспользована и перемещения сваи меньше предельно допустимых величин, то при приведенной глубине свай расчет следует повторить, приняв уменьшенное значение коэффициента пропорциональности К. При новом значении К необходимо проверить прочность сваи по материалу, ее перемещения, а также соблюдение условия (10).

6. Расчетное давление s_z, кН/м², на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи, возникающее на глубине z, а также расчетный изгибающий момент M_z, кН·м, поперечную силу Q_z, кН, и продольную силу N_z, кН, действующие на глубине z в сечении сваи, следует определять по формулам:

(12)

(13)

(14)

(15)

где A₁, B₁, C₁, D₁, A₃, B₃, C₃, D₄, A₄, B₄, C₄, D₄ - коэффициенты, принимаемые по табл. 3;

N - расчетная осевая нагрузка, кН, передаваемая на голову сваи.

Таблица 3

Коэффициенты

A₁

B₁

C₁

D₁

A₃

B₃

C₃

D₃

A₄

B₄

C₄

D₄

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0,1

1

0,1

0,005

0

0

0

1

0

-0,005

0

0

1

0,2

1

0,2

0,02

0,001

-0,001

0