ВСН 3-80. Инструкция по проектированию морских причальных сооружений

Расчет лицевой плиты при одном контрфорсе выполняется по схеме консольной балки, при двух контрфорсах - по схеме однопролетной балки с консолями.

По высоте сооружения рекомендуется выделять сечения плиты шириной 1 м с равномерной нагрузкой, средней интенсивности по расчетной эпюре распора для выделенного сечения.

13.3. Лицевая плита контрфорсной стенки в вертикальном направлении рассчитывается по схеме тавровой консольной балки на нагрузку от горизонтальной составляющей швартовного усилия, перпендикулярной кордону (учитывая указания п. 10.4), и на нагрузку от распора (с учетом указаний п. 10.2 настоящей Инструкции). Сбор нагрузок на контрфорс производится с ширины, равной сумме прилегающих полупролетов.

Рис. 14. Эпюры давления на лицевую стенку:

а - активного давления; б - трения; в - суммарная

Рис. 15. Схема учета неполноты контакта фундаментной плиты с основанием

13.4. Фундаментная плита рассчитывается с учетом неполноты контакта поверхности с постелью на суммарную нагрузку от реактивного давления постели снизу (нормальные контактные напряжения) и от пригрузки сверху от собственного веса конструкции и грунта засыпки, а также временных нагрузок.

Неполнота контакта компенсируется увеличением реактивных контактных напряжений от постели за счет условного исключения из расчета площади фундаментной плиты, равной 0,5lа, где а - ширина переднего выступа плиты (рис. 15 и рис. 16).

В этом случае краевые контактные напряжения определяются по формуле

(57)

где - то же, что в п. 9.4 настоящей Инструкции;

g - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок, действующих по ширине b (см. также п. 9.2 настоящей Инструкции);

F - площадь плиты в контуре ABCDEF (см. рис. 15), по которой осуществляется контакт с постелью;

М_x и М_у - моменты от вертикальной составляющей равнодействующей всех нагрузок относительно соответствующих осей, проходящих через центр тяжести сечения фундаментной плиты в контуре ABCDEF (см. рис. 15);

W_x и W_у - моменты сопротивления площади подошвы фундаментной плиты в контуре ABCDEF относительно соответствующих осей.

Рис. 16. Схема расчета фундаментной плиты сборной уголковой контрфорсной стенки:

а - план сборного блока уголковой контрфорсной стенки; б - результирующая эпюра нагрузок на фундаментную плиту; в - схема работы переднего выступа фундаментной плиты; г - схема работы тыловой консоли фундаментной плиты; 1 - передний выступ фундаментной плиты; 2 - лицевая плита; 3 - контрфорс; 4 - тыловая консоль фундаментной плиты

При проведении статического расчета фундаментной плиты (см. рис. 16, а и в) передний выступ следует рассчитывать в направлении, перпендикулярном линии кордона, как консольную балку; тыловую часть плиты - в направлении, параллельном линии кордона: при одном контрфорсе - как консольную балку, при двух контрфорсах - как балку на двух опорах с консолями. При этом следует выделять сечения плиты шириной 1 м и загружать нагрузкой средней интенсивности по суммарной эпюре давления (см. рис. 16, б и г).

13.5. Расчеты лицевой плиты, контрфорса и фундаментной плиты на прочность и трещиностройкость следует выполнять в соответствии с указаниями глав СНиП на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, на бетонные и железобетонные конструкции и пп. 8.7, 8.8, 8.10 и 8.11 настоящей Инструкции.

Примечание. Для фундаментной плиты следует принимать двойное армирование, так как она рассчитывается по двузначной эпюре давления (см. рис 16, б).

14. РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ МАССИВОВОЙ КЛАДКИ 14.1. При расчете причальных сооружений из массивовой кладки следует рассматривать пять случаев загружения территории (рис. 17):

Рис. 17. Расчетная схема причального сооружения из массивовой кладки (римскими цифрами показаны различные случаи загружения):

1 - отметка кордона, 2 - линия кордона; 3 - колея портала; 4 - обратный фильтр; 5 - каменная разгрузочная призма; 6 - каменная постель; 7 - отметка дна, а - величина, которая принимается по нормам технологического проектирования морских портов

I случай - временная нагрузка располагается за пределами стенки, начиная от тылового обреза разгрузочной платформы. При таком расположении нагрузки выполняются расчеты на устойчивость по схеме плоского сдвига по контакту стенки с постелью, совместно с постелью и по швам кладки, проверяется положение равнодействующей нагрузок (эксцентриситет) по подошве стенки и в швах кладки, а также в необходимых случаях - устойчивость на опрокидывание (на поворот вокруг переднего ребра);

II случай - временная нагрузка располагается над тыловой частью сооружения и распределяется на 1/3 ширины массива предпоследнего курса кладки. Указанный случай является определяющим при проверке растягивающих нормальных напряжений со стороны акватории в шве основания верхнего курса массивов;

III случай - временная нагрузка располагается над стенкой до линии кордона или линии возможного загружения по технологическим условиям. В указанном расчетном случае определяются максимальные нормальные контактные напряжения в каменной постели на контакте с основанием стенки и в грунте основания на контакте с каменной постелью. Кроме того, определяются толщина постели, а также усилия в лицевой стенке надстройки при расчете ее по прочности и раскрытию трещин;

IV случай - временная нагрузка располагается за пределами надстройки, над тыловой частью сооружения. Указанный расчетный случай является определяющим для расчета устойчивости надстройки;

V случай - по п. 9.10 при расчете на общую устойчивость по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения (сдвига) (см. рис. 10).

14.2. Распорное давление на массивную стенку от собственного веса грунта и временных нагрузок определяется в соответствии с указаниями пп. 8.20-8.24, с учетом трения материала засыпки по тыловой плоскости стенки (по плоскости восприятия распора). При этом следует иметь в виду, что:

а) угол трения d материала засыпки по грунту в пределах высоты надстройки принимается равным углу j₃ внутреннего трения материала засыпки;

б) угол трения d каменной наброски по тыловой поверхности бетонных массивов в пределах высоты разгрузочной призмы принимается равным 0,5 jк (jк - угол внутреннего трения каменной наброски);

в) угол трения d материала засыпки по тыловой поверхности бетонных массивов (из-за ограниченного простирания слоя каменной отсыпки) принимается равным 0,5 j₃.

14.3. В пределах высоты надстройки при расчете ее на устойчивость угол наклона a плоскости восприятия распора в грунте засыпки и соответствующий ему угол обрушения b определяются в соответствии с указаниями п. 8.23 настоящей Инструкции.

Примечание. При надстройках высотой до 3 м и временной нормативной нагрузке q^н £ 4 тс/м² плоскость восприятия распора вертикальна и угол обрушения b вычисляется при a = 0 и S_b = 0.

14.4. В пределах каменной разгрузочной призмы эпюра активного давления строится по указаниям п. 8.24. Ординаты Ds_i дополнительного давления от пригрузки грунта из-за неполноты простирания каменной наброски (рис. 18) рассчитываются по формуле (20). Тогда ординаты Ds_i равны:

в точке А¢

(58)

в точке Б¢

(59)

в точке A

(60)

в точке Б

(61)

Здесь

(62)

(63)

где l_а.г и l_а.к - коэффициенты активного давления соответственно грунта и камня.

Остальные обозначения принимаются по рис. 18.

Рис. 18. Расчетная схема определения дополнительного активного давления при наличии каменной разгрузочной призмы

14.5. При расчете сооружения на устойчивость по основанию и швам кладки горизонтальную составляющую швартовного усилия, нормальную к линии кордона, следует переносить в основание надстройки, учитывая возникающий при этом момент от пары сил.

Силу и момент от пары сил следует распределять равномерно по всей длине секции, учитывая, что на 1 пог. м причала действуют:

сила

(64)

момент от пары сил

(65)

Здесь - поперечная горизонтальная составляющая швартовного усилия, определяемая по главе СНиП на нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов);

L - длина секции;

Z - плечо пары сил, равное расстоянию, на которое переносится сила (рис. 19).

Рис. 19. Поперечный разрез и фасад секции причальной набережной из массивовой кладки

14.6. При расчете устойчивости надстройки на сдвиг (скольжение) равнодействующая горизонтальных составляющих нагрузок определяется по формуле

(66)

где - продольная горизонтальная составляющая швартовного усилия, определяемая в соответствии с главой СНиП на нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов);

- то же, что в п. 14.5 настоящей Инструкции;

- горизонтальная составляющая активного давления грунта с учетом временных нагрузок на секцию длиной L.

14.7. Расчет устойчивости сооружения и отдельных его частей по швам кладки, определение толщины постели и контактных нормальных напряжений в основании и швах следует выполнять в соответствии с указаниями пп. 9.3-9.9 и 14.1-14.6 настоящей Инструкции.

Примечания: 1. Коэффициент трения бетона по бетону допускается принимать для надводной части сооружения f = 0,6; подводной - f = 0,5.

2. Следует выполнять поверочный расчет сооружения на устойчивость по схеме плоского сдвига при максимальном уровне воды.

3. При определении нормальных краевых напряжений в шве основания верхнего курса массивов швартовную нагрузку учитывать не следует.

Рис. 20. Схема расчета несущей способности и прочности консольного свеса массива:

1 - отметка кордона; 2 - консольный свес

14.8. При расчете несущей способности и прочности консольного свеса верхнего курса массивов рекомендуется принимать плечо консоли l_к = а+0,333 b [b - ширина нижележащего опорного массива (рис. 20)]. Прочность консольного свеса массива должна рассчитываться по ослабленному ключевыми отверстиями сечению с учетом распорного давления от собственного веса грунта.

Распорное давление от собственного веса грунта при расчете консольного свеса на изгиб следует учитывать в случаях, когда марочная прочность бетона по расчету превышает 300 кгс/см². Сила распорного давления принимается приложенной с эксцентриситетом в соответствии с трапецеидальной эпюрой распора. Расчет выполняется на внецентренное сжатие с относительно малым эксцентриситетом в соответствии с главой СНиП на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений и пп. 8.7, 8.8, 8.10 и 8.11 настоящей Инструкции.

14.9. Расчет лицевой плиты железобетонной надстройки на прочность и трещиностойкость следует выполнять в соответствии с указаниями глав СНиП на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, на бетонные и железобетонные конструкции, а также пп. 8.7, 8.8, 8.10 и 8.11 настоящей Инструкции.

15. РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ОБОЛОЧЕК БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Расчет гравитационных причальных сооружений из оболочек большого диаметра, к которым относятся оболочки с соотношением высоты к диаметру не более 0,7, должен выполняться с учетом указаний разд. 8 и 9 настоящей Инструкции.

16. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ТИПА «БОЛЬВЕРК» С АНКЕРОВКОЙ НА ОДНОМ УРОВНЕ 16.1. Настоящие указания распространяются на расчет обычных больверков - гибких и повышенной жесткости.

Специальные виды заанкерованных больверков (с экранирующими элементами, с передней грунтовой пригрузкой, с передним экраном, больверков-оторочек и т.д.) следует проектировать с учетом основных требований настоящей Инструкции.

Примечание. Критерий жесткости и соответствующие ему расчетные схемы устанавливаются в соответствии с пп. 16.8-16.11.

16.2. Расчет причальных сооружений, указанных в п. 16.1, должен выполняться в соответствии с требованиями п. 8.3, а, в, г, д, з, к, л, м, настоящей Инструкции.

16.3. За расчетную плоскость восприятия активного давления лицевой стенкой больверков следует принимать:

для стенок из металлического шпунта корытного и зетового профилей - плоскость, проходящую через нейтральную ось поперечного сечения стенки;

для стенок из металлического шпунта двутаврового профиля и плоского железобетонного шпунта - плоскость, проходящую по тыловой полке или грани;

для стенок кольцевых сечений - плоскость, проходящую по тыловой грани элементов;

для стенок из тавровых сечений - плоскость, проходящую на расстоянии х_пл от тыловой поверхности ребер (см. п. 10.5 для лицевых плит уголковых стенок при расчете их в вертикальной плоскости).

16.4. Лицевые и анкерные стенки и плиты больверков рассчитываются на суммарную нагрузку от активного и пассивного давлений, от собственного веса грунта с учетом эксплуатационных нагрузок на территории причала и швартовных воздействий.

Эпюры активного и пассивного давлений строятся в соответствии с указаниями пп. 8.20-8.24 настоящей Инструкции. При этом в призме распора угол трения d материала засыпки и грунта основания по расчетной плоскости лицевой стенки больверка, анкерной стенки и анкерной плиты допускается принимать равным 0,5 j.

Угол трения грунта по расчетной плоскости в призме выпора следует принимать:

для лицевой стенки больверка, рассчитываемой по теории предельного равновесия (см. п. 8.25 настоящей Инструкции), - d = j (но не более 30°), при расчете по классической теории - d = 0,75 j;

для анкерной стенки - d = 0,333 j;

для анкерной плиты - d = 0.

Примечание. Угол трения грунта по анкерной плите в призме выпора допускается принимать d = 0,333 j при специальном обосновании.

16.5. При наличии в основании шпунтовых стенок слабых глинистых (илистых) грунтов следует учитывать их сильную сжимаемость, а при слоистом залегании - разность сжимаемости ила и других грунтов. Следует также проверить возможность проявления в иле под нагрузкой полного порового давления и перехода его в состояние давления тяжелой жидкости (j = 0).

Активное и пассивное давления илистого грунта на стенки следует определять по специальным указаниям.

Примечания: 1. К слабым сильносжимаемым глинистым водонасыщенным (илистым) относятся грунты со следующими физико-механическими характеристиками: степень влажности G ³ 0,85; коэффициент консолидации С_v £ 1×10⁷ см²/год; показатель консистенции I_L = 0,75; модуль деформации, определенный на компрессионном приборе, E = 500 тс/м².

2. Для илистых грунтов допускается интенсивность эпюр активного и пассивного давлений вычислять по формулам (10) и (24) при значениях l_a и l_p до единицы.

16.6. При замене грунта в основании лицевой стенки больверка отпор от отсыпанной призмы следует определять из двух расчетов:

устойчивости на сдвиг призмы замененного грунта перед стенкой по плоскости контакта с грунтом основания (см. прил. 7 к настоящей Инструкции) и определения отпора грунта по формулам пассивного давления в предположении слоя замененного грунта бесконечной длины (см. п. 8.25 настоящей Инструкции). Для расчета больверка принимается наименьшее из полученных значений.

Угол трения d материала отсыпки по плоскости восприятия отпора лицевой стенкой принимать в зависимости от материала засыпки и способа производства работ равным нулю или 0,333 j₃ (где j₃ - угол внутреннего трения грунта засыпки).

16.7. Статический расчет заанкерованных стенок больверков следует выполнять графоаналитическим методом применительно к нагрузкам на 1 пог. м стенки с построением силового и веревочного многоугольников.