ВСН 3-80. Инструкция по проектированию морских причальных сооружений

Е_p - равнодействующая пассивного давления в пределах отметки территории и подошвы анкерной плиты от собственного веса грунта засыпки;

Е_а - равнодействующая активного давления в пределах отметки территории и подошвы анкерной плиты от собственного веса грунта засыпки и временной нагрузки, расположенной со стороны призмы распора.

Примечания. 1 Временную эксплуатационную нагрузку в расчете следует располагать на территории причала за плоскостью обрушения, проходящей через верхнюю точку анкерной плиты.

2. При расчете анкерных плит тумбовых массивов анкерная реакция R_ан, получаемая графоаналитическим расчетом, суммируется с равномерно распределенным усилием от горизонтальной составляющей швартовной нагрузки с учетом высоты ее приложения по отношению к уровню крепления анкерной тяги (см. примечания к п. 17.21 настоящей Инструкции)

16.25. Усилия, действующие в элементах железобетонных ребристых анкерных плит (рис. 23, 6), определяются:

а) в плите - как в балке на двух опорах с консолями от равномерно распределенной нагрузки на 1 м², т.е.

(86)

б) в ребре - как в консольной балке, защемленной в уровне крепления анкерной тяги [в середине высоты анкерной плиты при расчете ее по формуле (85), а при расчете ее на грунтовые нагрузки в пределах высоты плиты - по центру тяжести суммарной эпюры расчетного давления грунта], от равномерно распределенной нагрузки на 1 пог. м консоли, т.е.

(87)

В формулах (86) и (87):

l_п - длина анкерной плиты;

D - проектный зазор между анкерными плитами;

R_a - то же, что в п. 16.7 настоящей Инструкции;

h_п - высота анкерной плиты.

16.26. Расстояние между лицевой стенкой и анкерными плитами и стенками (рис. 24) следует принимать из условия пересечения на поверхности территории плоскости обрушения, проведенной от расчетной плоскости лицевой стенки из точки на уровне касания замыкающей к веревочному многоугольнику сил, с плоскостью выпора, проведенной от подошвы анкерной плиты, а для анкерной стенки - из точки, отстоящей вверх от подошвы на 2Dt (Dt - то же, что в п. 16.22 настоящей Инструкции).

Расстояние между лицевой стенкой и анкерными опорами следует определять по формуле

(88)

где - сумма расстояний от отметки кордона до точки касания замыкающей к веревочному многоугольнику из графоаналитического расчета лицевой стенки;

- сумма расстояний от отметки кордона до подошвы анкерной плиты, а в анкерных стенках - выше подошвы на 2Dt;

j_i - угол внутреннего трения грунта основания и засыпки, соответствующий i-му слою грунта.

16.27. Если по общим компоновочным требованиям (из-за стесненности территории) или технико-экономическим соображениям возможно и целесообразно приблизить анкерные опоры к лицевой стенке с нарушением условия (88) или если в поверхностных слоях основания между лицевой стенкой и анкерными устройствами залегают грунты значительно слабее по прочностным свойствам, чем грунты засыпки, следует расчетом проверить анкерующую способность массива грунта.

Рис. 24. Схема для определения расстояния L_а между лицевой стенкой и анкерными опорами:

Устойчивость массива грунта, обеспечивающего анкерное крепление, определяется из условия

(89)

где n_c, n, k_н - то же, что в п. 8.8. настоящей Инструкции;

m_д - дополнительный коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 7 настоящей Инструкции;

R_а - то же, что в п. 16.7 настоящей Инструкции;

т - то же, что в п. 8.14 настоящей Инструкции;

R_масс - горизонтальная составляющая равнодействующей сил, действующих на массив грунта, расположенный между лицевой стенкой и анкерной опорой.

Примечание. Определение положения поверхности скольжения н величины R_масс приведены в прил. 8

16.28. При невыполнении условия (89) для сооружений с анкерными стенками (в зависимости от технико-экономической целесообразности) следует увеличить расстояние между лицевой и анкерной стенками или заглубить подошву анкерной стенки.

16.29. В случае сокращения расстояния между анкерными опорами и лицевой стенкой по сравнению с требованиями формулы (88) уменьшенную величину пассивного давления на анкерные опоры допускается определять по указаниям прил. 9.

16.30. Проверку общей устойчивости причальных сооружений, типа заанкерованного больверка, на глубинный сдвиг следует выполнять только в тех случаях, когда:

в основании причального сооружения непосредственно под подошвой и глубже имеются прослойки слабого грунта, вдоль которого может произойти скольжение (сдвиг) и в результате - нарушение устойчивости сооружения;

в тыловой части причального сооружения, включенной в зону, ограниченную возможной поверхностью сдвига (скольжения), имеются эксплуатационные нагрузки, более чем в три раза превосходящие нагрузки прикордонной зоны.

16.31. Расчет конструктивных элементов больверков (лицевой стенки, анкерных тяг, деталей крепления анкерной системы и анкерных опор) следует выполнять в соответствии с указаниями глав СНиП на стальные конструкции, на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, на бетонные и железобетонные конструкции, разд. 16 и пп. 8.7-8.11 настоящей Инструкции.

17. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ЭСТАКАДНОГО ТИПА 17.1. Проектирование причальных сооружений на сваях и сваях-оболочках из железобетона и металла должно включать следующие этапы:

а) определение нагрузок, действующих на секцию сооружения, и их сочетаний с учетом взаимодействия секций;

б) выбор конструктивной схемы сооружения и предварительных основных размеров его элементов, который должен осуществляться на основании технико-экономического сравнения вариантов конструктивных схем причала в целом;

в) расчет основной пространственной конструкции сооружения и определение усилий в ее элементах (см. пп. 17.2-17.9 настоящей Инструкции);

г) расчет свай, свай-оболочек и свайных ростверков в целом по несущей способности (устойчивости) и по деформациям (перемещениям, углам поворота, прогибам) в соответствии с требованиями главы СНиП на свайные фундаменты и п. 17.25 настоящей Инструкции;

д) конструктивный расчет элементов сооружения (по прочности, трещиностойкости и деформациям) в соответствии с требованиями глав СНиП на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, на бетонные и железобетонные конструкции, на стальные конструкции, а также пп. 7.3, б, 8.7-8.11 настоящей Инструкции;

ж) расчет общей устойчивости сооружения и устойчивости подпричального откоса при выбранной конструктивной схеме сооружения и расчетном сочетании нагрузок следует производить в соответствии с требованиями главы СНиП на основания гидротехнических сооружений и специального нормативного документа с учетом указаний пп. 8.12-8.16 настоящей Инструкции. При этом коэффициенты m_д, вводимые в расчет, принимаются по табл. 7.

Примечание. Для более точного расчета произвольных статически неопределимых стержневых систем, а также сокращения времени и повышения качества проектирования следует использовать автоматизированный расчет пространственных систем.

17.2. Пространственную конструкцию сооружения при отсутствии программ автоматизированных расчетов допускается расчленять на отдельные плоские системы, выбирая из них основную несущую систему. Способ членения пространственной системы конструкции и выбор основной несущей системы зависят от конструктивной схемы ростверка (продольно-ригельная, поперечно-ригельная, смешанная-кесонная, плитная-безбалочная) и степени омоноличивания узлов и элементов сооружения.

Примечание. В качестве основной несущей системы следует принимать поперечные рамы при поперечно-ригельной схеме ростверка и продольные рамы - при продольно-ригельной схеме.

17.3. При членении поперечно-ригельной конструкции на поперечные и продольные рамы для продольных рам в расчет вводятся условные ригели, а для поперечных рам - конструктивные ригели.

В «условный ригель» (А, В, С - рис. 25), входящий в состав омоноличенного ростверка, включают:

для прикордонной или тыловой рамы - полосу ростверка от конца до середины пролета, примыкающего соответственно к прикордонному или тыловому ряду опор;

для средних продольных рам - полосу ростверка в пределах левого и правого примыкающих полупролетов.

Примечание. Приводимые в п. 17.3 и далее указания применительно к поперечно-ригельным системам соответственно могут быть использованы также при расчете продольно-ригельных систем.

17.4. При установлении расчетных схем плоских систем в качестве осей элементов следует принимать линии, соединяющие геометрические центры тяжести сечений элементов. Расчетная высота стоек рам определяется в соответствии с указаниями п. 17.16 настоящей Инструкции.

Рис. 25. Поперечно-ригельная конструкция:

А, В, С - «условные ригели» продольных рам: 1-5 - сборные элементы ростверка; 6 - ригель поперечной рамы

17.5. Вертикальные нагрузки на поперечные рамы (основные несущие системы) определяются по максимальным опорным реакциям продольных систем с учетом собственного веса элементов поперечной рамы.

Примечание. В случае применения продольно-ригельных ростверков сначала рассчитываются поперечные плоские системы, опорные реакции которых принимаются как нагрузки на ригели продольных рам.

17.6. Горизонтальные нагрузки на продольные и поперечные рамы определяются как алгебраические суммы соответствующих нагрузок на опоры каждой рамы. Горизонтальные нагрузки, действующие на расчетную секцию, распределяются между опорами рам в предположении абсолютной жесткости верхнего строения ростверка в горизонтальной плоскости. При этом кручение опор вокруг собственной оси не учитывается (см. пп. 17.10-17.15).

17.7. Исходные усилия (изгибающие моменты М, перерезывающие силы Q и продольные силы N - реакции опор) при конструктивном расчете элементов определяются суммированием соответствующих усилий, полученных из расчета плоских систем на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Усилия, действующие на «условный ригель», распределяются между составляющими его элементами пропорционально их жесткости.

Примечание. Для элементов, у которых в состав расчетных сочетаний входят временные подвижные и равномерно распределенные нагрузки, расчетные суммарные эпюры М и Q строятся по линиям влияния.

17.8. Значения изгибающих моментов М и перерезывающих сил Q для опорных сечений стоек определяются как геометрические суммы соответствующих значений М и Q, полученных при расчете продольных и поперечных рам. Значение продольной силы N определяется из расчета поперечной рамы.

17.9. Усилия в элементах рамных конструкций причалов эстакадного типа, вызванные межсезонным перепадом температур, следует определять с учетом деформации ползучести либо с применением временного длительного модуля деформации в соответствии с главой СНиП на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.

17.10. Реакции одиночных опор от единичного горизонтального смещения относительно осей х и у определяются при заделке опор в ростверке и грунте по формуле

(90)

где - погонная жесткость свайных опор;

l - расчетная длина свайных опор, определяемая по указаниям пп. 17.16-17.20 настоящей Инструкции;

Е - начальный модуль упругости материала опор;

I - момент инерции сечения опоры.

17.11. Реакция козловых опор от единичного горизонтального смещения при их расположении в плоскости действия силы определяется по формуле

(91)

где - коэффициент;

- коэффициент;

a₁ и a₂ - углы наклона свай козловых опор к вертикали;

Е - то же, что в п. 17.10 настоящей Инструкции;

F - площадь сечения свай козловых опор;

l₁ и l₂ - расчетные длины свай козловых опор (см. пп. 17.16-17.20 настоящей Инструкции).

Рис. 26. Схема к расчету горизонтальных нагрузок на опоры от вращения секции. Контуры верхнего строения ростверка показаны пунктиром

17.12. Горизонтальные нагрузки, действующие на расчетную секцию, допускается распределять между опорами секции путем переноса равнодействующей горизонтальных сил А в упругий центр системы (рис. 26) и приведения их к силе Т, действующей параллельно кордону, силе N, действующей перпендикулярно кордону, и моменту, вызывающему вращение секции относительно упругого центра,

(92)

где М - момент от действия судовых нагрузок, давления грунта и временных нагрузок на тыловую грань ростверка;

А - равнодействующая горизонтальных сил;

r - расстояние от линии действия равнодействующей до упругого центра (см. рис. 26);

и - то же, что в п. 14.6 настоящей Инструкции;

L - длина секции;

x_N, y_т, y_E - расстояние от упругого центра до соответствующих сил;

Е_i - распорное давление от собственного веса грунта и временных нагрузок, действующих на тыловую грань ростверка, на 1 пог. м сооружения;

f_i - коэффициент трения материала засыпки по тыловой грани ростверка.

Примечание. За упругий центр системы принимается точка, проходя через которую равнодействующая A вызывает только поступательное смещение секции.

17.13. Координаты упругого центра определяются по формулам:

(93)

(94)

где H_yi и H_xi - реакции опор от единичного горизонтального смещения по пп. 17.10 и 17.11 настоящей Инструкции;

x_i и у_i - координаты опор относительно осей х и у (см. рис. 26).

Примечание. Для упрощения определения и отсчета координат упругого центра целесообразно за начало координат принимать точку О пересечения осей крайних рядов опор (см. рис. 26).

17.14. Усилия в элементах свайного основания:

от составляющих и

(95)

(96)

от момента М

(97)

(98)

Суммарные усилия, действующие на опору, от составляющих и (см. рис. 26) и момента М = Аr определяются по формулам:

(99)

(100)

В формулах (95)-(100);

P_xi, , - усилия, действующие на опору вдоль оси х;

P_yi, , - усилия, действующие на опору вдоль оси у;

H_xi, H_yi - то же, что в пп. 17.10 и 17.11 настоящей Инструкции;

Х_i, Y_i - координаты i-й опоры относительно осей, проходящих через упругий центр основания;

j₀ - угол поворота, определяемый по указаниям п. 17.15 настоящей Инструкции.

Примечание. Знаки перед значениями и определяются с учетом направления момента, вызывающего поворот секции.

Рис. 27. Схема определения глубины условного защемления опоры. Условная горизонтальная поверхность показана пунктиром:

а - общий случай, б и в - размещение опор на откосе, 1 - линия откоса, 2 - линия дна

17.15. Угол поворота секции относительно упругого центра от воздействия внешнего момента М определяется по формуле

(101)

17.16. Расчетная длина стоек рамы (рис. 27, а) определяется по формуле

(102)

где Н₀ - расстояние от точки пересечения линии дна (откоса) с осью опоры до центра тяжести поперечного сечения ригеля;

h_усл - разность отметок точки пересечения откоса с осью опор и условной горизонтальной поверхности, определяемая в соответствии с п. 17.19 настоящей Инструкции;

h_з - расчетная глубина условного защемления (см. п. 17.17 настоящей Инструкции), отсчитываемая от поверхности действительного дна при размещении опор на горизонтальном дне или от условной горизонтальной поверхности при размещении опор на откосе.

Примечание. При действии силы в сторону акватории или вдоль кордона условная горизонтальная поверхность располагается ниже точки пересечения оси опоры с откосом и значение h_усл принимается в формуле (102) со знаком «плюс». При действии силы в сторону берега (на откос) значение h_усл принимается со знаком «минус».