РД 31.31.55-93. (Только для проектирования на территории России) Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений

b_p - расчетная ширина сваи, м (см. СНиП 2.02.03-85).

Примечание.

Значение коэффициента постели в слое каменной призмы подпричального откоса принимается равным нулю.

9.48. Коэффициент K_l упругой податливости сваи следует определять, расчетом по программе PОRT при действии единичной силы, направленной вдоль оси сваи и приложенной к ее голове.

При этом значения коэффициентов постели С_с на сдвиг в начале и конце каждого конечного элемента сваи определяются в соответствии с указаниями п.п. 9.35 и 9.45 и выражениями

, (9.4)

где и - периметр сваи; Dl_r - длина рассматриваемого r-того элемента, остальные обозначения см. формулу (9.2).

Коэффициент жесткости подошвы сваи, кН/м

, (9.5)

где С₀ - значение коэффициента постели на уровне подошвы сваи;

А - площадь сечения сваи по подошве, вводится в матрицу жесткости конечного элемента, содержащего подошву сваи.

Упруго-пластическая работа сваи при действии продольных нагрузок учитывается путем сопоставления значений сил трения на конечных элементах сваи, лежащих в грунте и определяемых для r-того элемента с номерами узлов r₁ и r₂ по формуле

(9.6)

с предельно-допустимыми значениями сил трения по боковой поверхности сваи, нормируемыми СНиП 2.02.03-85 (W_r1 и W_r2 перемещения узлов в начале и конце конечного элемента r) и равными

t_r,u=f_iuDl_r (9.7)

Если t_r<t_r,u, то итерация расчета не требуется. В противном случае на тех элементах, где t_r>t_r,u значения коэффициентов постели и принимаются равными нулю, а к элементу r прикладывается вдоль его оси сила t_r,u направленная в сторону, противоположную продольным перемещениям сваи и расчет повторяется пока на всех элементах не будет удовлетворяться условие t_r<t_r,u.

9.49. Допускается при поверочных расчетах пренебрегать влиянием сжатия ствола сваи в грунте и определять коэффициент упругой податливости сваи на нескальных основаниях по формуле

, (9.8)

где С*, , находятся из выражений (9.4) и (9.5);

l₀ - свободная длина сваи, равная расстоянию от ее заделки в ростверке до поверхности грунта;

Е - модуль упругости материала опоры.

Для опор, забуриваемых в полускальные и скальные основания,

K₁=(l₀+d)/EA, (9.9)

где d - глубина забуривания сваи.

9.50 Усилия в элементах поперечных и продольных рам рекомендуется определять по программе PORT при действии каждого вида нагрузки в отдельности и с целью нахождения расчетных значений усилий и деформации в элементах и деформаций конструкций в целом по первой и второй группам предельных состояний.

Изгибающие моменты М и перерезывающие силы Q в головах свай определяются как геометрические суммы соответствующих значений М и Q, полученных при расчете поперечных и продольных рам на действие каждого вида нагрузки в отдельности. Значение продольной силы в свае определяется из расчета поперечной рамы.

9.51. Координаты x₀, и Y₀ упругого центра ростверка в горизонтальной плоскости верхнего строения, проходящей через головы свай, для секции с вертикальными сваями и наклонными сваями, плоскость наклона которых перпендикулярна линии кордона, определяются из выражений

(9.10)

где X_i и Y_i - координаты i-той сваи ростверка;

n - число свай в секции;

Н_xi и H_yi - горизонтальные силы, действующие в голове i-той сваи и определяемые расчетом этой одиночной сваи по программе PORT при заданных единичных перемещениях ее головы вдоль осей Х и Y соответственно и принятой в проекте схеме закрепления сваи в ростверке (жесткое или шарнирное).

За начало координат рекомендуется принимать точку пересечения крайних рядов свай секции.

Для вертикальных свай Н_xi=Н_yi=Н_a,

Н_a определяется: для жестко-защемленных свай в ростверке

; (9.11)

для шарнирно прикрепленных к ростверку

, (9.12)

где e_нн, e_нм, e_мм - деформации сваи на уровне поверхности грунта, вычисляемые по указаниям приложения 1 СНиП 2.02.03-85 при средневзвешенном по глубине значении коэффициента пропорциональности в верхней части глубины забивки сваи (до 5,0 м для призматических железобетонных свай и до 10,0 м для железобетонных свай-оболочек диаметром более 1,0 м).

Для наклонных свай, если горизонтальное перемещение головы сваи и нагрузки действуют перпендикулярно плоскости ее наклона и параллельно линии кордона, Н_xi=Н_a.

Для наклонных свай, если горизонтальное перемещение сваи и нагрузка действуют в плоскости наклонной сваи, перпендикулярной линии кордона,

, (9.13)

где K_l - коэффициент упругой податливости, принимаемый по указаниям пп. 9.48, 9.49;

b - угол между осью сваи и нормалью к верхнему строению в точке ее закрепления в ростверке.

9.52. При произвольной ориентации сваи, если и плоскость ее наклона образует с осью Х угол a, усилия от единичных горизонтальных перемещений ее головы возникают как в плоскости перемещения, так и перпендикулярно к ней.

Координаты Х₀ и Y₀ упругого центра для секции, содержащей сваи общего положения, определяются по формулам

(9.14)

где Н_xxi и Н_yxi - горизонтальные силы, действующие параллельно осям Х и Y в голове i-той сваи при ее единичном перемещении параллельно оси Х;

Н_xyi и Н_yyi - то же, но при единичном смещении головы параллельно оси Y

Н_xxi=Н_a(1+sin²bcos²a)+k_lsin²bcos²a; (9.15)

H_yxi=(Н_a+k_l)0,5sin2asin²b (9.16)

при единичном перемещении головы сваи параллельно оси X;

Н_xyi и Н_yxi определяемом по формуле (9.16);

Н_yyi=Н_a(1+sin²asin²b)+k_lsin²asin²b. (9.17)

При единичном перемещении головы сваи параллельно оси Y.

9.53. Горизонтальные перемещения голов свай, с координатами Х_i, Y_i закрепленных в верхнем строении секции ростверка (или любой точки верхнего строения), не взаимодействующей с соседними секциями, определяются по формуле

(9.18)

где U₀; V₀ и - перемещения упругого центра вдоль осей X и Y и угол поворота ростверка в горизонтальной плоскости для секций, содержащих вертикальные и наклонные сваи, плоскость наклона которых перпендикулярна линии кордона.

; (9.19)

;

.

Для секций, содержащих сваи общего положения,

; (9.20)

где N_xj, N_yj - проекции на оси Х и Y j-той горизонтальной силы, действующей на секцию;

M_j - момент этой силы относительно упругого центра;

M_j=N_xj(Y_Nj -Y₀)-N_yj(X_Nj-X₀); (9.21)

X_Nj, Y_Nj - координаты точки приложения j-той силы.

Примечания:

1. Перемещения U(X_i, Y_i), U₀, V(Х_i, Y_i) и V₀ положительны, если они совпадают с положительными направлениями осей координат; угол поворота ростверка Y₀ горизонтальной плоскости положителен, если поворот происходит по часовой стрелке.

2. При отсутствии тылового сопряжения и действии активного давления грунта на тыловую грань ростверка, его величина на 1 м длины причала определяется по указаниям раздела 5 настоящей Инструкции.

9.54. Горизонтальные нагрузки, действующие на i-тую сваю, для вертикальных и наклонных свай, плоскость наклона которых перпендикулярна линии кордона, следует определять по формулам

(9.22)

Для наклонных свай общего положения

(9.23)

где Р_xi и Р_yi - проекции на оси Х и Y горизонтальной нагрузки Р_i, приложенной к голове i-той сваи;

H_xi, H_yi, H_xyi, H_yyi, U(X_i, Y_i), V(X_i, Y_i) см. пп. 9.51 и 9.52.

Горизонтальные нагрузки, воспринимаемые поперечными и продольными рамами, находятся по указаниям п. 9.45.

9.55. При наличии конструктивной связи между секциями усилия взаимодействия между ними должны находиться из системы уравнений совместности деформаций (равенство перемещений, перпендикулярных линий кордона) соседних секций в месте их стыков.

Условия совместности деформаций секции "S", граничащей слева с секцией "S-1", а справа с секцией "S+1", имеют вид

(9.24)

(9.25)

где и - сумма проекций внешних сил, действующих в плоскости верхнего строения секции с номером "S", на ось Y и сумма моментов этих сил относительно упругого центра секции с координатами , , определяемыми по формуле (9.10);

и - сумма горизонтальных сил, действующих в головах свай секции S при единичных поступательных смещениях секции параллельно осям Х и Y соответственно;

и - координаты головы i-той сваи секции с номером "S";

N_S-2, N_S-1, N_S, N_S+1, - неизвестные усилия взаимодействия между секциями (S-2) и (S-1); (S-1) и S; S и (S+1); (S+1) и (S+2) соответственно;

и - координаты точек взаимодействия секции S с соседними секциями (S-1) и (S+1) в системе координат секции S;

; и ; - то же, но для секции (S-1) и (S+1).

Система уравнений совместности деформаций взаимодействующих секций состоит из уравнений (9.24) и (9.25), записанных для каждой секции.

Определение усилий, действующих на i-тую сваю при учете взаимодействия секции производится по указаниям п. 9.54 при включении найденных воздействий соседних секции на рассматриваемую в состав внешних сил.

9.56. При расчете причальных сооружений эстакадного типа с передним шпунтом, выполняемым по программе PORT, зоной активной деформации грунта следует считать область, в пределах которой происходят необратимые подвижки его частиц, и на конструктивные элементы, расположенные в этой области, действует активное боковое давление грунта.

Уточнение величины зоны "активной" деформации за шпунтовой стенкой и выявление растянутых стержневых грунтовых элементов, усилия в которых превышают допустимый уровень, определяемый сцеплением грунта, производится методом итераций.

Зона "активной" деформации грунта определяется координатой точки на лицевой стенке, горизонтальное смещение U в которой равно критическому смещению U_u, определяемому по формуле (соответствует наступлению за стенкой предельного активного напряженного состояния).

, (9.26)

где d_u - глубина расположения точки с критическим горизонтальным смещением ниже поверхности засыпки (глубина зоны активной деформации), м;

- критический угол перекоса, равный

; (9.27)

j - угол внутреннего трения грунта в рассматриваемой точке;

а_S - коэффициент уплотнения, принимаемый по данным компрессионных испытаний; допускается принимать a_S=1/E_S;

E_s - модуль деформации грунта в данной точке, МПа;

l_а - коэффициент бокового активного давление грунта;

l₀ - коэффициент давления покоя, U, U_u и d_u уточняются в процессе итераций. При ограничениях по глубине забивки шпунта либо на слабых консолидируемых основаниях U_u может соответствовать ордината критической точки, находящейся на уровне низа шпунта.

9.57. Положение линии "условного дна" определяется лучом, проведенным под углом 0,5(45°+1,5j) к горизонтали через точку на лицевой стенке, в которой горизонтальное перемещение равно U_н.

Грунт ниже линии "условного дна" моделируется упругим основанием с коэффициентом постели, значения которого определяются из выражения

, (9.28)

где К - коэффициент пропорциональности роста коэффициент постели с глубиной (см. п. 9.47);

q_у,сил - вертикальное напряженное состояние в силосе, в сторону которого перемещается рассматриваемый конструктивный элемент, на уровне, соответствующем определяемому С_z;

g_i- удельный вес грунта i-того слоя на уровне, соответствующем определяемому C_z;

b_р - расчетная ширина сваи (см. п. 9.47);

l_d - продольный шаг свай.

Для элементов, находящихся выше уровня "условного дна", коэффициент постели принимается равным нулю и взаимодействие между ними следует определять методом аппроксимации упругих свойств грунтовой среды с помощью конечных элементов программы PORT.

При использовании стержневой аппроксимации изгибная жесткость грунтовых стержней, соединяющих узлы конечных элементов взаимодействующих частей конструкции, принимается близкой к нулю (в 10⁴-10⁵ раз меньше жесткости свай), а продольная жесткость В равной

, (9.29)

где E_са1 - модуль деформации грунта, в пределах которого располагается грунтовый стержень;

- длины конечных элементов К-1; К; Р-1; Р конструкции, между которыми располагаются узлы, соединенные грунтовым стержнем и лежащие на i и (i+1) конструктивных частях (сваях);

А_s - площадь грунтового стержня.

В процессе итерационного расчета стержни, усилия растяжения в которых превышают С×А_S должны быть исключены путем уменьшения в 10³-10⁴ раз продольной жесткости, где С - сцепление грунта.

Упругая схема работы грунтового основания в виде коэффициента постели сохраняется, если p(z)<p_u(z),

где p(z) - реакция упругого основания в точке элемента с координатой z;

p_u(z) - предельное значение реакции основания в той же точке.

В противном случае, то есть при p(z) и р³ р_u(z) упругое основание заменяется в пределах рассматриваемого элемента предельной эпюрой пассивного сопротивления грунта.

Граница между упругой и пластической зонами работы основания уточняется с точностью до длины конечного элемента в процессе итераций.

9.58. Расчет свай, опорных башмаков свай, свайных фундаментов и их оснований по первой и второй группам предельных состояний следует выполнять в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.06.08-87 и СНиП 2.03.01-84.

Несущая способность свай и других опор определяется по формуле

, (9.30)

где N - расчетная нагрузка на сваю или свайный фундамент, кН;

F_d - расчетная несущая способность одиночной сваи по грунту основания, определяемая по указаниям СНиП 2.02.03-85, кН;

g_K - коэффициент надежности, принимаемый по СНиП 2.02.03-85.

9.59. Несущую способность свай следует определять как наименьшее из значений, полученных при расчетах: несущей способности сваи по грунту основания; несущей способности материала сваи в соответствии со СНиП 2.06.08-87, СНиП 2.03.01-84; СНиП II-23-81*, СНиП II-25-80.

Примечание. Несущую способность свай по грунту следует уточнять по результатам их испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием и статической нагрузкой в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-78, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.02.01-83. Тип и количество испытаний устанавливаются проектной организацией.