3<nст<5
Инерционное влияние воды, контактирующей с подпорной стенкой со стороны акватории, следует учитывать в виде присоединенной массы по формуле
mb=??bh??Aст,(2)
где ??b - плотность воды, т/м3;
h - глубина воды у сооружения, м;
?? - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения z/h, определяемый по графикам на черт. 6, где кривая 1 - для гравитационных стенок, 2 - для больверков;
z - расстояние от поверхности воды до рассматриваемой точки напорной грани, м;
Aст - площадь контактирующего с водой участка стенки.
В расчетных схемах МКЭ массы должны иметь одну степень свободы - перемещение Vк в направлении сейсмического воздействия, где k - номер массы.
Масса грузов на причале сосредотачивается в верхних узлах расчетной схемы по правилу грузовых площадей и учитывается в размере 0,8 от расчетной.
2. Динамическую расчетную схему безраспорного сооружения гравитационного типа (в виде одиночных опор причалов мостового типа либо оградительных сооружений), допускается представлять в виде жесткого блока на безинерционном упругом основании (черт. 7).
Черт. 6. Зависимости коэффициента ?? от соотношения z/h:
1 - для гравитационных стенок; 2 - для больверков.
Черт. 7. Динамическая расчетная схема сооружений гравитационного типа на безинерционном основании
a - поперечный разрез оградительного сооружения из оболочек большого диаметра; б - расчетная схема в виде жесткого диска на безинерционном основании
Безинерционным считается основание под каменной постелью, состоящее из грунтов I и II категории по сейсмическим свойствам в соответствии с указаниями СНиП II-7-81.
Инерционными характеристиками жесткого блока должны являться масса M?? и момент инерции массы ???? относительно центральной горизонтальной оси, совпадающей с продольной осью сооружения.
Жесткие блоки гравитационных сооружений должны обладать двумя степенями свободы: перемещением V центра масс блока в направлении сейсмического воздействия и углом поворота ?? в расчетной плоскости.
Жёсткостные характеристики грунтов основания рекомендуется представлять с помощью коэффициентов жесткости Сx и Сz
С?? по формулам
Сx=0,7Сz,(3)
;(4)
,(5)
где С0 - коэффициент жесткости (кН/м3) при удельных давлениях на основание ??0=2 кН/м2, ??=1 м;
bп - ширина подошвы (размер в плоскости колебаний), м;
Lп - длина подошвы (размер в перпендикулярном к плоскости колебаний направлении), м;
Ап - площадь подошвы, м2;
?? - среднее статическое напряжение по подошве (без учета гидростатического взвешивания), кН/м2.
Если Lа ?? 3bп, то в формулах (3) - (5) следует принимать Lп=3b.
Таблица
Приближенные значения коэффициента С0
|
Характеристика основания |
С0, кН/м3 |
|
Каменная постель на слабых илистых грунтах |
1500-3000 |
|
Каменная постель на песчаных и глинистых грунтах средней плотности (с включением ракуши, гравия) |
3000-6000 |
|
Каменная постель на плотных грунтах (гравий, галька, песок плотный с включением гравия и ракуши) |
б000-10000 |
Примечание. В таблице приведены рекомендации для каменной постели средней толщины hп при hп: b=0,25+040; при hп: b<0,25 значения С0 принимаются по нижней границе; при hп: b > 0,40 значения С0 принимаются по верхней границе интервала значений в таблице.
3. Динамические расчетные схемы сооружений эстакадного типа, предназначенные для определения сейсмических нагрузок, следует представлять (черт. 8);
Черт. 8. Динамические расчетные схемы сооружений эстакадного типа
а, б, в - верхнее строение в виде жестких дисков; г - верхнее строение в виде деформируемой конструкции.
В зависимости от наличия связей между секциями, либо в виде цепочки секций (см. черт. 8а), либо в виде отдельной секции (см. черт. 8б);
в зависимости от наличия высоты надстроек, либо без надстроек (см. черт. 8 а, б), либо с надстройками (см. черт. 8в, г);
в зависимости от деформативности верхнего строения секции в горизонтальной плоскости, либо в виде жесткого диска (см. черт. 8а, б, в), либо в виде деформируемой конструкции (см. черт. 8г), опирающихся на упругие свайные опоры.
Верхнее строение секции следует представлять в виде жесткого диска, если параметры секции удовлетворяют неравенству
,(6)
где Кvv - коэффициент горизонтальной жесткости свайного поля при смещении секции, кН/м;
L - длина секции (плиты), м;
EJ - изгибная жесткость конструкции верхнего строения в горизонтальной плоскости, кН/м2. Коэффициенты жесткости сварного поля определяются по формулам
(7)
где К???? - коэффициент горизонтальной жесткости свайного поля при повороте секции, кНм;
К????=К???? - смешанный коэффициент жесткости, характеризующий наличие эксцентриситета е по длине между центром массы секции М, располагающемся в начале координат и центром жесткости свайного поля R (черт. 9), кН;
Нрх, Нру, Нр?? - коэффициенты жесткости р-й сваи соответственно при смещении ее в направлении осей х и у и при повороте в горизонтальной плоскости, кН/м и кНм;
хр, ур координаты р-й сваи относительно центра масс секции (х - в направлении сейсмического воздействия, у- в перпендикулярном направлении), м;
rсв - число свай в секции.
При определении массы секции кроме массы верхнего строения и оборудования следует учитывать массу временных грузов на причале в размере 0,8 от расчетной и приведенную к уровню плиты массу свай ??mсв с присоединенной к ним массой воды ??m
??mсв=КсвmсвLсв,(8)
,(9)
где Ксв - безразмерный коэффициент, определяемый по графику на черт, 10 в зависимости от величины iрu2/iсв;
mсв - погонная масса сваи, т;
Lсв, L*св - соответственно расчетная длина сваи и длина се участка, находящегося в воде, м;
dсв - диаметр или сторона поперечного сечения сваи, м;
iрu2 - погонная жесткость ригеля, МН??м;
iсв - погонная жесткость сваи, МН??м;
Черт. 9. Схема перемещений жесткой плиты ростверка
Черт 10. Зависимость коэффициента Кcв от соотношения iриг/icв.
Для причальных сооружений эстакадного типа учет эксцентриситета между центром масс секции и центром жесткости свайного поля (см. черт. 9) является обязательным. При этом среднеквадратическое отклонение случайного эксцентриситета следует принимать не менее 0,015L.
Каждый диск должен обладать двумя степенями свободы: перемещением Vчс центра массы секции в направлении сейсмического воздействия и углом поворота ??чс в горизонтальной плоскости, где чс - номер секции.
В расчетных схемах МКЭ каждая сосредоточенная масса обладает одной степенью свободы - смещением в направлении сейсмического воздействия.
В пределах длины деформируемой в горизонтальной плоскости секции число узлов концентрации масс следует принимать не менее чр (чр - количество свайных рядов) и по возможности совмещать их с узлами пересечения конструктивных элементов.
Динамическую расчетную схему устойчивости подпричального откоса следует представлять в дискретном виде МКЭ (см. черт. 11)
Черт. 11. Динамическая расчетная схема подпричального откоса набережной
а - поперечный разрез причала; б - расчетная схема МКЭ для расчетов устойчивости; 1 уголковая стенка; 2 - грунт основания, 3 - грунт откоса; 4 - грунт засыпки
Границы расчетной схемы следует назначать за пределами зоны возможных кривых скольжения. Остальные требования см. п. 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Рекомендуемое
СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЕ ФОРМУЛЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ОСНОВНОМ И ОСОБОМ СОЧЕТАНИЯХ НАГРУЗОК
Проверки прочности элементов конструкции и устойчивости сооружений на особое сочетание нагрузок следует производить в соответствии с перечнем предельных состояний, приведенным в основной части инструкции.
Сопоставительные формулы к учету сейсмического воздействия приведены в табличной форме. Назначение и величины нормативных коэффициентов К1, A, ??lc, ??c, ??п Даны в основных разделах настоящей инструкции.
На рисунках, приведенных в таблицах, пунктиром изображены нагрузки с учетом сейсмических воздействий.
Формулы со звездочкой предназначены для расчетов с использованием метода конечных элементов.
Расчеты прочности и устойчивости допускается производить с помощью программы для статических расчетов, корректируя при этом исходные данные с целью учета сейсмического воздействия.
В расчетах общей устойчивости сооружений по программам KRMAJN и PURS горизонтальная сейсмическая нагрузка учитывается поворотом расчетной схемы на угол ??
,(1)
где - то же, что в формуле (14.10).
При подготовке исходных данных к программе расчета больверков BOMAJN коэффициенты горизонтальной составляющей активного ??а и пассивного ??р давлений грунта следует заменять на и , которые определяются по формулам
,(2)
,(3)
где Аэа, Аэр, ??а, ??р - то же, что в формулах (14.3) и (14.4).
При наличии в основании больверка призмы замененного грунта либо прослоек слабого грунта следует определять по формуле
,(4)
где - то же, что в п. 14.30;
??з - удельный вес грунта засыпки, кН/м3;
hп - глубина призмы замененного грунта, м.
Таблица
Сопоставительные формулы расчета прочности и устойчивости сооружений при основном и особом сочетании нагрузок
|
Назначение формулы |
Формула при основном сочетании нагрузок |
Формула при особом сочетании нагрузок |
|
1. Давление от собственного веса грунта и временной равномерно распределенной нагрузки а) интенсивность горизонтальной составляющей активного давления |
Ра=Ран-Рас,(1.1.) Ран - боковое активное давление несвязного грунта. Рас - активное давление, обусловленное связностью грунта, Ран=qz ??a+Рaq(1.1.1) Рас=c??ac(1.1.2) |
(1.1) (1.1.1) допускается в поверочных расчетах Аэа=К1А, ??=0,(1.1.2) SKi - сейсмическая сила, действующая в точке "k" концентрации масс и соответствующая 2-й форме свободных колебаний, nв - количество сосредоченных масс в рассматриваемой области, v - количество учитываемых форм свободных колебаний сооружения, GKвзв - вес в "k"-й точке с учетом взвешивающего воздействия воды |
|
б) интенсивность вертикальной составляющей активного давления |
Pav=Patg(??+??),(1.2) ?? - угол наклона расчетной плоскости восприятия распора к вертикали, |
,(1.2) ??a=45??-0,5(??-??a),(1.2.1) ??a=arctgAэа.(1.2.2) |
|
в) интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления |
Рр=Ррн-Ррс,(1.3) Ррн, Ррс - пассивное давление соответственно несвязного и обусловленного связностью грунта Рра=qz ??р+Ррqп,Ррс=c??рc(1.4) |
(1.3) (1.3.1) допускается Аэр=К1А, ??р=1,(1.3.2) |
|
2. Общая устойчивость сооружения
|
(2.1) Mt, Mr - соответственно суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил относительно критического центра окружности скольжения ,(2.2) r - радиус окружности скольжения, Gj - вес грунта j-й полосы, элементов конструкции и эксплуатационной нагрузки, ??j=агсsin(??j/r),(2.2.1) ??j - расстояние от вертикали, проведенной через центр вращения до линии действия силы Gj ??Mt - момент от горизонтальных составляющий длительных временных и одной кратковременной нагрузок. (2.3) ??IIj, ??IIj - соответственно угол внутреннего трения и сцепление в основании j-й полосы; Rg - силы сопротивления конструктивных элементов (анкера, сваи) сдвигу, перпендикулярные радиусу r. |
(2.1) и - моменты соответствующих сил с учетом сейсмического воздействия, ??lc - коэффициент особого сочетания нагрузок равен 0,9; ,(2.2) ,(2.1.1) ,(2.2.2) ,(2.2.3) (2.2.4) nу - количество сосредоченных масс в обрушающейся зоне в динамической расчетной схеме (2.3) |
|
3. Прочность основания сооружения гравитационного типа а) неравномерность осадок
|
e=0,5b-a??b/6,(3.1) a=(Mr-Mt)/G,(3.1.1) Mr и Mt - моменты удерживающих и опрокидывающих сил относительно переднего ребра; G - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения. |
еs=0,5b-аs??b/6,(3.1) ,(3.1.1) Ms - момент сейсмических нагрузок относительно плоскости расчетного сечения сооружения, - опрокидывающий момент от сейсмического бокового давления грунта на стенку ,(3.1.2) Мi=Sih0+mi,(3.1.3) ,(3.1.4) mi - сейсмический момент относительно центра массы стенки, h0, ZK - вертикальная координата центра масс и "k"-й массы относительно центра тяжести стенки, ,(3.1.5) hEs - плечо силы относительно переднего ребра стенки. |
|
б) прочность каменной постели |
,(3.2) R - расчетное сопротивление каменной постели, ??max и ??min - краевые нормальные напряжения в каменной постели по контакту с основанием сооружения. Если равнодействующая выходит за пределы ядра сечения, то |
,(3.2) либо ,(3.2.1) - напряжения в грунте, вызванные колебаниями стенки. |
|
в) прочность грунта основания под каменной постелью |
(3.3) (3.4) b' - ширина, по которой передается давление от сооружения на постель, hп - толщина каменной постели, ??k - удельный вес камня постели в состоянии гидростатистического взвешивания, R - расчетное сопротивление грунта основания. |
(3.3) (3.4) |
|
4. Устойчивость гравитационного сооружения а) на сдвиг по основанию сооружения
|
,(4.1) Е - результирующая активного давления грунта и эксплуатационной нагрузки на стенку, Eшв - расчетное значение швартовной нагрузки, G - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения, f - коэффициент трения подошвы сооружения по каменной постели. |
,(4.1) Еs - горизонтальная сдвигающая сила от активного давления и эксплуатационной нагрузки на стенку при сейсмическом воздействии, ,(4.1.1) S - результирующая сейсмическая сила, действующая на сооружение ,(4.1.2)*) Si - сейсмическая сила, действующая на основание и соответствующая i-й форме его собственных колебаний |
|
б) на опрокидывание вокруг переднего ребра |
,(4.2) Mt=EhE+Eшвhшв,(4.2.1) hE и hшв - плечи сил Е и Eшв относительно переднего ребра, Mr - момент удерживающих сил относительно переднего ребра. |
.(4.2) |
|
5. Устойчивость на сдвиг сооружения с заглубленной постелью по грунту основания
|
,(5.1) F - сумма сдвигающих сил, R - сумма удерживающих сил, F=;(5.2) R=(G1+ G2+ G3)fr+Ep,(5.3) G1 - часть веса сооружения, передающая давление грунта на участке FK, G2, G3 - соответственно веса каменной постели ECDK и засыпки ВСЕ с учетом взвешивающего воздействия воды, ,(5.3.3) h0 - толщина каменной постели; ??з - удельный вес засыпки с учетом взвешивающего воздействия воды, m0 - заложение откоса котлована, fг - коэффициент трения постели по грунту основания |
,(5.1) Fs, Rs - соответственно сдвигающие и удерживающие силы с учетом сейсмического воздействия ,(5.2) ??вн, ??взв - удельные веса грунта каменной засыпки в состоянии насыщения и гидростатического взвешивания; ,(5.3) ,(5.3.1) ,(5.3.2) ,(5.3.3) или ,(5.3.4) ,(5.3.5) .(5.3.6) |
|
6. Устойчивость причального сооружения уголкового типа а) на сдвиг по основанию сооружения
|
,(6.1) G - вес сооружения, включая эксплуатационную нагрузку и грунт засыпки во внутренней области стенки в состоянии гидростатического взвешивания, Eav=Etg(??+??),(6.1.3) ??=45°-0,5??;(6.1.4) |
,(6.1) ,(6.1.1)*) ,(6.1.2) Si - сейсмическая сила, действующая на сооружение (на стенку с грунтом засыпки ее внутренней области, ограниченной условной расчетной тыловой гранью стенки АВ) i - номер формы свободных колебаний сооружения, nвн - количество сосредоточенных масс, расположенных во внутренней области, ограниченной расчетной плоскостью АВ', ,(6.1.3) ??s=45??-0,5(??-??),(6.1.4) e=arctgAэ,(6.1.5) (6.1.6)*) nоб - количество сосредоточенных масс, расположенных в зоне обрушения грунта засыпки; |
|
б) на опрокидывание вокруг переднего ребра |
,(6.2) МЕ - удерживающий момент, создаваемый вертикальной составляющей Еav |
,(6.2.) (6.2.1) (6.2.2) Si, mi - сейсмическая сила и момент, действующие на сооружение и соответствующие i-й форме его свободных колебаний. |
|
7. Устойчивость уголковых стенок с внешней анкеровкой а) на сдвиг по основанию сооружения |
,(7.1) |
,(7.1) Rфл - флуктуационное усилие в анкере, соответствующее i-й форме свободных колебаний сооружения, Rост - реакция в анкере, вызванная сейсмическим (остаточным) давлением грунта на стенку. |
|
б) на опрокидывание вокруг переднего ребра |
, Mt=EhE+Eшвhшв,(7.2) M'r=Mr+MEv+Raha,(7.3) ha - расстояние от основания стенки до анкера. |
,(7.2) .(7.3) |
|
8. Несущая способность причального сооружения гравитационного типа из оболочек большого диаметра а) устойчивость на сдвиг верхнего кольца оболочки (или r-го блока)
|
,(8.1) F - сумма горизонтальных сдвигающих сил, действующих на оболочку выше расчетной плоскости сдвига; (8.2) Gоб - вес элементов сооружения передающийся на расчетную плоскость стыка смежных колец, Етр - вертикальная сила трения засыпки по внутренней поверхности оболочки, Gгр - вес грунта внутренней засыпки, расположенной выше расчетной плоскости сдвига, f2 - коэффициент трения внутренней засыпки, равный, - вес грунта, пригружающий анкерную плиту (расчетное значение); |
,(8.1) ,(8.1.1) Sri=Mr(Si/M+miZr/??),(8.1.2) Mr - масса верхнего кольца и засыпки (или r-го блока), M, ?? - масса и момент инерции всей оболочки с грунтом засыпки, Zr - ордината r-го блока от центра масс всей оболочки, ,(8.1.3) nс - количество сосредоточенных масс в пределах всей оболочки, .(8.2) |
|
б) горизонтальное нормальное давление засыпки на оболочку
|
рR=рZ??0,(8.3) ,(8.3.1) ,(8.3.2) ??1, ??2 - удельный вес засыпки над водой и под водой, Z1, Z2 - ординаты, отсчитываемые от верхнего торца оболочки и от уровня воды, qc - нагрузка от балластного слоя и эксплуатационных нагрузок; A0=Dвн/4??0tg(0,75??),(8.3.3) ??0, ??0 - коэффициент бокового давления и угол внутреннего трения внутренней засыпки оболочки. |
,(8.3) ,(8.3.1) ,(8.3.2)*) ??=arctgАэ.(8.3.3) |
|
9 Прочность элементов конструкции для причальных сооружений распорного типа
|
,(9.1) F - усилия в элементах конструкции (М, Q, Ra), полученные в результате статического расчета, R - расчетная прочность элемента |
,(9.1) ,(9.1.1) Nфi - флуктуационные усилия (Мф, Qф, Rфа) в элементах при колебаниях сооружения по главным формам, Nocт - остаточные усилия от сейсмического давления грунта на стенку, определяемого по п. 1 |
|
10. Прочность элементов причального сооружения эстакадного типа
|
,(10.1) F - усилие в элементе, возникающее от судовых нагрузок и распорного давления грунта, действующего на тыловую грань ростверка, R - расчетная прочность элемента |
,(10.1) ,(10.1.1) Nфi - флуктуационные усилия в элементе, возникающие при сейсмическом воздействии на сооружение, i - индекс формы свободных колебаний сооружения |
|
а) усилия в "р-й" свае, возникающие от действия сейсмических нагрузок, если плита верхнего строения является абсолютно жесткой
Vi - перемещение центра масс секции в направлении сейсмического воздействия; ??i - угол поворота секции в горизонтальной плоскости |
|
Spxi=Hpx(Vi+??iyp),(10.2.1) Spyi=Hpy??ixp,(10.2.2) Sp??i=Hp????i,10.2.3) Hpx, Hpy, Hp?? - коэффициент жесткости "р"-й сваи смещении секции в направлении осей х и у и при повороте ?? в горизонтальной плоскости ,(10.2.4) Si, mi - сейсмическая сила и момент, действующие на рассматриваемую секцию сооружения, M, ?? - масса и момент инерции масс верхнего строения секции с учетом присоединенной массы свай и воды, ??i - круговая частота собственных колебаний сооружения, соответствующая i-у тону. |
|
б) усилие в связи, соединяющей r-ю и (r+1)-ю секции при сейсмическом воздействии на цепочку взаимосвязанных секций |
|
,(10.3) аr, br - расстояние от центра масс r-й секции до ее правого и левого концов, Cr,r+1 - коэффициент жесткости связи |
|
в) ширина антисейсмического шва, исключающего соударение соседних секций при сейсмических колебаниях, определяемая при сейсмическом воздействии, совпадающем по направлению с продольной осью сооружения |
|
??r,r+1??3(++1)+??t,(10.4) Ur - амплитуда перемещений r-й секции при сейсмических колебаниях в направлении (r+1)-й секции; ??t - зазор, требуемый для свободного температурного расширения соседних секций, =K1 K??Ag??/??,(10.5) ,(10.6) ,(10.7) Hpy - жесткость р-й сваи в направлении продольной оси, rсв- количество свай в секции |
|
11. Устойчивость подпричального откоса и общая устойчивость сооружения эстакадного типа
|
См. формулы (2.1) - (2.3), где: ,(11.1) Rсв.р - приведенная к 1 п. м. сооружения сила сопротивления сдвигу по поверхности скольжения за счет сопротивления излому свай. Rcв.р=4Мсв/tзL,(11.2) (11.2) lс - длина участка, в пределах которого на сваю передается активное и пассивное давление грунта; L - расстояние между осями свай; tз - половина длины изогнутой части сваи. |
,(11.1) ,(11.2) .(11.13) |
