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

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 К_vv - 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_aa - коэффициент горизонтальной жесткости свайного поля при повороте секции, кНм;

К_ag=К_ga - 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;

Н_рх, Н_ру, Н_рa - 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;

х_р, у_р координаты р-й сваи относительно центра масс секции (х - в направлении сейсмического воздействия, у- в перпендикулярном направлении), м;

r_св - 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 Dm_св с присоединенной к ним массой воды Dm

Dm_св=К_свm_свL_св, (8)

, (9)

где К_св - безразмерный коэффициент, определяемый по графику на черт, 10 в зависимости от величины i_рu2/i_св;

m_св - погонная масса сваи, т;

L_св, L^*_св - соответственно расчетная длина сваи и длина се участка, находящегося в воде, м;

d_св - диаметр или сторона поперечного сечения сваи, м;

i_рu2 - погонная жесткость ригеля, МН×м;

i_св - погонная жесткость сваи, МН×м;

Черт. 9. Схема перемещений жесткой плиты ростверка

Черт 10. Зависимость коэффициента К_cв от соотношения i_риг/i_cв.

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 V_чс центра массы секции в направлении сейсмического воздействия и углом поворота a_чс в горизонтальной плоскости, где ч_с - 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 ч_р (ч_р - 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, g_lc, g_c, g_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 e

, (1)

где - то же, что в формуле (14.10).

При подготовке исходных данных к программе расчета больверков BOMAJN коэффициенты горизонтальной составляющей активного l_а и пассивного l_р давлений грунта следует заменять на и , которые определяются по формулам

, (2)

, (3)

где А_эа, А_эр, e_а, e_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;

g_з - удельный вес грунта засыпки, кН/м³;

h_п - 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

Р_а=Р_ан-Р_ас, (1.1.)

Р_ан - боковое активное давление несвязного грунта.

Р_ас - активное давление, обусловленное связностью грунта,

Р_ан=q_z l_a+Р_aq (1.1.1)

Р_ас=cl_ac (1.1.2)

(1.1)

(1.1.1)

допускается в поверочных расчетах

А_эа=К₁А, e=0, (1.1.2)

S_Ki - сейсмическая сила, действующая в точке "k" концентрации масс и соответствующая 2-й форме свободных колебаний,

n_в - количество сосредоченных масс в рассматриваемой области,

v - количество учитываемых форм свободных колебаний сооружения,

G_Kвзв - вес в "k"-й точке с учетом взвешивающего воздействия воды

б) интенсивность вертикальной составляющей активного давления

P_av=P_atg(j+d), (1.2)

a - угол наклона расчетной плоскости восприятия распора к вертикали,

, (1.2)

a_a=45°-0,5(j-e_a), (1.2.1)

e_a=arctgA_эа. (1.2.2)

в) интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления

Р_р=Р_рн-Р_рс, (1.3)

Р_рн, Р_рс - пассивное давление соответственно несвязного и обусловленного связностью грунта

Р_ра=q_z l_р+Р_рq_п, Р_рс=cl_рc (1.4)

(1.3)

(1.3.1)

допускается

А_эр=К₁А, e_р=1, (1.3.2)

2. Общая устойчивость сооружения

(2.1)

M_t, M_r - соответственно суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил относительно критического центра окружности скольжения

, (2.2)

r - радиус окружности скольжения,

G_j - вес грунта j-й полосы, элементов конструкции и эксплуатационной нагрузки,

a_j=агсsin(a_j/r), (2.2.1)

a_j - расстояние от вертикали, проведенной через центр вращения до линии действия силы G_j

DM_t - момент от горизонтальных составляющий длительных временных и одной кратковременной нагрузок.

(2.3)

j_IIj, j_IIj - соответственно угол внутреннего трения и сцепление в основании j-й полосы;

R_g - силы сопротивления конструктивных элементов (анкера, сваи) сдвигу, перпендикулярные радиусу r.

(2.1)

и - моменты соответствующих сил с учетом сейсмического воздействия,

g_lc - коэффициент особого сочетания нагрузок равен 0,9;

, (2.2)

, (2.1.1)

, (2.2.2)

, (2.2.3)

(2.2.4)

n_у - 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=(M_r-M_t)/G, (3.1.1)

M_r и M_t - моменты удерживающих и опрокидывающих сил относительно переднего ребра;

G - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения.

е^s=0,5b-а^s£b/6, (3.1)

, (3.1.1)

M^s - момент сейсмических нагрузок относительно плоскости расчетного сечения сооружения,

- опрокидывающий момент от сейсмического бокового давления грунта на стенку

, (3.1.2)

М_i=S_ih₀+m_i, (3.1.3)

, (3.1.4)

m_i - сейсмический момент относительно центра массы стенки,

h₀, Z_K - вертикальная координата центра масс и "k"-й массы относительно центра тяжести стенки,

, (3.1.5)

h_E^s - плечо силы относительно переднего ребра стенки.

б) прочность каменной постели

, (3.2)

R - расчетное сопротивление каменной постели,

s_max и s_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,

h_п - толщина каменной постели,

g_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,

E_шв - расчетное значение швартовной нагрузки,

G - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения,

f - коэффициент трения подошвы сооружения по каменной постели.

, (4.1)

Е^s - 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)*)

S_i - сейсмическая сила, действующая на основание и соответствующая i-й форме его собственных колебаний

б) на опрокидывание вокруг переднего ребра

, (4.2)

M_t=Eh_E+E_швh_шв, (4.2.1)

h_E и h_шв - плечи сил Е и E_шв относительно переднего ребра,

M_r - 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=E+E_шв; (5.2)

R=(G₁+ G₂+ G₃)f_r+E_p, (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;

g_з - удельный вес засыпки с учетом взвешивающего воздействия воды,

m₀ - заложение откоса котлована,

f_г - коэффициент трения постели по грунту основания

, (5.1)

F^s, R^s - соответственно сдвигающие и удерживающие силы с учетом сейсмического воздействия

, (5.2)

g_вн, g_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,

E_av=Etg(a+d), (6.1.3)

a=45°-0,5j; (6.1.4)

, (6.1)

, (6.1.1)*)

, (6.1.2)

S_i - 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,

n_вн - количество сосредоточенных масс, расположенных во внутренней области, ограниченной расчетной плоскостью АВ',

, (6.1.3)

a^s=45°-0,5(j-e), (6.1.4)

e=arctgA_э, (6.1.5)

(6.1.6)*)

n_об - количество сосредоточенных масс, расположенных в зоне обрушения грунта засыпки;

б) на опрокидывание вокруг переднего ребра

, (6.2)

М_Е - удерживающий момент, создаваемый вертикальной составляющей Е_av

, (6.2.)

(6.2.1)

(6.2.2)

S_i, m_i - 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)

R_фл - флуктуационное усилие в анкере, соответствующее i-й форме свободных колебаний сооружения,

R_ост - реакция в анкере, вызванная сейсмическим (остаточным) давлением грунта на стенку.

б) на опрокидывание вокруг переднего ребра

_,

M_t=Eh_E+E_швh_шв, (7.2)

M'_r=M_r+M_Ev+R_ah_a, (7.3)

h_a - 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)

G_об - вес элементов сооружения передающийся на расчетную плоскость стыка смежных колец,

Е_тр - вертикальная сила трения засыпки по внутренней поверхности оболочки,

G_гр - 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)

S_ri=M_r(S_i/M+m_iZ_r/q), (8.1.2)

M_r - масса верхнего кольца и засыпки (или r-го блока),

M, q - масса и момент инерции всей оболочки с грунтом засыпки,

Z_r - ордината r-го блока от центра масс всей оболочки,

, (8.1.3)

n_с - количество сосредоточенных масс в пределах всей оболочки,

. (8.2)

б) горизонтальное нормальное давление засыпки на оболочку

р_R=р_Zl₀, (8.3)

_, (8.3.1)

_, (8.3.2)

g₁, g₂ - удельный вес засыпки над водой и под водой,

Z₁, Z₂ - ординаты, отсчитываемые от верхнего торца оболочки и от уровня воды,

q_c - нагрузка от балластного слоя и эксплуатационных нагрузок;

A₀=D_вн/4l₀tg(0,75j), (8.3.3)

l₀, l₀ - коэффициент бокового давления и угол внутреннего трения внутренней засыпки оболочки.

, (8.3)

, (8.3.1)

, (8.3.2)*)

e=arctgА_э. (8.3.3)

9 Прочность элементов конструкции для причальных сооружений распорного типа

_, (9.1)

F - усилия в элементах конструкции (М, Q, R_a), полученные в результате статического расчета,

R - расчетная прочность элемента

, (9.1)

, (9.1.1)

N_фi - флуктуационные усилия (М_ф, Q_ф, R_фа) в элементах при колебаниях сооружения по главным формам,

N_ocт - 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)

N_фi - 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

V_i - перемещение центра масс секции в направлении сейсмического воздействия;

a_i - угол поворота секции в горизонтальной плоскости

S_pxi=H_px(V_i+a_iy_p), (10.2.1)

S_pyi=H_pya_ix_p, (10.2.2)

S_pai=H_paa_i, 10.2.3)

H_px, H_py, H_pa - коэффициент жесткости "р"-й сваи смещении секции в направлении осей х и у и при повороте a в горизонтальной плоскости

, (10.2.4)

S_i, m_i - сейсмическая сила и момент, действующие на рассматриваемую секцию сооружения,

M, q - масса и момент инерции масс верхнего строения секции с учетом присоединенной массы свай и воды,

w_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)

а_r, b_r - расстояние от центра масс r-й секции до ее правого и левого концов,

C_r,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

D_r,r+1³3(U_r+U_r+1)+Dt, (10.4)

U_r - амплитуда перемещений r-й секции при сейсмических колебаниях в направлении (r+1)-й секции;

Dt - зазор, требуемый для свободного температурного расширения соседних секций,

U_r=K₁ K_yAgb/w, (10.5)

, (10.6)

, (10.7)

H_py - жесткость р-й сваи в направлении продольной оси,

r_св- количество свай в секции

11. Устойчивость подпричального откоса и общая устойчивость сооружения эстакадного типа

См. формулы (2.1) - (2.3), где:

, (11.1)

R_св.р - приведенная к 1 п. м. сооружения сила сопротивления сдвигу по поверхности скольжения за счет сопротивления излому свай.

R_cв.р=4М_св/t_зL, (11.2)

(11.2)

l_с - длина участка, в пределах которого на сваю передается активное и пассивное давление грунта;

L - расстояние между осями свай;

t_з - половина длины изогнутой части сваи.

, (11.1)

, (11.2)

. (11.13)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения 1

2. Выбор конструкции сооружения 7

3. Общие конструктивные требования 12

4. Общие положения расчета причальных сооружений 16

5. Нагрузки и воздействия 19

Общие положения 19

Определение бокового давления грунта на стенку 24

6. Расчет общей устойчивости 35

Основные положения расчета 35

Расчет общей устойчивости по методу предельных значений сдвигающих и удерживающих сил 36

Определение расположения поверхностей скольжения при глубинном сдвиге 39

7. Проектирование причальных сооружений гравитационного типа 40

Основные конструктивные требования 40

Общие положения расчета 44

Расчет причальных сооружений из массивовой кладки 49

Расчет уголковых причальных сооружений контрфорсного типа 54

Расчет причальных сооружений уголкового типа с внешней анкеровкой 57

8. Проектирование причальных сооружений типа больверк 60

Основные конструктивные требования 60