Страница 3: РД 31.31.39-86. Д 31.31.39-86. Руководство по проектированию свайных пирсов и набережных для строительства в сейсмических районах (44692)

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ И УСИЛИЙ В КРАЙНИХ СВАЯХ

Сейсмическая сила и сейсмический момент определяются по формуле (4.1) рекомендуемого приложения 4. Исходными данными для определения сейсмических сил, помимо вычисленных ранее, являются:

K1 = 0,25; Kψ = 1,2; g = 9,8м/с2; А = 0,2.

Результаты расчёта представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Сейсмические силы и моменты

Усилия в крайних сваях определяются по формулам (4.8) рекомендуемого приложения 4. В таблице 1.3 приведены результаты расчёта усилий Spx для каждой из двух форм колебаний секции, a также результирующие усилия, вычисленные по формуле (9) Руководства. При расчётах приняты координаты крайних свай слева ур = -36,6 м, и справа ур = 35,4 м.

Таблица 1.3

Сейсмические силы, действующие на сваи, кН

Из таблицы 1.3 следует, что при наличии эксцентриситета е<0, более нагруженными являются сваи, расположенные на правом конце секции, а при эксцентриситете е>0 - на левом конце.

Аналогично определяются составляющие Spy и Spφ сейсмических сил, действующих на сваи.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2(справочное)

ПРИМЕР РАСЧЁТА ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ, В ВИДЕ ЦЕПОЧКИ СЕКЦИЙ

1. УСЛОВИЯ ПРИМЕРА

Пирс судоремонтного завода расположен в районе с сейсмичностью 8 баллов на грунтах II категории, исходными коэффициентами являются КI=0,25; А=0,2; Кψ=1,2.

Пирс состоит из пяти одинаковых симметричных секций: размеры секций в плане LхВ=60х17 м, эксцентриситеты на секциях е=0, массы секций определены с учётом рекомендаций раздела 3 настоящего Руководства, Мr=6000 т, моменты инерции масс θr=1944500 т·м2.

Секции отделены температурными швами и соединены специальными связями (стальной стержень в трубе), которые препятствуют относительному смещению соседних концов в поперечном направлении. Коэффициент жёсткости связи в зоне температурного шва Cv=13·105 кН/м.

С берегом пирс соединён переходным мостиком, коэффициент жёсткости связи Сv=0.

Ростверк каждой секции расположен на свайном фундаменте из 15-ти железобетонных центрифугированных свай-оболочек диаметром 1,6 м, концевые сваи в секции усилены с помощью диагональных связей.

Глубина у причала 9,75 м.

Шаг свай в продольном направлении 12 м, в поперечном - 5,5 м.

Расчётная длина свай 21 м.

Коэффициенты жёсткости свай-оболочек определены согласно ВCН 3-80/Минморфлот: Срx=Сру=20500 кН/м, Срφ=292062 кН·м; для концевых свай Срх=41000 кН/м.

2. ДИНАМИЧЕСКАЯ РАСЧЁТНАЯ СХЕМА И АЛГОРИТМ РАСЧЕТА

Согласно требованиям раздела 3 Руководства оценим жёсткость плиты ростверка, сечение плиты изображено на рис. 2.1.

Проверка условия (1) из раздела 3 Руководства при подстановке исходных значений Кvv=43,05·104 кH/м, Lr=60 м, ЕJпл=13 109 кН·м2 показывает

.(2.1)

Из выражения (1) следует, что плиту можно принимать жёсткой, недеформируемой в горизонтальной плоскости. Поэтому в расчётной схеме на рис. 2.2 пирс - цепочка из пяти упруго-соединённых жёстких дисков, имеющих по две степени свободы. Вся система будет иметь 10 степеней свободы n=10 (n=2·N, где количество секций N=5).

рис. 2.1. Сечение плиты ростверка

Рис. 2.2. Схема действия сейсмических нагрузок на пирс

Формула (4) в соответствии, с примечанием к п. 2.1 настоящего Руководства преобразуется в формулы сейсмической силы Sri, вызывающей смещение r-й секцииVri, и сейсмического момента mri , поворачивающего секцию на угол φri,

,(2.2)

,(2.3)

где Mr, θr - масса r-й секция и момент инерции её относительно центральной вертикальной оси;

ηrvi, ηrφi - коэффициенты, зависящие от формы деформации сооружения

(2.4)

,(2.5)

где Vri, Фri - относительные смещения центра масс секции и относительные углы поворота, которые определяются преимущественно с применением ЭВМ.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ "PIRS"

Задача определения сейсмических нагрузок по формулам (2.2)-(2.5) решается с применением программы "PIRS", разработанной Дальморниипроектом с учётом требований настоящего Руководства.

Исходные данные заполняются на специальных бланках, приведённых в инструкции к программе, и содержат следующую информацию:

N - количество секций (max N=20), ν - количество учитываемых в расчётах форм свободных колебаний (max ν=40), произведение коэффициентов КI Кψ А, категория грунта распределённые и сосредоточенные массы секций, заданные эксцентриситеты между центрами масс и центром жесткости секции, размеры секций, координаты и жёсткости свай, жёсткости связей между секциями.

Программа позволяет автоматически сформировать матрицу инерционных членов системы ||A|| и матрицу жёсткости ||С|| системы и выводит их на печать.

Если эти матрицы заданы, то допускается вводить их в программу в качестве исходных.

Подробная блок-схема алгоритма приведена в инструкции к программе. Программа составлена на языке Фортран-4 для ЭВМ третьего поколения в системе ОС ЕС.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПО ПРОГРАММЕ "PIRS"

Распечатка результатов приведена в виде таблиц 2.1-2.8.

Результаты расчёта, зависящие от форм свободных колебаний системы, оформлены в таблицы 2.1-2.6 с соответствующими номерами форм i, где имеются следующие характеристики:

Ti - период, с;

βi - коэффициент динамичности;

τrvi, τrφi - коэффициенты форм, определённые по формуле (2.4), для которых в распечатке принято обозначение "ТАУ V" и "ТАУ F";

Sri - сейсмическая сила, действующая на секцию, кН;

mri - сейсмический момент, поворачивающий секцию, кН·м;

Vлев ri, Vпр ri - смещение левого и правого концов секций, мм.

Таблица 2.7 - таблица результирующих величин Vлев и Vпр, т.е. величин, вычисленных с учётом заданного количества форм свободных колебаний (для рассматриваемого случая 10 форм).

В этой же таблице проверяется условие с помощью которого контролируется правильность вычисленных форм колебаний. Если условие (2.4) не соблюдается, то расчёт выполнен не верно.

,,(5.4)

РАСПЕЧАТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА ПО ПРОГРАММЕ "PIRS"

Таблица 2.1

1. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.742

Коэффициент динамичности1.35

Таблица 2.2

2. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.739

Коэффициент динамичности1.35

Таблица 2.3

3. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.728

Коэффициент динамичности1.37

Таблица 2.4

4. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.709

Коэффициент динамичности1.41

Таблица 2.5

5. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.682

Коэффициент динамичности1.47

Таблица 2.6

6. ФОРМА КОЛЕБАНИЙ

Период (секунды)0.667

Коэффициент динамичности1.50