Масса грузов на причале сосредотачивается в верхних узлах расчетной схемы по правилу грузовых площадей.
В расчетных схемах МКЭ массы должны иметь одну степень свободы - перемещение в горизонтальном направлении.
5.5 При определении сейсмических нагрузок от грунтов, расположенных ниже уровня воды в акватории, в расчетах необходимо принимать массу водонасыщенного грунта (массу грунта с учетом массы воды в порах). Массу водонасыщенного грунта (плотность) следует определять по формуле
,(5.1)
где ??s - плотность минеральных частиц скелета грунта, т/м3;
?? - коэффициент пористости;
??s - плотность воды, т/м3.
1, 2, 3, 4 - стержневые элементы;
5, 6 - континуальные элементы
Рисунок 5.2 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) больверка
1, 2, 3, 4, 5, 6 - стержневые элементы;
7, 8 - континуальные элементы
Рисунок 5.3 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) экранированного больверка
1, 2, 3, 4, 5 - стержневые элементы;
6, 7 - континуальные элементы
Рисунок 5.4 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) взаимозаанкеренного больверка
5.6 Инерционное влияние воды, контактирующей с лицевой стенкой со стороны акватории, следует учитывать в виде присоединенной массы воды Величина присоединенной массы воды, приходящаяся на единицу площади поверхности стенки, определяется согласно СНиП II-7-81* по формуле
,(5.2)
где h - глубина воды у сооружения, м;
?? - безразмерный коэффициент присоединенной массы воды;
ψ - коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый равным единице.
Примечание. Коэффициент ?? для заанкеренного больверка рекомендуется принимать, как для сооружения с вертикальной напорной гранью, совершающего горизонтальные сдвиговые колебания при соотношении ускорений в верхней части сооружения к ускорению основания равном двум.
5.7 Динамические модули деформации песчаных и глинистых грунтов в первом приближении допускается определять по Методическим рекомендациям П 01-72 или формуле
,(5.3)
где Ест - статический модуль деформации грунта, принимаемый согласно СНиП 2.02.01-83*, кПа.
После определения периодов собственных колебаний сооружения принятые модули деформаций грунтов подлежат корректировке с целью приближения рассчитанного периода первого тона колебаний с полученным экспериментально (экспериментально полученные периоды основного тона колебаний заанкеренных больверков из стального шпунта с глубинами 9 - 12 м составляют 0,4 - 0,6 с). Корректировка модулей деформаций производится, если соотношение указанных периодов составляет более 1,2. При корректировке следует учитывать, что периоды собственных колебаний больверков обратно пропорциональны .
6 Определение сейсмических нагрузок
6.1 Сейсмические нагрузки для заанкеренных больверков необходимо рассчитывать при горизонтальном сейсмическом воздействии поперечного направления. Необходимо учитывать, что при сейсмическом воздействии происходят деформативные колебания сооружения, вследствие чего на каждый элемент сооружения действуют дополнительные сейсмические силы пропорциональные массе элемента и ускорению его сейсмических колебаний, а в элементах конструкции возникают дополнительные внутренние усилия.
6.2 Сейсмические нагрузки определяются по динамическому спектральному методу в виде разложения результирующего сейсмического колебания в ряд по главным (собственным) формам колебаний.
При определении сейсмических нагрузок необходимо учитывать: массы конструктивных элементов сооружения; массы полезных грузов на причале; массы грунтов основания и засыпки, включенных в динамическую расчетную схему (для водонасыщенных грунтов учитывается масса воды в порах грунта); присоединенную массу воды к лицевой стенке со стороны акватории.
6.3 Расчетная сейсмическая нагрузка Sik (кН), действующая в точке k динамической расчетной схемы и соответствующая i-му тону собственных колебаний сооружения, определяется по формуле
,(6.1)
где K1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружений, значение которого принимается согласно СНиП II-7-81* (для причальных сооружений K1 = 0,25);
- коэффициент, учитывающий конструктивные решения сооружения, значение которого принимается согласно СНиП II-7-81* (для причальных сооружений = 1);
Мk - масса сооружения, отнесенная к точке k динамической расчетной схемы, определяемая согласно разделу 5, т;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
Ar - расчетное ускорение в основании сооружения в долях g (коэффициент сейсмичности), определяемое согласно п. 6.4;
??i - коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний сооружения, принимаемый по СНиП II-7-81*;
Kψ - коэффициент диссипации, принимаемый для больверков равным 0,7 при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов, и 0,65 - при расчетной сейсмичности 9 баллов;
??ik - коэффициент распределения сейсмических сил по сооружению, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону (коэффициент формы колебаний), определяемый по п. 6.5.
Примечание - Мk??g=Qk вес сооружения, отнесенный к точке k.
6.4 Расчетное ускорение в основании сооружения А?? определяется в зависимости от расчетной сейсмичности и нормативного (остаточного) срока службы сооружения по формуле
,(6.2)
где А - коэффициент сейсмичности, значения которого согласно СНиП II-7-81* принимаются равными 0,1; 0,2 и 0,4 для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов;
К?? - коэффициент, учитывающий нормативный или остаточный срок службы сооружения ?? (в годах), принимаемый по табл. 6.1.
Таблица 6.1
|
??, годы |
??10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
??100 |
|
К?? |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
Примечания
1 Расчетная сейсмичность для гидротехнических сооружений принимается равной сейсмичности площадки. При определении сейсмических нагрузок сейсмичность площадки принимается согласно табл. 1 СНиП II-7-81* в зависимости от категории грунта по сейсмическим свойствам, расположенного в основании расчетной схемы. Для сооружении повышенной ответственности расчетное ускорение А, соответствующее сейсмичности площадки, принимается с коэффициентом 1,2.
2 Для промежуточных значений ?? величина К?? в таблице 6.1 принимается равной большему значению из интервала.
6.5 Значение коэффициента ??ik следует определять по формуле
,(6.3)
где ??ik и ??ij - относительные смещения сооружения при собственных колебаниях по i-му тону в рассматриваемой точке k и во всех точках j, где в соответствии с динамической расчетной схемой его масса принята сосредоточенной;
Mj - масса сооружения, сосредоточенная в точке j динамической расчетной схемы, т.
7 Определение бокового давления грунта на стенку
7.1 Интенсивность горизонтальной составляющей активного Psa и пассивного PsP остаточных давлений грунта на стенку при сейсмическом воздействии, кПа, определяются по формулам
,(7.1)
,(7.2)
где ??sа и ??sР - коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного давления грунта при учете сейсмического воздействия, определяемые по п. 7.2;
qs - интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности причала, кПа;
qz - интенсивность вертикального давления грунта, определяемая в соответствии с РД 31.31.55-93, кПа;
т - коэффициент, определяемый согласно РД 3 1.31.55-93;
С - удельное сцепление грунта, кПа;
??ac и ??pc - коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного давлений грунта от сил сцепления, определяемые в соответствии с РД 31.31.55-93.
Примечание - Учет равномерно распределенной нагрузки на поверхности причала допускается производить в двух вариантах:
1 qs = q (q - расчетная нагрузка на поверхности причала), при этом значение коэффициента сочетания нагрузок ??ic, по РД 31.31.55-93 принимается равным 0,9,
2 qs = 0,5q, при этом значение коэффициента сочетания нагрузок ??ic = 1.
7.2 Коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного остаточных давлений грунта при сейсмическом воздействии определяются по формулам
,(7.3)
,(7.4)
где Аэа и Аэр - эффективные коэффициенты сейсмичности соответственно для зон активного и пассивного давлений, определяемые по п. 7.3;
??а и ??р - углы отклонения от вертикали равнодействующих сил веса и сейсмических сил для зоны активного и пассивного давлений, определяемые по п. 7.4, град.
7.3 Эффективные коэффициенты сейсмичности для зон активного Аэа и пассивного Аэр давлений, учитывающие динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, определяются по формулам
,(7.5)
,(7.6)
где Gk - вес сооружения, сосредоточенный в точке k динамической расчетной схемы (для грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории принимается с учетом взвешивающего действия воды), кН;
na и np - количество сосредоточенных масс динамической расчетной схемы, расположенных соответственно в призме распора (активного давления) и выпора (пассивного давления), границы которых определяются приближенно по расчету без сейсмических воздействий;
v - число учитываемых форм колебаний сооружения (от 5 до 10).
Для предварительных расчетов заанкеренных больверков допускается принимать
,(7.7)
,(7.8)
где К1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружения, принимаемый согласно п. 6.3;
Аr - коэффициент сейсмичности, значения которого принимаются согласно п. 6.4;
Ка, Кр - коэффициенты увеличения эффективной сейсмичности для массивов сдвигаемого грунта, соответственно в зонах активного и пассивного давлений, учитывающие динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, принимаемые Ка = 2,7; Кр = 2,2.
7.4 Углы отклонения от вертикали равнодействующих сил веса и сейсмических сил для зон активного и пассивного давлений определяются по формулам
,(7.9)
,(7.10)
7.5 Интенсивность горизонтальной составляющей силосного давления грунта, расположенного между лицевой и экранирующей стенками экранированного больверка, с учетом сейсмического воздействия определяется по формуле
,(7.11)
где qz,сил - интенсивность вертикального давления грунта между стенками, определяемая согласно РД 31.31.55-93, кПа;
??sа - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта определяемый по формуле (7.3);
mсил - коэффициент, определяемый согласно РД 31.31.55-93.
7.6 При замене слабого грунта в основании перед лицевой стенкой больверка отпор от отсыпанной призмы следует определять как наименьший из расчетов: либо пассивного давления в предположении бесконечной длины отсыпанной призмы (при условии прорезания отсыпанной призмы) с использованием формулы (7.2), либо сопротивления сдвигу отсыпанной призмы по основанию с использованием формулы (7.12)
,(7.12)
где Еsp1 - сопротивления сдвигу прямоугольного элемента призмы, обусловленная внутренним трением грунта, кН;
Еsp2 - сила сопротивления сдвигу треугольного элемента призмы, обусловленная внутренним трением грунта, кН;
?? - угол трения материала отсыпки по плоскости восприятия отпора лицевой стенкой, град;
??0 - угол внутреннего трения грунта основания, град;
С0 - сцепление грунта основания, кПа;
b1 , b2 , h - размеры прямоугольного и треугольного элементов отсыпанной призмы грунта (рисунок 7.1,а).
Силы сопротивления сдвигу Esp1 и Esp2 определяются по формулам
,(7.13)
,(7.14)
где G1 и G2 - веса соответственно прямоугольного и треугольного элементов отсыпанной призмы грунта с учетом водонасыщенности грунта, кН;
?? - угол наклона откоса котлована, который следует назначать меньшим угла выпора грунта основания при сейсмическом воздействии, град.
Эпюра пассивного давления по высоте призмы принимается треугольной (рисунок 7.1,б).
Рисунок 7.1 - Схема расчета сопротивления сдвигу элементов отсыпанной призмы грунта (а) и эпюра пассивного давления грунта (б)
8 Определение внутренних усилий в элементах конструкций
8.1 При проверке прочности элементов конструкции больверков необходимо учитывать две составляющие внутренних усилий - остаточную и флуктуационную. Остаточная составляющая обусловлена действием остаточного бокового давления грунта, вызванного необратимыми смещениями и уплотнением грунта, накапливающимися в процессе сейсмических колебаний. Флуктуационная составляющая обусловлена деформативными псевдоупругими колебаниями грунта и конструкции. Результирующие внутренние усилия и перемещения определяются суммированием остаточной и флуктуационной составляющих.
8.2 Расчетные значения внутренних усилий в элементах конструкции с учетом сейсмического воздействия (изгибающие моменты в лицевой, экранирующих и анкерной стенках, растягивающие усилия в анкерных тягах и др.) определяются по формуле
,(8.1)
где Nост - остаточные внутренние усилия в элементах конструкции от действия остаточного бокового давления грунта, определяемые по п. 8.3;
Nф - флуктуационные внутренние усилия в элементах конструкции от действия сейсмических сил, определяемые по п. 8.4.
8.3 Остаточные усилия в элементах конструкции, возникающие в результате действия остаточного бокового давления грунта на стенку (формулы (7.1), (7.2) и (7.11)), следует определять согласно РД 31.31.55.93 по программе BOLVERK (приложение E).
8.4 Флуктуационные усилия в элементах конструкции, возникающие при землетрясении в результате деформативных сейсмических колебаний сооружения, следует определять по формуле
,(8.2)
где Nф,i - флуктуационное (изменяющееся по направлению при землетрясении) усилие в рассматриваемом сечении от действия сейсмических нагрузок, определяемых по формуле (6.1), приложенных в местах концентрации масс динамической расчетной схемы.
