Флуктуационные усилия Nф,i определяются в результате динамического расчета при использовании вычислительных программ ЛИРА, МИРАЖ и др., реализующих метод конечных элементов и имеющих блок по определению сейсмических нагрузок (приложение Е).
Для предварительных расчетов флуктуационные усилия допускается определять по приложению Д.
9 Проверки общей устойчивости
9.1 Для заанкеренных больверков необходимо выполнить следующие виды проверок устойчивости:
- на поворот лицевой стенки больверка вокруг точки крепления анкера;
- на анкерующую способность массива грунта перед анкерными плитами или стенками (сдвиг анкерной плиты);
- на глубинный сдвиг по круглоцилиндрическим или ломанным поверхностям скольжения.
При проверке устойчивости на глубинный сдвиг следует рассмотреть и другие возможные формы сдвига грунтовых массивов с учетом реального расположения слоя слабого грунта в основании сооружения, например, сдвиг по смешанным, поверхностям (комбинации прямолинейных и криволинейных участков поверхностей) или комбинированным круговым (рис. 9.1).
9.2 При проверке устойчивости на поворот лицевой стенки вокруг точки крепления анкера, активное и пассивное давления грунта на лицевую стенку принимаются с учетом действия сейсмических нагрузок по формулам (7.1), (7.2) и (7.12). Согласно РД 31.31.55.93 расчет следует выполнять по программе BOLVERK.
Рисунок 9.1 - Возможная форма сдвига грунтового массива при наличии слоя слабого грунта
9.3 При проверке устойчивости анкерной плиты на сдвиг активное и пассивное давления грунта на плиту принимаются с учетом действия сейсмических нагрузок согласно формулам (7.1) и (7.2). Анкерная реакция принимается по результатам расчета лицевой стенки согласно п. 8.2.
9.4 Горизонтальная сейсмическая сила, действующая на массив сдвигаемого j-го участка грунта при расчетах общей устойчивости по круглоцилиндрическим или ломаным поверхностям скольжения определяются по формуле
,(9.1)
где Gj - вес сдвигаемого j-го участка грунта (для грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории, принимается с учетом взвешивающего действия воды);
Аэу - эффективный коэффициент сейсмичности, принимается осредненным для сдвигаемого массива и определяется по п. 9.5.
9.5 Эффективный коэффициент сейсмичности для расчета общей устойчивости определяется по формуле
,(9.2)
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;
nу - количество сосредоточенных масс динамической расчетной схемы, попадающих в сдвигаемую часть грунтового массива.
Для предварительных расчетов устойчивости Аэу допускается определять по формуле
,(9.3)
где Ку - коэффициент увеличения эффективной сейсмичности для сдвигаемого массива грунта, учитывающий динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, принимаемый равным 2,4.
9.6 Момент от сдвигающих сейсмических сил относительно центра вращения, используемый при проверке общей устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения, определяется по формуле
,(9.4)
где yj - ордината центра масс j-го сдвигаемого участка грунта (j-го вертикального элемента) относительно центра вращения;
п - количество участков грунта (вертикальных столбцов), на которые условно разделен сдвигаемый массив грунта.
9.7 Проверку общей устойчивости сооружения на глубинный сдвиг по круглоцилиндрическим или ломанным поверхностям скольжения рекомендуется выполнять по вычислительным программам, в которых предусмотрен учет сейсмических сил. При использовании вычислительных программ, в которых учет сейсмических сил не предусмотрен, допускается использовать приближенный способ поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол ??y, в результате чего становится вертикальной равнодействующая веса и сейсмической силы.
Примечание - Далее в тексте основные положения расчета по указанному приближенному способу изложены применительно к расчету устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. При расчете устойчивости по плоским ломаным поверхностям изложенный прием учета сейсмических сил аналогичен.
9.8 Согласно способу поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол производится переформирование расчетной схемы сооружения и корректировки характеристик грунтов и грузов на причале. Дальнейший расчет производится по вычислительной программе для изменённой расчетной схемы. При использовании для проверки общей устойчивости вычислительной программы KREJ, разработанной Ленморниипроектом, лицевая стенка в переформированной расчетной схеме условно принимается вертикальной.
Поверхности причала и дна, а также слои грунтов получают по сравнению с исходным положением дополнительный наклон на сейсмический угол ??y (рисунок 9.2), определяемый по формуле
,(9.5)
где Аэу - осреднённый по массиву сдвигаемой части сооружения эффективный коэффициент сейсмичности, определяемый в соответствии с п. 9.5.
Допускается принимать дополнительный угол наклона для дна и слоев грунта перед стенкой равным ??р (формула (7.10)), а для слоев грунта за стенкой равным ??а (формула (7.9)).
Веса грунтов и грузов на причале корректируются по формуле
,(9.6)
Допускается в формуле (9.6) вместо ??р использовать ??а.
Рисунок 9.2 - Схема к расчету общей устойчивости при повороте расчетной схемы на сейсмический угол ??у; а) исходный разрез; б) переформированный (повернутый на угол ??у) разрез (лицевая стенка условно принята вертикальной)
Дополнительно производится уменьшение углов внутреннего трения грунтов, обусловленное снижением сопротивления сдвигу при динамических воздействиях: для расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов - на 1°; для расчетной сейсмичности 9 баллов - на 2°.
Длина участка аq (см. рис. 9.2), на котором при оценке устойчивости нагрузка на причале не учитывается, принимается согласно РД 31.31.55-93 по формуле
;(9.7)
где r - радиус поверхности скольжения, м;
?? - угол внутреннего трения грунта по поверхности скольжения под прикордонным участком, град;
а - расстояние от вертикали, проведенной от центра поверхности скольжения, до лицевой стенки причала, м.
10 Особенности расчета реконструируемых больверков
10.1 Положения настоящего раздела распространяются на расчет причальных сооружений, реконструкция которых осуществляется путем забивки шпунтовой оторочки перед существующей стенкой с последующим заполнением пространства между стенками грунтом. Особенность изложенного метода расчета на сейсмические воздействия в учете истории загружения сооружения в течение его предыдущей эксплуатации и в учете последовательности строительства реконструированного сооружения.
10.2 Перед разработкой проекта реконструкции необходимо произвести подводное обследование существующего больверка. Состав и объем обследований принимаются по РД 31.3.3-97 и должны включать:
- визуальный контроль всей поверхности стенки;
- инструментальные измерения толщины металла (по лобовой и боковой поверхностям) с шагом измерений по длине стенки не более 20 м и по высоте стенки в трех уровнях (в зоне переменного уровня воды, посередине высоты и у дна);
- освидетельствование и инструментальные измерения степени коррозии анкерных тяг;
- уточнение физико-механических характеристик грунтов в теле сооружения и перед сооружением (при необходимости).
Массив данных результатов измерений должен быть подвергнут статистическому анализу, в результате чего должны быть определены с обеспеченностью 0,9 фактические изгибающие моменты в стенке, остаточная толщина шпунта и анкерных тяг, а также скорости коррозии шпунта и анкерных тяг.
При расчетах момент сопротивления старой шпунтовой стенки и площадь сечения анкерных тяг принимаются с учетом коррозионного износа с обеспеченностью 0,9.
10.3 Последовательность расчета на сейсмостойкость реконструируемого причального сооружения соответствует последовательности расчета экранированного больверка, т.е. вначале формируется динамическая расчетная схема как для экранированного больверка. Затем определяются сейсмические силы в местах концентрации масс, флуктуационные изгибающие моменты в лицевой Мф,л и экранирующей Мф,э стенках, флуктуационные усилия в анкерных тягах Rф,л и Rф,э. Определяются эффективные коэффициенты сейсмичности и коэффициенты остаточного бокового давления грунта на стенки с учетом сейсмического воздействия.
Рекомендуемая последовательность дальнейших расчетов с использованием программы BOLVERK, согласованная с этапами возведения (состояния) сооружения, следующая.
Этап I - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке в эксплуатационном режиме до реконструкции.
Лицевая стенка существующего больверка после реконструкции будет экранирующей. Определяются остаточное боковое давление грунта на стенку, изгибающие моменты в стенке МэI и усилия в анкерных тягах RэI, которые сформировались в течение срока эксплуатации сооружения до реконструкции. Учитываются расчетные эксплуатационные нагрузки на поверхности причала и сейсмические воздействия, имевшие место при эксплуатации. Изгибная жесткость стенки EI определяется с учетом коррозионного износа. Вычисленные значения изгибающих моментов в стенке сопоставляются с изгибающими моментами, полученными после обработки материалов обследований и инструментальных измерений. Эффективные коэффициенты сейсмичности на этом этапе расчета допускается принимать по приближенным формулам, приведенным в разделе 6 настоящего РД.
Этап II - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке перед реконструкцией.
Отсутствует эксплуатационная нагрузка на причале и сейсмическое воздействие. Определяются остаточное боковое давление, изгибающие моменты в стенке МэII и усилия в анкерах RэII. Разность результатов расчета I и II этапов дает степень преднапряжения лицевой стенки и тяг перед реконструкцией.
Этап III - Определение внутренних усилий в экранированном больверке в строительный период.
Забита шпунтовая оторочка, пространство между стенками заполнено грунтом. Определяется силосное давление грунта без учета сейсмического воздействия, и вызванные его действием:
- изгибающие моменты в оторочке (новой лицевой стенке) МлIII и усилия в анкерных тягах RлIII, соединяющих оторочку со старой стенкой;
- изгибающие моменты преднапряжения в экранирующей стенке (старой лицевой стенке) МэIII и усилия преднапряжения в тягах RэIII.
Этап IV - Определение внутренних усилий в экранированном больверке без учета сейсмического воздействия и эксплуатационной нагрузки.
Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках MлIV, МэIV и усилия в анкерных тягах RлIV, RэIV.
Этап V - Определение внутренних усилий в экранированном больверке с учетом сейсмического воздействия и расчетной эксплуатационной нагрузки.
Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Сейсмическое воздействие учитывается изменением бокового давления грунта. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках MлV, МэV и усилия в анкерных тягах RлV, RэV.
Разность усилий на этапах V и IV дает приращение внутренних усилий от эксплуатационной нагрузки и сейсмического воздействия.
Этап VI - Определение результирующих значений остаточных внутренних усилий.
,(10.1)
,(10.2)
,(10.3)
,(10.4)
,(10.5)
Полученные значения остаточных изгибающего момента Мэ в экранирующей стенке и усилий в основных анкерных тягах Rэ?? сопоставляются с соответствующими усилиями этапа I расчета. Для дальнейших расчетов принимаются большие значения.
Этап VII - Определение расчетных значений внутренних усилий в элементах конструкций.
Расчеты выполняются согласно формуле (8.1).
11 Особенности расчета эксплуатируемых больверков
11.1 Оценку сейсмостойкости эксплуатируемых причальных сооружений необходимо производить при их паспортизации на основании поверочных расчетов (аналитический и фактический (оценочный) уровень сейсмостойкости) в соответствии с настоящим Руководством с учетом данных об эксплуатационной надежности и техническом состоянии сооружений. Оценка сейсмостойкости сооружения оформляется в виде «Заключения о сейсмостойкости» по форме, приведенной в приложении Ж, и включается в пополняемую часть паспорта причала составляемого согласно РД 31.3.4-97.
11.2 Данные об эксплуатационной надежности причала должны включать следующие сведения за время его строительства и эксплуатации:
- об аварийных ситуациях, связанных с повреждениями несущих элементов конструкции, с указанием даты, характера и причин повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом;
- о происшедших землетрясениях с указанием даты и интенсивности землетрясений, характера имевших место повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом.
11.3 Данные о техническом состоянии причала должны устанавливаться на основании его комплексного обследования в соответствии с РД 31.3.3-97. Для заанкеренных больверков из стального шпунта в обязательном порядке должны быть измерены:
- фактические глубины перед стенкой в пределах 20-метровой полосы;
- деформации (прогибы и наклоны) лицевой стенки по высоте;
- остаточные толщины шпунта лицевой стенки, а, при возможности, и анкерных тяг;
- деформации в плане железобетонного оголовка причала.
Отмеченные измерения должны быть выполнены в объеме, указанном в РД 31.3.3-97.
При анализе результатов измерения глубин необходимо указывать о наличии или отсутствии признаков дефектов, обусловленных нарушением общей устойчивости сооружения (выпучины грунта перед стенкой), увязывая их с наличием наклонов стенки.
