Руководство по проектированию морских причальных сооружений

Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления

Для бетонной поверхности восприятия распора l_x принимается по табл. 18 настоящего Руководства при d = 0,5j_щI. Для j_щI = 35° l_x = 0,24.

Ординаты эпюры горизонтальной составляющей активного давления определяются по формуле

а) для открылков (рис. 5, а):

б) для тумбового массива (рис. 5, б):

Силы активного давления на 1 пог. м:

а) для открылков

 тс/м.

б) для тумбового массива

 тс/м.

Силы трения от активного давления на 1 пог. м:

а) для открылков

Рис. 5. Эпюры активного давления для расчета надстройки.

б) для тумбового массива

Длина открылков l_к = 2 · 10,56 = 21,12 м, тумбового массива l_т = 3,5 м.

Общая сила активного давления грунта на надстройку

Общая сила трения от активного давления

2. Швартовная нагрузка при тумбе на усилие 100 тс в соответствии с указаниями СНиП II-57-75 (см. также рис. 6).

3. Нагрузка от навала судна при подходе

Расчет нагрузки производим по СНиП II-57-75 и Руководству к СНиП .

За расчетное принят сухогруз водоизмещением D_c = 30000 т с осадкой в грузу T = 10,0 м.

Кинетическая энергия при подходе судна к причалу

Причал оборудован резиновыми трубчатыми амортизаторами 100×50 см, длиной 150 см. При сжатии 1 пог. м гасится 6,5 тс · м/м энергии. При этом на причал передается нагрузка 45 тс/м.

Амортизатор длиной 1,5 м соответственно гасит 6,5 · 1,5 = 9,75 тс·м энергии и передает причалу нагрузку 45 · 1,5 = 67,5 тс. Считая, что в работу включится часть надстройки за пределами длины амортизатора (условно принимаем с каждой стороны по толщине стенки), распределяем нагрузку на длине l = 1,5 + 2 · 0,45 = 2,4 м.

Расчетная нагрузка на 1 пог. м от удара подходящего судна

4. Вес надстройки

Вес погонного метра открылка

g_к = 0,45 · 1,75 · 2,5 + 0,5 (0,45 + 0,30) 2,55 · 2,5 + 0,5 (1,30 + 1,45) 2,55 · 1,8 = 10,67 тс/м.

Рис. 6. Схема распределения усилий швартовной нагрузки.

Вес погонного метра тумбового массива

g_т = 1,70 · 1,90 · 2,5 + 1,30 · 0,9 · 2,5 + 1,30 · 1,0 · 1,8 = 13,34 тс/м.

Общий вес надстройки

g_н = 10,67 · 21,12 + 13,34 · 3,5 = 272,05 тс.

РАСЧЕТ НАДСТРОЙКИ НА СДВИГ ПО ОСНОВАНИЮ

Условие устойчивости на сдвиг

где n_с = 1,0; n = 1,25; m_д = 0,95; m = 1,15; k_н = 1,15 - приняты по указаниям пп. 13.16 (8.8), 13.22 (8.14), табл. 17 (7), поз. 1 настоящего Руководства для сооружения III класса капитальности и основного сочетания нагрузок;

 - сдвигающая сила;

g = g_н - N_z + E_в = 272,05 - 64,3 + 30,67 = 238,42 тс - вертикальная удерживающая сила;

f = 0,6 - коэффициент трения;

133,51 < 143,05 тс - условие устойчивости на плоский сдвиг надстройки выполнено.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ НАДСТРОЙКИ И РАСЧЕТЫ ИХ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ

Материалы:

Бетон марки М300, R_пр = 135 кгс/см², R_р = 10 кгс/см²; m_s3 = 1,15 - для тумбового массива, m_s3 = 1,0 - для открылков.

Арматура класса A-II, R_а = R_a.c = 2850 кгс/см², R_a.x = 2200 кгс/см², m_a2 = 1,15 - для сечений с количеством стержней рабочей арматуры более 10, Е_а = 2100000 кгс/см².

РАСЧЕТ НАДСТРОЙКИ НА НАГРУЗКУ ОТ АКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА (рис. 7)

Ординаты эпюры активного давления определяются по формуле

где l_а = 0,24 - по табл. 18 настоящего Руководства при d = 0,5j_щI;

Рис. 7. Схема для расчета лицевой стенки уголковой надстройки от активного давления грунта.

Равнодействующая активного давления

Е_а = 0,5 (0,96 + 1,52) 1,30 = 1,61 тс.

Плечо равнодействующей активного давления относительно сечения 1 - 1

Изгибающий момент в сечении 1 - 1 M = l,61 · 0,60 = 0,97 тс·м.

Поперечная сила в сечении 1 - 1 Q = l,61 тc.

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЯ

Определяем необходимое количество арматуры из расчета прочности на действие изгибающего момента.

Характеристика сечения:

b = 100 см; h = 45 см; a = 5 см; h₀ = = h - a = 45 - 5 = 40 см.

Высота сжатой зоны сечения

Находим условие прочности:

Подставляя в формулу значения, определяем величину F_a:

x = 0,243 · 1,07 = 0,26 см < 2а¢ = 10 см - условие расчета выбрано правильно.

Процент армирования сечения

0,05% - минимальный процент армирования.

Минимальная площадь сечения арматуры

Принимаем конструктивно F_a = 2,5 Æ 12 = 2,83 см² (шаг стержней 40 см).

Определяем прочность наклонного сечения на действие поперечной силы.

Проверяем соблюдение условия

2314,38 < 135000 кгс - условие выполнено.

Расчет поперечной арматуры не производится при условии

где

k = 0,5 + 2x;

k = 0,5 + 2 · 0,01 = 0,52;

Q_s = 0,52 · 10 · 100 · 40 · 0,80 = 16640 кгс;

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 1610 < 1,0 · 16640;

2314,38 < 16640 кгс - условие выполнено, поперечная сила воспринимается бетоном.

Рассчитываем фундаментную плиту на внецентренное растяжение силой N = Е_a, приложенной за пределами сечения (см. рис. 7).

Определяем необходимую площадь сечения арматуры из условия прочности при :

За расчетное принимаем среднее сечение фундаментной плиты высотой h = 0,5 (45 + + 30) » 38 см.

Находим плечо действия силы N относительно центра тяжести арматуры F_a:

е = 60 + (45 - 38 + 5) = 72 см;

а = 5 см; h₀ = h - a = 38 - 5 = 33 см;

x = 0,243 · 2,25 - 0,171 = 0,38 см < 2а¢ = 10 см, следовательно,  - условие расчета выбрано правильно.

Принимаем F_a = 2,5 Æ 12 = 2,83 см².

РАСЧЕТ НАДСТРОЙКИ НА НАГРУЗКУ ОТ НАВАЛА СУДНА ПРИ ПОДХОДЕ (рис. 8)

1. Лицевая плита (сечение 1 - 1). Изгибающий момент M = 28 · 0,45 - 1,61 · 0,60 = 11,63 тс·м/м; поперечная сила Q = 28 - 1,61 = 26,30 тс/м; b = 100 см; h = 45 см; а = 5 см; h₀ = h - а = 45 - 5 = 40 см.

Рис. 8. Схема для расчета лицевой стенки уголковой надстройки от действия удара судна при подходе.

Определяем количество арматуры из расчета прочности сечения:

Принимаем F_a = 5 Æ 20 = 15,7 см².

x = 0,243 · 13,28 = 3,22 см.

Производим расчет по прочности наклонного к продольной оси сечения на действие поперечной силы.

Проверяем соблюдение условия ;

37935,63 < 135000 кгс - условие выполнено.

Расчет поперечной арматуры не производится при выполнении условия

где

k = 0,5 + 2x;

k = 0,5 + 2 · 0,08 = 0,66;

Q_s = 0,66 · 10 · 100 · 40 · 0,95 = 25080 кгс;

1,15 · 1 · 1,25 · 1 · 26390 < 1,0 · 25080;

37935,62 < 25,080 кгс - условие не выполнено, требуется расчет поперечной арматуры.

Определим количество арматуры из условия

Проверяем условие

112,6, > 50,0 - условие не выполнено.

В этом случае количество поперечной арматуры определяется по формуле

Подставляем в формулу значения:

B результате решения F_x = 1,87 см².

Принимаем F_x = 2 Æ 12 = 2,26 см².

Проводим расчет по второй группе предельных состояний. Определяем ширину раскрытия трещин:

где k = 1,0-для изгибаемого элемента;

С_д = 1,0 - для кратковременного действия нагрузки;

h = 1,0 - для арматуры периодического профиля;

 - для изгибаемого элемента;

z = h₀ - 0,5 x = 40 - 0,5 · 3,12 = 38,44 см - плечо внутренней пары сил из расчета на прочность;

 кгс/см²;

s_нач = 0 - для конструкций, подверженных длительному высыханию;.

 - коэффициент армирования сечения;

d = 20 мм - диаметр арматуры.

При определении предельной (допустимой) ширины раскрытия трещин учитываем кратковременность действия нагрузки, зону переменного уровня воды и III класс капитальности сооружения. Для таких условий в соответствии с указаниями табл. 15 СНиП II-56-77 и табл. 7 СНиП II-28-73 предельная ширина раскрытия трещин равна 0,10 · 1,6 = 0,16 мм.

2. Фундаментная плита рассчитывается на внецентренное сжатие с большим эксцентриситетом при относительной высоте сжатой зоны  Граничное значение относительной высоты сжатой зоны x_R определено по табл. 14 СНиП II-56-77 для марки бетона М300 и арматуры класса A-II.

Плечо приложения силы удара судна относительно растянутой арматуры F_a

е = 90 - 5 = 85 см.

Высоту сжатой зоны сечения и количество растянутой арматуры определяем в предположении  из условий:

где b = 100 см; h = 38 см; а = 5 см; h₀ = 38 - 5 = 33 см.

Принимаем F_a = 5 Æ 25 = 24,54 см².

x = 2,81 + 0,243 · 22,49 = 8,28 см < 2а¢ =10 см.

x = 8,28/33 = 0,25 < 0,6 - условие расчета выбрано правильно.

Определяем ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси фундаментной плиты (предельное состояние второй группы):

где k = 1 - внецентренное сжатие;

С_д = 1 - кратковременное действие нагрузки;

h = l - арматура периодического профиля;

z = h₀ - 0,5 x = 33 - 0,5 · 8,28 = 28,86 см - из расчета прочности;

s_нач = 0 - для конструкций, подверженных длительному высыханию;

d = 25 мм;

=0,097;

(см. расчет раскрытия трещин лицевой плиты).

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ТУМБОВОГО МАССИВА ПО СЕЧЕНИЮ НА ОТМЕТКЕ + 1,5 м (рис. 9) ОТ ДЕЙСТВИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ КОРДОНУ, И АКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА

Ординаты эпюры активного давления определяются по формуле

где l_а = 0,24;

Рис. 9. Схема для расчета прочности сечения тумбового массива на отметке + 1,5 м.

Находим изгибающий момент в сечении тумбового массива на отметке + 1,5 м от горизонтальных сил на 1 пог. м длины массива;

М = 0,5 · 0,96 · 1,0 · 1 · 2/3 + 0,5 · 1,39 · 1,0 · 1/3 + 38,3 (1 + 0,36)/3,5 = 15,43 тс·м/м.

Определяем площадь сечения арматуры из расчета прочности железобетонного элемента от действие изгибающего момента:

где b = 100 см; h = 170 см; h₀ = 170 - 5 = 165 см;

Процент армирования

Исходя из минимального процента армирования железобетонного элемента

Принимаем F_a = 5 Æ 16 = 10,05 см².

ПРОВЕРКА НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИИ ТУМБОВОГО МАССИВА ОТ ДЕЙСТВИЯ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ И ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА

Определяем моменты относительно центральных осей x и у в плоскости основания тумбового массива (рис. 10 и табл. 13).

Активное давление грунта на тумбовый массив определено в расчете устойчивости надстройки на плоский сдвиг.

Таблица 13

Обозначение сил

Силы

Плечо

Опрокидывающий момент, тс·м

Подсчет

Значение, тc

Подсчет

Значение, м

Момент относительно оси y

E₁

0,5 0,82 · 1,0.3,5

1,44

0,9 + 1,0 · 2/3

1,57

2,25

E₂

0,5 · 1,19 · 1,0 · 3,5

2,08

0,9 + 1,0 · 1/3

1,23

2,56

E₃

0,5 · 1,39 · 0,9 · 3,5

2,19

0,9 · 2/3

0,60

1,31

E₄

0,5 · 1,78 · 0,9 · 3,5

2,80

0,9 · 1/3

0,30

0,84

N_x

38,3

1,9+0,36

2,20

86,56

Вертикальные силы

N_z

- 66,34

1,5 - 1,09

0,41

- 27,20

g₁

1,7 · 1,9 · 2,5 · 3,5

28,26

1,5 - 1,7/2

0,65

18,37

g₂

1,3 · 0,9 · 2,5 · 3,5

10,24

- (1,5 - 1,3/2)

- 0,85

- 8,70

g₃

1,3 · 0,9 · 1,8 · 3,5

7,37

- (1,5 - 1,3/2)

- 0,85

- 6,26

E_вт

1,16 · 3,5

4,06

- 1,5

- 6,09

Вертикальные силы - 16,41

SM_y = 63,64

Момент относительно оси x

N_y

66,34

1,9 + 0,36

2,26

149,93

Площадь основания тумбового массива F = 3 · 3,5 = 10,5 м².

Моменты сопротивления площади основания тумбового массива соответственно относительно осей у и x: W_y = 3,5 · 3²/6 = 5,25 м³; W_x = 3 · 3,5²/6 = 6,12 м³.

Напряжения в основании тумбового массива определяются по формуле

Рис. 10. Схема для определения напряжений в основании тумбового массива.

Рис. 11. Схема к определению центра тяжести уголка надстройки.

При укладке бетона на хорошо промытую и подсушенную поверхность массивов обеспечивается сцепление с ней в размере 0,4R_p марки укладываемого бетона. Для марки бетона 300 сцепление равно 0,4 · 10 = 4 кгс/см².

Расчетное отрывное усилий в точке В с учетом коэффициента динамичности на швартовную нагрузку s_в = 1,2 (- 3,8) = - 4,56 кгс/cм² > 4 кгс/см². Часть швартовной нагрузки воспринимается открылками надстройки.

РАСЧЕТ ОТКРЫЛКОВ НА ДЕЙСТВИЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ, ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ЛИНИИ КОРДОНА

Расчетный момент определяется относительно оси х₀, проходящей через центр тяжести уголка (рис. 11).

Рис. 12. Эпюра изгибающего момента в надстройке вдоль линии кордона.

Статический момент площади сечения относительно оси x

S_x = 0,45 · 1,75²/2 + 2,55 · 0,3 · 0,15 + 0,5 · 2,55 · 0,15 · 0,35 = 0,87 м³.

Статический момент относительно оси z

S_z = 1,75 · 0,45²/2 + 2,55 · 0,3 (0,45 + 0,5 · 2,55) + 0, 5 · 2,55 · 0,15 (0,45 + 2,55/3) = 1,75 м³.

Площадь сечения

F = 0,45 · 1,75 + 2,55 · 0,3 + 2,55 · 0,15 · 0,5 = 1,744 м².

Расстояние до осей центра тяжести:

относительно оси x