Страница 38: РД 31.31.27-81. Руководство по проектированию морских причальных сооружений (52703)

 - 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;

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 ??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 Fa

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 Fa = 5 Æ 25 = 24,54 см2.

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

 = 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;

Сд = 1 - кратковременное действие нагрузки;

 = l - арматура периодического профиля;

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

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 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 Fa = 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

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

Моменты сопротивления площади основания тумбового массива соответственно относительно осей у и x: Wy = 3,5 · 32/6 = 5,25 м3; Wx = 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 0,4Rp 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 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

Sx = 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

Sz = 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

относительно оси z

Изгибающий момент вдоль оси у в сечении 1 - 1 относительно оси x0, проходящей через центр тяжести сечения (см. рис. 11 и 12),

Изгибающий момент в сечении 2 - 2 примыкания крыла надстройки к тумбовому массиву

Изгибающий момент в сечении 3 - 3

Производим расчет прочности сечения 1 - 1.

Растянуто верхнее волокно.

Расчетные данные: b = 300 см; h = 190 см; а = 8 см; h0 = h - a = 182 см; в сечении более 10 арматурных стержней (тa = 1,15), арматура класса A-II (Ra = 2850 кгс/см2), бетон М300 (Rnp = 135 кгс/см2).

Определяем количество арматуры из условия

Принимаем Fa = 12  12 = 13,57 см2.

Растянуто нижнее волокно.

Расчетные данные: b = 170 см; h = 190 см; а = 8 см; h0 = 182 см.

Принимаем Fa = 12  12 = 13,57 см2. Процент армирования

0,05% - минимальный процент армирования.

Принимаем конструктивно Fa = 12 ?? 16 = 24,13 см2. Тогда

Производим расчет прочности сечения 2 - 2 (открылок).

Растянуто верхнее волокно.

Расчетные данные: b = 300 см; h = 175 см; а = 8 см; h0 = 175 - 8 = 167 см.

Принимаем Fa = 4 Æ 20 = 12,56 см2.

Процент армирования

Растянуто нижнее волокно.

Расчетные данные: b = 45 см; h = 175 см; а = 8 см; h0 = 167 см.

Принимаем Fa = 12  12 = 13,57 см2.

Сечение 3 - 3 рассчитывается на прочность аналогично сечению 2 - 2.

Наибольшее расстояние между рабочими стержнями не должно превышать 40 см. Поэтому по низу фундаментной плиты необходимо располагать не менее (300 - 16)/40 + 1 = 8 продольных стержней, учитывая при этом обеспечение минимального процента армирования  = 0,05 %.

РАСЧЕТ ОТКРЫЛКОВ НА ДЕЙСТВИЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ ЛИНИИ КОРДОНА

Расчет производится в предположении равномерного распределения нагрузки Nx = 38,3 тс по всей длине секции:

Момент в примыкании открылка к тумбовому массиву (рис. 13, сечение 1 - 1, , поперечная сила Q1 = 1,56 · 10,56 = 16,47 тс.

Определяем количество арматуры из условия прочности сечения (см. рис. 11). Расчетные данные: b = 30 см, h = 300 см; а = 8 см; h0 = 300 - 8 = 292 см.

Принимаем Fa = 4 Æ 20 = 12,56 см2.

При этом x = 0,809 · 13,31 = 10,77 < 2 · 8 = 16 см.

Производим расчет на действие поперечной силы. В наклонном сечении должно соблюдаться условие

23675,63 < 295650 тс - условие выполнено.

Рис. 13. Схема к расчету открылков надстройки

Расчет поперечной арматуры не производится при соблюдении условия

где Q = kRpbh0 tg /1,2;

k = 0,5 + 2;

k = 0,5 + 2 · 0,03 = 0,56;

Rp = 10 кгс/см2 - для бетона М300;

b = 30 см; h0 = 292 см;

1,2 - коэффициент уменьшения для элементов с высотой сечения h  60 см.

Q = 0,56 · 10 · 30 · 292 · 0,712/1,2 = 29107 кгс;

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 16470 < 1,0 · 29107;

23675,63 < 29107 кгс - условие выполнено, поперечная сила воспринимается бетоном.

Все остальные сечения открылков рассчитываются аналогично.

Расчет открылков на действие вертикальной составляющей швартовной нагрузки не производится, так как вес 1 пог. м надстройки значительно превосходит (полностью поглощает) распределенную по длине секции указанную нагрузку:

10,67 тс/м - вес 1 пог. м открылков (см. расчет выше).

РАСЧЕТ ОТКРЫЛКОВ НА КРУЧЕНИЕ ОТ ДЕЙСТВИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ, ВЕРТИКАЛЬНОЙ И НОРМАЛЬНОЙ К КОРДОНУ, И АКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА

Крутящий момент определяется относительно центральных осей уголка открылка от сил, представленных на рис. 10, действующих на тумбовый массив. Расчет произведен в табл. 14.

Примечание. В табл. 14 моменты вращения, действующие по часовой стрелке, приняты положительными, против часовой стрелки - отрицательными.

Таблица 14

Расчет прочности сечения производим по указаниям Руководства к СНиП II-21-75 «Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)».

Расчет производим по схеме железобетонного элемента Г-образного сечения, работающего на кручение с изгибом. Мк = 47,34/2 = 23,67 тс·м - крутящий момент от вращения тумбового массива, приходящийся на один открылок; М = 86,98 тс·м и Q = 16,47 тс - изгибающий момент и поперечная сила от действия составляющей швартовной нагрузки, перпендикулярной линии кордона (определены выше в соответствующем расчете).

Рис. 14. Расчетное железобетонное сечение открылка надстройки.

Расчетное сечение с осредненной толщиной нижней полки и арматурой, полученной из предыдущих расчетов, представлено на рис. 14.

Размеры поперечного сечения должны удовлетворять условию

где hi, bi - соответственно больший и меньший размеры каждого из составляющих сечение прямоугольников;

3402562,5 < 9625078,13 - условие выполнено.

Сечение должно удовлетворять условию

23675,63 < 515615,63 кгс - условие выполнено.

В соответствии с указаниями Руководства к СНиП II-21-75 расчет должен производиться для трех возможных схем расположения сжатой зоны пространственного сечения. Для рассчитываемой уголковой стенки эти схемы представлены на рис. 15.

При составлении схем принято, что изгиб стенки происходит от составляющей швартовной нагрузки, перпендикулярной кордону и действующей в горизонтальной плоскости. От изгиба растянута лицевая грань стенки и сжат тыловой участок фундаментной плиты (см. рис. 15, а).

Для любой из схем расчет пространственного сечения производится из условия

1-я схема (рис. 15, а)

Fa = 8 ?? 20 = 25,13 см2;  = 2 ?? 12 = 2,26 см2; h0 = 300 - 9 = 291 см;

fx = 1 ?? 12 = 1,13 см2; u = 40 см - шаг поперечных стержней;

bp = 175 см; b0 = 37,5 см; h0x = 300 - 0,5 · 45 = 277,5 см;

с = 2h + b + 2bp - 2b0 = 2 · 300 + 37,5 + 2 · 175 - 2 · 37,5 + 912,5 см; k = 1;

Проверяем условие прочности:

3402562,5 < 3770151,86 кгс·см - условие выполнено.

2-я схема (сжато нижнее волокно, рис. 15, б)

Fa = 4 Æ 20 + 6 ?? 12 = 12,56 + 6,78 = 19,34 см2;