Руководство по проектированию морских причальных сооружений

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 (т_a = 1,15), арматура класса A-II (R_a = 2850 кгс/см²), бетон М300 (R_np = 135 кгс/см²).

Определяем количество арматуры из условия

Принимаем F_a = 12 Æ 12 = 13,57 см².

Растянуто нижнее волокно.

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

Принимаем F_a = 12 Æ 12 = 13,57 см². Процент армирования

0,05% - минимальный процент армирования.

Принимаем конструктивно F_a = 12 Æ 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 F_a = 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 F_a = 12 Æ 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 m = 0,05 %.

РАСЧЕТ ОТКРЫЛКОВ НА ДЕЙСТВИЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ШВАРТОВНОЙ НАГРУЗКИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ ЛИНИИ КОРДОНА

Расчет производится в предположении равномерного распределения нагрузки N_x = 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 F_a = 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_s = kR_pbh₀ tg b/1,2;

k = 0,5 + 2x;

k = 0,5 + 2 · 0,03 = 0,56;

R_p = 10 кгс/см² - для бетона М300;

b = 30 см; h₀ = 292 см;

1,2 - коэффициент уменьшения для элементов с высотой сечения h ³ 60 см.

Q_s = 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

Обозначение сил

Силы

Плечо

Крутящий момент, тс·м

Подсчет

Значение, тc

Подсчет

Значение, м

E₁

См. табл. 13

- 1,44

См. табл. 13

1,57 - 0,5

1,07

- 1,54

E₂

- 2,08

1,23 - 0,5

0,73

- 1,52

E₃

- 2,19

0,60 - 0,5

0,10

- 0,22

E₄

- 2,80

0,30 - 0,50

- 0,20

0,56

N_x

- 38,3

2,26 - 0,5

1,76

- 67,41

N_z

66,34

1,09 - 1,0

- 0,09

- 5,97

g₁

28,26

1,7/2 - 1,0

- 0,15

- 4,24

g₂

10,24

0,7 + 1,3/2

1,35

13,82

g₃

8,19

0,7 + 1,3/2

1,35

11,06

E_вт

4,06

2,00

8,12

M_к = - 47,34

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. М_к = 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 h_i, b_i - 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)

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

f_x = 1 Æ 12 = 1,13 см²; u = 40 см - шаг поперечных стержней;

b_p = 175 см; b₀ = 37,5 см; h_0x = 300 - 0,5 · 45 = 277,5 см;

с = 2h + b + 2b_p - 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)

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

f_x = 1 Æ 12 = 1,13 см²; u = 40 см; h_0x = 37,5 - 5 = 32,5 см; b_св = 175 - 37,5 = 137,5 см;

с = 2h + 2b_св + b = 2 · 37,5 + 2 · 137,5 + 300 = 650 см;

b_p = b = 300 см;

Рис. 15. Схемы к расчету уголка открылка на кручение

Проверяем условие прочности:

3402562,5 < 3662578,66 кгс·см - условие выполнено.

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

F_a = 12 Æ 12 = 13,57 см²; h₀ = 37,5 - 8 = 29,5 см; h_0x = 30,5 см;

 f_x = 1 Æ 25 = 4,91 см²;

c = 650 см; b_p = b = 300 см; u = 20 см; k = 1,13; c = 0

Проверяем условие прочности:

3402562,5 < 5464585,59 кгс·см - условие выполнено.

3-я схема (рис. 15, в)

F_a = 2 Æ 12 = 2,26 см²; h₀ = 300 - 7 = 293 см; h_0x = 294 см;

 f_x = 1 Æ 12 = 1,13 см²;

u = 40 см; b_p = b₀ = 37,5 см;

c = 2h + b + 2b_p - 2b₀ = 2 · 300 + 175 = 775 см; c = - 3,67; k = 1,0.

Проверяем условие прочности:

3402562,5 < 7457094,50 кгс·см - условие выполнено.

Представленное на рис. 14 сечение открылка воспринимает крутящий момент.

РАСЧЕТ ОТКРЫЛКА НА ПОДЪЕМ ВО ВРЕМЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Положение вертикальной плоскости, проходящей через центр тяжести сечения, x₀ = 1,0 м, определено в расчете сечения на действие швартовной составляющей, параллельной линии кордона.

Располагаем петли симметрично относительно данной плоскости (рис. 16, а).

Определяем консольный момент (см. расчетную схему на рис. 16, б):

М_к = 0,3 · 1,22 · 0,61 · 2,5 + 0,5 · 0,07 · 1,22 · 2,5 · 1,22/3 = 0,60 тс·м/м.

Определяем необходимое количество арматуры из условия прочности

где k_д = 1,3 - коэффициент динамичности в соответствии с требованиями главы СНиП II-56-77. При этом коэффициент перегрузки n = 1;

n_c = 0,95 - строительный период;

h = 37 см; h₀ = 37 - 5 = 32 см.

Рис. 16. Схема к расчету открылка на подъем во время строительства

Подставляя значения в уравнение, определяем F_а:

Поставленная арматура F_a = 2,5 Æ 12 = 2,83 см² достаточна для восприятия усилий, возникающих во время строительства.

Относительно центральной оси, перпендикулярной линии кордона, конструкция симметрична.

Подъемные петли располагаем на расстоянии 0,207L = 0,207×10,56 » 2,2 м от концов элемента. Вес 1 пог. м конструкции

q = 1,744 · 2,5 = 4,36 тс/м.

Находим изгибающие моменты (см. расчетную схему на рис. 16, в):

на консоли

М =4,36 · 2,2²/2 = 10,55 тс·м;

в пролете

M = 4,36 · 6,16²/8 - 10,55 = 10,13 тс·м.

Проверяем возможность работы сечения в вертикальной плоскости как бетонного элемента из условия

где  - для сечения высотой более 100 см;

m_s = 0,9 - коэффициент для бетонных конструкций.

Момент инерции сжатой зоны бетона, расположенной ниже центральной оси (см. расчет на составляющую швартовной нагрузки, параллельную линии кордона), относительно которой он берется, I_s.o = I_x + .

I_s.o = 0,45 · 0,5³/12 + 0,45 · 0,5 · 0,25² + 2,55 · 3³/12 + 2,55 · 0,3 (0,5 - 0,15)² +

+ 2,55 · 0,15³/36 + 0,5 · 2,55 · 0,15 (0,05 + 0,10)² = 0,123 м⁴.

Статический момент растянутой зоны бетона относительно центральной оси

S_s.p = 0,45 · 1,25² · 0,5 = 0,351 см³;

 = 0,548 м³;

1,15 · 0,95 · 1 · 0,85 · 1,3 · 1055000 < 0,96 · 0,9 · 10 · 548000;

1273609 < 4734720 тс·м - условие выполнено.

Специальное армирование элемента на случай транспортирования и монтажа не требуется.

ПРИМЕР 2

РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ УГОЛКОВОГО ТИПА С КОНТРФОРСАМИ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Отсчетный уровень воды 98 %-ной обеспеченности принят за расчетный на отметке 0,0 м,

Отметка линии кордона + 2,8 м.

Отметка дна у причала - 15 м.

Расчетные физико-механические характеристики грунтов засыпки и основания:

грунт засыпки - песок:

угол внутреннего трения j_I = 25°, j_II = 27°;

объемный вес  тс/м³ (над расчетным уровнем)

                      и  тс/м³ (ниже расчетного уровня);

Грунт основания - глина:

угол внутреннего трения j_oI = 19°, j_oII = 21°;

объемный вес  тс/м³ (ниже расчетного уровня);

коэффициент пористости е = 0,8;

показатель консистенции I_L = 0.

Нагрузки:

равномерно распределенные на территории причала от складируемых грузов:

в прикордонной зоне  тс/м²;

в переходной зоне  тс/м²;

в тыловой зоне  тс/м²;

от судов:

расчетное судно водоизмещением D = 100 тыс. тс;

дедвейт DW = 80 тыс. тс; наибольшая длина L_н.б = 252,0 м;

осадка в грузу Т = 13,5 м; боковая парусность F_x = 5400 м².

Район строительства - г. Одесса.

Строительные материалы конструкции (контрфорсного блока): бетон гидротехнический сульфатостойкий марки М300, арматура класса A-II марки стали ВСт5пс2.

ВРЕМЕННЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ

Размещение равномерно распределенных нагрузок принято в соответствии с расчетной схемой для трехпутного портального крана с колеей 15,3 м по нормам технологического проектирования морских портов (рис. 1).

Нагрузки от натяжения швартовов определяются по указаниям главы СНиП II-57-75 и Руководства

Поперечная составляющая швартовного усилия

где W_х = 27 м/с - скорость ветра в районе г. Одессы;

c - коэффициент, зависящий от наибольшего горизонтального размера судна; для судна длиной 250 м c = 0,5;

F_x = 5400 м² - боковая парусность;