---

Рис. 3. Эпюра активного давления грунта на лицевую стенку конструкции.

Рис. 4. Схема к определению усилий в лицевой плите конструкции.

Ординаты эпюры активного давления:

Отрицательная эпюра давления за счет трения сползающей призмы распора по боковым поверхностям контрфорсов при расстоянии между ними 2 м принимается в виде треугольника с основанием 0,3 от нижней ординаты эпюры распора, т.е. тр = 8,51 × 0,3 = 2,55 тс/м2.

Расчет плиты производится на давление от суммарной эпюры (рис. 3).

Выделяем сечение лицевой плиты шириной 1 м на высоте 1 м над фундаментной плитой. Блок имеет один контрфорс. Плита рассчитывается по схеме консольной балки.

Равномерная нагрузка для балки - средняя интенсивность для данного участка q = 0,5 (5,14 + 5,75) = 5,45 тс/м (см. рис. 3).

Усилия в сечении примыкания плиты к контрфорсу (рис. 4):

изгибающий момент  = 1,88 тс. м;

поперечная сила Q = qa = 5,45 · 0,83 = 4,52 тс.

В вертикальном направлении лицевая плита рассчитывается по схеме тавровой консольной балки. Сбор нагрузок на контрфорс производится с ширины, равной сумме прилегающих полупролетов.

Таблица 3

Изгибающий момент и поперечная сила на уровне фундаментной плиты

Определяем усилия в фундаментной плите. Фундаментная плита рассчитывается с учетом неполноты контакта поверхности с постелью на суммарную нагрузку от реактивного давления снизу и от пригрузки веса конструкции, грунта и временных нагрузок сверху.

Неполнота контакта учитывается условным исключением из расчета площади фундаментной плиты, равной 0,5la (рис. 5).

Краевые напряжения при неполноте контакта определяются по формуле

где g = 389,96 тс - равнодействующая вертикальных сил по табл. 2;

F = 16,0 · 2,0 - 1,0 · 1,0 = 31,0 м2 - площадь условного контакта фундаментной плиты с основанием.

Расстояния до центра тяжести площади условного контакта фундаментной плиты от граней AВ и ВС (см. рис. 5):

Моменты инерции в пределах площади условного контакта фундаментной плиты относительно осей x - x и у - у:

Рис. 5. Схема к определению нормальных контактных напряжений в фундаментной плите конструкции

Моменты сопротивления в пределах площади условного контакта фундаментной плиты:

относительно оси у:

 = 75,79 м3 (волокно AF);

 = 80,48 м3 (волокно ВС);

относительно оси x:

 = 10,54 м3 (волокно AВ);

 =10,13 м3 (волокно CD).

Здесь Wсж - момент сопротивления для крайнего сжатого волокна;

Wр - то же, для растянутого.

Моменты от равнодействующей нагрузок относительно осей x и y:

равнодействующая нагрузок на длине 2 пог. м сооружения

g = 2 · 389,96 = 779,92 тс (см. табл. 2);

эксцентриситет равнодействующей нагрузок относительно оси у:

е = x - а = 8,24 - 6,22 = 2,02 м,

где x - см. рис. 5;

а - см. расчет по тексту за табл. 2;

эксцентриситет равнодействующей нагрузок относительно оси x:

е = 0,5l - y =0,5 · 2,0 - 0,98 = 0,02 м.

Моменты от равнодействующей нагрузок относительно осей x и у:

My = 779,92 · 0,02 = 15,60 тс·м;

Мx = 779,92 · 2,02 = 1575,44 тс·м.

Краевые напряжения на контакте основания с каменной постелью (см. рис. 5 и 6, а):

в точке А

в точке В

Давление на подошву сооружения сверху от равномерно распределенной нагрузки, грунта засыпки и собственного веса фундаментной плиты (рис. 6, б)

 = 4 + 1,8 · 2,8 + 1,0 · 14,6 + 1,5 · 0,4 = 24,24 тс/м2.

На переднем выступе плиты  = 1,5 · 0,4 = 0,6 тс/м2.

Суммарная эпюра давления на плиту от нагрузок сверху и снизу показана на рис. 6, в.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСИЛИЙ В ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЕ

Рассматриваются три зоны (см. рис. 7 и 6, в).

1-я зона - консольный выступ плиты.

Изгибающий момент в опорном сечении на ширине 1,0 м

М = 41,35 · 1,02 · 0,5 + 2,52 · 1,0 · 0,5 · 0,67 · 1,0 = 21,52 тс·м.

Поперечная сила

Q = 0,5 (43,87 + 41,35) 1,0 = 42,61 тc.

2-я зона - консольная плита шириной 1,0 м с растянутым волокном с нижней стороны:

М = 13,92 · 0,82 · 0,5 = 4,45 тс·м;

Q = 13,92 · 0,8 = 11,14 тс.

3-я зона - консольная плита шириной 1,0 м с растянутым верхним волокном:

М = 18,88 · 0,82 · 0,5 = 6,04 тс·м;

Q = 18,88 · 0,8 = 15,10 тс.

Рис. 6. Эпюры давлений на фундаментную плиту

Рис. 7. Схемы расчета сечений трех зон фундаментной плиты

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ (лицевой и фундаментной плит)

Расчет железобетонных элементов по прочности и по раскрытию трещин следует производить по СНиП II-56-77 и СНиП II-21-75 с учетом требований Инструкции ВСН 3-80 и настоящего Руководства.

Материалы конструкции: бетон М300, Rпр = 135 кгс/см2, Rр = 10 кгс/см2; арматура класса A-II марки стали ВСт5сп2, Ra = Ra.c = 2700 кгс/см2; Ra.x = 2150 кгс/см2; Ea = 2100000 кгс/см2.

Усилия принимаются из статических расчетов (см. выше).

ЛИЦЕВАЯ ПЛИТА

Производим расчет плиты в горизонтальном направлении.

Значения M = 1,88 тс·м и Q = 4,52 тс подсчитаны выше в расчете определения усилий в лицевой плите.

Расчеты прочности (предельные состояния первой группы).

Необходимое количество продольной арматуры из условия восприятия изгибающего момента производится по формуле

при этом

Принимаем Fa = 4 Æ 10 = 3,14 см2.

x = 0,23 · 2,94 = 0,68 см < 2а = 2 · 5 = 10 см, сжатая арматура отсутствует.

Проверяем условие прочности сечения на действие поперечной силы:

6497,5 < 101250,0 - условие соблюдается.

Проверяем условие по конструктивному армированию:

где k = 0,5 + 2?? = 0,5 + 2 · 0,02 = 0,54;

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 4520 < 1,0 · 0,54 · 10 · 100 · 30 · 0,84;

6497,5 < 13608,0 тс - условие выполнено, поперечная арматура ставится конструктивно.

Расчет по раскрытию трещин (предельные состояния второй группы) производим на усилия, полученные из статического расчета по первой группе предельных состояний, что обеспечивает некоторый запас прочности для выяснения необходимости выполнения статического расчета по второй группе предельных состоянии, т.е. с применением характеристик грунтов ??II и cII.

Ширина раскрытия трещин определяется по формуле

где k = 1 - для изгибаемых элементов;

Сд = 1,3 - для постоянных и временных длительных нагрузок;

= l - для стержневой арматуры периодического профиля;

нач = 0 - сборный элемент с периодом хранения на берегу;

x = 0,23Fa = 0,23 · 2,94 = 0,68 см - из расчета на прочность;

z = 30 - 0,5 · 0,68 = 29,66 см;

Производим расчет лицевой плиты в вертикальном направлении. По табл. 3 настоящего расчета принимаем изгибающий момент М = 1455,58 тс·м, поперечную силу Q = 195,06 тс.

Количество арматуры определяется из расчета прочности сечения, нормального к продольной оси, на действие изгибающего момента.

Располагаем растянутую продольную арматуру в ребре в два ряда (рис. 8).

Рис. 8. Расчетное сечение лицевом плиты при рассмотрении ее работы в вертикальном направлении.

Расстояние до центра тяжести расчетной растянутой арматуры от ближайшей грани сечения

 = 12 см;

h0 = 1500 - 12 = 1488 см;

Количество арматуры определяем из условия прочности:

Принимаем Fa = 6 Æ 32 = 48,26 см2.

При этом x = 0,115 · 45,37 = 5,22 см < 5 · 2 = 10 см. Сжатой арматуры  нет.

Проверяем условие прочности сечения, наклонного к продольной оси, на действие поперечной силы:

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 195060 < 0,25 · 1,0 · 135 · 30 · 1488;

280398,75 < 1506600,0 тс - условие выполнено.

Проверяем условие по конструктивному армированию:

где k = 0,5 + 2?? = 0,5 + 2 · 0,02 = 0,54;

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 195060 < 1,0 · 0,54 · 10 · 30 · 1488 · 1,33 ;

где 1,2 - понижающий коэффициент принятый по указаниям главы СНиП II-56-77 для элемента с высотой h ?? 160 см.

280398,75 > 267170,4 тс - условие не выполнено, поперечное армирование определяется расчетом. Расчет производим по указаниям гл. 1 Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружении к СНиП II-56-77. Для элементов с наклонной растянутой гранью расчет поперечной арматуры производится по формуле

Наклон растянутой грани контрфорса в соответствии с рис. 2

Рабочая высота расчетного сечения в начале проверяемого наклонного сечения

Длина проекции наклонного сечения

Начало наклонного сечения расположено на отметке 14,60 - 6,4 = - 8,2 м.

Интенсивность активного давления на Ñ - 8,2 м ?? = (4 + 1,8 · 2,8 + 1,0 · 8,2) 0,36 = 6,20 кгс/см2.

Изгибающий момент и поперечную силу в сечении на Ñ - 8,2 м определяем в табл. 4 и по рис. 3, б.

Таблица 4

Высота сжатой зоны бетона в начале наклонного сечения из расчета прочности на действие изгибающего момента

Плечо внутренней пары z = h0 - x/2 = 850 - 2/2 = 849 см.

Поперечное усилие, воспринимаемое продольной растянутой арматурой,

 = 49920 кгс.

Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном, при высоте сечения > 60 см

 = 152618 кгс.

Из уравнения прочности определяем

Taк как величина Fx имеет отрицательное значение, поперечная арматура ставится конструктивно.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН

где k = 1,0; Сд = 1,3; = l; sнач = 0;

ФУНДАМЕНТНАЯ ПЛИТА

Расчеты прочности сечений элементов фундаментной плиты и раскрытия трещин выполняются аналогично соответствующим расчетам элементов лицевой плиты и в настоящем примере не приводятся.

ПРИМЕР 3

РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ УГОЛКОВОГО ТИПА С ВНЕШНЕЙ АНКЕРОВКОЙ ЗА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЛИТЫ ПРИ ЛИЦЕВОЙ СТЕНКЕ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ШПУНТА

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Расчетный уровень воды + 0,40 м;

Отметка кордона + 5,50 м;

Отметка дна у причала - 7,85 м;

Эксплуатационные нормативные нагрузки:

а) крановая - с максимальным давлением на каток 34,3 тс (10 катков в ноге крана);

б) равномерно распределенная:

прикордонная  = 4 тс/м2;

переходная  = 6 тс/м.;

тыловая  = 10 тс/м2;

в) швартовная тумба Nт = 100 тс.

Нагрузка от волнового воздействия:

исходная высота волны у сооружения h1% = 1,5 м;

длина волны  = 15,0 м.

Расчетные показатели сопротивления сдвигу грунтов:

а) в засыпке - песчаный грунт:

угол внутреннего трения I = 30°, ??II = 32°;

объемный вес н = 1,8 тс/м3 (над водой, в состоянии естественной влажности), п = 1,0 тс/м3 (под водой, в состоянии гидростатического взвешивания);

б) в основании - песчаный грунт;

угол внутреннего трения I = 30°, ??II = 32°;

объемный вес 0 = 1,0 тс/м3;

модуль общей деформации E = 280 кгс/cм2 = 28 тс/м2.

Материалы конструкции:

а) лицевые панели выполнены из стального шпунта корытного профиля типа «Ларсен IV» из стали марки ВСт3сп4;

б) фундаментная плита - из обычного железобетона, бетон гидротехнический марки М300, арматура продольная и поперечная ненапрягаемая периодического профиля класса А-III, марки Ст 25Г2С;

в) анкерные тяги - из стали круглого сечения марки ВСт3сп2;

г) анкерные плиты - из обычного железобетона, бетон гидротехнический марки М300, арматура ненапрягаемая периодического профиля класса A-III, марки Ст 25Г2С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ ОТ ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Расчетная эпюра волнового давления от впадины волны определяется в соответствии с указаниями СНиП II-57-75 (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема сооружения.

Понижение свободной волновой поверхности ??n определяется по формуле

где  - волновое число;

 - 15 м - средняя длина волны;

 = cth 0,418 · 7,85 = 1;

 = - l - при подходе к сооружению подошвы волны;

n = - 1,5 ( - 1) - 0,5 · 0,418 · 1,52 · 1 · 1 = 1,03 м.

Ординаты эпюры волнового давления на глубине определяются по формуле

где  = l тc/м3 - объемный вес воды;

z - ординаты точек, отсчитываемые от расчетного уровня;

h = 1,5 м - высота волны;

cos t = 1;

cos 2t = cos2 t - sin2 t = 1 - 0 = 1;

После подстановки всех значений в формулу она приобретает вид

Для z = 0 p = 0.

Для z = n =1,03 м:

- kz = - 0,418 · 1,03 = - 0,43, e-kz = e-0,43 = 0,65;

- 3kz = - 3 · 0,418 · 1,03 = - 1,29, e-3kz = e-1,29 = 0,275;

p = - 1,5 · 0,65 - 0,47 + 0,295 · 0,275 = - 1,36 тс/м2.