Руководство по проектированию морских причальных сооружений

R_x = 7,5 · 10^-5 · 5400 · 27² · 0,5 = 147,6 тс.

Сила, воспринимаемая одной тумбой от судна порожнем,

 тс,

где n - число работающих тумб; при длине судна 250 м n = 6;

a и b - углы наклона швартова для тумбы на кордоне.

Принимаем швартовную тумбу ТСС-80.

Расчетная поперечная составляющая, приходящаяся на одну тумбу,

 тс.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ СООРУЖЕНИЯ

Поперечное сечение сооружения определяется его устойчивостью, а также условием положения равнодействующей от нагрузок в пределах ядра сечения при расчете по второй группе предельных состояний.

Задаемся предварительными размерами сооружения. Принимаем ширину сооружения b = 16 м (см. рис. 1).

РАСЧЕТ ПО ПЕРВОЙ ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ (ПО ПОТЕРЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИЛИ НЕПРИГОДНОСТИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ)

В этом расчете определяются устойчивость сооружения на плоский сдвиг по постели и вместе с постелью, толщина постели, контактные напряжения в постели и грунте основания, а также усилия для расчета прочности и прочность элементов конструкций.

Расчетными нагрузками на сооружение являются активное давление грунта с учетом временных нагрузок на территории причала и швартовная нагрузка.

Плоскости восприятия активного давления и обрушения в соответствии с пп. 15.1 (10.1) и 15.3 (10.3) а настоящего Руководства проходят через тыловой конец фундаментной плиты под углами a = b = 45° - 0,5j_I к вертикали. Для j_I = 25° a = b = 32°30¢.

Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления при этом определяется по формуле l_a = tg² (45° - 0,5j_I) или по табл. 18 настоящего Руководства при d = 0. Для j_I = 25° l_a = 0,406.

В соответствии с указаниями п. 13.37 (8.27) настоящего Руководства определяются отметки пересечения расчетной плоскости восприятия распорного давления плоскостями обрушения, проведенными из точек начала скачкообразного изменения равномерно распределенной нагрузки.

Высота от отметки территории причала до искомой отметки точки пересечения плоскости обрушения с плоскостью восприятия распора определяется по формуле (рис. 2)

где a - расстояние от плоскости восприятия распора на территории причала до точки, в которой изменяется величина нагрузки.

Начало нагрузки  = 6 тс/м² -

 = 12,55 м.

Отметка пересечения плоскости обрушения с расчетной плоскостью

Ñ = 2,8 - 12,55 = - 9,75 м.

Начало нагрузки  = 10 тс/м² -

 = 17,26 м;

Ñ = 2,8 - 17,26 = - 14,46 м.

Определяем ординаты эпюры активного давления:

Рис. 1. Поперечное сечение конструкции и принятые эксплуатационные нагрузки.

Рис. 2. Расчетная схема конструкции и эпюра активного давления грунта.

Таблица 1

Определение сдвигающих сил и опрокидывающих моментов

Номер силы (см. рис. 2)

Сдвигающая сила

Плечо

Опрокидывающий момент M_oi, тс·м

Подсчет

E_i, тc

Подсчет

r_oi, м

1

0,5 · 1,62 · 2,8

2,27

16,87

38,29

2

0,5 · 3,67 · 2,8

5,14

15,93

81,88

3

0,5 · 3,67 · 9,75

17,89

11,75

210,21

4

0,5 · 7,63 · 9,75

37,20

8,50

316,20

5

0,5 · 8,44 · 4,71

19,88

3,68

73,16

6

0,5 · 10,35 · 4,71

24,37

2,11

51,42

7

0,5 · 11,98 · 0,54

3,23

0,36

1,16

8

0,5 · 12,2 · 0,54

3,29

0,18

0,59

N_x

30,64 : 6

5,11

18,10

92,49

E = 118,38

M_o = 865,40

Таблица 2

Определение удерживающих сил и моментов

Номер силы (см. рис. 2)

Удерживающие силы

Плечо

Удерживающий момент M_уд.i = g_ir_i, тс·м

Подсчет

g_i, тc

Подсчет

r_i, м

I

1,2 · 2,8 · 2,5

8,40

0,75

6,30

II

0,35 · 14,6 ·1,5

7,67

1,175

9,01

III

0,4 · 16 · 1,5

9,60

8,00

76,80

IV

0,5 · 14,6 · 14,6 · 0,3× × 0,5 · 0,5

7,99

6,22

49,70

V

3,31 · 2,8 · 1,8

16,68

3,01

50,21

VI

0,5 · 1,78 · 2,8 · 1,8

4,49

5,25

23,57

VII

5,09 · 14,6 · 1,0

74,31

3,90

289,81

VIII

0,5 · 9,56 · 14,6 · 1,0

69,79

9,63

672,08

IX

3,31 · 4

13,24

3,01

39,85

1

2,27 · 1,5697

3,56

16 - 16,87 · 0,637

5,25

18,69

2

5,14 · 1,5697

8,07

16 - 15,93 · 0,637

5,85

47,20

3

17,89 · 1,5697

28,08

16 - 11,75 · 0,637

8,52

239,24

4

37,20 · 1,5697

58,39

16 - 8,50 · 0,637

10,59

618,35

5

19,88 · 1,5697

31,21

16 - 3,68 · 0,637

13,66

426,33

6

24,37 · 1,5697

38,25

16 - 2,11 · 0,637

14,66

560,74

7

3,23 · 1,5697

5,07

16 - 0,36 · 0,637

15,77

79,95

8

3,29 · 1,5697

5,16

16 - 0,18 · 0,637

15,89

81,99

g = 389,96

М_уд = 3289,82

Примечание. Значения сил Е и плеч r₀ принимаются по табл. 1.

Условие устойчивости стенки на плоский сдвиг по постели

140,58 тс < 194,98 тс - условие выполнено.

Напряжения на контакте основания сооружения с постелью

Расстояние от передней грани, сооружения до точки приложения равнодействующей нагрузок

Эксцентриситет приложения нагрузок

Определяем толщину постели. Величину расчетного давления на грунт основания допускается определять по формулам прил. 4 СНиП II-15-74.

При толщине постели менее 2,0 м расчетное давление определяется по формуле

где R₀ - условное расчетное давление, которое для глины с е = 0,8 и I_L = 0 равно 3 кгс/см²;

k₁ - коэффициент, учитывающий влияние ширины фундамента; для глин k₁ = 0,05.

На глубине h = l м от поверхности дна расчетное давление

Так как максимальное давление под подошвой сооружения (s_max = 40,70 тс/м²) практически равно расчетному давлению на грунт основания (R = 39,4 тс/см²), толщина постели назначается конструктивно. Предварительно принимаем h_n = 1 м.

Краевые напряжения по контакту каменной постели с грунтом основания:

Устойчивость сооружения на плоский сдвиг вместе с постелью определяется из условия

условные краевые напряжения по контакту каменной постели с грунтом основания (без веса каменной постели):

140,58 тс < 137,00 тс - условие устойчивости на плоский сдвиг не выполнено.

При толщине постели 1,8 м:

140,58 тс < 140,94 тс - условие выполнено.

Принимаем толщину постели h_n = 1,8 м из условия устойчивости сооружения на сдвиг по плоскости контакта постели с основанием.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЛИЦЕВОЙ ПЛИТЕ

При определении усилий в лицевой плите расчетной плоскостью восприятия распора является тыловая поверхность лицевой плиты. При расчете плиты в горизонтальном направлении активное давление определяется с учетом влияния трения сползающего клина грунта по боковой поверхности контрфорсов. Трение учитывается в размере d = 0,5j_I. Коэффициент l_a = 0,36.

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. s_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

Номер силы (см. рис. 3)

Сдвигающая сила

Плечо

Изгибающий момент M, тс·м

Подсчет

Q, тc

Подсчет

r, м

1

0,5 · 1,44 · 2,8

2,02

16,47

33,27

2

0,5 · 3,25 · 2,8

4,55

15,53

70,66

3

0,5 · 3,25 · 14,6

23,73

9,73

230,89

4

0,5 · 8,51 · 14,6

62,12

4,87

302,52

N_x

5,11

14,6 + 2,8 + 0,3

17,7

90,45

На 1 пог. м

97,53

727,79

На блок (2 пог. м)

195,06

1455,58

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 W_сж - момент сопротивления для крайнего сжатого волокна;

W_р - 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:

M_y = 779,92 · 0,02 = 15,60 тс·м;

М_x = 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)

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

На переднем выступе плиты s = 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, R_пр = 135 кгс/см², R_р = 10 кгс/см²; арматура класса A-II марки стали ВСт5сп2, R_a = R_a.c = 2700 кгс/см²; R_a.x = 2150 кгс/см²; E_a = 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 F_a = 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 + 2x = 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 j_II и c_II.

Ширина раскрытия трещин определяется по формуле

где k = 1 - для изгибаемых элементов;

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

h= l - для стержневой арматуры периодического профиля;

s_нач = 0 - сборный элемент с периодом хранения на берегу;

x = 0,23F_a = 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.