Руководство по проектированию морских причальных сооружений

крановой

h₁ = 2,52/(0,3839 + 0,5833) = 2,6 м, отметка 5,5 - 2,6 = + 2,9 м;

h₂ = (2,52 + 1,35)/(0,3839 + 0,5833) = 4,0 м, отметка 5,5 - 4,0 = + 1,5 м;

равномерно распределенной

h₃ = (2,52 + 1,35 + 1,33)/(0,3839 + 0,5833) = 5,38 м, отметка 5,5 - 5,38 = + 0,12 м.

Ординаты эпюры активного давления:

от грунта (в связи с тем что на Ñ + 4,46 м давление грунта незначительно, для упрощения расчета не выделяем верхний участок с вертикальной плоскостью восприятия распора):

от крановой нагрузки

от Ñ + 2,9 до Ñ + 1,5 м s_ах = 15,7 · 0,324 = 5,09 тс/м²;

от равномерно распределенной нагрузки

от Ñ + 0,12 м и ниже s_ах =4 · 0,324 = 1,30 тс/м².

Таблица 5

Опрокидывающие моменты и сдвигающие силы

Обозначение сил

Горизонтальные силы

Плечо

Опрокидывающие моменты, тс·м

Подсчет

Значение, тc

Подсчет

Значение, м

E₁

0,5 · 2,97 · 5,1

7,57

8,25 + 5,1/3

9,95

75,35

E₂

0,5 · 2,97 · 8,25

12,25

2.8,25/3

5,5

67,38

E₃

0,5 · 5,65 · 8,25

23,31

8,25/3

2,75

64,09

E₄

5,09 · 1,4

7,13

0,5 · 1,4 + 9,35

10,05

71,62

E₅

1,30 · 7,97

10,36

0,5 · 7,97

3,99

41,34

N¢_x

6,08

13,70

83,30

E = 66,70

M₀ = 403,08

Таблица 6

Удерживающие силы и моменты

Обозначение сил

Вертикальные силы

Плечо

Удерживающий момент, тс·м

Подсчет

Значение, тc

Подсчет

Значение, м

g₁

0,8 · 1,4 · 2,4

2,69

6,4 - 4,73

1,67

4,49

g₂

3,7 · 0,238

0,88

1,67

1,47

g₃

7,8 (0,238 - 0,0303)

1,62

1,67

2,70

g₄

0,5 · 0,8 · 0,8 · 1,4

0,45

2 · 0,8/3

0,53

0,24

g₅

0,6 · 0,8 · 1,4

0,67

0,8 + 0,5 · 0,6

1,10

0,74

g₆

0,45 · 6,4 · 1,4

4,03

0,5 · 6,4

3,2

12,9

g₇

0,5 · 1,56 · 4,07 · 1,8

5,71

1,56/3 + 1,67

2,19

12,51

g₈

1,56 · 7,8 · 1,0

12,17

1,56 · 0,5 + 1,67

2,45

29,81

g₉

0,5 · 3,00 · 7,8 · 1,0

11,70

3,00/3 + 1,67 + 1,56

4,23

49,49

E_i tg (a + d)

b - r_i tg a

См. табл. 5

См. табл. 5

E_в1

7,57 · 1,2349

9,35

6,4 - 9,95 · 0,3839

2,58

24,12

E_в2

12,25 · 1,2349

15,13

6,4 - 5,5 · 0,3839

4,29

64,90

E_в3

23,3 · 1,2349

28,77

6,4 - 2,75 · 0,3839

5,34

153,65

E_в4

7,13 · 1,2349

8,80

6,4 - 10,05 · 0,3839

2,54

22,36

E_в5

10,36 · 1,2349

12,79

6,4 - 3,99 · 0,3839

4,87

62,30

N¢_x

N sin b/l_т = 100 · /6,3

- 10,21

2,20

- 22,46

g = 104,55

M_уд = 419,22

Расстояние от переднего ребра до точки приложения равнодействующей нагрузок

где  = М_уд +  = 419,22 + 358,12 = 777,34 тс·м;

Момент от усилия в анкере (А = 28,0 + 8,73 = 36,73 тс - сумма реакций в опоре А при нагрузке, надвинутой на сооружение, и действии швартовной нагрузки)

Эксцентриситет приложения равнодействующей

е = 0,5b - a =0,5 · 6,4 - 3,58 = - 0,38 м.

Краевые напряжения на контакте основания стенки и постели:

передняя грань

тыловая грань

Краевые напряжения на контакте каменной постели и грунта основания:

28 тс/м² - модуль общей деформации (см. исходные данные для расчета).

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЫ

Для определения изгибающего момента в фундаментной плите рекомендуется метод, основанный на использовании эквивалентного массива с кладкой из обыкновенных бетонных массивов. В качестве эквивалентного принимается массив из бетона марки 150. При этом соотношение размера В массива в плане к его высоте h принимается равным 4 : 1.

Расчетный изгибающий момент, действующий на 1 пог. м сечения фундаментной плиты,

где m_э = 0,45;

 (табл. 1 СНиП II-56-77);

 - коэффициент перехода к упругопластическим характеристикам бетона;

g = 1,75 - коэффициент для прямоугольного сечения;

 - упругий момент сопротивления сечения эквивалентного массива;

В - длина эквивалентного массива, равная размеру фундаментной плиты в плоскости действия изгибающего момента.

В плоскости, перпендикулярной линии кордона,

В = 6,4 м; h_э = В/4 = 6,4/4 = 1,6 м;

m_h = 0,9 + 0,l/h - для высоты сечения более 1 м, m_h = 0,9 + 0,1/1,6 = 0,96;

g₁ = 0,96 · 1,75 = 1,68;

W₀ =  = 0,427 м³ = 427000 см³;

М = 0,45 · 9,5 · 1,68 · 427000 = 3066700 кгс·см.

В плоскости, параллельной линии кордона,

В = 3,32 м; h_э = 3,32/4 = 0,83 м; m_h = 1; g₁ = 1 · 1,75 = 1,75;

W₀ = 0,83²/6 = 0,115 м³ = 115000 см³;

М = 0,45 · 9,5 · 1,75 · 115000 = 860344 кгс·см.

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АНКЕРНОЙ ПЛИТЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ ПРОТИВ ТУМБОВОГО МАССИВА

Устойчивость плит, расположенных против тумбового массива, рассчитываем на нагрузку R_a, равную анкерной реакции, полученной от давления на лицевую стенку грунта, эксплуатационных нагрузок, расположенных на сооружении, и швартовной нагрузки: R_a = 28 + 8,73 = 36,73 тс/м.

Устойчивость плиты при заглублении ее гребня на величину, равную высоте плиты, определяется из условия

где n_c = l,0; n = 1,25; m_д = 1,55; m = 1,15; - коэффициенты для основного сочетания нагрузок, III класса капитальности портового сооружения, принимаемые по пп. 13.16 (8.8), 13.22 (8.14) и табл. 17 (7) настоящего Руководства;

Е_р - равнодействующая пассивного давления в пределах отметки территории и подошвы анкерной плиты от веса грунта;

Е_a - равнодействующая активного давления в пределах отметки территории и подошвы анкерной плиты от веса грунта и эксплуатационных нагрузок (рис. 10).

Принимаем высоту плиты h_пл = 2,5 м, глубину заложения плиты t_пл = 2h_пл = 5 м.

Находим активное давление на плиту от грунта и нагрузки

где l_а = 0,29 для j_I = 30° и d = 0,5j_I по табл. 18 настоящего Руководства:

Находим пассивное давление на плиту от грунта

где l_р = 3,94 для j_I = 30° и d = 0,33j_I по табл. 20 настоящего Руководства:

71,16 < 74,86 тс - условие соблюдается.

Рис. 10. Схема к расчету устойчивости анкерной плиты

Рис. 11. Схема к определению усилий в панели анкерной плиты

Производим расчет усилий в элементах анкерной плиты. Приняты железобетонные ребристые плиты.

Расчетной нагрузкой для панели анкерной плиты, работающей как балка на двух опорах с консолями (рис. 11), является равномерно распределенная нагрузка

где l_n = 3,10 м - длина анкерной плиты;

D = 0,26 м - проектный зазор между анкерными плитами;

h_n = 2,50 м - высота плиты;

R_a = 36,73 тс/м - анкерная реакция.

q_n = (3,10 + 0,26) 36,73/3,10 · 2,50 = 15,92 тс/м².

Изгибающий момент на консоли

где а_к = 0,51 м.

Изгибающий момент в пролете

Поперечная сила на консоли

Q_к = q_na_к = 15,92 · 0,51 = 8,12 тс/м.

Расчетная нагрузка для ребра анкерной плиты, работающего как консольная балка (рис. 12),

Изгибающий момент

Поперечная сила

Рис. 12. Схема к определению усилий в ребре анкерной плиты

РАСПОЛОЖЕНИЕ АНКЕРНОЙ ПЛИТЫ

Расстояние между лицевой стенкой и анкерной плитой (рис. 13) определяется по формуле

где Н = 13,35 м - общая высота сооружения;

t_пл = 5,0 м - расстояние от отметки кордона до подошвы анкерной плиты;

lt_пл = 4,73 м - расстояние от расчетной плоскости лицевой стенки до тыловой грани фундаментной плиты (см. рис. 7).

L_a = 13,35 tg (45° - 0,5 · 30°) + 5,0 tg (45° + 0,5 · 30°) + 4,73 = 21,09 » 21 м.

Рис. 13. Схема к определению расстояния от лицевой стенки конструкции до анкерной плиты.

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ

Лицевая панель уголковой стенки. Лицевая панель изготавливается из стального шпунта типа «Ларсен IV» из стали марки ВСт3сп4.

За расчетный изгибающий момент принят наибольший полученный в варианте статического расчета на давление от грунта с учетом эксплуатационных и волновой нагрузок, М_х = 52,95 тс·м/м.

(Измененная редакция).

Требуемый момент сопротивления шпунта

где k_н = 1,15 - коэффициент для III класса капитальности сооружения (высота причала H = 5,5 + 7,85 = 13,35 м < 20 м);

n_c = 1,0 - основное сочетание нагрузок;

n = 1,25 - коэффициент перегрузки;

m_д = 0,95 - по табл. 13 (3) настоящего Руководства;

m_в = 0,85 - коэффициент, учитывающий волновое воздействие;

m_c - коэффициент, принимаемый по табл. 23 (9) настоящего Руководства в зависимости от отношения d_с/l (d_с - высота приведенного сечения);

I = 39600 см⁴/м - момент инерции 1 пог. м стенки из шпунта типа «Ларсен IV»;

b + D = 100 см - при расчете на 1 пог. м стенки;

l = 905 см - расстояние между опорами (пролет) лицевой панели в вертикальном направлении;

R_y = 2500/1,05 = 2380 кгс/см² - в соответствии с указаниями табл. 1 СНиП II-23-81 для стали марки ВСт3пс по ГОСТ 380-71^*, при толщине проката до 20 мм;

W = 1,15 · 1,0 · 1,25 · 0,95 · 0,85 · 0,75 · 5295000/2380 = 1950 см³.

(Измененная редакция).

Для шпунта типа «Ларсен IV» W = 2200 см³/м.

Условие удовлетворяется.

Анкерные тяги.

Горизонтальная составляющая усилия в анкерной тяге

где m_a = 1,5 - коэффициент для плит без предварительного натяжения анкерных тяг;

R_a = 36,73 тс/м - анкерное усилие, равное опорной реакции при расчете стенки от давления грунта, эксплуатационных и швартовной нагрузок;

l_a = 1,68 м - шаг анкерных тяг;

Диаметр анкерной тяги

где k_н = 1,15; n_c = l,0; n = 1,25; m_д = 0,95 - коэффициенты, те же, что для шпунта;

g_с = 0,9 - коэффициент условий paботы для тяг по табл. 6 СНиП II-23-81;

a = 0 - угол наклона анкерной тяги к горизонту;

R_y = 2300/1,05 = 2190 кгс/см² - для стали марки ВСт3пс по ГОСТ 380-71^* при толщине проката 40 - 100 мм;

Принимаем d_а = 90 мм.

Распределительный пояс.

Балки распределительного пояса устанавливаются непрерывными в пределах секции. Они собираются из швеллеров, сваренных равнопрочными швами. Балки рассчитываются по схеме многопролетных с нагрузкой и виде сосредоточенной силы в пролете.

Изгибающий момент на опоре

Необходимый момент сопротивления из условия прочности

где k_н, n_c, n, m_д - см. расчет лицевой панели из шпунта;

R_y = 2500/1,05 = 2380 кгс/см² - для стали марки ВСт3пс6 по ГОСТ 380-71^* при толщине проката до 20 мм.

Принимаем 2 швеллера № 27 с моментом сопротивления

W = 2 · 308 = 616 см³.

Болты крепления распределительного пояса.

Болты рассчитываются на растяжение.

Растягивающее усилие в болте по принятой схеме крепления

Диаметр болта по внутреннему диаметру резьбы из условия прочности

Здесь R_y = 2300/l,05 = 21,90 кгс/см² - для стали марки Ст3сп5 по ГОСТ 380-71^* при толщине проката 40 - 100 мм.

Принимаем болт М64 в соответствии с размерами по ГОСТ 10602-72 с внутренним диаметром резьбы 59,67 мм.

Фундаментная плита.

Производим расчет прочности (первое предельное состояние) по изгибающему моменту из условия

где

k_н = 1,15; n_c = 1,0; п = 1,25 - коэффициенты для III класса капитальности сооружения и основного сочетания нагрузок;

m_д = 1,0 - по табл. 15 (5) настоящего Руководства для арматуры класса A-III и при количестве стержней в сечении более 10;

m_б3 = 1,0 - для толщины плиты менее 60 см;

m_a2 = 1,5 - при количестве стержней в сечении более 10;

R_a = 3750 кгс/см² - для арматуры класса A-III;

R_np = 135 кгс/см² - для бетона марки М300;

b = 100 см - расчет на 1 пог. м сечения;

h₀ = h - а = 45 - 5 = 40 см.

Производим расчет в направлении, перпендикулярном линии кордона, на изгибающий момент М = 3066700 кгс·см/м (см. статический расчет фундаментной плиты):

Принимаем для верхней и нижней арматуры по F_a = 6 Æ 25 = 29,45 см².

Аналогично рассчитываем арматуру вдоль линии кордона на М = 860344 кгс·см, определенный в статическом расчете фундаментной плиты.

Производим расчет по раскрытию трещин (второе предельное состояние). Ширину раскрытия трещин определяем в соответствии с указаниями главы СНиП II-56-77 по формуле

где k = 1 - для изгибаемых элементов;

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

h= l - для арматуры периодического профиля;

s_нач = 200 - для конструкции, находящейся в воде;

E_a = 2000000 кгс/см² - для арматуры класса А-III;

для железобетонной конструкции без предварительного напряжения, находящейся постоянно в подземной зоне морской воды.

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПАНЕЛИ АНКЕРНОЙ ПЛИТЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ ПРОТИВ ТУМБОВОГО МАССИВА

Расчет прочности (первое предельное состояние) производится по изгибающему моменту М_к = 2,07 тс·м/м (см. статический расчет плиты),

Принимаем F_a = 5 Æ 12 = 5,65 см².

Производим расчет прочности наклонного сечения на действие поперечной силы Q = 8,12 тс/м (см. статический расчет плиты).

Размеры сечения достаточны при выполнении условия

11672,50 < 50625 кгс - условие выполнено.

Расчет поперечной арматуры не производится при условии

где

k = 0,5 + 2x = 0,5 + 2 · 0,1 = 0,7;

R_p = 10 кгс/см² - для бетона марки М300;

11672,5 < 7770 кгс - условие не соблюдено.

Расчет поперечной арматуры производится из условия

где k₂ = 2 - для тяжелого бетона;

R_a.x = 2900 кгс/см² - для арматуры класса A-III;

Принимаем u = 25 см.

F_x = 0,57 см³.

Принимаем F_х = 3 Æ 6 = 0,85 см².

Проверяем условие

113,4 > 500 кгс/см - условие не выполнено.

Количество поперечной арматуры определяем по формуле

Окончательно принимаем F_х = 3 Æ 8 = 1,51 см².

Длина проекции наклонного сечения, в пределах которого устанавливается определенная арматура F_x с шагом 25 см,

Расчет по раскрытию трещин (второе предельное состояние) производится по формуле

где k = 1 - для изгибаемого элемента;

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

h= l - для арматуры периодического профиля;

s_нач = 0 - конструкция расположена над водой;

E_a = 2000000 кгс/см² - для арматуры класса А-III;

d = 12 мм;

 - для конструкции, находящейся в грунте при длительном действии нагрузки и сооружений III класса капитальности.

Расчет пролетного сечения анкерной плиты производится аналогично на усилия М_пр = 1,6 тс·м/м и Q = 0.

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ РЕБРА AHКЕРНОЙ ПЛИТЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ ПРОТИВ ТУМБОВОГО МАССИВА

Производим расчет прочности (первое предельное состояние) нормального сечения по изгибающему моменту М_р = 19,28 тс·м из условия (рис. 14):

где

b = 40 см; b_p = 40 - 14 = 26 см - сечение, ослабленное трубой для пропуска анкерной тяги;

h = 60 см; h₀ = h - a = 60 - 5 = 55 см; а¢ = 5 см;

т_a = 1,1 - при количестве стержней в сечении менее 10;

m_б = l,0 - при толщине элемента менее 60 см;

m_д = 0,95 - для изгибаемого элемента, арматуры класса A-III при количестве стержней в сечении менее 10;

R_a = R_a.c = 3750 кгс/см² - для арматуры класса A-III;

 - принимаем равным 0,2F_a;

Принимаем: F_a =4 Æ 22 = 15,2 см²;

                      = 2 Æ 14 = 3,08 см².

Производим расчет прочности наклонного сечения по поперечной силе Q_p = 30,85 тс.

Размеры сечения достаточны при условии

44346,87 < 48262,5 кгс - условие выполнено.

При определении поперечной арматуры все коэффициенты и расчетные сопротивления остаются те же, что в расчете прочности панели анкерной плиты:

u £ 0,75 · 2 · 1 · 10 · 26 · 55²/1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 30850 = 26,6 см.

Рис. 14. Поперечное сечение ребра железобетонной анкерной плиты для расчета прочности.

Принимаем u = 20 см.

Принимаем F_x =2 Æ 12 = 2,26 см².

Проверяем условие

360,5 > 130 кгс/см - условие выполнено,

следовательно, F_x = 2 Æ 12 = 2,26 см².

Длина участка балки с наклонной трещиной

Производим расчет ширины раскрытия трещин (второе предельное состояние). Коэффициенты k, С_д, h те же, что в расчете раскрытия трещин панели анкерной плиты.

z = 55 - 0,5 · 12,2 = 48,9 см;

d = 22 мм.

По другим сечениям консоли ребра анкерной плиты статические расчеты и расчеты прочности и раскрытия трещин выполняются аналогично.

ПРИМЕР 4

РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ ТИПА «БОЛЬВЕРК» ПРИ ЛИЦЕВОЙ СТЕНКЕ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ШПУНТА С АНКЕРОВКОЙ ЗА ЖЕЛЕЗОБЕТОННУЮ АНКЕРНУЮ СТЕНКУ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Расчетный уровень воды 0,00.

Уровень воды 50 %-ной обеспеченности + 0,4 м.

Отметка линии кордона причала + 2,80 м.

Отметка дна у причала - 15,0 м.

Нормативные эксплуатационные нагрузки:

равномерно распределенная в прикордонной зоне  тс/м²;

в переходной -  тс/м²;

в тыловой -  тс/м².

Исходная (расчетная) высота волны обеспеченностью в системе р = 1 % при шторме 4 %-ной обеспеченности в режиме 1 раз в 25 лет - для сооружения высотой 2,8 + 15 = 17,8 м < 20 м, III класса капитальности h_1% = l,6 м при средней длине волны l_1% =  = 105 м. (Учитывается в расчете с учетом половины ординаты интенсивности давления за счет демпфирующего влияния сооружения, скорости колебания уровня за стенкой).