Страница 47: РД 31.31.27-81. Руководство по проектированию морских причальных сооружений (52703)

Ic = 0,154 м4 - момент инерции сечения сваи-оболочки (см. разд. 1 настоящего расчета);

 - усилие в анкере с учетом коэффициента на перезаглубление стенки;

Ra = 23,5 тс/м - по рис. 5;

Еa = 20000000 тс/м2 - модуль упругости стали;

La = 18,0 + 1,0 = 19,0 м - длина анкера (рис. 6);

Fa = 0,0044 м2 - площадь сечения анкера;

Mp = 151,40 тс·м/м - изгибающий момент (значение определено в начале разд. 6 настоящего расчета).

или 1,1Pн · 12,0 = 0,75 · 151,40;

Pн = 8,60 тс.

Принимаем для предварительного натяжения анкеров усилие Pн = 8,16 тс (меньшее из полученных значений).

8. РАСЧЕТ АНКЕРНОЙ ОПОРЫ

Принята козловая опора из призматических железобетонных свай сечением 40×40 см, забитых в грунт с наклоном 3 : 1. Головы свай заделаны в шапочную железобетонную балку. Расстояние опоры от лицевой стенки определено расположением ее за линией откоса, проведенной под углом внутреннего трения грунта засыпки I от пересечения плоскостей дна и лицевой стенки больверка (см. пунктирную линию на рис. 6).

Рис. 6. Схема к расчету козловой анкерной опоры

Расчет устойчивости и прочности опоры производится по первой группе предельных состояний. Расчетными нагрузками на опору являются анкерное усилие и вес грунта и- временных нагрузок, лежащих на шапочной балке. Козловые опоры поставлены с шагом анкерных тяг. С этой длины собираются нагрузки.

Вес грунта, лежащего на балке,

Нагрузка от равномерно распределенной нагрузки q

Собственный вес балки

Принимаем длину сваи lсв = 20 м. Тогда вес сваи Pсв = 0,4 · 0,4 · 20 · 1,5 = 4,8 тс.

Осевые усилия в козловых сваях определяются по формулам:

в сжатой свае от всех нагрузок

где  = 71,16 тс - см разд. 1 настоящего расчета;

в растянутой свае без учета временной равномерно распределенной нагрузки

(Измененная редакция).

Определение глубины погружения свай. Расчет глубины погружения свай производится по главе СНиП II-17-77. Глубина погружения определяется несущей способностью висячей сваи.

Рис. 7. Расчетная схема для определения не сущей способности сваи, работающей на сжимающую нагрузку.

Для свай, работающих на сжимающую нагрузку, расчет производится по формуле

где nc, n - то же, что в разд. 1 настоящего расчета;

mд = 1,0 - по ВСН 3-80 и настоящему Руководству;

kн = l,4 - по СНиП II-17-77, когда несущая способность свай определена расчетом;

m = 1,0 - по СНиП II-17-77;

mR = mf = 1,0 - по СНиП II-17-77 при погружении свай забивкой;

F = 0,4 · 0,4 = 0,16 м2 - площадь поперечного сечения сваи;

u = 4 · 0,4 = 1,6 м - периметр поперечного сечения сваи.

(Измененная редакция).

Основываясь на предположении, что к моменту эксплуатации закончатся основные осадки насыпного песчаного грунта, а также учитывая, что погружение свай ведется через насыпной грунт, принимаем, что в нем будут реализовываться силы трения по боковой поверхности свай в размере 0,3 от расчетного сопротивления f для данной категории грунта, т.е. для крупнозернистого песчаного грунта.

Расчетные сопротивления суглинка определены в соответствии с его показателем консистенции IL = 0,2. Расчленение пластов грунта на однородные слои приведено на рис. 7. За отсчетный уровень принимается расчетный уровень воды на Ñ 0,0.

Принимаем погружение сваи до  - 18,4 м:

169,2 < 172,66 тс - условие выполнено.

Для свай, работающих на выдергивание, расчет производится по формуле

где m = 0,8 - по СНиП II-17-77 для свай, погруженных на глубину более 4 м.

Расчетная схема для определения несущей способности сваи, работающей на выдергивание, дана на рис. 8.

Рис. 8. Расчетная схема для определения несущей способности сваи, работающей на выдергивание.

Принимаем глубину погружения на  - 22,8 м:

129,76 < 124,96 тс - условие не выполнено.

Увеличиваем глубину погружения на 1 м до Ñ - 23,8 м

 - условие выполнено.

Длина сжатой сваи с учетом заделки ее в шапочную балку и наклона

Длина растянутой сваи

Данные для расчета прочности железобетонных свай. Сваи запроектированы из бетона марки М300: Rnp = 135 кгс/см2. Арматура класса A-III марки стали 25Г2С: Ra = Ra.c = 3400 кгс/см2, и класса A-I марки стали ВСт3сп2: Ra.x = 1700 кгс/см2.

Расчет прочности свай в стадии эксплуатации. Расчет сваи, работающей на растяжение, производится по СНиП II-56-77 с учетом указаний настоящего Руководства из условия

где kн, nc, n - то же, что в разд. 2 настоящего расчета;

mд = 1,0 - растянутый железобетонный элемент, армированный 8-ю стержнями < 10 шт.;

ma = 1,10 - число рабочих стержней в поперечном сечении 8 шт. < 10;

Np = 103810 кгс - из статического расчета козловой опоры.

1,15 · 1,0 · 1,25 · 1,0 · 103810 = 1,10 · 3400Fa;

Fa = 39,90 см2.

Принимаем Fa = 8  25 = 39,27 см2.

Рис. 9. Сечение железобетонной сваи для расчета на внецентренное сжатие.

Расчет сваи, работающей на сжимающую нагрузку от продольной силы, производится по формулам внецентренного сжатия при наличии случайного эксцентриситета. Эксцентриситет  принимается в соответствии с и. 1.22 СНиП II-21-75 не менее одного из следующих значений: 1/600 всей длины элемента, 1/600×1900 = 3,17 см или 1/30 высоты сечения элемента, 1/30 · 40 = 1,33 см. Принимаем наибольшее из значений  = 3,17 см.

Проверка прочности производится по указаниям п. 3.65 Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкции из тяжелого бетона (без предварительного напряжения) для прямоугольных сечений с арматурой равномерно распределенной по линиям центров тяжести стержней (рис. 9).

Условие, по которому проверяется прочность сечения, принимается в зависимости от относительной высоты сжатой зоны:

где  - характеристика сжатой зоны бетона;

mд = 1,0 - по ВСН 3-80 для сжатого железобетонного элемента, армированного арматурой класса A-III;

Nс = 135360 кгс - из статического расчета козловой опоры для сваи, работающей на сжатие;

 - площадь сечения арматуры, расположенной у одной из граней, параллельных плоскости изгиба;

fп.н = fa - площадь одного промежуточного стержня;

pн = 1 - число промежуточных стержней у грани;

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

где ?? = 4000 - при использовании коэффициента условий работы бетона mб1 = 1.

Проверяем прочность сечения из условия при  > R:

где относительная величина продольной силы при равномерном сжатии всего сечения

относительная величина изгибающего момента при высоте сжатой зоны

относительная величина продольной силы при высоте сжатой зоны

Из условия прочности определяем fa:

Принимаем fa = 1 Æ 12 = 1,13 см2.

 - условие выбрано правильно.

Рис. 10. Схема для расчета сваи на подъем за две точки со стенда.

Расчет прочности сваи во время строительства. Подъем сваи со стенда производим за две точки при достижении бетоном 70 %-ной прочности. Расчетная схема для подъема сваи, работающей на сжимающую нагрузку, представлена на рис, 10. Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса сваи qн = 0,4×0,4 · 2,5 = 0,4 тс/м.

Изгибающий момент на консоли и поперечная сила определяются с учетом коэффициента динамичности kд = 1,5 (см. п. 4.7 СНиП II-17-77):

Расчет на прочность выполняем в предположении, что сжатая зона сечения высотой  обеспечена работой бетона, арматура  в формуле принимается равной нулю, так как сжимающие напряжения стали в арматуре не могут реализоваться:

где kн = 1,15; nc = 0,95; mд = 0,95 - по п. 13.16 (8.8) и табл. 15 (5), поз. 1 настоящего Руководства для III класса капитальности, строительный случай, работа на изгиб, в сечении 8 арматурных стержней (меньше 10);

n = l,0 - по п. 4.7 СНиП II-17-77;

 - расстояние от растянутой грани до центра тяжести растянутой арматуры (рис. 11).

1,15 · 0,95 · 1,00 · 0,95 · 480000 = 1,0 · 0,7 · 135 · 40 · 0,989Fa (29 - 0,5 · 0,989Fa);

Принимаем: Fa = 5  12 = 5,65 см2;

x = 0,989 · 5,03 = 4,97 см < 2a = 10 см, т.е. условие расчета выбрано правильно.

Подъем сваи во время монтажа производим за одну точку при достижении бетоном 100 %-ной прочности.

Расчетная схема представлена на рис. 12. Момент и поперечная сила на консоли при kд = 1,5:

Производим расчет на прочность:

1,15 · 0,95 · 1,00 · 0,95 · 941000 = 1,0 · 135 · 40 · 0,693Fa (29 - 0,5 · 0,693Fa);

Принимаем: Fa = 5  16 = 10,05 см2 (разница с требуемой площадью сечения арматуры 2, т.е. в допустимых пределах).

x = 0,693 · 10,26 = 7,11 см < 2a¢ = 10 см - условия расчета выбраны правильно: .

Определяющим расчетом для армирования сжатой сваи является расчет на подъем за одну точку. Принимаем продольную арматуру Fa = 8  16 мм.

Подбор арматуры сваи, работающей на растяжение, выполняется аналогично. При подъеме сваи за одну точку расчетная схема представлена на рис. 13. Момент и поперечная сила на консоли при kд = 1,5:

Производим расчет в предположении  и :

1,15 · 0,95 · 1,00 · 0,95 · 1753000 = 1,0 · 135 · 40 · 0,693Fa (29 - 0,5 · 0,693Fa);

x = 0,693 · 23,19 = 16,07 см < 2a¢ = 10 см - условие не выполнено.

Расчет сечения на прочность производим с учетом арматуры, расположенной в сжатой зоне, когда x > 2a. Считаем, что 5 стержней расположено в растянутой зоне и 3 стержня - в сжатой: Fa - 5 стержней растянутой зоны,  - 3 стержня сжатой зоны:

1,15 · 0,95 · 1,00 · 0,95 · 1753000 = 1,0 · 135 · 40 · 0,277Fa (29 - 0,277Fa) + 1,10 · 3400 × 0,6Fa (29 - 5);

Рис. 11. Сечение железобетонной сваи для расчета на изгиб

Рис. 12. Расчетная схема для определения усилий в свае длиной 19 м во время монтажа

Вышеприведенным условием прочности, в котором учитывается арматура, расположенная в сжатой зоне, можно пользоваться, когда zб  za:

zб = h0 - 0,5x = 29 - 0,5 · 5,68 = 26,16 см;

za = h0 - a = 29 - 5 = 24 см;

26,16 < 0,24 см.

При несоблюдении условия площадь сечения растянутой арматуры определяется по формуле

Рис. 13. Расчетная схема для определения усилий в свае длиной 26 м во время монтажа

В данном случае арматура, принятая в расчете в стации эксплуатации, Fa = 5  25 = = 24,54 см > 20,27 см2 достаточна и для стадии монтажа.

Производим расчет на действие поперечной силы.

Размеры сечения достаточны при выполнении условия

где mд = 1,0 - по табл. 15 (5), поз. 2 настоящего Руководства.

1,15 · 0,95 · 1,00 · 1,0 · 4580 < 0,25 · 1,0 · 135 · 40 · 29;

5003,65 < 39150 кгс - условие выполнено.

Поперечная арматура ставится конструктивно при выполнении условия

где

5003,65 < 2900 кгс - условие не выполнено, требуется расчет поперечной арматуры.

Расчет производим по формуле

Поперечную арматуру принимаем класса A-I марки стали ВСт3сп2: Ra.x = 1700 кгс/см2.

Шаг u поперечной арматуры по конструктивным требованиям [см. п. 9.33 (3.26) настоящего Руководства] принимаем равным 20 см.

По конструктивным требованиям принимаем Fx = 2  6 = 0,57 см2.

Проверяем условие :

1,1 · 1700 · 0,57/20  1 · 10 · 40/2;

48,45 > 200 - условие не выполнено, количество арматуры Fx определяем по формуле

Окончательно принимаем Fx = 2 Æ 6 = 0,57 см2.

Длина проекции наклонного сечения, на которой ставится арматура Fx = 2  6 с шагом 20 см,

Примечание. При использовании примеров расчетов настоящего приложения необходимо иметь в виду:

1) буквенные обозначения в расчетах швартовных, судовых и волновых нагрузок отличаются от приведенных в СНиП 2.06.04-82 и соответствуют принятым в отмененной главе СНиП II-57-75 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)», по при расчете швартовных, судовых и волновых нагрузок следует руководствоваться указаниями главы СНиП 2.06.04-82;

2) коэффициенты условий работы арматуры ma, назначаемые по СНиП II-56-77, и дополнительные mд, назначаемые по табл. 15 (5) настоящего Руководства, в расчетах прочности элементов железобетонных конструкций приняты в зависимости от количества стержней рабочей арматуры в сечении элемента; с вводом в действие постановления Госстроя СССР от 31 декабря 1981 г. № 283 об изменении и дополнении главы СНиП II-56-77 коэффициент ma = l,15 исключается; на основании этого введены изменения в табл. 15 (5) настоящего Руководства, не учтенные в данных примерах расчетов;

3) расчеты элементов железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний выполнены только по раскрытию трещин, однако расчеты трещиностойкости необходимо начинать с расчета по образованию трещин, выполняя их по указанию главы СНиП II-21-75, для выяснения необходимости проведения расчетов по раскрытию трещин.

СОДЕРЖАНИЕ