Руководство по проектированию свайных пирсов и набережных для строительства в сейсмических районах

Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт морского транспорта

(СОЮЗМОРНИИПРОЕКТ)

Дальневосточный филиал

ДАЛЬМОРНИИПРОЕКТ

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙНЫХ ПИРСОВ И НАБЕРЕЖНЫХ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

РД 31.31.39-86

Главный инженер

Дальморниипроекта

________________ А.Ф.Кожевников

28 ноября 1985г.

г. Владивосток 1986

РАЗРАБОТАНО   Государственным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом морского транспорта "Союзморниипроект"

Дальневосточный филиал "ДАЛЬМОРНИИПРОЕКТ"

Главный инженер                                А.Ф.Кожевников

Руководитель разработки,

отв. исполнитель к.т.н.                        Л.Ф.Штанько

Исполнители:                                       Г.М.Кузнецова

                                                                                         С.И. Чернышев

СОГЛАСОВАНО Институтом строительной механики и сейсмостойкости АН Грузинской ССР

Директор член-корр. АН ГССР          Ш.Г.Напетваридзе

УТВЕРЖДЕНО    Распоряжением главного инженера института "Союзморниипроект" от 11.03.86г. № 33

СОДЕРЖАНИЕ

Срок введения в действие

установлен с 01.10.86

Руководство устанавливает основные положения расчета причальных сооружений эстакадного типа и расположенных на причалах высотных надстроек, возводимых в сейсмических районах, а также содержит требования к их конструированию.

Руководство разработано на основе главы СНиП II-7-81 и предназначено для проектирования причальных сооружений, располагаемых в районах с расчетной сейсмичностью от 7 до 9 баллов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Расчёты причальных сооружений на сейсмические воздействия должны включать:

оценку сейсмичности площадки строительства;

выбор динамических расчётных схем сооружений;

определение сейсмических нагрузок, возбуждаемых в сооружении при расчётном землетрясении;

проверки прочности конструкции, общей устойчивости сооружения и устойчивости подпричального откоса причальных сооружений с учётом действия сейсмических нагрузок;

оценку несущей способности свай на сжимающую или выдергивающую нагрузки в условиях сейсмического воздействия.

1.2. Сейсмичность площадки строительства следует устанавливать на основании данных сейсморайонирования территории СССР и сейсмического микрорайонирования в зависимости от структуры и категории грунтов основания, их водонасыщенности, а также с учётом расположения площадки на рельефе местности. При этом к грунтам основания следует относить грунты, расположенные ниже зоны условного защемления свай.

Для площадки строительства, расположенной у основания склона с крутизной более 15° и сложенной грунтами более низкой категория, чем у склона, расчётную сейсмичность следует увеличивать на 0,5 балла.

1.3. Определение сейсмических нагрузок, действующих на подпричальный откос, необходимо производить в соответствии с требованиями СНиП II-7-81 и РД 31.31.26-81. Размеры грунтового массива, включаемого в динамическую схему подпричального откоса, следует назначать по рекомендациям РД 31.31.26-81.

1.4. Проверки прочности конструкции, общей устойчивости сооружения и устойчивости подпричального откоса необходимо производить на сейсмические нагрузки совместно с другими видами нагрузок, входящих в особое сочетание нагрузок и воздействий, согласно действующим нормативным документам. Состав нагрузок особого сочетания определяется главами СНиП II-6-74, СНиП II-51-74, а также ВСН 3-80 (Минморфлота).

1.5. Оценку несущей способности свай на сжимающую или выдергивающую нагрузки в условиях сейсмического воздействия следует производить согласно требованиям главы СНиП II-17-77.

2. СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

2.1. Расчёты причальных сооружений эстакадного типа при оценке их сейсмостойкости допускается выполнять для случая сейсмического воздействия горизонтального направления, как наиболее опасного для сооружения.

2.2. При проверке прочности конструктивных элементов причальных сооружений и высотных надстроек расчёт выполняется для двух случаев, когда расчётное направление сейсмического воздействия перпендикулярно продольной оси сооружения и когда совпадает с ней.

2.3. При проверке общей устойчивости сооружения и устойчивости подпричального откоса направление сейсмического воздействия принимается перпендикулярным продольной оси сооружения.

2.4. Вертикальное направление сейсмического воздействия необходимо учитывать согласно СНиП II-7-81, а также при проверке несущей способности свайных опор по грунту на действие сжимающих и выдергивающих нагрузок.

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТНЫЕ СХЕМЫ

3.1. Динамические расчётные схемы следует представлять:

в зависимости от наличия связей между секциями в виде отдельной секции, либо в виде цепочки секций;

в зависимости от деформативного верхнего строения секции и горизонтальной плоскости - в виде деформируемой конструкции (плиты или балки), либо в виде жёсткого диска, опирающихся на упругие свайные опоры;

в зависимости от наличия высотных надстроек - с надстройками либо без надстроек.

Варианты динамических расчётных схем представлены на рис.1, а также в справочных приложениях 1-3.

3.2. Динамические расчётные схемы следует представлять в дискретном виде, концентрируя массу сооружения в узловых точках. Узлы концентрации масс рекомендуется располагать равномерно по сооружению и при возможности совмещать с узлами пересечения конструктивных элементов различных направлений. В пределах длины деформируемой в горизонтальной плоскости секции число узлов концентрации масс следует принимать не менее пяти.

Рис. 1. Варианты динамических расчетных схем:

а - в виде цепочки секций;

б, в, г - секции с высотными надстройками

При концентрации масс допускается использовать правило "грузовых площадей", собирая в узел массу с площади, ограниченной половинами смежных пролётов между узлами.

Сравнительно более жёсткие блоки в пределах динамической расчётной схемы допускается представлять в виде абсолютно жёстких дисков. Каждый жёсткий диск рассматривается обладающим двумя степенями свободы: перемещением V центра масс диска в направлении сейсмического воздействия и углом поворота φ в горизонтальной плоскости (рис.2). В остальных случаях каждая сосредоточенная масса обладает одной степенью свободы - смещением в направлении сейсмического воздействия.

3.3. Верхнее строение секции допускается представлять в виде жёсткого диска, если параметры секции удовлетворяют неравенству

,                                                        (1)

где Кvv - суммарный коэффициент горизонтальной жёсткости свайного поля секции, определяемый по п.3.5, кH/м;

L - длина секции, м;

EJ - жёсткость конструкции верхнего строения на изгиб в горизонтальной плоскости, кН·м2.

3.4. При определении массы секции следует учитывать:

массу верхнего строения, включая массу оборудования;

массу временных грузов на причале в размере 0,8 от расчётной массы;

приведённую к уровню плиты массу свай и присоединённой к ним воды.

Приведённую к верхнему строению массу свай и присоединённой к ним воды допускается определять по формуле

,                                                  (2)

где mp - интенсивность массы р-й сваи с присоединённой к ней водой, т/м;

lp - расчётная длина р-й сваи, измеряемая от плиты верхнего строения до уровня защемления сваи в грунте, определяемая по ВСH 3-80/Минморфлота, м.

Присоединённую к сваям массу воды следует определять в соответствии со СНиП II-7-81.

3.5. Коэффициенты горизонтальной жёсткости свай следует определять в соответствии с требованиями СНиП II-17-77, ВCН 3-80/Минморфлот и РД 31.31.27-81.

Коэффициенты жёсткости свайного поля секции причала при представлении плиты в виде жёсткого диска определяются по формулам

, ,                                               (3)

,

где Кvv - коэффициент горизонтальной жёсткости свайного поля секции при её смещении, кН/м;

Кφφ - коэффициент горизонтальной жёсткости свайного поля секции при её повороте, кН·м;

Кφv = Кvφ - смешанный коэффициент жёсткости, характеризующий наличие эксцентриситета по длине между центром масс секции (начало координат) и центром жёсткости свайного поля, кН;

Срх, Срy, Срφ - коэффициенты жёсткости р-й сваи или свайной опоры соответственно при смещении её в направлении осей x, y и при повороте в горизонтальной плоскости, кН/м, кН/м и кН·м;

Рис. 2. Схемы перемещений секций в плане:

а) - для жёсткого диска;

б) - для деформируемой конструкции верхнего строения;

x, y - координатные оси в горизонтальной плоскости плиты;

у’ - координатная ось переместившейся плиты;

М - центр масс плиты;

G - центр жёсткости свайного поля;

е - эксцентриситет;

V - перемещение центра масс плиты;

φ - угол поворота плиты;

Vк - перемещение узла К.

xp, yp - координаты р-й сваи относительно центра масс секции (х - в направлении сейсмического воздействия, у - в перпендикулярном направлении), м;

n - число свай в секции.

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

4.1. Сейсмические нагрузки, возникающие при землетрясении в причальном сооружении и высотных надстройках, необходимо определять, исходя из рассмотрения совместных сейсмических колебаний сооружения и надстроек.

На стадии предварительных расчётов по выбору конструкции причальных сооружений и высотных надстроек допускается сейсмические нагрузки определять, исходя из рассмотрения сейсмических колебаний отдельно причального сооружения и отдельно надстройки. При этом необходимо учитывать взаимное влияние расчленяемых подсистем согласно рекомендуемому приложению 4.

4.2. Определение сейсмических нагрузок, вызываемых их действием перемещений сооружения и внутренних усилий в элементах конструкции, следует выполнять с использованием спектрального подхода (см. раздел 5 настоящего Руководства и справочное приложение 5).

Расчёты акселерограммы следует производить для случаев оговоренных в СНиП II-7-81.

4.3. Возникающие при землетрясении сейсмические нагрузки и вызываемые ими внутренние усилия в элементах конструкции рекомендуется определять в виде сумму среднего значения искомой величины и случайной составляющей, обусловленной возможными случайными изменениями (отклонениями) от средних значений параметров динамических расчётных схем (масс, жёсткостей, эксцентриситета между центрами масс и жёсткости) и параметров прогнозируемого землетрясения (расчётное ускорение основания Ag, спектральная кривая коэффициента динамичности β).

Расчётные значения искомых величин необходимо определять с обеспеченностью не ниже 0,95. Алгоритм указанных вероятностных методов расчёта приведён в рекомендуемом приложении 6.

4.4. Для причальных сооружений эстакадного типа учёт эксцентриситета между центрами масс секции и центрами жёсткости свайного поля (см. рис. 2) является обязательным. При этом среднеквадратическое отклонение случайного эксцентриситета  следует принимать не менее 0,015L, где L - линейный горизонтальный размер секции в направлении, перпендикулярном направлению сейсмического воздействия (см. пример расчёта в приложении 5).

5. РАСЧЕТ ПО СПЕКТРАЛЬНОМУ МЕТОДУ

5.1. Расчётная сейсмическая нагрузка, действующая в направлении к-й степени свободы и соответствующая i-му тону собственных колебаний сооружения, определяется по формуле

,                                                        (4)

где k1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения, принимаемый для причальных сооружений равным 0,25;

kψ - коэффициент диссипации, принимаемый для причальных сооружений эстакадного типа равным 1,2;

mk - коэффициент инерции для k-й степени свободы динамической схемы сооружения равен, массе Mk для перемещений Vk и моменту инерции массы θk для углов поворота φk, т и т·м2;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

А - коэффициент сейсмичности, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 для расчётной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов соответственно, и уточняемый согласно п.1.3;

ηki - коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону, определяемый по формуле (5), для приближённых расчётов рекомендуется приложение 3;