Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Основы проектирования гидротехнических сооружений, лесных бирж и рейдов приплава
Седрисев Д Н, Рубинская А В, Аксёнов Н В, Кожевников А К,
7.1. Расчет устойчивости сооружения на сдвиг по плоским поверхностям скольжения
Проверка устойчивости на сдвиг по плоским поверхностям скольжения производится для гидротехнических сооружений гравитационного типа, т.е. для таких сооружений, устойчивость которых обеспечивается в основном благодаря собственному весу сооружения.
Для обеспечения устойчивости сооружения должно быть выполнено условие:
Ed,1 ≥ Rh,1, (7.1)
|
где Ed,1 – |
расчетное значение суммы сдвигающих сооружение сил, кН; |
|
Rh,1 – |
расчетное значение суммы удерживающих сооружение сил, кН. |
Расчетные значения сдвигающих Ed,1 и удерживающих Rh,1 сил определяются по их нормативным значениям Ed и Rh, с учетом системы коэффициентов (коэффициента надежности по ответственности сооружения уп, коэффициента надежности по нагрузке yf коэффициента сочетания нагрузок ylc, коэффициента условий работы ус и дополнительного коэффициента условий работы уса) по формулам:
Ed,1 = упyfylcусаEd; Rh,1 = усRh, (7.2)
где Ed и Rh – соответственно сумма сдвигающих и сумма удерживающих сил от нормативных нагрузок, действующих на сооружение, кН.
Коэффициент условий работы ус для портовых гидротехнических сооружений на всех видах оснований принимается равным 1,15, а дополнительный коэффициент условий работы уса для основного сочетания нагрузок принимается равным 0,95. Значения сдвигающих Ed и удерживающих Rh сил зависят от вида сооружения и условий его работы.
Рассмотрим силы, действующие на сооружение, возможные поверхности сдвига на примере портового гидротехнического сооружения гравитационного типа, за тыловой гранью которого отсыпан грунт (рис. 7.1).
В результате бокового (активного) давления грунта на тыловую грань сооружения возникает горизонтальная сдвигающая сила c кН, которая определяется как площадь эпюры активного давления грунта.
Сила Ed стремится сдвинуть сооружение по плоскости АВ (по контакту между подошвой сооружения и постелью).
Сдвигу препятствует удерживающая сила Rh, кН, предельное значение которой определяется по формуле Rh = Gf, где G – сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения, кН; f – коэффициент трения по поверхности сдвига, принимаемый при сдвиге бетонного сооружения в воде по поверхности каменной постели равным 0,5.
Подставляя значение Ed,1 и Rh,1 в формулу (7.1), получаем условие устойчивости при сдвиге по контакту сооружения с каменной постелью упyfylcусаEd ≤ Gf.
Потеря устойчивости сооружения может произойти также при сдвиге его вместе с каменной постелью. Возможная плоскость сдвига намечается в этом случае в зависимости от положения каменной постели по отношению к грунту основания.
Рис. 7.1. Схемы к расчету устойчивости сооружений при плоском сдвиге:
а – сооружение на заглубленной’ каменной постели;
б – сооружение на каменной постели, расположенной на поверхности грунта основания
Каменная постель заглублена в грунт основания (рис. 7.1, а). Рассматривается возможность сдвига сооружения с каменной постелью по системе плоскостей ВС, СЕ, EF. Для обеспечения устойчивости сооружения должно быть выполнено условие:
Ed,1 ≤ yl[(G + G1 + G2)fg + Ep], (7.3)
|
где Ed,1 – |
расчетное значение сдвигающих сил, кН; |
|
G – |
сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения, кН; |
|
GL – |
вес части каменной постели в контуре ELBC, определяемый по формуле G1 = (Ь1 + b’) hbpsg; |
|
b’ – |
ширина площадки сдвига, на которую передается давление от соору- |
|
hb – |
толщина каменной постели, м; |
|
ps – |
плотность каменной наброски, определенная с учетом взвешивающего воздействия воды, т/м3; |
|
G2 – |
вес засыпки в контуре LKEy, равный |
|
fg – |
коэффициент трения каменной постели по грунту основания, принимаемый равным tgφg (здесь φg – угол внутреннего трения грунта основания); |
|
Ep – |
удерживающая горизонтальная сила отпора грунта перед постелью, кН, принимаемая по меньшему из значений силы Ер, определенной по формулам сопротивления грунта засыпки в контуре FKE и пассивного давления грунта
|
|
рf – |
плотность засыпки, определенная с учетом взвешивающего воздействия воды, т/м3; |
|
g – |
ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; |
|
то – |
заложение откоса котлована; |
|
λp – |
коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта засыпки. |
Каменная постель находится на поверхности грунта основания (рис. 7.1, б). В этом случае проверяется возможность сдвига сооружения вместе с каменной постелью по плоскости СЕ (по контакту подошвы каменной постели и грунта основания) или по наклонной плоскости BE.
Для обеспечения устойчивости сооружения при сдвиге по плоскости СЕ должно быть выполнено условие
(7.4)
Для обеспечения устойчивости сооружения при сдвиге по наклонной плоскости BE должно быть выполнено условие
(7.5)
|
где |
сумма проекций на плоскость сдвига BE сил, действующих выше этой плоскости, кН, определяемая по формуле, |
(7.6)
|
G’ – |
сумма проекций сил, действующих выше плоскости сдвига BE на нормаль к этой плоскости, кН, определяемая по формуле, |
(7.7)
|
где fs – |
коэффициент внутреннего трения каменной наброски, который допускается принимать tgφs = tg45° = 1,0; |
|
G и Ed – |
то же, что и в формуле (7.3); |
|
G3 – |
вес части постели в контуре LBE, кН, определяемый по формуле Ga = 0,5 (b’ + Ь1)hbpsg; |
|
ψ – |
угол между подошвой сооружения и плоскостью сдвига BE. |
При определении сдвигающих и удерживающих сил по приведенным выше формулам следует учитывать, что расчет гравитационных сооружений большой протяженности обычно производится для участка сооружения длиной 1 м, условно вырезанного двумя вертикальными поперечными плоскостями.