Основы проектирования гидротехнических сооружений, лесных бирж и рейдов приплава
Седрисев Д Н, Рубинская А В, Аксёнов Н В, Кожевников А К,
Причальные сооружения (здесь рассмотрим методы расчета лишь наиболее распространенных причальных сооружений в лесной промышленности – причальных набережных) рассчитываются на силовые воздействия по методу предельных состояний. Расчет рекомендуется выполнять по трем предельным состояниям:
– по устойчивости и прочности;
– по деформациям;
– по трещиностойкости (по образованию или ограничению величин раскрытия трещин).
Или по двум группам предельных состояний:
– первая группа – по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации;
– вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации.
Эти два способа расчета принципиально не отличаются. Во втором случае (по двум группам) вторая группа учитывает одновременно 2 и 3 предельные состояния первого способа.
Предельными называют состояния, при которых сооружение теряет способность сопротивления внешним нагрузкам и воздействиям (подраздел 2.2, 2.3) или получает недопустимые деформации, а также местные повреждения.
Расчеты по первой группе предельных состояний ведутся для предотвращения: разрушений любого характера (расчет по прочности); потери устойчивости положения конструкций (расчет на опрокидывание и скольжение) или ее формы (расчет на общую и местную устойчивость тонкостенных элементов).
Расчеты по второй группе предотвращают: чрезмерные перемещения (прогибы, осадки, углы поворота и т.д.), а также образование и недопустимое раскрытие трещин в железобетонных конструкциях.
Достижение предельных состояний зависит от: величины внешних нагрузок и воздействий на причальную стенку, механических характеристик материалов, условий работы конструкций и материалов, из которых она изготовлена. Статистическая изменчивость перечисленных факторов учитывается расчетными коэффициентами надежности: по назначению, по нагрузке, по материалу и условиям работы [14].
При расчете гидротехнических сооружений нагрузки и воздействия принимают по СНиП. В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные, в свою очередь, подразделяют на длительные, кратковременные и особые.
Постоянные нагрузки – вес элементов причала и грунта засыпки, нагрузки от постоянных сооружений и технологического оборудования, расположенного на причале (склады, подъездные пути и др.), не изменяющего своего положения в процессе эксплуатации ГТС.
Временные нагрузки, как указывалось ранее, бывают трех видов:
– временные длительные – вес транспортных и перегрузочных машин,
штабелей лесоматериалов, давления грунта от воздействия на него
перечисленных здесь
нагрузок, гидростатического давления с тыловой стороны ГТС, вызываемое снижением уровня воды перед причалом;
– кратковременные – нагрузки, возникающие при откате волн, швартовке судов или плотов, воздействия льда, ветра и др;
– особые – сейсмические воздействия, воздействия от неравномерных деформаций основания ГТС, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта, ледовые нагрузки при прорыве заторов и др.
Определение величины сил и нагрузок, действующих на ГТС, рассмотрено в подразделах 2.2 и 2.3.
Величины нагрузок, устанавливаемые нормами (например, СНиП 2.06.01-86 и СНиП 2.06.04-82) с учетом заданной вероятности превышения средних значений, называются нормативными.
Возможные отклонения нагрузок в большую сторону от их нормативных значений вследствие отступлений от условий нормативной эксплуатации ГТС учитывают коэффициентами надежности:
– по нагрузке – kнн;
– от сочетания нагрузок – kнс;
– по материалу – kнм;
– от условий работы – kну;
– по назначению – kнз.
За расчетные нагрузки принимаются значения, полученные умножением нормативных величин на соответствующие коэффициенты надежности.
При расчете по первой группе предельных состояний принимают следующие значения коэффициентов:
– от веса конструкций kнн = 1,05 – 1,1;
– от веса снега kнн = 1,4 – 1,6;
– от давления грунта kнн = 1,1 – 1,15;
– от ветрового давления kнн = 1,4;
– от гидростатического и волнового давления kнн = 1,0;
– от давления льда и кранов kнн = 1,1 ;
– от сочетания нагрузок kнс = 1,0;
– по материалу: для стального проката kнм = 1,025 – 1,15; для бетона kнм = 1,3 (при сжатии) и kнм = 1,5 (при растяжении); для древесины kнм = 1,7 – 5,5.
При расчете по второй группе предельных состояний принимают:
– kнн = 1,0; kнс = 1,0; kнм = 1,0.
Коэффициент kну учитывает влияние температуры, влажности и агрессивности среды условия, характер и стадию работы конструкции и др. При благоприятных условиях работы kну > 1, а при неблагоприятных kну < 1.
Степень ответственности и капитальности сооружений в расчетах учитывается коэффициентом kнз. Гидротехнические сооружения по капитальности делятся на четыре класса, для которых коэффициенты надежности по назначению составляют: I класс – 1,25; II класс – 1,2;
III класс – 1,15; IV класс – 1,1. На коэффициенты kнз делят значение несущей способности или расчетные сопротивления, предельно допустимые деформации и величины раскрытия трещин либо умножают величины расчетных нагрузок.
Таким образом, при расчете сооружений по первому предельному состоянию условие прочности с учетом рассмотренных коэффициентов можно представить в общем виде [14]
(2.1)
где – |
расчетное усилие от нагрузок со своими коэффициентами; |
Ф – |
функция несущей способности сооружения; |
S – |
геометрические характеристики сечения сооружения; |
Rn – |
нормативные сопротивления, которые можно определить по зависимости |
Rn = Rm(1 – χϑ), (2.2)
где Rm – |
среднее значение показателя прочности; |
ϑ – |
коэффициент вариации прочности; |
χ – |
число, оценивающее вероятность повторения наименьшего значения прочности не более чем у 5 % образцов, принимают χ = 1,64. |
Смысл зависимости (2.1) состоит в том, что наибольшее внешнее усилие не должно превышать наименьшую несущую способность конструкции.
По второй группе предельных состояний основное условие для расчета можно представить в виде
(2.3)
где Δ – |
перемещение от расчетных нагрузок с коэффициентом kнз = 1; |
f – |
предельная нормативная величина перемещений. |
Железобетонные конструкции, кроме того , в зависимости от категории требований к их трещиностойкости рассчитывают по образованию трещин.