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,
7.7. Расчет осадок, крена и горизонтальных смещений сооружения
Расчет деформаций сооружения на нескальном основании. Целью расчета оснований сооружений по деформациям (расчеты по предельным состояниям второй группы) является ограничение перемещений фундаментов сооружений и над фундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность.
Гидротехнические сооружения гравитационного типа под воздействием вертикальных и горизонтальных нагрузок получают вертикальные перемещения s (осадки), горизонтальные смещения (и) и крены i (рис. 7.9).
Расчет гидротехнических сооружений на нескальных основаниях по деформациям производится из условий s ≤ su; и ≤ ии; i < iu,» в соответствии с которыми значения конечных осадок, горизонтальных смещений и кренов сооружений, определяемые расчетом, не должны превышать их предельных значений.
Расчеты совместных деформаций основания и сооружения допускается
производить в условиях плоской задачи и с учетом пространственной схемы
деформации основания. С пространственной задачей приходится встречаться
при расчете оснований отдельно стоящих сооружений и опор при соотношении
сторон опорных площадок меньше трех. В этом случае при определении
напряженно-деформированного
состояния в какой-нибудь точке основания приходится учитывать все три координаты, характеризующие ее положение.
Если сооружение имеет прямоугольную форму, длина которого значительно больше его ширины, а нагрузка, действующая в плоскости поперечного сечения, по длине подошвы сооружения не меняется, считается, что основание сооружения находится в условиях плоской деформации (плоская задача). При решении такой задачи вырезают полосу с помощью двух поперечных сечений на расстоянии 1 м одно от другого и рассчитывают деформации именно этой полосы, так как все остальные полосы находятся в аналогичных условиях работы. Деформации протекают в плоскости поперечного сечения, в продольном направлении деформациям препятствуют соседние полосы.
Рис. 7.9. Схема деформаций гравитационного сооружения
Для портовых гидротехнических сооружений с малым эксцентриситетом приложения равнодействующей нагрузки (ер < 0,2b) расчет по деформациям допускается не производить, если соблюдено условие
Pm ≤ R, (7.37)
|
где Рт – |
среднее давление на грунт основания от действующих нагрузок с учетом веса постели; |
|
R – |
давление на грунт основания, вычисляемое по формуле: |
(7.38)
|
yс1 и yc2 – |
коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.01–83; |
|
k – |
коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены путем непосредственных испытаний, и k = 1,1; |
|
Mv – |
безразмерные коэффициенты, в зависимости от φII грунта основания; |
|
kz – |
коэффициент, принимаемый равным единице при b < 10 м и kz = z0/b + 0,2 (здесь z0 = 8 м) при b ≥ 10 м; |
|
b – |
ширина подошвы фундамента, м; |
|
yII, y’II – |
удельный вес соответственно грунта основания и материала постели, кН/м3; |
|
d – |
заглубление подошвы сооружения от отметки проектного дна; |
|
сп – |
удельное сцепление грунта, залегающего под подошвой постели, к Па. |
Расчет осадок сооружения. Конечная осадка сооружения s – это вертикальная деформация основания в пределах сжимаемой толщи грунта основания. Для определения осадки сооружения, расположенного на нескальном основании, рекомендуется использовать метод послойного суммирования осадок и метод линейно деформируемого слоя.
Метод послойного суммирования применяется в тех случаях, когда ширина (или диаметр) подошвы сооружения менее 10 м, а модуль деформации грунтов основания Е меньше 10 МПа.
В основу этого метода определения осадок положено допущение, что осадка происходит под действием дополнительного давления σZ, представляющего собой разность между средним давлением pest от внешней нагрузки под подошвой сооружения и природным (от собственного веса грунта) давлением σzg на уровне подошвы фундамента.
Конечная осадка по методу послойного суммирования в пределах сжимаемого слоя Нс определяется по формуле:
(7.39)
|
где β – |
безразмерный коэффициент, равный 0,8; |
|
п – |
число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания; |
|
σzi – |
дополнительное нормальное напряжение в середине i-го слоя основания от нагрузок и пригрузок (соседние сооружения, обратные засыпки и пр.); |
|
ti – |
толщина i-го слоя; |
|
Ei – |
модуль деформации i-го слоя грунта основания. |
Глубина сжимаемой толщи грунта принимается на уровне, на котором дополнительное давление составляет 20 % от значения бытового давления, т.е. соблюдается условие σzi = 0,2σzg. Если найденная граница сжимаемой толщи Нс оказывается в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Нс, то в сжимаемую толщу дополнительно включают такой слой и границу сжимаемой толщи находят из соотношения σzi = 0,lσzg.
Расчетная схема линейно деформируемого слоя конечной мощности используется для расчета осадок, если в пределах сжимаемой толщи основания Hс залегает слой грунта с модулем деформации Е ≥ 100 МПа, или сооружение имеет размер подошвы (ширину или диаметр) более 10 м, а модуль деформации грунтов основания более 10 МПа.
Расчет осадки сооружения по этому методу основан на допущении, что осадка вызывается воздействием полного среднего давления, действующим по подошве сооружения (без вычета природного давления). Осадка основания в этом случае
(7.40)
|
где р – |
среднее давление на грунт под подошвой сооружения, кПа; |
|
b – |
ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента, м; |
|
kc и km – |
коэффициенты; |
|
п – |
количество слоев, различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщи слоя H; |
|
ki и ki-1 – |
коэффициенты, определяемые в зависимости от формы подошвы
фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента l/b
и относительной глубины залегания ζ подошвы слоя z к полуширине подошвы
сооружения b (ζ = 2zlb); для i-го слоя грунта относительная глубина
залегания подошвы и кровли слоя равна соответственно |
|
Ei – |
модуль деформации i-го слоя грунта, МПа. |
Расчет крена сооружения. При расчете портовых сооружений приходится решать задачу, связанную с определением крена сооружения от пригрузки основания вне подошвы сооружения, что может быть при осуществлении обратной засыпки грунта за тыловой гранью возводимого сооружения.
В зависимости от формы засыпаемого котлована пригрузку допускается аппроксимировать прямоугольной, треугольной или трапецеидальной эпюрой (рис. 7.10, а).
Крен сооружения определяется как разность осадок двух точек, расположенных на противоположных краях подошвы сооружения, деленная на расстояние между этими точками
(7.41)
|
где sA, sB – |
осадки краев подошвы сооружения (точки А и В), определяемые методом послойного суммирования при значении дополнительного вертикального давления на глубине zi основания σz, p, i = αq и соответственно x1,A = c + b и x1,B = c; |
|
α – |
коэффициент, учитывающий изменение по глубине дополнительного давления в грунте и определяемый для прямоугольной пригрузки по графикам на рис. 7.10, б, а для треугольной пригрузки по графикам на рис. 7.10, в; |
|
b – |
ширина сооружения, м; |
|
2с – |
ширина полосы пригрузки, м. |
Рис. 7.10. Схема и графики к определению крена сооружения от пригрузки:
а – схема к определению крена; б – график для определения коэффициента αi
для прямоугольной пригрузки; в – графики для определения коэффициента αi
для треугольной пригрузки
При определении значения пригрузки следует учитывать очередность возведения сооружения и пригрузки. Пригрузка учитывается полностью при любых грунтах основания, если она осуществляется после возведения сооружения. Если пригрузка осуществляется до возведения сооружения, то при расположении сооружения на несвязных грунтах она не учитывается, а на связных грунтах учитывается в размере 50 % полного веса пригрузки.
Рис. 7.11. Схемы к определению горизонтальных смещений сооружения:
а – при однородном основании; б – при горизонтально-слоистом основании
Рис. 7.12. График для определения коэффициента Ф
при расчете горизонтального смещения сооружения
Расчет горизонтальных перемещений сооружений на нескальных основаниях.
Расчет конечных горизонтальных перемещений гравитационных сооружений с горизонтальной подошвой, расположенных на однородном или горизонтально-слоистом основании (рис. 4.14), следует производить по формуле
(7.42)
|
где q – |
суммарная горизонтальная нагрузка на единицу длины сору жения, кН; в нагрузку Q следует включать все силы, действующие на сооружение в направлении сдвига, за вычетом сил отпора, принимаемых равными силам от воздействия грунта в состоянии покоя; |
|
п – |
число слоев грунта в пределах смещаемой толщи Hdis; |
|
Ф – |
коэффициент, определяемый по графику на рис. 7.12, в зависимости от отношения глубины залегания ht подошвы i-го слоя грунта к полуширине сооружения b/2; |
|
Edis – |
модуль деформации смещаемого слоя грунта. |
Расчетная глубина смещаемой толщи, м,
(7.43)
где Нс – глубина сжимаемой толщи.
Контрольные вопросы:
1. Расчет устойчивости сооружения на сдвиг по плоским поверхностям скольжения
2. Расчет общей устойчивости сооружения на сдвиг по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения
3. Расчет устойчивости сооружения на опрокидывание
4. Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы
5. Расчет элементов стальных конструкций по предельным состояниям первой группы
6. Расчет нормальных краевых напряжений под подошвой сооружения
7. Расчет осадок, крена и горизонтальных смещений сооружения