Яковлев П.И., Тюрин А.П., Фортученко Ю.А. Портовые гидротехнические сооружения

Подождите немного. Документ загружается.

Постоянными нагрузками называют

такие, которые действуют на сооружение

постоянно, на протяжении всего срока

эксплуатации сооружения: вес строи-

тельных конструкций и технологиче-

ского оборудования (складов, эстакад,

вагоноопрокидывателей), расположение

которых на сооружении не изменяется

в процессе эксплуатации, давление грун-

та.

Временными длительными нагруз-

ками называют такие, которые воздей-

ствуют на сооружение продолжительное

время, но могут и отсутствовать: на-

грузки от технологического оборудо-

вания, транспортных и перегрузочных

машин (контейнерных перегружателей,

портальных, козловых, мостовых кра-

нов и др.), от массы складируемых гру-

зов, давление воды и т. д.

Кратковременными нагрузками назы-

вают нагрузки, действующие на соору-

жение непродолжительное время: на-

грузки от судов (навал пришварто-

ванного судна, навал судна при под-

ходе, швартовные), волновые и ледовые

нагрузки.

Особые нагрузки — это нагрузки, ко-

торые могут появиться в исключитель-

ных случаях, например, в результате

катастрофических явлений природы (зем-

летрясений, цунами и ,т. д.), взрывные

воздействия, воздействия неравномер-

ных деформаций основания в резуль-

тате просадки при замачивании и др.

Сочетания нагрузок. На

конструкцию или сооружение одновре-

менно может воздействовать несколько

нагрузок. Чем большее число временных

нагрузок воздействует на сооружение,

тем меньше вероятность совпадения их

наибольших значений, а сооружение,

рассчитанное на простую суммарную

комбинацию всех нагрузок, будет иметь

излишний запас прочности. Поэтому

сооружение обычно рассчитывают на

расчетные сочетания на грузок л

Установлены два расчетных сочета-

ния нагрузок:

основное сочетание нагрузок, вклю-

чающее все постоянные и временные

длительные нагрузки, а также одну из

кратковременных нагрузок, которая в

сочетании с постоянными и длительно-

действующими временными нагрузками

создает наиболее неблагоприятные ус-

ловия работы сооружения;

особое сочетание нагрузок, включаю-

щее все постоянные, временные дли-

тельные, возможные кратковременные

и одну из особых нагрузок. В расчет-

ных формулах вид сочетания нагрузок

учитывается введением коэффициента со-

четания нагрузок Yic, который прини-

мается равным: для основного соче-

тания нагрузок 1,0; для особого соче-

тания нагрузок 0,9; для сочетания*'на-

грузок на период строительства 0,95.

§ 2.3. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ

СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Несущая способность любой конст-

рукции зависит от способности мате-

риала этой конструкции сопротивляться

силовым воздействиям.

Нормы устанавливают предельное зна-

чение напряжений в материале, которое

называют его нормативным сопротив-

лением R

. Значения нормативных со-

противлений принимают по наименьшей

контролируемой или браковочной ха-

рактеристике в соответствии с действую-

щими стандартами на материалы. Обес-

печенность значений нормативных со-

противлений принимается не менее 0,95.

Возможность отклонения прочностных

характеристик материалов в неблаго-

приятную сторону от их нормативных

значений учитывается коэффициентом

надежности по материалу (грунту) у

). При расчете несущей способности

конструкции (основания) в формулах

принимается не нормативное сопротив-

ление материала, из которого выполнена

конструкция, а его наименьшее возмож-

ное значение, называемое расчетным

сопротивлением материала.

Расчетное сопротивление материала

(расчетная характеристика грунта) рав-

но нормативному сопротивлению, делен-

ному на коэффициент надежности по

материалу (грунту). Например,

щшщ

Численные значения коэффициентов

надежности по материалам устанавли-

ваются соответствующими нормативны-

ми документами по проектированию со-

оружений, их конструкций и оснований.

Рассмотрим нормативные и расчет-

ные сопротивления основных материа-

лов, применяемых в гидротехническом

строительстве.

Бетон. При расчете бетонных и

железобетонных конструкций в зависи-

мости от их вида и условий работы

устанавливаются показатели качества

бетона, именуемые классами и марками

бетона. В гидротехническом строитель-

стве применяются в основном бетоны

тяжелые и средней плотности от 2200

до 2500 кг/м

, включая бетоны, для

которых устанавливаются следующие по-

казатели качества бетона:

а) класс бетона по прочности на осе-

вое сжатие В (МПа), за который при-

нимается наименьшее контролируемое

значение временного сопротивления при

сжатии бетонных кубов с размером реб-

рз 15 см, испытанных согласно требова-

ниям соответствующего государственно-

го стандарта. Эта характеристика яв-

ляется основной и указывается во всех

случаях расчета гидротехнических кон-

струкций. Нормами установлены сле-

дующие классы бетона по прочности на

сжатие: В5; В7,5; BiO; В12,5; В15;

В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50;

В55; В60;

б) класс бетона по прочности на осе-

вое растяжение В* (МПа), за который

принимается временное сопротивление

осевому растяжению контрольных бе-

тонных образцов, испытанных в соот-

ветствии с государственным стандартом.

Эта характеристика выбирается в тех

случаях, когда эксплуатационные ка-

чества сооружения или его элементов

определяются работой растянутого бе-

тона или

образование трещин в эле-

ментах конструкций не допускается.

Нормами установлены следующие клас-

сы гидротехнического бетона по проч-

ности на осевое растяжение: ВД8;

В|1,2; В,1,6; В<2,4; В<2,8; В,3,2;

в) марка бетона по морозостойкости

F, за которую принимается число цик-

лов попеременного замораживания и от-

таивания испытуемого в насыщенном

водой состоянии бетонного образца без

снижения его прочности более чем на

15 %. Нормами установлены следующие

марки бетона по морозостойкости: F50;

F75; FI00; F150; F200; F300; F400; F500;

F600. Эта характеристика выбираете

по данным долгосрочных наблюдений

в зависимости от климатических у

СЛо

вий и числа расчетных циклов поперт

менного замораживания и оттаивания

в течение года для конструкций, под-

вергающихся в увлажненном состоянии

действию попеременного замораживания

и оттаивания;

г) марка бетона по водонепроницае-

мости w

за которую принимается то

наибольшее давление воды (МПа), при

котором еще не наблюдается просачи-

вания воды через испытываемый бетон-

ный образец в соответствии с требова-

ниями государственного стандарта. Эта

характеристика выбирается для кон-

струкций, к которым предъявляется тре-

бование ограничения проницаемости, в

зависимости от напорного градиента,

определяемого как отношение макси-

мального напора в метрах к толщине

конструкции в метрах. Нормами ус-

тановлены следующие марки бетона по

водонепроницаемости: W2; W\\ №6;

WS\ W)0; W\2. В нетрещиностойких

безнапорных конструкциях морских гид-

ротехнических сооружений марка бе-

тона по водонепроницаемости должна

быть не ниже W4. При значении напор-

ного градиента до 5 марка бетона по

водонепроницаемости должна принимать-

ся №4, при 5—10 Г6, при 10-15 Ш,

при 15—20 ПО, при 20—30 W12.

Возраст бетона (срок твердения), со-

ответствующий его классу по прочности

на сжатие В, и осевое растяжение В*

назначаются при проектировании ис-

ходя из возможных реальных сроков

за гр ужен и я констр у кци и п роектными

нагрузками, способа возведения, усло-

вий твердения бетона. При отсутствии

этих данных класс бетона устанавлива-

ется в возрасте 28 дней.

Нормативные и расчет-

ные характеристики бето-

н а. Класс бетона по прочности на осе-

вое сжатие (кубиковая прочность) яв-

ляется условным показателем и непо-

средственно при расчете прочности эле-

ментов конструкций не используется.

При осевом сжатии куба между пли-

тами пресса и опорными гранями об-

разца возникают силы трения, направ-

ленные внутрь и создающие эффект

обоймы, влияние которой на прочность

куба тем больше, чем меньше рас-

стояние между его торцами.

Поэтому прочность бетона при одно-

осном сжатии определяют испытанием

на сжатие бетонных призм с соотно-

шением высоты к стороне основания

hla~3—4, при котором силы трения на

торцах призмы практически не влияют

на ее прочность.

Прочность бетона при растяжении в

10—20 раз меньше, чем при сжатии.

Для ее количественной оценки произ-

водят испытания на разрыв бетонных

образцов в виде восьмерок, на раска-

лывание в виде цилиндров, на изгиб

бетонных балок согласно государствен-

ному стандарту.

За нормативные сопротивления бетона

в зависимости от того, на какое воздей-

ствие он работает, приняты: сопротив-

ление осевому сжатию призм (призмен-

ная прочность) и сопротивление осе-

вому растяжению Rbtn-

Нормативное сопротивление бетона

растяжению R

btn

в случаях, когда проч-

ность бетона не контролируется, при-

нимаются в зависимости от класса бе-

тона по прочности на сжатие В.

Если прочность бетона на растяжение

контролируется на производстве, то нор-

мативное сопротивление осевому рас-

тяжению Rbtn принимается равным его

гарантированной прочности (классу) на

осевое растяжение

Расчетные сопротивления бетона R

Rtt для расчета по первой группе

предельных состояний определяют де-

лением соответствующих нормативных

сопротивлений на коэффициенты на-

дежности по бетону при сжатии

или при растяжении 1,5. Более

высокое значение коэффициента надеж-

ности по бетону при растяжении, чем

при сжатии, обусловлено повышенной

изменчивостью прочностных свойств бе-

тона при растяжении.

Расчетные сопротивления бетона для

расчета по второй группе предельных

состояний Rb, serf Rbu ser устанавлива-

ют при значениях коэффициентов на-

дежности по бетону Yfcc^YM—l* так

как наступление предельных состояний

этой группы не столь опасно для соору-

Таблица 2.1

Класс

тяжелого

бетона по

прочности

на сжатие

Нормативное и рас-

четное сопротивление

бетона для предель-

ных состояний

второй группы, МПа

Расчетное сопро-

тивление бетона

для предельных

состояний первой

группы. МПа

Класс

тяжелого

бетона по

прочности

на сжатие

Сжатие

осевое

(призмеи-

ная проч-

ность)

«Ъ»

§Ц

яег

Растяже-

ние осевое

«Ь<«

bt. ser

Сжатие

осевое

(приэмен-

ная проч-

ность)

£ о

си

Я (J

а.

В5

В7.5

В10

BI2.5

В15

В 20

В 25

ВЗО

В35

В 40

В45

В50

В55

В60

3,5

5.5

7,5

9,5

П,0

15,0

18,5

22,0

25,5

29,0

32,0

36,0

39,5

43,0

0,55

0,70

0,85

1,00

1.16

1,40

1,60

1,80

1,95

2,10

2,20

2,30

2,40

2,50

2,8

4,5

6,0

7,5

8,5

11,5

14,5

17,0

19,5

22,0

25,0

27,5

30,0

33,0

0 37

0,48

0.57

0,66

0,75

0,90

1,05

1,20

1,30

1,40

1,45

1,55

1,60

1,65

жения (обычно не влечет за собой ава-

рий, катастроф или жертв).

В табл. 2.1 приведены нормативные

и расчетные сопротивления бетона для

предельных состояний первой и второй

групп в зависимости от класса бетона

по прочности на сжатие.

Расчетные сопротивления бетона для

первой группы предельных состояний

снижаются или повышаются умноже-

нием на соответствующие коэффициенты

условий работы бетона y

, учитываю-

щие свойства бетонов, длительность й

повторяемость нагрузки, условия и ха-

рактер работы конструкции, способ ее

изготовления, размеры сечения и т. д.

Арматура железобетон-

ных конструкций. Для арми-

рования железобетонных конструкций

гидротехнических сооружений без пред-

варительного напряжения применяется

арматура следующих классов:

стержневая горячекатаная: круглая

класса A-I, периодического профиля

классов А 41, A-III, а также А IV и A-V

(только для продольной арматуры вяза-

ных каркасов и сеток обычных и пред-

напряженных конструкций);

обыкновенная арматурная проволока

периодического профиля класса Вр-1.

Для армирования предварительно на-

пр я женных железобетонных ко нстр у к-

ций гидротехнических сооружений при-

меняется арматура следующих классов:

стержневая горячекатаная периоди-

ческого профиля классов A-IV, A-V,

А-Шв (упрочненная вытяжкой с конт-

ролем напряжений и удлинений);

стержневая термически упрочненная

классов Ат-V И AT-VI (стали повышен-

ной коррозионной стойкости);

высокопрочная арматурная проволо-

ка гладкая класса B-II и периодиче-

ского профиля класса Вр-II (применяют

в виде арматурных пучков из проволоки

диаметром не менее 5 мм).

За нормативные сопротивления арма-

туры R

принимаются наименьшие

контролируемые значения: для стерж-

невой арматуры, высокопрочной про-

волоки — предела текучести, физическо-

го или условного, равного напряжению,

соответствующему остаточному удлине-

нию 0,2 % (рис. 2.1); для обыкновен-

ной арматурной проволоки — напряже-

ния, равного 0,75 временного сопро-

тивления разрыву, определяемого как

отношение разрывного усилия к но-

минальной площади сечения.

Указанные контролируемые характе-

ристики арматуры принимаются в со-

ответствии с государственными стандар-

тами или техническими условиями на

Т а б л и и я 2,2

Вид и класс

арматуры

Норматив-

ное сопро-

тивление

растяже-

нию R

и расчет-

ное сопро-

тивление

растяже-

нию для

предель-

ных состо-

яний вто-

рой труп-

пы R

8,ser>

МПа

Расчетное cari0<>.

тивленне ярмагу

ры для предель-

ных состояний

первой группы

МПа

Растяжение

о»

с*

§#

й» Г1

а>>

<и 5

соо

О У

«о

к*

fr.

Стержневая арма-

тура класса:

225

A-I

235 225 175

225

А-II

295

280

225

280

A-III диаметром.

мм:

6-8

390

355

285*

355

10-40

390 365 290*

365

A-IV

590

510 405

400

A-V

785

680 545

400

A-VI

980 815 650

400

А-Шв с контро-

лем:

напряжения

540

490 390

200

и удлинения

только удлине-

540

450 360

200

ния

Проволочная ар-

матура класса

Вр-I диаметром.

мм:

410

375

270 375

405 365 265 365

395 360 260

360

* В сварных каркасах для хомутов

класса А-III, диаметр которых меньше

продольных стержней, значения R»w

равными 255 МПа.

из арматуры

1г диаметра

принимаются

Рис. 2 1. Диаграммы растяжения арма-

турных, сталей:

а с площадкой текучести t$ у слов

ным пределом текучести {Ren-* Оо,ч)

24 .

арматурную сталь и гарантируются с

вероятностью не менее 0,95.

Расчетные сопротивления арматуры

растяжению R

для предельных состоя-

ний первой и второй групп определяют

делением соответствующих нормативных

сопротивлений R

на коэффициент на-

дежности по арматуре При расчете

конструкций по предельным состоя-

ниям первой группы значение y

нор-

мируется от 1,05 до 1,20, при расчете

по второй группе предельных состоя-

ний Y* 1,0.

В табл. 2.2 приведены значения нор-

мативных и расчетных сопротивлений

основных видов арматуры, применяемой

0 железобетонных конструкциях гид-

ротехнических сооружений.

Строительные стали. В за-

висимости от назначения стали подраз-

деляют на три группы: А, поставляемую

по механическим свойствам, Б, постав-

ляемую по химическому составу, В,

поставляемую по механическим свой-

ствам и химическому составу. Для

строительных металлоконструкций при-

меняются только стали группы В.

В зависимости от нормируемых пока-

зателей сталь каждой группы подразде-

ляется на категории. Так, сталь группы

В имеет категории 1, 2, 3, 4, 5, 6. Чем

выше номер категории, тем больше

нормируемых показателей. Номер ка-

тегории указывают в конце марки стали.

Для обозначения степени раскисления

к марке стали добавляют индексы: кп —

кипящая; пс — полуспокойная; сп —

спокойная. Кипящая сталь характери-

зуется неоднородностью химического со-

става и механических свойств, пони-

женными прочностными показателями и

слабой сопротивляемостью хрупкому раз-

рушению. В строительстве такие стали

применяют для малоответственных кон-

струкций.

Для наиболее ответственных строи-

тельных конструкций применяют спо-

койную сталь, имеющую высокие по-

казатели по однородности химического

состава и механических свойств, а так-

же высокую сопротивляемость хруп-

кому разрушению. Полуспокойная сталь

по своим свойствам занимает промежу-

точное положение между кипящей и

спокойной.

Для сварных строительных металло-

конструкций используют главным обра-

зом стали с низким содержанием угле-

рода (до 0,25 %). Эти стали называют

углеродистыми. Кроме углеродистых

сталей, в строительстве используют так-

же низколегированные стали с улучшен-

ными механическими и химическими

характеристиками. В марках легиро-

ванных сталей числа и буквы обозна-

чают: двузначные числа слева — содер-

жание углерода в сотых долях процен-

та; буквы справа от числа — Г — марга-

нец, С — кремний, X — хром, Н — ни-

кель, Д — медь, Ф — ванадий, М -

молибден, А — азот, П — фосфор, Ю —

алюминий; цифры после букв при-

мерное содержание соответствующего

элемента в целых единицах процента

(отсутствие цифры означает,что в стали

содержится до 1 % указанного легиру-

ющего элемента); буквы пс в конце

марки — полуспокойная сталь.

Для металлических конструкций при-

чальных сооружений применяют сле-

дующие марки сталей: для несущих кон-

струкций — ВСтЗспб, ВСтЗГпсб, ВСтЗпсб

ГОСТ 380-88, 16д ГОСТ 6713—75;

для анкерных тяг и их деталей —

ВСтЗсп2, ВСтЗГпс2 ГОСТ 380—88, а

также круглую сталь ГОСТ 2590—88;

для металлошпунтов — ВСтЗсп4 ГОСТ

380—88, низколегированную сталь мар-

ки 15ХСНД ГОСТ 19281—73 и марки

16ХГ; для болтов крепления связных

балок и швартовных тумб — СтЗспЗ

ГОСТ 1759—87; для конструктивных

элементов, не подлежащих расчету,

ВСтЗкп2 ГОСТ 380—88.

За нормативные сопротивления сталей

принимаются минимальные значения

предела текучести Ryn—Oy и временного

сопротивления приводимые в

государственных стандартах или тех-

нических условиях на сталь рассмат-

риваемой марки. Так как на металлур-

гических заводах контроль предела те-

кучести и временного сопротивления

осуществляется выборочно, то в партию

металла может попасть материал с худ-

шими свойствами, чем это установлено

стандартом. Поэтому при расчете ме-

таллических конструкций в формулы

хвводится не нормативное, а расчетное

сопротивление стали.

;

Расчетные сопротивления проката и

труб при растяжении, сжатии и изгибе

равны нормативным сопротивлениям,

деленным на коэффициент надежности по

материалу у

(1,0254*1,15): по пределу

текучести к

тЯипЫтг

по

временному

сопротивлению R.

—R

dym-

Для других видов напряженного со-

стояния расчетные сопротивления при-

нимаются: для сдвига R

=0,b8R

\ для

растяжения в направлении толщины про-

ката Rth—0,5R

; для смятия торцовой

поверхности (при наличии пригонки)

Rp—Ru* Для местного смятия Ri

=0,5/?

Нормативные и расчетные сопротив-

ления некоторых марок сталей, приме-

няемых в портовом строительстве, при-

ведены в табл. 2.3.

Коэффициенты условий

работы (уы, y

ait

Vc, Yea) конст-

рукции или материала кон-

струкции. Это коэффициенты, оце-

нивающие неблагоприятные и благопри-

ятные условия работы конструкции или

отдельных материалов конструкции, не

учитываемые в расчете прямым путем.

Этими коэффициентами оцениваются ус-

ловия, характер и стадия работы эле-

мента, способы его изготовления и за-

крепления, размеры сечения, специ-

фика конструкции или сооружения, влия-

ние температуры, агрессивности, влаж-

ности среды и длительности воздей-

ствия, приближенность расчетных схем

и т. д. Коэффициенты, учитывающие

благоприятные условия работы, больше

единицы, а неблагоприятные условия

работы — меньше единицы.

Коэффициенты условий работы ма-

териалов. (y

, y

) вводят множителем

Таблица 2.3

Норматив-

ное сопро

тивление

стали,

МПа

Расчетное

сопротив-

ление

стали.

МПа

Марка

стали

О.

со

>»

ф С

a з<

со:

С £

О 5

о я

со *

б>

» У

>»

о»

a &

CQC

с а

г*

х *

1°

ш a

ВСтЗкп2

Лист

Лист,

фасон

Лист,

фасон

4—20

21—40

41 —

100

Более

100

225

215

205

185

365

215

205

195

175

350

ВСтЗпсб,

ВСтЗспб,

ВСтЗГпсб

Лист

Фасон

4—20

235

245

370

225

350

ВСтЗпс

ВСтЗсл,

ВСтЗГпс

Лист

Фасо и 1

21—40

225

370

215

350

15ХСНД

Фасон

4—9

10—32

345

325

490

470

330

310

465

450

Таблица 2.4

Сооружения

Показатели,

определяющие

класс сооружений

Класс

соору.

жения

Причальные основ-

Глубина у со-

••

ного назначения

оружения, м:

(грузовые, пасса- более 25

жирские, судо-

20—25

строительные и

менее 20

т. д.)

Оградительные

Глубина у со-

сооружения (мо-

оружения, м:

лы, волноломы,

более 25

дамбы) 5—25

менее 5

Внутрипортовые

Высота соору-

оградительные со-

жения, м:

оружения; берего-

более 15

вые укрепления

15 м и ме-

пассивной зашиты

нее

к расчетным сопротивлениям материа-

лов, когда оценивают условия работы

отдельных материалов конструкции или

вводят множителем непосредственно в

формулу для расчета элемента при

оценке условий работы элемента в це-

лом (Y

Дополнительный коэффициент условий

работы Yea» учитывает особенности дей-

ствительной работы элемента конструк-

ции. Значение этого коэффициента нор-

мируется в зависимости от возможных

причин разрушения стальных, бетонных

и железобетонных элементов конструк-

ций, а также от причин потери устой-

чивости сооружения или основания. Зна-

чения коэффициентов Yea приведены в

табл. 3, 4, 5 и 7 ВСН 3—80

Коэффициент надежно-

сти по ответственности со-

оружения у

. Учитывает капиталь-

ность и значимость последствий при

наступлении тех или иных предельных

состояний. Все портовые гидротехниче-

ские сооружения в зависимости от их

размеров, действующих на них нагрузок

и последствий нарушения их эксплуа-

тации делят на классы. В табл. 2А

приведены классы основных гидротех-

нических сооружений морских портов.

Инструкция по проектированию морских при-

чальных

сооружений.

ВСН—80, Мин мор флот, М

ЦРИА «Морфлот», 1981. 116 с.

Основные гидротехнические сооруже-

ния речных портов 1, 2 и 3 категории

следует относить к III классу, осталь-

ные сооружения — к IV классу. Ка-

тегорию порта определяют в зависи-

мости от среднесуточного грузо- или

пассажирооборота. Так, при Q свыше

ООО

усл. т устанавливается 1 кате-

гория порта, при Q = 3501 15 ООО

усл. т — 2 категория, при Q=750—

3500 усл. т — 3 категория, при Q=

=750 усл. т и менее — 4 категория.

При расчетах по предельным состоя-

ниям первой группы значение коэффи-

циента надежности у

принимается: для

I класса сооружений 1,25; для 11 класса

1,20; для III класса 1,15; для IV класса

1,10,

При расчетах по предельным состоя-

ниям второй группы у

следует прини-

мать равным 1,0.

§ 2.4. СТРУКТУРА РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ

ПРИ РАСЧЕТЕ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ

СОСТОЯНИЯМ

Расчет по предельным

состояниям первой груп-

п ы. Этим расчетом гарантируются:

общая прочность и устойчивость си-

стемы «сооружение — основание», проч-

ность отдельных элементов сооружений

на протяжении всего срока эксплуата-

ции сооружения с учетом возможной из-

менчивости нагрузок в невыгодную для

сооружения сторону (учитывается ко-

эффициентом надежности по нагрузкам

V/) и прочностных характеристик ма-

териалов в меньшую сторону (учиты-

вается коэффициентом надежности по

материалам у

). При этом должно быть

выполнено условие, обеспечивающее не-

допущение наступления предельных со-

стояний:

уuF< (#Yc)/Yп.

ГАе Т 1с — коэффициент сочетаний нагрузок;

F — расчетное значение обобщенного

силового воздействия (сила, момент,

напряжение), по которому произ-

водится оценка предельного состо-

яния;

R — расчетное значение обобщенной не-

сущей способности сооружения и

основания, определяемое по расчет-

ным прочностным характеристикам

материалов и грунтов;

Yc — коэффициент условий работы, учи-

тывающий тип сооружения, кон-

струкции или основания, вид мате-

риала, приближенность расчет-

ных схем и другие факторы;

*уп — коэффициент надежности по от-

ветственности (назначению) соору-

жения.

Наступление предельных состояний

по второй группе, как правило, не

приводит к таким опасным последст-

виям, как исчерпание несущей способ-

ности. Поэтому расчеты гидротехниче-

ских сооружений, их конструкций и

оснований по предельным состояниям

второй группы производят, принимая

значения коэффициентов надежности по

нагрузке y

, по материалам по

грунтам y

по назначению сооруже-

ния у

, а также коэффициента сочета-

ний нагрузок Ytct равного 1,0, за ис-

ключением случаев, установленных в

СНиПе на проектирование отдельных

видов сооружений, их конструкций и

оснований.

Расчет по предельным

состояниям второй груп-

п ы. Этот расчет производят из условия:

S<S

где 5 — совместная деформация основания и

сооружения (осадки s, горизонталь-

ные перемещения и, крены i и др.),

определяемая расчетом;

— предельное значение совместной де-

формации основания и сооружения,

устанавливаемое соответствующи-

ми нормами проектирования соору-

жений, правилами технической

эксплуатации оборудования.

При проектировании морских при-

чальных сооружений, для которых еще

не разработаны способы расчета с уче-

том неупругих деформаций, допускается

выполнять расчет несущей способности

(прочности) из условия, что наиболь-

шие напряжения, определяемые по уп-

ругой стадии работы, не превышают

соответствующих расчетных сопротив-

лений, т. е.

Ф,

где Sj — наибольшее расчетное усилие в эле-

менте конструкции;

Ф — расчетная несущая способность

элемента конструкции» являющаяся

функцией расчетных прочностных

характеристик материалов, геомет-

рических характеристик сечения и

соответствующих коэффициентов

условий работы.

Усилие $

рассматривается как обоб-

щенное усилие. В конкретном расчете

вместо усилия S

могут быть изгибаю-

щий момент М

поперечная сила Q

или продольная сила N

При расчете конструкций причальных

сооружений и их элементов по первой

группе предельных состояний расчет-

ное усилие

—

Yn Y/

Vic

Yea

где у fit V/ — коэффициенты надежности по

Y*с» Уса назначению сооружения, по на-

грузке, сочетания нагрузок и

дополнительный коэффициент

условий работы;

S — усилие (Af, Q, N), полученное

из статического расчета соору-

жения при нормативных значе-

ниях действующих эксплуата-

ционных нагрузок.

Для причальных сооружений, взаи-

модействующих с грунтом, определение

расчетных нагрузок при дифференци-

рованной системе коэффициентов на-

дежности по нагрузке (y/=0,8—1,3) вы-

зывает значительные затруднения. По-

этому принят упрощенный путь вве-

дения средневзвешенного коэффициента

надежности по нагрузке y

=\,2b к ве-

личинам усилий S (Af, Q, N), дей

ст

вующих в элементах конструкций.

Вместе с коэффициентом у/= 1,25 еле.

дует вводить дополнительный коэфф

циент условий работы (Тса^Абб—1,1)

учитывающий условность метода рас!

чета конструкций, взаимодействующих

с грунтом.

При расчете устойчивости причальных

сооружений и их элементов, кроме рас-

четов устойчивости анкерных стенок и

плит, должны быть выполнены условия:

I < i;

d, I=Y/Y/C Yca£

;

, IU (tf/i Yc)/Yn,

где E

| — расчетное значение суммы сдви-

гающих сил или моментов;

j — расчетное значение суммы удер-

живающих сил или моментов;

Y/» Y*с> — коэффициенты надежности по на-

У ас грузке (1,25), сочетания нагру-

зок (0,9—1,0), дополнительный

коэффициент условий работы

(0,75-1,25);

— сдвигающие силы или моменты, по*

лученные при нормативных на-

грузках и характеристиках грун-

тов, соответствующих первой

группе предельных состояний;

Yc — коэффициент условий работы (для

портовых сооружений у

= 1,15);

Rh — удерживающие силы или моменты,

полученные при нормативных

эксплуатационных нагрузках и ха-

рактеристиках грунтов, соответ-

ствующих первой группе предель-

ных состояний;

Yп — коэффициент надежности по наз-

. начению сооружения (1,25—1,1).

Глава 3

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ \

§ 3.1. НАГРУЗКИ ОТ СОБСТВЕННОЙ

МАССЫ СООРУЖЕНИЯ

Для подсчета веса сооружения (кон-

струкции) G, кН, необходимо опреде-

лить его массу и умножить на уско-

рение свободного падения:

G-Vpg,

где V — объем сооружения (конструкции),

;

р — плотность материала, т/м

;

g — ускорение свободного падения, рав-

ное 9,81 м/с

Если сооружение имеет сложную кон-

струкцию, то при определении объема

оно разбивается на части в виде про-

стых геометрических фигур, и вес каж-

дой части прикладывается к ее центру

тяжести.

Для части конструкции, находящейся

в воде, необходимо учитывать гидро-

статическое взвешивание. Плотность во-

ды p

принимается 1,0 т/м

Средняя плотность основных строи-

тельных материалов, применяемых в

гидротех н ическом строител ьстве, при-

ведена в табл. 3.1.

Плотность грунта принимается: при

расположении грунта выше расчетного

уровня воды р

по данным инженерно-

геологических изысканий, при распо-

Таблица 3.1

Материалы

Плотность

материала, т/м*

над водой под водой

Железобетон

2,4-2,5

1,4-1,5

Тяжелый бетон

2,3—2,4

1,3-1,4

Песчаная засыпка

1,6-1,7

1,0—1,05

Каменная наброска

1,7-1,9

1,0—1,2

Сталь

7,8

6,8

Дерево

0,7

0,3

ложении грунта под водой р

с учетом

взвешивающего действия воды:

РР= (Ps— Pw)l(\+e),

где р

— средняя плотность грунта, т/м

;

е — коэффициент пористости грунта.

§ 3.2. НАГРУЗКИ ОТ ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА

Многие портовые сооружения имеют

вертикальные или наклонные элементы,

соприкасающиеся с грунтом. На эти

элементы сооружения действует нагруз-

ка от бокового давления грунта. По

характеру взаимодействия сооружения

с грунтом различают активное дав-

ление или распор грунта и пассивное

давление (отпор) грунта.

Одним из основных методов расчета

бокового давления грунта является ме-

тод, основанный на теории прочности

грунта, разработанной в 1773 г. из-

вестным французским инженером и фи-

зиком Кулоном.

Активное да вление грун-

та. Грунт за подпорным сооружением

рассматривается как сыпучая среда.

Под влиянием собственной массы грунт

стремится сползти и занять положение

наклонной поверхности BE, называ-

емой поверхностью обрушения (рис. 3.1).

Сооружение, поддерживая сползающую

массу грунта, испытывает давление от

ее воздействия. Сползающий массив

грунта ВДЕ рассматривается как жест-

кий клин и называется призмой об-

рушения. Давление, которое оказывает

призма обрушения на сооружение в

момент ее сползания, называется ак-

тивным давлением грунта.

Фактически поверхность скольжения

призмы обрушения имеет криволиней-

ное очертание. Теория давления, учи-

тывающая криволинейный характер

поверхности обрушения, разработана

В. В. Соколовским и С. С. Голушкеви-

чем. При определении активного дав-

ления грунта теория Кулона (в пред-

положении плоской поверхности об-

рушения) и теория В. В. Соколовского

и С. С. Голушкевича (в предположении

криволинейной поверхности обрушения)

дают практически одинаковые резуль-

таты.

Закон изменения активного давления

грунта по глубине в пределах однород-

ного слоя грунта принят линейным.

Ординаты эпюры горизонтальной со-

ставляющей активного давления грунта

ах

на глубине h для однородного

грунта:

где q — временная эксплуатационная

нагрузка на поверхности соору-

жения, влияние которой пере-

дается по плоскости обрушения

в сечение, где определяется ор-

дината активного давления,

кПа;

р — плотность однородного грун-

та, т/м

;

g — ускорение свободного падения,

равное 9,81 м/с

;

ас

— коэффициенты горизонтальной

составляющей активного дав-

ления грунта и от сил сцепле-

ния;

с — удельное сцепление грунта,

кПа.

В практике строительства бывают слу-

чая, когда грунты с разными физико-

механическими свойствами отсыпаются]

по высоте сооружения послойно. Ос-

нования сооружений могут иметь ес-

тественные напластования грунтов

разными характеристиками.

В этом случае при построении эпюры

активного давления грунта разнородные

грунты разделяются на слои с неизмен,

ными физико-механическими свойствами

и нумеруются, начиная с верхнего.

Для /-го слоя грунта высотой h

орди-

наты эпюры горизонтальной составляв

ющей a

llX

Oaxi = (4i + Pi n

i) Ki —

KrA. (3.1)1

где <7/ — суммарная вертикальная нагрузка

/на поверхность /-го слоя от массы

всех вышележащих слоев грунта и|

временной эксплуатационной на-

грузки q на поверхности сооруже-

ния;

PI • ,

Ci. Kci — характеристики /-го слоя грунта.

Ординаты вертикальной составляющей

активного давления грунта:

<*ayi~°axi *g (

где а — угол наклона расчетной плоскости

восприятия распорного давления к

вертикали;

б/ — угол трения 1-го слоя грунта о плос-

кость восприятия распорного дав-

ления.

Коэффициент горизонтальной состав

ляющей активного давления грунта:

^a = (tga + t

p)/[tg(a + 6) + tg(p+4p)l,

q(Kfla)

&5°+0

5f)

ЯГЖЖЖд

Рис. 3.1. Активное давление и пассивный отпор грунта:

—

эпюра активного давления грунта; 2

—

эпюра пассивного отпора грунта; 3— направление

смещения стенки; BE - плоскость обрушения грунта: AF - плоскость выпора грунта