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

Подождите немного. Документ загружается.

на спокойном расчетном уровне и на-

правлению оси <2 вниз.

Фильтрационное давле-

ние на стенку сооруже-

ния. Если сооружение вертикального

профиля имеет с одной стороны засыпку

грунтом, то при понижении уровня воды

перед сооружением следует учитывать

фильтрационное давление воды на лице-

вую стенку со стороны засыпки в сторо-

ну акватории.

Для определения фильтрационного

давления необходимо построить эпюру

фильтрационного давления и подсчитать

ее площадь. При этом максимальная ор-

дината фильтрационного давления на от-

метке нового уровня воды перед стенкой

определяется по формуле 0/=р

g&h

где р

— плотность воды, т/м

; Ah —

разность уровней воды за стенкой и пе-

ред стенкой, м.

Эпюры фильтрационного давления a

на вертикальную стену сооружения по-

казаны на рис. 3.24. Нулевая ордината

фильтрационного давления внизу при-

нимается для шпунтовых стенок на уров-

не подошвы стенки, а для сплошного

свайного ряда — на уровне омоноличи-

вающих швы устройств. В том случае,

если в сооружении предусмотрены дре-

нажные устройства, исключающие обра-

зование подпора, фильтрационное дав-

ление не учитывается.

§ 3.7. ЛЕДОВЫЕ НАГРУЗКИ

При проектировании гидротехниче-

ских сооружений в районах с тяжелыми

ледовыми условиями необходимо учи-

тывать ледовые нагрузки, которые могут

достигать больших значений. Нормами

предусмотрено определение ледовых на-

грузок, возникающих от: 1) воздействия

на сооружение движущихся ледяных

полей; 2) воздействия остановившегося

ледяного поля, наваливающегося на со-

оружение под влиянием ветра и тече-

ния; 3) сплошного ледяного покрова при

его температурном расширении; 4) за-

жорных масс льда; 5) примерзшего к со-

оружению ледяного покрова при изме-

нении уровня воды.

Тот или иной вид ледовой нагрузки

может быть не учтен в расчете сооруже-

1 a

л и п л 3,5

Соленость льда S,

о/

/0 0

Нормативное сопротивление

льда сжатию R

, МПа,

при среднесуточной

температуре / . °С

Соленость льда S,

о/

/0 0

-"1

— .40

Менее 1 (пресный

0,45

0,75 1,20

1,50

лед)

1—2

0.40

0,65

1,05

1,35

3—6

0,30

0,50 0,85

1,05

Примечания. I. Средняя температура ta

воздуха принимается за 3 сут до действия льда иг

сооружение при толщине льда 0,5 м и менее или за

6 сут при толщине льда более 0,5 м.

2. Соленость льда принимается равной 20% соле-

ности воды для льда возрастом до 2 мес, или 15%

солености воды для льда возрастом 2 мес и более.

ния, если предусмотрены меры по пре-

дотвращению ее воздействия на соору-

жение. Например, в приливных морях

с регулярными колебаниями горизонта

воды, когда происходит взламывание

берегового припая льда, нагрузки, ука-

занные в пп. 3, 4, 5, не учитываются.

Рассматриваемые ниже методы опре-

деления ледовых нагрузок распростра-

няются на гидротехнические сооруже-

ния, расположенные в акваториях рек,

озер, водохранилищ и морей с толщиной

льда не более 1,5 м. Точку приложения

равнодействующей ледовой нагрузки

принимают ниже расчетного уровня воды

на 0,3 толщины льда.

Исходными параметрами при опреде-

лении ледовых нагрузок являются проч-

ностные характеристики льда, МПа, т. е.

нормативные сопротивления льда сжа-

тию R

изгибу R

и смятию R

При отсутствии опытных данных зна-

чения R

допускается принимать по

табл. 3.5.

Нормативное сопротивление льда из-

гибу Rf принимается равным для пресно-

водного льда 0,75 /?

, для морского льда

0,5 R

Нормативное сопротивление льда смя-

тию R

определяется по формуле /?ь=

МШЙ, где k

— коэффициент смятия,

зависящий от отношения blh

(ширины

сооружения по фронту на уровне дей-

ствия льда к расчетной толщине льда,

принимаемой для морского льда равной

максимальной толщине льда, а для реч-

ного льда равной 0,8 от максимальной

за зимний период толщины льда); при

значениях Ь h

*=\\ 3; 10; 20; 30; 50 и бо-

лее значения коэффициента k

соответ-

ственно составляют ,2,5; 2,0; 1,5; 1,2;

1,0; 0,5.

Для водохранилищ и озер, а также

на реках южнее линии Архангельск,

Киров, Уфа, Кустанай, Караганда,

Усть-Каменогорск допускается прини-

мать нормативное сопротивление льда

0,3 МПа, /?

=0,45 МПа, а для на-

чальной стадии весеннего ледохода на

реках этого района R

=0,45 МПа;

/?ь=0,75 МПа.

Нагрузки от движущих-

ся ледяных полей на соо-

ружения. Для определения на-

грузки от движущегося ледяного поля на

отдельно стоящую опору необходимо

сначала подсчитать усилие F

biP

Rbbhfa МН, возникающее при про-

резании опорой льда, а также усилие

CtP

QAvh

МН, возникаю-

щее при остановке ледяного поля опо

рой, и за расчетную нагрузку принять

наименьшее значение из двух подсчи-

танных сил. При этом коэффициенты т

и т

принимаются по табл. 3.6 в зави-

симости от формы опоры в плане, а ско-

рость движения ледяного поля v, м/с, и

площадь ледяного поля Л, м

, опреде-

ляются по данным натурных наблюде-

ний. При отсутствии этих данных допус-

кается принимать v равной для рек и

приливных морей скорости течения

воды; для водохранилищ и морей — 3 %

от значения скорости ветра 1 %-ной

обеспеченности в период движения льда,

но не более 1 м/с.

При определении нагрузки от движу-

щегося ледяного поля для секции соору-

жения необходимо сначала подсчитать

Таблица 3.6

Коэффициенты формы m

и"т

для опор

с передней граныр в виде

о.

«0

треугольника с углом

заострения в плане

•е

МНОГОГ]

ннка

' 60° 75° 90° 120°

150°

0.90

2,4

1,00

2,7

0,54

0,2

0,54

0,5

0,64

0,8

0,69

КО

0,77

1,3

1,00

2,7

усилие F

cщ

о>-0,07vh

\TAR

, МН, возни

кающее при ударе о сооружение одинок

ных льдин, а также усилие .

=0,5/?

6/i

, МН, возникающее при раз

рушении льда, и за расчетную нагруз

Ку

принять наименьшее значение из этих

сил.

При движении ледяного поля под у

лом 0<8О° к фронту сооружения (или

с осью опоры) силу от воздействия льда

необходимо уменьшать путем умножения

ее на sin 0.

Определение нагрузки от движущегося

ледяного поля на сооружение

откосного

профиля сводится к расчету горизон-

тальной F

МН, и вертикальной F

МН, составляющих силы от воздействия

ледяного поля на сооружение. При этом

горизонтальная составляющая силы F

принимается как наименьшее из значе-

ний, полученных по формуле для F

по формуле F

=0ybm

h*, а верти-

кальная составляющая силы

, где m

— коэффициент, завися-

щий от угла наклона режущей грани со-

оружения к горизонту 0, град; при р,

равном 15°; 30; 45; 60; 75; 80; 85°, значе-

ние коэффициента m

соответственно со-

ставляет 0,3; 0,6; 1,0; 1,7; 3,7; 5,6 и 18.

При обледенении режущей грани со-

оружения значения угла р допускается

увеличивать, но не более чем на 20°.

Вертикальная нагрузка.

При изменении уровня воды в аквато-

рии от примерзшего к сооружению

ледяного покрова создается вертикаль-

ная нагрузка, значение которой для

отдельно стоящих опор или свайных

кустов (при расстоянии между ними

более 20/i

max

) можно определять так:

d.v^kfRfh

maKy

где kf — безразмерный коэффициент, за-

висящий от отношения d/h

mflX

при d/h

mах

, равном 0,1; 0,2; 0,5;

1; 2; 3; 5; 10; 20, значения ко-

эффициента kf соответственно

составляют 0,16; 0,18; 0,22; 0,26;

0,31; 0,36; 0,43; 0,63 и 1,11;

d —/диаметр опоры (или свайного кус-

та), м; при прямоугольной фор-

ме опоры в плане со сторонами

а и 6, м, допускается ее «диа-

метр» принимать равным уаЬ, м;

"та* — максимальная толщина ледяного

покрова, м, обеспеченностью

1 %.

Глава 4

РАСЧЕТЫ СООРУЖЕНИЙ ПО ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ

ГРУППАМ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ

§ 4.1. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ

СООРУЖЕНИЯ НА СДВИГ

ПО ПЛОСКИМ ПОВЕРХНОСТЯМ

СКОЛЬЖЕНИЯ

Проверка устойчивости на сдвиг но

плоским поверхностям скольжения про-

изводится для гидротехнических соору-

жений гравитационного типа, т. е. для

таких сооружений, устойчивость кото-

рых обеспечивается в основном благо-

даря собственному весу сооружения.

Для обеспечения устойчивости соору;

жени я должно быть выполнено условие

где Ел 1 — расчетное значение суммы сдви-

гающих сооружение сил, кН;

, — расчетное значение суммы удер-

живающих соружение сил, кН.

Расчетные значения сдвигающих E

и удерживающих R

j сил определяются

по их нормативным значениям E

/?/, с учетом системы коэффициентов (ко-

эффициента надежности по ответствен-

ности сооружения у

пу

коэффициента на-

дежности по нагрузке ||| коэффициента

сочетания нагрузок y

, коэффициента

условий работы и дополнительного

коэффициента условий работы v

) по

формулам:

где E

и R

— соответственно сумма сдвига-

ющих и сумма удерживающих

сил от нормативных нагрузок,

действующих на сооружение,

кН.

Коэффициент условий работы у

для

портовых гидротех н и чес к и х coop у же-

ний на всех видах оснований принимает-

ся равным 1,15, а дополнительный ко-

эффициент условий работы у

са

для ос-

новного сочетания нагрузок принимает-

ся равным 0,95. Значения сдвигающих

и удерживающих Щ сил зависят от

вида сооружения и условий его работы.

Рассмотрим силы, действующие на

сооружение, возможные поверхности

сдвига на примере портового гидротех-

нического сооружения гравитационного

типа, за тыловой гранью которого отсы-

пан грунт (рис. 4.1).

В результате бокового (активного) дав-

ления грунта на тыловую грань соору-

жения возникает горизонтальная сдви-

гающая сила E

кН, которая опреде-

ляется как площадь эпюры активного

давления грунта.

Сила E

стремится сдвинуть сооруже-

ние по плоскости А В (по контакту меж-

ду подошвой сооружения и постелью).

Сдвигу препятствует удерживающая

сила R

кН, предельное значение кото-

рой определяется по формуле R

=Gj,

где G — сумма вертикальных сил, дей-

ствующих на подошву сооружения, кН;

/ — коэффициент трения по поверхности

сдвига, принимаемый при сдвиге бетон-

ного сооружения в воде по поверхности

каменной постели равным 0,5.

Подставляя значение E

/ и R

t в

формулу (4.1), получаем условие

устойчивости при сдвиге по контакту

сооружения с каменной постелью

Y"Y/Yte7ca£ d^yfif •

Потеря устойчивости со-

оружения. Может произойти

также при сдвиге его вместе с каменной

постелью. Возможная плоскость сдвига

намечается в этом случае в зависимости

от положения каменной постели по от-

ношению к грунту основания.

Каменная постель заглублена в грунт

основания (рис. 4.!, а). Рассматривается

* возможность сдвига сооружения с ка-

менной постелью по системе плоскостей

ВС, СЕ, EF Для обеспечения устойчи-

вости сооружения должно быть выпол-

нено условие

f('O

fг f (4 2)

G-

ft-

V -

А ь-

расчетное значение гл иигающих

сил, кН;

- сумма вертикальных сил, действу-

ющих на подошву сооружения, кН;

вес части каменной постели в конту-

ре ELBC, определяемый по форму*

ле С| « (ft, + А')

ширина площадки сдвига, на ко-

торую передается давление от

сооружения, м;

толщина каменной постели, м;

плотность каменной наброски, оп-

ределенная с учетом взвешиваю-

щего воздействия цоды, т/м

вес засыпки в контуре LKE, равный

0,5 hlpfg\

коэффициент трения каменной по-

стели по грунту основания, при-

нимаемый равным tg <Pf (здесь

Ф^—угол внутреннего трения

грунта основания);

удерживающая горизонтальная си-

ла отпора грунта перед постелью,

кН, принимаемая по меньшему из

значений силы E

определенной по

формулам сопротивления грунта за-

сыпки в контуре FKE и пассивного

давления грунта £/>= 0,5 hi X

X p/gmoO + m

)/{m

— f

)\ E

~ 0,5 hlpfgkp;

l>, iijioi нос"i

ин ь/пи и, offpe/icv/c>f

ная с учетом взвешивающего му\

действия воды, т/м

;

g — ускорение свободного падения, рав-

ное 9,81 м/с

;

/я

— заложение откоса котлована;

hp — коэффициент горизонтальной со-

ставляющей пассивного давления

грунта засыпки.

Каменная постель находится на по-

верхности грунта основания (рис. 4.1, 6).

В этом случае проверяется возможность

сдвига сооружения вместе с каменной

постелью по плоскости С£ (по контакту

подошвы каменной постели и грунта

основания) или по наклонной плоскости

BE. - -v^H

Для обеспечения устойчивости соору-

жения при сдвиге по плоскости СЕ долж-

но быть выполнено условие

£</./ < Yc (<Н-

<?«>

fg- щШ

ДЛЯ обеспечения устойчивости соору-

жения при сдвиге по наклонной плос-

кости BE должно быть выполнено усло-

вие

Y / У

1с

Уса E'd < Ус G' fk. Шш

0.0

Р К B

L А

ЩГ7

Л/.

.. /

где

W / \

Рис. АЛ. Схемы к расчету устойчивости соору.

жениА при плоском сдвиге;

о • соору жение на заглубленной каменной

иск*

гели.

6 - сооружение на каменной постели, расположенной

на поверхности грунта основании

Ed — сумма проекций на плоскость

сдвига BE сил, действующих

выше этой плоскости, кН.

определяемая по формуле,

\Ej~*iGi G

) cos ф;

G' — сумма проекций сил, действу-

ющих выше плоскости сдвига

BE на нормаль к этой плоско-

сти, кН, определяемая по фор-

муле,

G' = (G f G

) cosф — Ed этф;

— коэффициент внутреннего

трения каменной наброски,

который допускается прини-

мать tg Ф

Щ tg 45Г - 1,0;

то же, что и в формуле

(42);

вес части постели в контуре

LBE

кН, определяемый по

формуле G, — 0,5 [Ь' + fc|)X

hPs&

угол между подошвой соору-

жения и плоскостью сдвига

BE.

При определении сдвигающих и удер-

живающих сил по приведенным выше

формулам следует учитывать, что расчет

гравитационных сооружений большой

протяженности обычно производится дм

G и E

, —

G,-

Ч> —

участка сооружений длиной I м, условно

вырезанного двумя вертикальными по-

перечными плоскостями.

§ 4.2. РАСЧЕТ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ

СООРУЖЕНИЯ НА СДВИГ

ПО КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ

ПОВЕРХНОСТЯМ СКОЛЬЖЕНИЯ

Выполнение условий устойчивости

гидротехнических сооружений по схеме

плоского сдвига еще не означает полного

обеспечения безопасности сооружения.

Возможны случаи, когда сооружение

вместе с каменной постелью может по-

терять устойчивость по некоторой по-

вер х ности с кол ьжен и я, р ас положен но й

ниже каменной постели и проходящей

через подстилающие грунты основания,

особенно, если эти грунты имеют низкие

прочностные характеристики.

Существует несколько методов расчета

общей устойчивости сооружений по схе-

ме глубинного сдвига: метод Герсеванова

<поступательное перемещение сдвигаемо-

го массива грунта вместе с сооружени-

ем), метод Крея-Терцаги (вращательное

перемещение сдвигаемого массива грун-

та вместе с сооружением), метод

ВНИИ Га

(смешанный сдвиг).

Наиболее простой и универсальный

из них — это расчет общей устойчивости

по схеме глубинного сдвига при враща-

тельном перемещении некоторого масси-

ва грунта вместе с сооружением, т. е.

расчет глубинного сдвига по круглоци-

линдрическим поверхностям скольже-

ния. По этому методу отыскивается та-

кое положение центра и такой радиус

круглоцилиндрической поверхности, при

котором сумма удерживающих сооруже-

ние от сдвига сил оказывается мини-

мальной.

К активным силам, вызывающим сдвиг

массива грунта вместе с сооружением,

относят вертикальные нагрузки от со-

оружения, вес грунта в основании и в

обратной засыпке, в некоторых случаях

воздействие фильтрационного давления.

К пассивным силам, удерживающим со-

оружение от сдвига, относят силы тре-

Всесоюзный научно-исследовательский

институт гидротехники имени Б. Е Веденеева

нни, ра.!нинаю1ЦИесн W, ножрхжхчи

скольжения, и силы сцепления на *той

поверхности, а также силы сопротивле-

ния конструктивных элементов (анке-

ров, свай, шпунта) сдвигу.

При расчете общей устойчивости со-

оружений при вращательном перемеще-

нии сдвигаемого массива грунта вместе

с сооружением должно быть выполнено

условие

Y/YlcYcaMd< (МгУс)/Уп*

где V/. Yte*

Yc» Уп — то же, что и в формуле (4.1);

Yea — дополнительный коэффициент

условий работы, принимаемый

для глубинного сдвига по круг*

лоцили ндр и ческим поверх-

ностям скольжения, равным

0,75 — 0,85;

— сумма моментов сил, вызываю-

щих сдвиг сооружения относи-

тельно выбранного центра

к ру глоци л и и д р и чес кой повер х -

ности, кН-м;

— сумма моментов сил, удержива-

ющих сооружение от сдвига от*

носительно выбранного центра

круглоцилиндрической поверх-

ности, кН* м.

Расчет общей устойчивости сооруже-

ния по круглоцилиндрической поверх-

ности скольжения рекомендуется произ-

водить в следующей последовательности.

1. Определяется положение центра

наиболее невыгодной поверхности сдви-

га. Точных формул для определения по-

ложения центра поверхности сдвига нет.

Нахождение центра О, соответствующе-

го минимальной устойчивости сооруже-

ния, является громоздким.

Для предварительных расчетов отно-

сительные координаты центра вращения

х и у для вертикальных сооружений

(рис. 4.2, а) определяются по табл. 4.1.

Равномерно распределенная нагрузка

кПа, в пределах кривой скольжения

и грунт, расположенный выше горизон-

та воды, заменяются эквивалентным сло-

ем грунта высотой приведенным к

плотности грунта под водой р

- Затем

определяется превышение эквивалентно-

го слоя грунта над поверхностью соору-

жения

i (Pi/Pi— Ч+Q/'(Р*в>.

где Л, — высота слоя грунта над водой, м;

р| и рз — плотность грунта над водой и

под водой.т м

Рис. 4.2. Схемы для определе-

ния положения наиболее неам

годной поверхности сдвига:

а — для вертикальных сооружений

б — для откосных сооружений; /

вертикальная стена; 2 — поверх

ность откоса; поверхность гдвиг*

g — укорение свободного падения, м/с

По значениям АЛ, /, р и Я определяем

относительные координаты дс и у центра

вращения.

Для сооружений откосного типа

(рис. 4.2, б) относительные координаты

центра вращения приближенно опреде-

ляются по табл. 4.2.

2. Из центра вращения О радиусом R

проводится кривая скольжения

(рис. 4.3). Обычно точки, через которые

проводят кривые скольжения, являются

постоянными для данного типа соору-

жения. Например, для гравитационных

сооружений кривая скольжения прово-

дится так, чтобы она проходила через

нижнюю угловую точку тылового ребра

сооружения или через соответствующую

точку каменной постели; для сооруже-

ния типа «больверк» — через нижнюю

точку вертикальной стенки; для свай-

ных сооружений — через нижнюю ли-

цевую или через нижнюю тыловую точ-

ку свайного основания.

3. Определяется невыгодное для со-

оружения положение равномерно рас-

пределенной нагрузки q. Для этого из

центра О под углом внутреннего трения

грунта основания ф

проводится прямая

ОВ до пересечения с поверхностью сдви-

га. Из точки В проводится вертикальная

прямая до пересечения с поверхностью

сооружения в точке А, которая является

границей невыгодного расположения на-

грузки q на поверхности сооружения,

4. Массив грунта в пределах поверх-

ности сдвига разбивается на ряд условно

не связанных один с другим вертикаль-

ных элементов шириной b и подсчиты-

вается вес каждого элемента G, с учетом

нагрузки <7, расположенной над ним.

Нагрузка G

действующая на подошву

1-го элемента, раскладывается на две

составляющие: G*sin Щ (приложена в

центре подошвы /-го элемента и направ-

Таблица 4.1

Относительные коор-

рН

динаты центра

рН

вращения

рН

0,5 0,25

0,26

0 1,0

0,33

0,41

0,5

0,5 0,31

0,35

0,5

1,0 0,41

0 53

1,0

0,5

0,34

0,39

1.0

1,0 0,44

0,57

Примечания. I. Средняя плотность грунта

р, т/м

, по высоте Н, м, под водой.

2. Расстояние между дном и наинизшей точкой

кривой скольжения t. м.

5ё

Таблица 4.2

Уклон откоса

1 : m

Относительные коор-

динаты центра

вращения

Уклон откоса

1 : m

1:1

0.25

1,5

0,75

0,5

0,25

0,13

0,25

1 : 2

0,25

1,5

0,55

0.6

0,5

0,35

0.2

0,5

1 : 3

0,25

1,5

0.6

0,4

1,15

0,6

0,5

лена но касательной к поверхности

сдвига) и Of cos otj (направлена по норма-

ли к поверхности сдвига). Сила 0

sin a

стремится сдвинуть i-й элемент относи-

тельно поверхности сдвига.

Сдвигу 1-го элемента препятствуют си-

лы трения (Gf cos a

tg q>

) и силы сцеп-

ления с,/,-, действующие по его подошве.

Положение центра подошвы i-го элемен-

та определяется углом между верти-

калью и радиусом /?, проведенным через

центр основания 1-го элемента

а; arc sin

где гi

расстояние по горизонтали от центра

круглоцилиндрической поверхности

до середины 1-го элемента (принима-

ется со знаком «с—> для элементов,

расположенных слева от вертикали,

проходящей через центр круглоци-

линдрической поверхности).

5. Для каждой из полос подсчитывают-

ся

значения моментов относительно

центра вращения О от сдвигающих и

удерживающих сил:

М(Ц IpRGf sin fx,-;

Mri Wk

(Gi

cos af tg-4'й'

't '#)•

6. Определяются суммарные значе-

ния моментов сил, вызывающих сдвиг

сооружения, Mtf, и моментов сил, удер-

живающих сооружение от сдвига М

При определении момента M

следует

учитывать воздействие на сооружение

горизонтальных составляющих длитель-

ных временных нагрузок, или одной из

кратковременных нагрузок, приложен-

ных непосредственно к сооружению и

создающих сдвигающий момент относи-

тельно центра вращения О.

На рис. 4.3 показана эпюра фильтра-

ционного давления воды на стенку при

чального сооружения. Равнодействую-

щая фильтрационное давления Wi соз-

дает дополнительный сдвигающий мо-

мент относительно центра О

где ц — расстояние от центра вращения до

силы Wj, м.

При определении суммарного удер-

живающего момента М

следует учиты-

вать сумму сил сопротивления сдвигу

конструктивных элементов (анкеров.

fvl

\/)гМ—ь U/- *

х/Гл \ 1

Gi sindi

costfjtgfo

Рис. 4.3. Схема к расчету общей устойчивости

сооружения в предположении скольжения по

круглоцилиндрическим поверхностям

Рис. 4.4. Схема работы сваи, перерезаемой

поверхностью скольжения, при нарушении об-

щей устойчивости основания сооружения:

/ — поверхность скольжения; поверхности Щ

щемления

свай, шпунта и т. д.), перерезаемых по-

верхностью сдвига.

На рис. 4.4 показана схема работы

сваи, перерезаемой поверхностью сколь-

жения. Сопротивление одной сваи изло-

му Qpj, забитой ниже поверхности

скольжения на глубину /

, приведенное

к погонной длине 1 м сооружения, допус-

кается определять по формуле:

Qpj 4А4

/(/,1),

где Мр изгибающий момент в свае ниже по-

верхности скольжения, значение

которого принимается наимень-

шим, полученным из двух условий —

из условия прочности железобетон-

ного сечения сваи или из условия

защемления сваи ниже поверхности

скольжения на расстоянии

равном /„/1,25 по формуле

Ц0р ^о

) l

t*\ 8;

(If, и

и -

соответственно

интенсивности от-

пора н распора грунта, кПа, в точ-

ке пересечения оси сваи с окружно-

стью скольжения;

- длина участка, в пределах которого

на сваю передается активное и пас-

сивное давление грунта. В зависи-

мости от расстояния L между осями

свай вдоль сооружения величина 1р

принимается при L ^ 3</;*

равной

при L равной

- диаметр или сторона прямоуголь-

ного сечения сваи. При этом rf), ^

< 1,0 м;

половина длины изогнутой части

сваи между поверхностями защем-

ления (см. рис. 4.4).

"а

С учетом всех сил, вызывающих сдвиг

сооружения и удерживающих сооруже-

ние от сдвига, суммарные значения мо-

ментов Ma и М

определяются так:

/? 2 Oisinai + A^;

/я

Mr = R\ 2 cos a

- tg

q>j

+ >1 c

+ R

где /?

— сумма сил сопротивления конструк-

тивных элементов сдвигу (при свай-

ном основании R

= 2 Здесь

/=1

п — число свай, перерезаемых по-

верхностью сдвига).

§ 4.3. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ

СООРУЖЕНИЯ НА ОПРОКИДЫВАНИЕ

При воздействии горизонтальных сил

на гравитационное гидротехническое со-

оружение возможен поворот (опрокиды-

вание) этого сооружения вокруг перед-

Рис. 4.5. Схема к расчету устойчивости соору-

жения на опрокидывание (е>Ь/6)

него ребра вращения (точка

рис. 4.5).

Необходимость расчета устойчивое

сооружения на опрокидывание опрш

ляется положением равнодействующ

усилий R от вертикальных и горизоц

тальных нагрузок, действующих на л/

дошву сооружения:

1) равнодействующая вертикальных

горизонтальных сил находится в преде,

лах ядра сечения основания, т. е.

блюдается условие е^Ы6 или а^Щ

Этому случаю - соответствует трапецеи.

дальная форма эпюры нормальных на-

пряжений по контакту основания соору.

жения и каменной постели (см. ниже

рис. 4.11, а). Давление на каменную по.

стель передается по всей ширине соору.

жения b, и расчет устойчивости соору.

жения на опрокидывание не производит-

ся; .. .у^шИщ

2) равнодействующая вертикальных

и горизонтальных сил выходит за преде-

лы ядра сечения основания (e>b!b или

a<Lb!3). Этому случаю соответствует тре-

угольная форма эпюры нормальных

сжимающих напряжений по контакту

сооружения и каменной постели (см.

ниже рис. 4.11,6). Это неблагоприят-

ный для сооружения случай, так как

давление на каменную постель передает-

ся не по всей ширине сооружения b и

из-за неравномерных^осадок основания

сооружение может потерять устойчи-

вость на опрокидывание.

Гидротехнические сооружения грави

тационного типа по условиям неравно-

мерности осадок проектируются так. что

бы был обеспечен контакт между подо-

швой сооружения и основанием но всей

ширине сооружения Ь. Для таких соору

жений проверку устойчивости на опро-

кидывание производить не надо.

Для гравитационных сооружений До-

пускается выход равнодействующей #

пределы ядра сечения основания при

увеличенном эксцентриситете е в сле-

дующих случаях: для сооружений на

скальном основании до е<0,25Ь\ Щ

сооружений на основаниях из тверды*

и плотных грунтов в случае их расчета

на особые сочетания нагрузок и во

действий до е<0,2Ь.

При выходе равнодействующей ус*'

лий за пределы ядра сечения основания

необходимо произвести проверку устой-

чивости сооружения на опрокидывание

вокруг переднего ребра вращения по

формуле

Уп УШШ Уса

< Vc Mr,

где уп, у/,

V/c. Yc —

то

же, что в формуле (4.1);

Yea — дополнительный коэффициент

условий работы, прини-

маемый при расчете устой-

чивости на опрокидывание

1,20—1,25;

и М

— соответственно моменты от

опрокидывающих и удер-

живающих сил относительно

рассматриваемого ребра вра-

щения, кН-м.

К опрокидывающим силам следует от-

носить все горизонтальные силы, дейст-

вующие на сооружение. К удерживаю-

щим силам относят все вертикальные

силы, действующие в пределах подошвы

сооружения, включая вертикальную со-

ставляющую активного давления грун-

та с учетом возможных временных на-

грузок.

Для схемы сил, показанной на рис.

4.5, опрокидывающий М

и удержива-

ющий М

моменты, кН-м, определяют-

ся так:

Мо тМU

§Ш

АЗ

ЕА

hi §1

+ Е

(Н-hO,3);

a, +'G

+ G

-f E

§ 4.4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ

И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

ПЕРВОЙ ГРУППЫ

Расчет по прочности бетонных элемен-

тов. Производится расчет для сечений,

нормальных к продольной оси. В зависи-

мости от условий работы элементов они

рассчитываются без учета, а также с

учетом сопротивления бетона растянутой

зоны.

Без учета сопротивле-

ния бетона растянутой з о-

н ы рассматриваются внецентренно сжа-

тые элементы, в которых по условиям

эксплуатации допускается образование

трещин (элементы, не подверженные

действию агрессивной воды и не воспри-

нимающие напор воды). Предельное со-

Рис. 4.6. Схема усилий и эпюра напряжений в

сечении, нормальном к продольной оси бетон-

ного элемента:

—

внецентренно сжатого, рассчитываемого по проч-

ности без учета сопротивления бетона растянутой

зоны; б— изгибаемого (внецентренно сжатого), рас-

считываемого по прочности с учетом сопротивления

бетоиа растянутой зоны: Ц. Т.

—

центр тяжести се

чения

стояние таких элементов характеризует-

ся разрушением бетона сжатой зоны при

достижении напряжений, равных приз-

мен ной прочности бетона R

. Эпюра

напряжений в сжатой зоне условно

принимается равномерно распределен-

ной (рис. 4.6, а). Расчет прочности та-

ких элементов производится так:

Уп У/ Y*c Yea N < фуЫ Rb Ap> М

•

где Yea ~~ дополнительный коэффициент ус-

ловий работы, принимаемый при

расчете прочности бетонных элемен-

тов равным 0,85—0,95;

|— продольная сила в рассматриваемом

сечении бетонного элемента;

—

коэффициент условий работы бетона,

принимаемый для бетонных конст-

рукций равным 0,9;

—

расчетное сопротивление бетона,

осевому сжатию для предельных

состояний первой группы;

—

площадь сечения сжатой зоны бето-

на^ определяемая из условия сов-

падения ее центра тяжести с

точкой приложения равнодейст-

вующей внешних сил;

Ф — коэффициент продольного изгиба,

учитывающий влияние прогиба

внецентренно сжатых бетонных

элементов на их несущую способ-

ность; коэффициент ф. зависит от

гибкости элемента, т. е. от oi ноше-

ния расчетной длины элемента l

f к

радиусу инерции /, и принимается

по табл. 4.3.

У Ы

С учетом сопротивления

бетона растянутой зоны

сечения рассчитываются все изги-

баемые элементы, а также внецентренно

сжатые элементы, в которых по услови-

ям эксплуатации образование трещин не

допускается. При этом принимается, что

достижение предельного состояния ха-

Таблица 4.3

Значение //?

для сечения

прямоугольной

формы

Значение t

jfi

для сечения

произвольной

формы

Коэффициент

<Р

0,98

6 21

0,96

8 28

0,91

10 35

0,86

Примечания. 1. Наименьший размер прямо-

угольного сечения Ь.

2. Наименьший радиус инерции сечения /.

3. Расчетная длина элемента Utt принимаемая я

зависимости от характера закрепления концов эле-

мента равной: при полном зашемлении обоих концов

0,5/; при полном защемлении одного конца и шар

нирно неподвижном закреплении другого 0,7/; при

шарнирно неподвижном закреплении обоих концов I.

при одном полностью защемленном и одном свобод-

ном конце 2/; I — геометрическая длина элемента.

рактеризуется разрушением бетона рас

тянутой зоны (появлением трещин). На-

пряжения в бетоне растянутой зоны при-

нимаются равномерно распределенными

и равными R

(рис. 4.6, б).

Внецентренно сжатые элементы бетон-

ных конструкций при учете сопротивле-

ния растянутой зоны сечения рассчиты-

ваются из условия ограничения значе-

ний краевых растягивающих и сжимаю-

щих напряжений по формулам:

Уп

т/ У lc

Уса

(M/W

—

Nl А) <

<PYV6«

Т h Щп

УП

уf Tie-Tea (0.8M/W + N/A) < <py

- #6-

где М и М

А —

Yea. ТЫ'. Ф

момент и продольная сила в

рассматриваемом сечении бе-

тонного элемента;

момент сопротивления рас-

сматриваемого сечения (для

прямоугольного сечения Ц7=

= ЬЛ

/6);

площадь поперечного сече-

ния элемента;

то же, что и в формуле (4.3);

коэффициент, учитывающий

пластические свойства бетона

растянутой зоны и зависящий

от формы поперечного сече-

ния: для прямоугольных

тавровых сечений с полкой

в сжатой или в растянутой зо*

не т~ 1,75; для тавровых

сечений с полкой в растянутой

зоне при b'j/b > 2 и А/'Л<0,2

коэффициент т

I»5; для

кольцевых и круглых сече*

ний т ~ 2 Ц 0,4 D

/D (здесь

D — наружный диаметр се*

чения; П

}

внутренний диа-

метр);

0,8 коэффициент, учитывающий

пластические деформации в

сжатой зоне бетойиого

мента;

Т h — коэффициент, определяемый

в зависимости от высоты

сечения: при высоте сечени*

Л < 100 см T/i ~ 1; при h:

> 100 см Y/i - 0,94 10*

Расчет прочности изгибаемых бетон,

ных элементов производится из условия

п.

у f У

1с

Уса М < Т/i УЫ Rbt Wvi

•

где Wpi^yW — момент сопротивления се-

чения с учетом неупругих

деформаций растянутого бе-

тона. Для элементов прямо-

v гол ьного сечен

и я

В7^

« (М*)/3,5.

Расчет по прочности сечений железо-

бетонных элементов, нормальных к про-

дольной оси. Бетонная балка, лежащая

на двух опорах и подверженная попе

речному изгибу, имеет малую несущую

способность. Несущая способность та-

кой балки ограничивается низким со-

противлением бетона растяжению, в то

время как высокое сопротивление бето-

на сжатию остается неиспользованным

(рис. 4.7, а).

Железобетонная балка, в которой рас-

тягивающие усилия воспринимаются

расположенной внизу арматурой, мо-

жет иметь несущую способность, почти

в 20 раз большую, чем несущая способ-

ность бетонной балки таких же размеров

без арматуры.

Опытами установлено, что разрушение

железобетонной балки, подверженной

поперечному изгибу, может произойти

или в зоне действия максимальных из-

гибающих моментов по нормальному к

продольной оси сечению Б—/>, или в

зоне действия максимальных попереч-

ных сил по наклонному сечению В—В

(рис. 4.7, б).

Поэтому расчет на прочность железо-

бетонных элементов должен произво-

диться для сечений, нормальных к их

продольной оси, а также для наклон-

ных к ней сечений.

При определении предельных усилий

в сечении, нормальном к продольной

оси элемента, исходят из следующих

предпосылок: сопротивление бетона рас-

тянутой зоны принимается равным ну*

лю; сопротивление бетона сжатой зоны