Тема: Расчет подпорной стенки в виде стального одноанкерного больверка

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций»

Кафедра Портов, строительного производства, оснований и фундаментов

Дисциплина «Устройство портов»

Курсовая работа

Расчет подпорной стенки в виде стального одноанкерного больверка

Вариант № 1

Выполнил: студент гр. ГТ-32 Абрамов Н.А.

Проверил: Смирнов В.Н.

Санкт-Петербург

2012

Оглавление

1.Статический расчет больверка4

2. Подбор шпунтовых свай и определение диаметра анкерной тяги.6

3. Проверка общей устойчивости подпорной стенки7

4. Определение координат x1,x2,x1??,x2?? полосовых нагрузок8

5. Определение допускаемой нагрузки [q(x1,x2)]10

6. Определение эквивалентной равномерно распределенной нагрузки11

7.Определение допустимой эксплуатационной нагрузки q(х1,х2)11

Исходные данные.

Таблица 1 № вар. Характеристики стока H, м h, м Координаты полос загружения в долях "B" q? кПа  4 Засыпка Основание       p? , т/м? ?? , град ?? , град ?? , град C? , кПа              X? X? X?? X??                  1,6 28 26 17 21 10,5 2,6 0,15 0,4 0,6 0,75 120  Расчетная схема одноанкерного больверка и расчётной нагрузки приведена на рис. 1.

1.Статический расчет больверка

Расчет выполняют графоаналитическим методом в следующей последовательности (рис.2):

Назначение ориентировочной глубины забивки шпунтовых свай; t? (0,7…0,8) H; t?8 ,4;

Строят эпюру активного давления грунта на шпунтовую стенку.

Вычисление абсцисс эпюры активного давления грунта

Таблица 2

Отметка

хар. точки q0, кПа ?i, т/м3 h, м ?ighi, кПа ??ighi, кПа q0+ ??ighi, кПа ?i, град ?ai, eai,  A 40 1,6 0 0 0 40 28 0,36 14,4  B 40 1,6 3,6 56,45 56,45 96,45 28 0,36 34,72  D 40 1,00 3,6 0 56,45 96,45 26 0,39 37,62  C 40 1,00 6,9 67,69 124,14 164,14 26 0,39 64,01  E 40 1,00 6,9 0 124,14 164,14 17 0,57 93,56  F 40 1,00 8,4 80,4 204,54 244,54 17 0,57 139,39  

Интенсивность давления грунта в характерных точках (поверхность и границы грунтов, низ шпунтовой стенки, рис. 2,а) вычисляют по формуле:

e? = [q?+ ?(p?•g•h?)]•??? ,(1)

где q?= 40 кПа –расчетная равномерная нагрузка на поверхности грунта засыпки;

p? - плотность i-того слоя грунта за шпунтовой стенкой, т/м?;

g = 9,81 м/c – ускорение свободного падения;

h? - мощность i-того слоя грунта за шпунтовой стенкой, м;

???- коэффициент бокового давления грунта (распора);

??? = tg?(45°-??/2) (2)

(?? - угол внутреннего трения i-того слоя грунта, град.)

Если i-тый слой грунта обладает сцеплением ,то в пределах всего слоя этого грунта активное давление уменьшают на величину e?сц? .

e?сц? = 2c?tg(45°-??/2), (3)

где c? - сцепление i-го слоя грунта, кПа.

e?сц? = 31,59 кПа;

Эпюра активного давления грунта представлена на рис. 2,а справа от оси стенки.

Строят эпюру пассивного давления грунта.

Вычисление абсцисс эпюры пассивного давления грунта

Таблица 3 Отметка

хар. точки q0, кПа ?i, т/м3 h, м ?ighi, кПа ??ighi, кПа q0+ ??ighi, кПа ?i, град ?ai, eai,  E 0 1,00 6,9 0 124,14 124,14 17 1,89 347,24  F 0 1,00 8,4 80,40 204,54 204,54 17 1,89 526,73  

Интенсивность в характерных точках (рис. 2,а) вычисляют по формуле

eп = [q’? + ?(p?•g•h?)]•?п?k? , (4)

где q’? - распределенная нагрузка на поверхности грунта дна (крепление дна железобетонными плитами; каменная наброска и т. д.), кПа. Согласно исходных данных задания q’?= 0;

?п–коэффициент пассивного давления грунта (отпора);

?п? = tg?(45°+??/2) (5)

k? - коэффициент, учитывающий трение грунта о шпунтовую стенку и зависящий от ее материала и угла внутреннего трения грунта?? (табл. 4)

Значение коэффициента k (шпунт из стали)

Таблица 4

Примечание. При значениях ? не указанных в таблице k определяют линейной интерполяцией.

Если i-тый слой грунта обладает сцеплением, то в пределах всего слоя этого грунта пассивное давление увеличивают на величину eпсц?

eпсц? = 2ctg(45° + ??/2) (6)

eпсц?= 177,88 кПа;

Примечание.Если поверхностный слой грунта, слагающего дно, обладает сцеплением, то в пределах слоя грунта мощностью 1 м от проектного дна сцепление увеличивает пассивное давление от нуля (на отметке дна) и до eпсц? (на 1 м ниже дна).

Эпюра пассивного давления (рис. 2,а) слева от оси стенки.

Результирующую (суммарную) эпюру давления грунта на стенку (рис. 2,б) получают сложением эпюр “ea” и “eп”. Площадь результирующей эпюры слева от оси стенки на 20..30% больше площади эпюры справа.

Суммарную эпюру разбивают по высоте на ряд полосок от 0,5 до 1,0 м (рис.2,б).

Рассматривая полоски независимыми, действие их заменяем сосредоточенными силами Ej,приложенными в центре тяжести каждой j-ой полоски (рис. 2,в). Силы Ej численно равны площадям соответствующих полосок.

Строим силовой многоугольник (рис. 2,г). Масштаб выбрали таким,чтобы сумма всех сил, действующих справа налево (с 1-ой по 13-ю силу на рис. 2,г). Полюс силового многоугольника «0» размещаем на вертикали, проходящей около середины этого отрезка, а полюсное расстояние принять равным его половине. Начало и конец каждой силы Ej силового многоугольника соединяют лучами с полюсом «О»

Веревочный многоугольник строим параллельным переносом лучей силового многоугольника на поле горизонтальных линий действия Ej сил продлевают до пересечения с горизонтальной линией, проходящей на отметке крепления анкеров к шпунтовой стенке (в точке А на рис.2,д). Замыкающую веревочного многоугольника проводим через точку А таким образом, чтобы максимальный изгибающий момент нижней части эпюры y2 ,был на 10% меньше максимального изгибающего момента пролетной части стенки y1.

Точка В пересечения замыкающей с веревочным многоугольникам (рис.2,д) определяем необходимую глубину забивки стенки
. Полную глубину забивки шпунтовых свай t можно принимать равной t= (1,15…1,20)

t0=4.1

t=1.20*4.1=4.92м.

Числовое значение максимального изгибающего момента на один погонный метр шпунтового ряда определяют по формуле

Mmax = ?•y1 = 300•1,2 = 360 кНм (7)

где ? – полюсное расстояние на силовом многоугольнике, выраженное в масштабе сил, кН/м;

y1 – расстояние, получаемое на веревочном многоугольнике, в линейном масштабе расчетной схемы больверка, м.

10. Параллельным переносом замыкающей с веревочного многоугольника на силовой (рис.2,г) получают величину усилия в анкерной тяге на один погонный метр набережной
a кН/м.

a = 260 кН/м

2. Подбор шпунтовых свай и определение диаметра анкерной тяги.

Расчетные значения изгибающих моментов, по которым следует подбирать шпунтовые сваи из сортамента, получают по формуле

(q?)=Mmax*k?

где k? - поправочный коэффициент, учитывающий приближенность теоретического расчета и экспериментальных данных.

k?=0,77-0,37*h/H,

где h- высота наданкерной консоли, м;

H- свободная высота причальной стенки, м;

k?=0,77-0,37*2,6/10,5=0,68;

=360*0,68=244,8 кН/м.

Шпунтовые сваи подбирают по сортаменту, согласно моменту сопротивления одного погонного метра стенки, который вычисляется по формуле:

W=
[?],

где [?] -допускаемое напряжение стальных сваи, равное 160 МПа;

W=244,8/160*10?=0,00153 м3 ;

Таблица 3

Технические характеристики стальных шпунтовых свай Профиль Ширина (в осях) b,м Высота h,м Длина l,м Момент сопротивления 1 м стенки,м3  ШД-3 0,50 0,270 10…16 0,001534  

Расчетные значения усилий в анкерной тягах определяют по формуле:

a(q?)=
a*k?*d=260*1,263*2=656,8

где k?-коэффициент, учитывающий податливость анкерных закреплений, неравномерность натяжения анкерных тяг, способ возведения стенки и т.п.

k?=1,2+0,25*h/H,

k?=1,2+0,25*2,6/10,5=1,2+0,25*0,25=1,263;

d - шаг анкерных тяг, м; d=4*b=4*0,5=2 м;

Диаметр анкерной тяги, работающий на растяжение, определяют по формуле:

м

3. Проверка общей устойчивости подпорной стенки

1. Привести сдвигающийся грунтовый массив к однородному с плотностью грунта, находящегося во взвешенном состоянии(p?=p?=p?=1 т/м?).Для этого интенсивность нагрузки над расчетным уровнем воды приводят к высоте
эквивалентного слоя грунта с плотностью p?=1 т/м?.

Определение координаты центра и радиус кривой скольжения по приближенному методу Феллениуса.

Абсолютные координаты X?=xH=0,31*10,5=3,25; Y?=yH=3,6,

Где x и y – относительные координаты центра «О», определяемые по таблице № 5.

Таблица 5

Относительные координаты центра поверхности скольжения ?h/H Tшп/H x y  0 0,5 0,25 0,26  0 1 0,33 0,41  0,5 0,5 0,31 0,35  0,5 1 0,41 0,53  1 0,5 0,34 0,39  1 1 0,44 0,57  

?h-превышение эпюры приведенных нагрузок над отметкой территории порта.

Радиус поверхности скольжения определяют проведением ее через низ шпунтовой стенки.

Всю сдвигающуюся призму грунта разбиваем на полоски равной ширины b=0,1*R=0,1*19=1,9 м

Таблица 6

Результаты вычислений №№ hi ri hiri ri/R=sin?i cos?i ?i, tg ?i hi cos?i tg ?i  1 2 3 4 5 6 7 8 9  1 5 0 0 0 1 17 0,31 1,55  2 4,8 2 9,6 0,1 0,995 17 0,31 1,48  3 4,6 4 18,4 0,2 0,982 17 0,31 1,4  4 19,6 6 117,6 0,3 0,959 17 0,31 5,83  5 18,8 8 150,4 0,4 0,928 17 0,31 5,41  6 17,8 10 178 0,5 0,889 17 0,31 4,91  7 16,4 12 196,8 0,6 0,841 17 0,31 4,28  8 14,4 14 201,6 0,7 0,786 26 0,49 5,55  9 11,8 16 188,8 0,8 0,724 26 0,49 4,19  10 8 18 144 0,9 0,655 28 0,53 2,78  11 4,8 -2 -9,6 0,1 0,58 17 0,31 0,86  12 4,6 -4 -18,4 0,2 0,995 17 0,31 1,42  13 4 -6 -24 0,3 0,982 17 0,31 1,22  14 3,2 -8 -25,6 0,4 0,959 17 0,31 0,95  15 2 -10 -20 0,5 0,928 17 0,31 0,58  16 0,6 -12 -7,2 0,6 0,889 17 0,31 0,17  ?   1100,4     42,58  

L=0.0175*B*R=0.0175*88*19=29.26, м

4. Определение координат x1,x2,x1??,x2?? полосовых нагрузок

Координаты x1,x2,x1??,x2??определены согласно исходным данным в долях от от ширины активной зоны «В»

Ширину активной зоны «В», в пределах которой нагрузку нормируют по условию прочности и устойчивости подпорного сооружения, можно вычислить по формуле

(15)

Где
– мощности i- тых слоёв грунта от отметки поверхности грунта засыпки до отметки, на которой изгибающий момент в шпунтовой стенке
достигает наибольшего значения (рис2,д)

м

Полученное значение «B» округляем до целого числа в большую сторону В=28,18?29 м

Определяем числовые значения координат полос загружения х1,х2 ,
и показывают на рис.4 положение фактической q*(
) и искомой q(х1,х2) нагрузок

=0,15*29=4,4 м

=0,4*29=11,6 м

=0,6*29=17,4 м

=0,75*29=21,8 м

Учет влияния полосовой нагрузки на шпунтовую стенку

кПа

кПа

кПа

Учет влияния полосовой нагрузки на шпунтовую стенку

кПа

кПа

кПа

5. Определение допускаемой нагрузки [q(x1,x2)]

Допускаемой нагрузкой [ q (
,
)] на полосе в активной зоне с координатами
и
считают такую, которая вызывает приращения напряжений в лимитирующих элементах конструкции (в нашем случае в лицевой шпунтовой стенке или анкерной тяге ) равные приращениям напряжений в этих же элементах от проектной нагрузки
. Выражается равенствами

?M[q(x1, x2)] = ?M(q0)

?Ra[q (x1, x2)] = ?Ra(q0)

Где ?M[q(x1, x2)] и ?Ra[q (x1, x2)] – приращения максимального изгибающего момента в шпунтовой стенке и усилия в анкерной тяге от нагрузки q (x1, x2);

?M(q0) и ?Ra(q0) – то же. От проектной нагрузки q0.

Искомые значения вычисляются по формулам:

?M[q0(O, B)] = Mmaxq(0) – Mmax0 = 244,8 – 142,8 = 102 кНм

?Ra[q0(O, B)] = Ra q(0) – Ra0 = 328,4 – 164,2 = 164,2 кН/м

Где Mmaxq(0) – максимальный изгибающий момент в шпунтовой стенке при наличии нагрузки q0 , кНм/м

Mmax = ?•y1 = 300•1,2 = 360 кНм

Mmaxq(0)= Mmax*k?= 360*0,68=244,8 кН/м.

Ra q(0) – усилие в анкерной тяге при наличии проектной нагрузки q? (при d=1 м), кН/м

a=260 кН/м

a(q?)=
a*k?*d=260*1,263*1=328,4 Кн/м

Mmax0 и Ra0 соответственно, то же ,но при отсутствии полезных нагрузок, кНм/м, кН/м.

Mmax = ?•y1=300*0,7=210

Mmaxq(0)= Mmax*k?= 210*0,68=142,8 кН/м.

a=130 кН/м

a(q?)=
a*k?*d=130*1,263*1=164,2 кН/м

Приращения усилий в элементах больверка ?M[q(x1, x2)] и ?Ra[q (x1, x2)] от нагрузки q(x1, x2) получаем по формулам:

?M[q(x1, x2)] = Mmax[q(x1, x2)] – Mmax0 = 318.2 – 142.8= 175.4 кНм

?Ra[q (x1, x2)] = Ra[q(x1, x2)] – Ra0 = 252.6 – 164.2= 88.4 кН/м

Где Mmax[q(x1, x2)] и Ra[q(x1, x2)] –максимальный изгибающий момент и усилие в анкерной тяге при наличии нагрузки q(x1, x2)., кНм/м; , кН/м;

Mmax = ?•y1 = 300•1,3 = 468 кНм

Mmax[q(x1, x2)]= Mmax*k?= 468*0,68=318,2 кН/м.

a=200 кПа

Ra[q(x1, x2)] =
a*k?*d=200*1,263*1=252,6 кН/м

Получив приращения усилий в элементах больверка по формулам .Строим графики линейных зависимостей ?M[q(x1, x2)] и ?Ra[q (x1, x2)] от q(x1, x2) ( Рис. .)

Определяем значения нагрузок q [(x1, x2), М] и q[ (x1, x2), Ra], лимитируемые, соответственно , шпунтовой стенкой и анкерной тягой;

Меньшая из нагрузок является допускаемой нагрузкой для полосы с координатами x1 и x2 (на Рис. это q[ (x1, x2), М],

q[ (x1, x2), М] = 46 кПа

6. Определение эквивалентной равномерно распределенной нагрузки

Определяем приращение изгибающего момента в шпунтовой стенке
и усилия в анкерной тяге
от полезных нагрузок.

[q(
,
)] = Mmax[q(
,
)] – Mmax0 = 163.2 – 142.8= 20.4 кНм

[q(
,
)] = Ra[q(
,
)] – Ra0 = 189.5 – 164.2= 25.3 кН

Где Mmax[q(
,
)] и Ra[q(
,
)] –максимальный изгибающий момент и усилие в анкерной тяге при наличии нагрузки q(
,
)., кНм/м; , кН/м;

Mmax = ?•y1 = 300*0,8 = 240 кНм

Mmax[q(
,
)]= Mmax*k?*d= 180*0,68=163,2 кН/м.

a=150 кПа

Ra[q(x1, x2)] =
a*k?*d=150*1,263*1=189.5 кН/м

7.Определение допустимой эксплуатационной нагрузки q(х1,х2)

Используя общую формулу находим допустимую эксплуатационную нагрузку

= 76 кПа

Где

=80 кПа

= 40 кПа

-снято с графика
= 2 кПа

Допустимая эксплуатационная нагрузка: qэкв= 76кПа

Интернет-ресурсы:

http://эссе.рф - сборник не проиндексированных рефератов. Поиск по рубрикам и теме. Большинство текстов бесплатные. Магазин готовых работ.