Конспект лекций Портовые сооружения

71

При сдвиге по плоскости AD необходимо учитывать вес сдвигаемой части постели , а все нагрузки спроектировать на плоскость сдвига AD и на плоскость, нормальную к ней. В этом случае появляются составляющие от действия вертикальных и горизонтальных сил.

∙(g+)∙sin α +∙∙E∙cos α – расчетное значение сдвигающей силы (проекция сил на плоскость

AD);

- расчетное значение удерживающей силы ( проеция сил на

нормаль к плоскости AD);

Где α – угол наклона плоскости сдвига (определяется графически);

- коэффициент трения камня по камню tg K= tg45° =1,0

Для случая б) при скольжении по плоскости BD расчет производится по формуле: ∙∙Е'≤∙

Где - вес части постели, заключенный в контуре ABCD (ACD+ABD);

- коэффициент трения каменной постели по грунту основания, принимаемый равным tg гр; при скале =0,6 – бетон по камню;

Е' – сумма горизонтальных сдвигающих сил, действующих на сооружение от плоскости BD и выше ( то есть эпюру волновых нагрузок следует продлить до плоскости BD).

Для случая в) должно выполняться следующее условие:

∙∙Е≤∙+Еотпор]

Где - вес части постели, заключенный в контуре ABDE;

Еотпор – отпор каменной наброски при α =45° (сопротивление каменной постели выпору, определяемому по формуле пассивного давления);

Еотпор=2,92γкв∙

Для случая г) при скольжении по системе плоскостей AB, BF и FK расчет производится по формуле: ∙∙Е≤∙+Есдв]

72

Где - вес части постели, заключенной в контуре EDFG;

Есдв – сопротивление сдвигу части каменной постели в пределах GFK;

Есдв=1,4∙(1+m∙)

Где - вес части постели в пределах контура GFK;

m – заложение откоса (обычно 3 – 4) – отношение горизонтальной проекции откоса к вертикальной.

3. При проверке прочности грунтового основания необходимо определить нормальные краевые напряжения под подошвой сооружения и под постелью. Для расчета нормальных напряжений используют обычные формулы сопротивления материалов для внецентренного сжатия в предположении, что само сооружение и основание является абсолютно жестким.

F – площадь подошвы сооружения ( на 1 пог.м F= );

W – момент сопротивления подошвы сооружения относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы (на 1 пог.м W=);

g – сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения;

M – суммарный момент от всех внешних нагрузок относительно оси проходящей через центр тяжести подошвы (М=; - эксцентриситет приложения нагрузок)

Таким образом при расчете нормальных напряжений под подошвой сооружения следует воспользоваться формулой:

Где - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения; - ширина подошвы сооружения;

–эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок;

–расстояние от задней грани сооружения до точки приложения равнодействующей нагрузок (плечо равнодействующей);

-суммарный момент от удерживающих сил, относительно заднего ребра вращения;

–суммарный момент от опрокидывающих сил, относительно заднего ребра вращения;

–расчетное сопротивление каменной постели.

Рассмотрим как будут меняться напряжения под подошвой в зависимости от .

73

σmin>0. В этом случае давление на каменную постель передается по всей ширине сооружения ОА=b. Это наиболее благоприятный случай, так как происходят относительно равномерные осадки грунтов основания.

При ; σmin=0. В этом случае давление также передается по всей ширине сооружения, в точке А оно

равно нулю. Это менее благоприятный случай, но может быть допустимым при прочных грунтах основания.

74

При ; равнодействующая R0 проходит вне ядра сечения, а в сечении возникают растягивающие

усилия, то есть σmin<0. В этом случае происходит так называемое «раскрытие шва» сечения, так как давление на каменную постель передается не на всю ширину сечения ОА, а только на часть ширины ОА'. Участок АА' подвержен растягивающим усилиям, то есть давления не испытывает. Это наиболее неблагоприятный случай, потому что могут возникнуть правомерные осадки грунтов основания и сооружение может потерять устойчивость на опрокидывание.

Гравитационные оградительные сооружения вертикального типа по условиям допустимой неравномерности осадок следует проектировать с таким расчетом, чтобы равнодействующая нагрузок

R0 не выходила из ядра сечения (радиусом равным ). Это условие определяется зависимости:

;

Допускается выход равнодействующей нагрузок за пределы ядра сечения только для сооружений на скальном основании до и на основаниях из твердых и плотных грунтов только в случае расчета на особые сочетания нагрузок до .

В этом случае (то есть ) краевые напряжения определяются по формуле:

Нормальные напряжения на грунт основания под каменной постелью определяются из условия передачи нагрузок через каменную наброску под углом 45°.

–ширина сооружения;

-толщина каменной постели;

–объемный вес камня с учетом взвешивания;

–расчетное сопротивление грунта основания.

4.Устойчивость гравитационных оградительных сооружений вертикального типа на опрокидывание

следует проверять только в случае выхода равнодействующей нагрузок из ядра сечения (при ) по формуле:

76

Вычисленные величины скорости у дна сравниваем с допускаемой неразмывающей скоростью , определяемой по СНиП – II-57-75. В случае превышения допускаемых неразмывающих скоростей, следует подобрать вес камня, устойчивого при воздействии волн.

Подобранный камень отсыпают перед постелью в виде защитного слоя (ковра) толщиной 1 – 1,5м и шириной примерно 0,25 с обязательным устройством обратного фильтра.

При необходимости следует защищать так же бермы и откосы каменной постели от размыва наброской или укладкой защитных массивов. Исследования показали, что защитные массивы целесообразно укладывать на берме. Откосы лучше укреплять наброской из крупных камней или фигурных бетонных массивов.

Устойчивость защитных (берменных) массивов проверяют на опрокидывание вокруг нижнего внутреннего ребра. При подходе впадины на берменный массив действует снизу давление большее, чем сверху и массив приподнимается поворачиваясь вокруг внутреннего нижнего ребра. При подходе гребня массив опускается на постель. В результате берменный массив совершает вращательные колебания, каменная постель у края бермы разрушается и массив сползает вниз (порт Ялта). Устойчивость берменных массивов следует проверять по следующему условию:

∙∙≤

Особенности расчета гравитационных оградительных сооружений вертикального типа. 7. Проверка прочности и устойчивости отдельных частей и элементов конструкции.

а) Стенка из массивовой кладки.

При расчете сооружений из массивовой кладки, помимо общих расчетов устойчивости стенки в целом, необходима проверка устойчивости и прочности стенки по швам и штрабам.

1) Расчет сооружения на сдвиг по швам.

При расчете на сдвиг по швам необходимо определить сумму сил g и горизонтальных сил Е, действующих выше этого шва и проверить выполнение неравенства:

∙∙Е≤

Е=Е1+Е2 g=g1+g2+gwe

где Е1 – боковое волновое давление над швом со стороны моря (со стороны акватории волнение считается отсутствующим); Е2 – швартовое усилие, приходящееся на 1 пог. м стенки (если оградительное сооружение используется как причал);

g1 – вес надстройки;

g2 – вес части подводной стенки, расположенной над швом; gwe – взвешивающее волновое давление;

–коэффициент трения бетона по бетону, равный 0,75;

=1,0;

=1,0;

=1,15;

=1,25 (I класс), 1,20 (II класс)

2)Расчет сооружения на опрокидывание по смежным швам и штрабам.

77

При проверке устойчивости стенки по штрабам необходимо определить величины вертикальных и горизонтальных сил, действующих выше штрабы, учитывая при этом и волновое давление по горизонтальным и вертикальным швам.

Проверка на опрокидывание производится относительно ребра D. При этом вычисляются сумы моментов удерживающих сил от веса отдельных частей сооружения и суммы моментов опрокидывающих сил от всех составляющих сил волнового давления. При этом должно быть соблюдено условие:

∙∙≤

После проверки устойчивости на опрокидывание определяем напряжения по подошве крайнего массива вдоль отрезка CD.

б) Стенка из массивов-гигантов.

При проектировании оградительных сооружений из массивов-гигантов в дополнение общим расчетам следует произвести расчет общей и местной прочности массива-гиганта и его элементов (стен и днища), а также произвести проверку плавучести и остойчивости ящика массива-гиганта.

Расчет прочности стенок и днища массива-гиганта необходимо производить для различных стадий работы. Массивы-гиганты могут изготавливаться на стапельных площадках и затем спускаться по наклонному стапелю. Часто массивы-гиганты бетонируются в сухих доках и временных котлованах. В этом случае массивы-гиганты всплывают при заполнении дока или котлована водой. В некоторых случаях они изготовляются на берегу в вертикальном или горизонтальном положении. Для спуска их на воду производится размыв берега (с последующим опрокидыванием массива-гиганта).

Расчет элементов (стен и днища) массивов-гигантов следует производить на наибольшие усилия, возникающие в них на различных стадиях строительства и эксплуатации сооружения. Рассмотрим все расчетные случаи по порядку.

Период строительства.

1. Стадия изготовления массива-гиганта.

Если массивы-гиганты на стапельной площадке (а это происходит наиболее часто), то после окончания бетонирования и приобретения бетоном проектной прочности массивов-гигантов устанавливают на салазки или тележки для перемещения на полигоне и спуске.

В это время массив-гигант работает как балка на двух опорах, загруженная весом массива-гиганта.

78

2. Стадия спуска массива-гиганта.

При спуске массива-гиганта по наклонному стапелю возможно образование волны высотой до 2,0м. В связи с этим переднюю стенку массива-гиганта необходимо проверить на давление воды, слагающегося из гидростатического и гидродинамического.

Где - расстояние от верха стенки (предполагается, что уровень воды при спуске совпадает с этой отметкой) до рассматриваемого сечения;

- скорость движения массива-гиганта в момент его погружения в воду. Для предварительных

расчетов принимают =5м/с, тогда гидродинамическое давление воды одинаковое по всей высоте стены, будет равно 2т/м2.

При изготовлении массива-гиганта в сухих доках первая и вторая проверки естественно отпадают. 3. Стадия транспортировки массива-гиганта.

При транспортировке массива-гиганта на плаву без балласта на его стенки и днище действует гидростатическое давление.

Зная вес массива-гиганта без балласта , определяем осадку пустого массива Т.

Где - объемное водоизмещение оболочки массива-гиганта на плаву;

-объем консольных выступов, м3;

-ширина массива-гиганта;

-длина массива-гиганта.

Определив осадку массива-гиганта Т, приступаем к построению эпюры гидростатического давления воды.

79

Вэтом случае, когда при малой осадке массив-гигант, возвышение его верха над уровнем моря может оказываться значительным, массив-гигант транспортируют в пригруженном состоянии, то есть с балластом.

При транспортировке массива-гиганта на плаву с балластом необходимо определить какое количество воды (толщина слоя воды t) потребуется для того, чтобы погрузить массив-гигант с тем, чтобы возвышение верха массива-гиганта над уровнем моря не превышало 1,5 – 2,0м; - это необходимый запас на волнение и возможный крен во время буксировки. Для удобной и безопасной установки массивагиганта на каменную постель, необходимо также предусмотреть запас под его днищем примерно 1,0 – 1,5м.

Вэтом случае решаем обратную задачу. По необходимой осадке Т' находим вес массива с балластом (водой) по формуле:

После этого определяем толщину слоя воды внутри массива t и строим эпюры гидростатического давления воды.

При транспортировке массива-гиганта на значительные расстояния о места изготовления к месту установки, необходимо учитывать дополнительное давление от волн, которые могут оказывать воздействие на массив-гигант. Высота волны принимается равной 1,25 – 1,5м и крутизной h/=1/12, что определяется возможностями буксировки.

4. Стадия установки массива-гиганта.

Для приведенных выше схем нагрузки производится расчет стенок и днища массива-гиганта в стадии

строительства. При этом нижняя часть в стадии до высоты , где - расстояние между переборками, рассчитывается как плита, защемленная по контуру (по трем сторонам). Для расчета верхней части

стены на высоте более от днища, где влияние защемления стены в днище становится пренебрежимо малым, ее условно разбивают по высоте на горизонтальные полосы шириной 1м и рассматривают каждую полосу как многопролетную, неразрезную балку, опорами которой являются поперечные стены (переборки). В предварительных расчетах можно воспользоваться формулами для однопролетных балок, заделанных по концам.

Днище рассматривается в пределах каждого отсека как плита, защемленная по четырем сторонам.

Расчетные схемы для стенок и днища массива-гиганта. 1 – неразрезная балка; 2 – плита, защемленная по трем сторонам;

3 – плита, защемленная по четырем сторонам (по контуру) Изгибающие моменты подбираются по таблице Смогрова.

80

– интенсивность нагрузки (ордината эпюры загружения);

- наибольшая сторона плиты.

При расчете днища, кроме схем нагрузок, приведенных выше для стадии строительства, обычно рассматривается еще одна схема, относящаяся к той же стадии и учитывающая нагрузки, которые действуют на него при бетонировании верхнего строения.

5. Стадия бетонирования верхнего строения.

При расчете днища по этой схеме, предполагается, что днище в рассматриваемом отсеке не прилегает к поверхности каменой постели (то есть под одним из отсеков образовалась пустота) и по его подошве действие реакции грунта отсутствует. Предполагается также, что вес плит, прикрывающих засыпку от вымывания, полостью передается на днище (то есть защемление плит между стенами массивовгигантов отсутствует). В этом случае на днище будут действовать следующие нагрузки:

Где - вес несхватившегося бетона;

-объемный вес свежеуложенного бетона – 2,5 - 2,6т/м3;

-толщина слоя свежеуложенного (несхватившегося) бетона;

-вертикальная скорость укладки бетона – 0,2 - 0,4м/час;

-время твердения бетона, по истечении которого он в состоянии передавать свой вес на стены ящика массива-гиганта – обычно 4 – 6 часов;

Ориентировочно можно принять равной 2,0м.

-вес плиты, толщина плит составляет 0,5 – 1,0м;

-вес взвешенного грунта засыпка;

-вес днища.

При более строгом подходе расчета днища вместо веса взвешенного грунта засыпки необходимо

определить вертикальное давление взвешенного в воде грунта засыпки (с учетом его трения о стенки отсеков массива-гиганта и с учетом пригрузки).

По Янсену

В процессе бетонирования верхнего строения целесообразно также проверять сечение стен массивагиганта в нагрузку, действующую на внешние стены массива-гиганта в сторону моря при песчаногравелистом и любом другом сыпучем заполнении крайних отсеков. Эта нагрузка обусловливается горизонтальным давлением взвешенного в воде грунта засыпки, на поверхности которой имеется

пригрузка . Значение пригрузки определяется в предположении отсутствия связи между плитами