8005
.pdf
11
Рисунок 3.4. Схема к определению коэффициента поперечной установки нагрузок АК и НК80 (НГ60)
4.Прочие нагрузки и воздействия
4.1.Ветровая нагрузка. Промежуточная опора подвергается воздействию ветра поперек оси сооружения перпендикулярно его боковой поверхности, а также давлению ветра вдоль оси сооружения.
Нормативную величину ветровой нагрузки определяют как сумму нормативных значений средней и пульсационной составляющих:
Wn = Wm + Wp |
( 4.1) |
12
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на вы-
соте z над поверхностью воды или земли определяется по формуле
Wm = Wо * k *Cw |
( 4.2) |
где Wо - нормативное значение давления, принимаемое по СНиП2.01.07-85 * в зависимости от ветрового района территории РФ, в котором возводится сооружение, кПа
k - коэффициент, учитывающий для открытой местности изменение ветрового давления по высоте (для типов местности с лесными массивами при высо-
те ≤ 5 м , k =0.5, при высоте 10 м - k =0,65, при высоте 20 м - k = 0,85, в
промежутках k определяют по интерполяции).
Cw - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления определяют по прил. 9, СНиП 2.05.03-84* (для железобетонных балок Cw =1,9, для массивных опор прямоугольного сечения вдоль и поперек моста Cw = 2,1, то же с обтекаемыми в носовой и кормовой части - Cw = 1,75).
Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z следует определять по указаниям СНиП 2.01.07-85*
|
Wp = Wm ξ L ν |
( 4.3) |
||||
где ξ -- коэффициент динамичности, определяемый по графику рис 4.1. в |
||||||
|
зависимости от параметра |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ε = |
|
γ f Wo |
|
||
|
|
|
|
|
( 4.4) |
|
|
940f1 |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
||||
где γf - коэффициент надежности равный 1,4 |
|
|||||
f1 – |
предельное значение частоты собственных колебаний в Гц, при которых |
|||||
|
допускается не учитывать силы инерции, при декременте колебаний желе- |
|||||
|
зобетонных конструкций δ = 0,3 для ветрового района III |
f1 = 1,2, для ветро- |
||||
|
вого района II f1 = 1,1. |
|
|
|
|
|
L – |
коэффициент пульсации давления ветра на уровне высоты z |
|||||
ν |
--коэффициент пространственной корреляции пульсации давления на рас- |
|||||
|
четной поверхности сооружения. |
|
||||
|
При определении пульсационной составляющей ветровой нагрузки при- |
|||||
менительно к конструкциям мостов произведение |
|
|||||
|
L ν = 0,55-0,15λ/100 ≥ 0,3 |
( 4.5) |
||||
13
1 – для железобетонных конструкций , 2 – для стальных
Рисунок 4.1. Коэффициенты динамичности
Горизонтальную поперечную ветровую нагрузку, действующую на отдельные конструкции моста, следует принимать равной для пролетных строений со сплошными балками – боковой поверхности наветренной главной балки, в пределах строительной высоты с учетом мостового полотна: а для сплошных опор – площади проекции тела опоры от уровня грунта или воды на плоскость, перпендикулярную направлению ветра.
Горизонтальную нормативную продольную нагрузку для пролетных строений со сплошными балками следует пронимать равной 20% соответствующей полной нормативной поперечной ветровой нагрузки.
Горизонтальное усилие от продольной ветровой нагрузки, действующей на пролетное строение следует принимать, передающимся на опоры в уровне центра опорных частей.
4.2 Ледовая нагрузка. При определении нормативной ледовой нужно рассмотреть два варианта воздействия льда на опору: при первой подвижке льда (УППЛ) и на расчетном уровне высокого ледохода (УВЛ) расчетной вероятности превышения, определяемых с помощью натурных наблюдений. Равнодействующую ледовой нагрузки прикладывают ниже наблюденного уровня на 0,3t (t – расчетная толщина льда). Расчетную толщину льда принимают 0,8 от максимальной толщины.
При отсутствии натурных наблюдений предел прочности льда на раздробление, с учетом местного смятия в начальной стадии ледохода (при первой подвижке льда). Для I района страны R z1 = 735 кПа (75 т/м2), а при
наивысшем уровне ледохода R z1 = 441 |
кПа (45т/м2). |
Предел прочности льда на изгиб |
принимают равным 70% от соответ- |
ствующих значений прочности льда на раздробление.
Для остальных районов страны вводится климатический коэффициент. Климатический коэффициент приведен в таблице 4.1.
R zn = kn R z1 |
( 4.6) |
Rm1 = 0.7Rzn |
( 4.7) |
где n -порядковый номер района
14
Климатические коэффициенты для определения предела прочности льда Таблица 4.1
Номер |
|
Границы районов |
|
Климатический |
|
района |
|
|
|
коэффициент |
|
I |
южнее линии Выборг – Смоленск – |
Камышин – |
1.0 |
||
|
Актюбинск - Балхаш |
|
|||
|
|
|
|
||
II |
южнее линии Архангельск – Киров – Уфа - Ку- |
1.25 |
|||
станай – |
Караганда – Усть-Каменогорск |
||||
|
|
||||
III |
южнее линии Воркута - Ханты-Мансийск - Крас- |
1.75 |
|||
ноярск – Улан-Уде – Николаевск |
-на -Амуре |
||||
|
|
||||
IV |
севернее линии Воркута - Ханты-Мансийск - |
2.0 |
|||
Красноярск – |
Улан-Уде – Николаевск -на -Амуре |
||||
|
|
||||
Нагрузку от движущихся полей на опоры с вертикальной передней гранью принимают по наименьшему значению из определяемых по формулам
а) при прорезании опорой льда
F1 = ψ1 R zn b |
( 4.8) |
б) при остановке ледяного поля опорой
|
= 1.253υt |
|
|
|
|
|
F2 |
ψ 2 AR zn |
кН |
( 4.9) |
|||
|
= 0.4υt |
|
|
|
|
|
F2 |
ψ 2 AR zn |
тс |
( 4.10) |
|||
где b - ширина опоры t – толщина льда
А– площадь ледяного поля (м2 ), при отсутствии натурных данных площадь поля можно принять 1,75ℓ (ℓ - длина пролета моста)
ψ1 и ψ 2 – коэффициенты формы опоры (см.таблицу 4.2)
Коэффициенты формы опоры
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.2 |
||
Коэф- |
Коэффициенты формы опор с носовой частью, имеющей в плане |
||||||||
|
|
|
форму |
|
|
|
|||
фициен- |
|
|
|
|
|
|
|||
много- |
прямо- |
Треугольника с углом заострения в плане, град. |
|||||||
ты фор- |
|||||||||
мы опо- |
го- |
мо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
уголь- |
уголь- |
45 |
60 |
75 |
90 |
120 |
150 |
||
ры |
ника |
ника |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
0,90 |
1,00 |
0,54 |
0,59 |
0,64 |
0,69 |
0,77 |
1,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
2,40 |
2,70 |
0,20 |
0,50 |
0,80 |
1,0 |
1,30 |
2,70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15
5. Расчетные сочетания нагрузок
Нагрузки и воздействия вводят в расчет в наиболее невыгодных сочетаниях. При составлении сочетаний следует иметь в виду то, что совместное действие ряда нагрузок невозможно, а одновременное достижение всеми нагрузками сочетания максимальных значений маловероятно. Поэтому их комбинируют с учетом коэффициентов сочетаний нагрузок.
При расчете опор рассматривают несколько сочетаний нагрузок. Сочетания подбирают так, чтобы можно было получить в расчетном сечении опоры максимальные усилия: Вертикальные силы, горизонтальные силы и изгибающие моменты. Сочетания, включающие горизонтальную нагрузку, направленную поперек и вдоль моста рассматривают отдельно (нагрузки, действующие вдоль и поперек моста, не суммируются). Расчетная схема опоры приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1. Расчетная схема опоры
При определении сочетаний нагрузок для расчета промежуточной опоры можно воспользоваться таблицей приложения 2 СНиП 2.05.03-84*. От каждого расчетного сочетания нагрузок определяют усилия в расчетных сечениях опор: продольную силу, равную алгебраической сумме вертикальных нагрузок, приложенных выше расчетного сечения ; изгибающий момент относительно оси, проходящей через центр тяжести расчетного сечения и поперечную силу, равную сумме проекций всех сил на горизонтальную ось. В качестве расчетных рассматривают сечения по обрезу фундамента в местах изменения размеров опоры. За расчетные принимаем неблагоприятные сочетания с максимальной вертикальной силой, максимальным изгибающим моментом, действующим вдоль и поперек моста, с максимальной поперечной силой.
16
6. Расчет свайного фундамента
Опоры мостов рассчитывают на прочность и устойчивость формы тела опоры, общую устойчивость положения опоры против опрокидывания и сдвига (по первой группе предельных состояний), трещиностойкость, поворот, крен, смещение верха опоры (по второй группе предельных состояний).
6.1. Определение нагрузки на голову сваи. Расчетную нагрузку на голову сваи следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные, горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты. В курсовом проекте допускается расчет фундамента промежуточной опоры проводить по методике расчета низких свайных ростверков.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю N определяют по формуле
|
N = |
N |
d |
+ |
M |
x |
y |
+ |
M y x |
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.1) |
|||||
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
||||
|
|
n |
|
|
|
|
|||||
|
|
∑ yi |
|
∑ x i |
|
||||||
где |
Nd, Mx, My - расчетные усилия |
в плоскости подошвы ростверка относи- |
|||||||||
|
тельно главных центральных осей |
|
|
|
|
|
|
||||
n – количество свай в фундаменте |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
xi, yi – |
расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м |
|
|||||||||
x и y – расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.
6.2. Определение несущей способности сваи. Сваю в составе фундамента рассчитывают, исходя из условия
|
|
N ≤ |
Fd |
|
|
|
γ k |
||
|
|
|
(6.2) |
|
где N – |
расчетная нагрузка, передаваемая на грунт |
|||
Fd – |
расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (не- |
|||
|
сущая способность сваи) |
|
|
|
γк – |
коэффициент надежности; |
при высоком и низком свайном ростверке, |
||
|
подошва которого опирается на сильно сжимаемый грунт и висячих |
|||
|
сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку принимают в зависи- |
|||
|
мости от числа свай в фундаменте: |
|||
|
при 21 свае и более |
1,4 (1,25) |
||
|
от 11 до 20 свай |
1,55(1,4) |
||
|
от 6 |
до 10 свай |
1,65(1,5) |
|
|
от 1 |
до 5 свай |
1,75(1,6) |
|
В скобках даны значения γк |
в случае, если несущая способность сваи |
|||
определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.
17
Несущую способность Fd кН (тс) забивной сваи, сваи оболочки опирающихся на скальный грунт, а так же забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт ( крупнообломочные грунты с песчаным заполнением средней плотности и плотные, а так же глины с модулем деформации Е 50000 кПа (500 кг/см2)) следует определять по формуле
|
Fd = γс R A |
( 6.3) |
где γс – |
коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1 |
|
А – |
площадь опирания сваи на грунт, м2 |
|
R - |
расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа |
|
Несущую способность висячей забивной и вдавливаемой сваи и сваиоболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности по формуле
Fd = γс(γсR R A + u Σ γсffihi) |
(6.4) |
где γсR, γсf – коэффициентs условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, принимаемые по таблице 7.3 СП 50-102-2003
u – наружный периметр сваи, м
fi - расчетное сопротивление I-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (СП 50-102-2003 таблица 7.2)
hi – толщина i-го слоя грунта, м.
6.3. Несущую способность висячей сваи, работающую на выдергивающую нагрузку следует определять по формуле
Fdu = γс u Σ γсffihi |
(6.5) |
где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте (для свай |
погружаемых в |
грунт на глубину менее 4 м, γс = 0,6, на глубину 4 м, γс = 0,8
В фундаментах опор мостов не допускается работа свай на выдергивающую нагрузку при действии одних постоянных нагрузок.
6.4. Проверка типа армирования сваи. Прочность конструкции самой сваи проверяется расчетом железобетонных конструкций на внецентренное сжатие и трещиностойкость (СНиП 2.05.03-84* глава 3) В курсовом проекте проверку типа армирования сваи можно проводить по графикам прочности свай (рис. 6.1.)
18
Рисунок 6.1. Графики прочности свай сечением 35х35 см с ненапрягаемой арматурой, изготовленных из бетона В25.
1.Графики прочности построены при коэффициенте продольного изгиба φ =1 и коэффициенте η = 1, учитывающим влияние поперечного изгиба.
2.Прочность обеспечена, если точка, координатами которой являются расчетные усилия (с учетом φ и η N и М, лежит ниже соответствующей кривой)
6.5.Проверка свайного фундамента, как условно массивного. Условный фундамент следует принимать в форме прямоугольного параллелепипеда. Его размеры определяют в соответствии с рисунком 6.2.
Рисунок 6.2. Условный фундамент. а) с ростверком, заглубленным в грунт; б) с ростверком расположенным над поверхностью грунта.
19
Среднее значение расчетных углов трения грунтов φm, прорезаемых сваями определяют по формуле
ϕv = |
∑ ϕi h i |
(6.6) |
|
d |
|||
|
|
где φi - расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины погружения свай в грунт
hi – толщина i-го слоя грунта, м
d – глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м (или от подошвы фундамента при низком свайном ростверке.
Несущую способность условного фундамента сравнивают с расчетным сопротивлением грунта основания R.
Среднее и максимальное напряжение по подошве условного фундамента следует определять по формулам
p = |
N c |
|
(6.7) |
||
|
a c bc |
|
|
pmax = |
Nc |
|
+ |
6a c (3M c |
+ 2Fh d) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(6.8) |
||||||||
|
|
a |
c |
b |
c |
|
|
k |
|
4 |
3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
+ 3a c |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
bc |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
cd |
|
|
|
|
|
|||
где Nс – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт |
|||||||||||||||
|
основания кН, определяемая с учетом веса грунтового массива 1-2-3-4, |
||||||||||||||
|
вместе с заглубленным в нем ростверком и сваями |
|
|||||||||||||
Fh,Mc – соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, |
|||||||||||||||
|
кН и ее момент, относительно главной оси условного фундамента в |
||||||||||||||
d – |
уровне расчетной поверхности грунта, кНм. |
|
|
|
|||||||||||
глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной |
|||||||||||||||
|
поверхности грунта, м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ас |
и bc – размеры в плане условного фундамента в направлении действу- |
||||||||||||||
|
ющей нагрузки (а) и перпендикулярно ей (b). |
|
|||||||||||||
k – |
коэффициент пропорциональности, |
определяющий нарастание с глу- |
|||||||||||||
|
биной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы |
||||||||||||||
|
фундамента, можно определять по таблице 6.1. |
|
|||||||||||||
св – коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента |
|||||||||||||||
|
при d ≤ 10 м |
|
св = 10 кН/м2 |
|
|
|
|||||||||
|
при d > 10 м |
|
cв = k d |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
20
Коэффициент пропорциональности k
Таблица 6.1
Грунты |
Коэффициент k |
|||
кН/м2(тс/м2) |
||||
Текуче пластичные глины и суглинки (0,75 < JL≤ 1) |
490 |
– 1960 |
||
(50 |
– 200) |
|||
|
||||
Мягко пластичные глины и суглинки (0,5 < JL ≤ 0,75); пла- |
1961 |
|
– 3920 |
|
стичные супеси (0 < JL ≤ 1); пылеватые пески (0,6 < е ≤ 0,8) |
(200 |
– 400) |
||
Туго пластичные и полутвердые глины и суглинки |
3921 – 5880 |
|||
(0 < JL ≤ 0.5); твердые супеси (JL < 0); пески мелкие |
||||
(400 |
– 600) |
|||
(0,6 < е ≤ 0,75) и средней крупности (0,55 < е ≤ 0,7) |
||||
|
|
|
||
Твердые глины и суглинки (JL < 0); пески крупные |
5881 |
|
– 3920 |
|
(0,55 < е ≤ 0,7) |
(600 |
– 1000) |
||
Пески гравелистые (0,55 < е ≤ 0,7) и галька с песчаным за- |
9801 |
– 19600 |
||
полнением |
(1000 |
|
– 2000) |
|
|
|
|
|
|
6.6. Проверка несущей способности подстилающего грунта. Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта производят исходя из условия:
γ(d + z |
|
) + α(p − γd) ≤ |
R |
|
i |
(6.9) |
|||
|
|
|
γ n |
|
где γ – среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта, расположенного над кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта (допускается принимать 19,62 кН/м3 (2 тс/м2)
p – среднее давление на грунт, действующее под подошвой условного фундамента
d – заглубление подошвы фундамента от расчетной поверхности грунта
zi – расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего грунта, м.
α – коэффициент принимаемый по таблице прил. 26 СНиП 2.05.03-84* R – расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, кП
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения γn = 1,4
6.7. Определение расчетного сопротивления грунтов основания осевому сжатию.
Расчетное сопротивление основания осевому сжатию под подошвой фундамента определяют по формуле
R = 1,7 {R0[1+к1(b-2)]+к2 γ(d-3)} |
(6.10) |
где R – расчетное сопротивление основания осевому сжатию
R0 – условное сопротивление грунта принимаемое по таблицам 1-3 прил. 24
СНиП 2.05.03-84*