Файлы по мостам / Королёв А.А. Диплом / расчет опора+фундамент
.doc
Глава
4
Расчет промежуточной опоры.
4.1Расчет промежуточной опоры.
Сбор нагрузок и определение расчетных усилий.
Размеры и конструкции опор назначаются при разработке вариантов с учетом местных условий. Расчет тела опоры производится по обрезу фундамента и в местах резкого изменения сечения опоры.
На фундамент в уровне его обреза действуют нагрузки:
-Вертикальная нагрузка
∑ Po=Nвр+Gпр.стр.+Gмп+Gоп
Вертикальное давление от временной нагрузки при загружении двух пролетов
N вр=f(1+) *ν*w,
Где f –коэффициент надежности по нагрузке;
(1+)-динамический коэффициент;
ν-интенсивность эквивалентной нагрузки от вертикального воздействия временной подвижной нагрузки;
w-площадь линии влияния
Нагрузка от собственного веса пролетного строения
Gпр.стр.=1.1*β*p*l
Где p-нормативная погонная нагрузка от собственного веса пролетного строения,
l-длина одного пролета неразрезной балки,м.
Так как принято безбалластное мостовое полотно (на железобетонных плитах), то нагрузка от плиты мостового полотна,тротуаров и убежищ равна
Gмп=1.1*Vпл*0.5*2.4,
Где 1.1-коэффициент надежности для собственного веса конструкции
2.4-удельный вес железобетона,т/м³
Vпл – объем железобетона плит мостового полотна,тротуаров и убежищ, м³
-Нагрузка от веса опоры.
Gоп =f*Vоп*
Gоп=0.9*401.8*24=8678.9 кН
N вр=1.1*1.15*137.3*66=14328.9 кН
Gпр.стр.=1.1*1.25*27.7*132=5027.6 кН
Gмп=1.1*288.9*0.5*24=3813.5 кН
∑ Po=14328.9+5027.6+3813.5+8678.9=31848.9 кН
-Изгибающий момент.
М=Nп+0.8*Nv+0.8*Fт*H+(Fв2*h1+Fв3*h2+Fв1*h3)*12
-Продольная сила от торможения.
Fт=0.1*f*V*k*l
Fт=0.1*1.1*137.7*132=1993.6кН.
-Продольная ветровая нагрузка.
Fв=(Fв2+Fв3)*12
-Ветровое воздействие на опору от пролетного строения поперек моста.
Fв2п=0,2**F*f
Нормативная интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки:
=q0*kh*Cw=0.69*1.45*2.55=2.55кПа.
Fв2п=0,2*2,55*1815*1,5=1388.47кН.
Ветровое воздействие на опору от пролетного строения вдоль моста ,согласно СниП 2.05.03.-84* принимают равную нагрузке поперек моста.
Fв2в=0.6*1388.47=833.1кН.
-Ветровое воздействие на опору поперек моста.
Fв3п=*B*H1*f
Нормативная интенсивность ветровой нагрузки:
=q0*kh*Cw=0.69*1.45*1.75=1.75кПа
Fв3п=1.75*3*11.2*1.5=136.3кН.
-Ветровое воздействие на опору вдоль моста.
Fв3в=1,75*9,8*11,2*1,5=288,12кН.
-Ветровое воздействие на железнодорожный состав вдоль моста.
Fв1=1,5*3*132=594кН.
Нормативная интенсивность ветровой нагрузки:
=q0*kh*Cw=0.69*1.45*1,5=1,5
-Ветровое воздействие на опору от пролетного строения вдоль моста.
Fв=(833.1+288.12)*0.5=560.61кН.
-Ледовая нагрузка.
Из условия прорезания опоры льдом:
Fл1=1*Rzn*b*t
Rzn=Rz1*Kn
Rz1-сопротивление льда дроблению=735кПа.
Кn-климатический коэффициент =1,25
Rzn=735*1.25=918.75кПа.
Fл1=0,9*918,75*3*1,1=2728,68кН.
Из условия остановки ледяного поля опорой:
Fл2=1.253*V*t*zn
А-площадь ледяного поля.
А=1,75*lр2=1,75*1322=30492м2
Fл2=1,253*1*1,1*=11301,6кН.
Сечение 1-1.
-Изгибающий момент вдоль моста.
Мв=Fт*H+Fв2в*H*12+Fв3в*H*12
Мв=1993.6*16,5+288,12*14,21*0,5+833.1*15.0*0.5=32218.62кН*м
-Изгибающий момент поперек моста.
Мп=Fв2п*Н+Fв1*Н+Fв3п*Н+Fл*Н
Мп=1388.47*30,81+594*24,5+136,3*14,21+2728,68*9=83826.7кН*м
-Перерезывающая сила.
Q=0.8*Fт+Fвi
-Вдоль моста.
Qв=0,8*1993.6+560.1=2155.6кН
-Поперек моста.
Qп=0,8*2728,68+(1388.47+136,3+594)*0.5=3242.32кН.
Расчет фундамента.
Принимаем фундамент на буронабивных сваях, диаметром 1,5 м с высоким ростверком. Заглубляем сваи на 2 м в суглинок полутвердый с JL=0,1 таким образом получаем их длину 19.45 м.
Несущую способность сваи, погружаемой с выемкой грунта, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:
Fd = с(cr*R*A + U*cf*fi*hi)
Где: с = cr = cf = 1,0
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-оболочки. Глубина погружения оболочки от поверхности дна равна 16 м, тогда R=2100 кПа.
A – площадь опирания сваи на грунт, А = *d2/4 = 3,14*1,52/4 = 1.766м2
U – наружный периметр оболочки, U=*d = 3,14*1,5 =4.71 м
fi – расчетные сопротивления на боковой поверхности оболочки
hi – толщина слоя грунта, м.
li – средняя глубина расположения слоя грунта.
При h1 = 2 м, f1 = 42 кПа (для песка средней крупности),
h2 = 2 м, f2 = 53 кПа (для песка средней крупности),
h3 = 2 м, f3 = 58 кПа (для песка средней крупности),
h4 = 2 м, f4 = 62 кПа (для песка средней крупности),
h5 = 2 м, f5 = 65 кПа (для песка средней крупности),
h6 = 2 м, f6 = 72 кПа (для песка средней крупности),
h7 = 2 м, f7 = 27 кПа (для глины ленточной)
h8= 2 м, f8 =75 кПа (для суглинка зеленовато-серого)
Несущая способность оболочки по грунту:
Fd=1(2100*1.766*1+4.71*(42*2*1+53*2*0.9+58*2*0.9+62*2*0.9+65*2*0.9+72*2*0.9+27*2*0.9+75*2*0.9))=8911.3 кН.
Расчет по 1 групп предельных состояний.
Проводим расчет свайного фундамента временной опоры по первой группе предельных состояний. Расчет производится на расчетные нагрузки методом перемещений с использованием плоских схем. Нормативные нагрузки умножаются на осредненный коэффициент надежности по нагрузке γf = 1,2, получая при этом расчетные нагрузки. Эти нагрузки приводятся к точке О – центру тяжести подошвы ростверка:
-
Суммарная вертикальная расчетная нагрузка:
P1=1,2*(∑P0+Gр+Gв)=1,2*(31848.9+24*3*64+10*34.6*6)=46239.5
Где: ∑P0 – нормативная вертикальная нагрузка ,
Gр – вес ростверка опоры ,
Gв – вес воды на уступах фундамента
Расчетная нагрузка допускаемая на сваи оболочки.
Р=Fd/k=8911.3/1.65=7066.05кН
n= P1*/F=46239.5*1,3/7066.05=8.5
n-количество свай, принимаем 10 шт.
-
Горизонтальная расчетная нагрузка(вдоль моста):
H1в = 1,2*∑H0 = 1,2*2155.6=2586.7 кН
-
Горизонтальная расчетная нагрузка(поперек моста):
H1п = 1,2*∑H0 = 1,2*3242.32= 3890.78 кН
Где: ∑H0 – нормативная горизонтальная нагрузка.
-
Расчетный момент(вдоль моста):
M1в = 1,2*(∑P0*е0 +∑H0*hр) = 1,2*(0+2155.6*3)=7760.2 кН.
-
Расчетный момент(попер к моста):
M1п = 1,2*(∑P0*е0 +∑H0*hр) = 1,2*(0+3242.32*3)=11672.35 кН.
Где: е0 – эксцентриситет приложения нормативной вертикальной нагрузки, hр- высота ростверка.
Для удобства вычислений расчет ведем применительно к одному ряду свай. Тогда, расчетные усилия, приходящиеся на расчетный ряд свай, представляют:
Вдоль моста:
N1в =31848.9 /5=6369.8 кН,
H1в = 2586.7/5=517.34 кН,
M1в = 11672.35/5=1552.04 кН*м.
Поперек моста:
N1в = 31848.9/2=15924.5 кН,
H1п = 3890.78/2=1945.4 кН,
M1п = 11672.35/2=5836.18кН*м
-Расчетная ширина сваи:
bр = Kф(d+1)*K’ = 0,9*(1,5+1)*0,68=1.53 м
где Kф – коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения оболочки.
Расчетный модуль упругости для бетона В30
Еб = 0,8*31.5*106 = 25.2*106 кН/м2
-Жесткость свай на изгиб и сжатие соответственно:
EI=25.2*106*3.14*1,54/64=10.63*106 кН м2
ЕА=25.2*106*3.14*1,52/4 = 56.7*106кН
hк = 3,5*1,5+1,5 = 6.75 м
где hк – глубина, в пределах которой учитывается упругий отпор грунта. В пределах hк =6.75м залегает песок средней крупности, тогда коэффициент пропорциональности равен К =12000 кН/м4 .
Коэффициент деформации определяется по формуле:
αэ = (К*bр/EI)1/5= (12000*1.53/10.63*106)1/5 =0.27 м-1
Приведенная глубина заложения сваи в грунте:
Ī = αэ lсв= 0,27*19.45=5.25 м
Под воздействием нагрузок N1, P1, M1 ростверк получает перемещение точки О. Величины этих перемещений определяются в результате решения системы канонических уравнений:
u ruu + c ruc + φ ruφ– N1= 0
u rcu + c rcc – P1= 0
u rφu + c rφc + φ rφφ – M1= 0
Коэффициенты канонических уравнений определяются по формулам:
ruc = rcu = rcφ = rφc = 0
ruu = 0 sin2i + 2+r1
ruφ = rφu = 0 xi sini cos I - 3 cos I+r2
rcc = 0 cos 2I + 2
r = 0 xi2 cos 2I + 2 xi2 +2 3 xi sin I +4+r3
Сопротивление оболочки перемещениям плиты ростверка характеризуются значениями:
Так как Ī › 2,6 м, значит длина изгиба сваи определяется по формуле:
lm = l0 + К4/ αэ = 3.65 + 2,25/0,27=11.98 м,
Расчетная длина сваи
lм =lo+7EA/10³* Fd =3.65+7*56.7*106 /10³*11658.98=37.7
1= ЕА/lм=56.7*106/37.7 =150.4*104 кН/м
2= 12*ЕI/lm3=12*10.63*106/11.983=7.4 *104кН/м
3= 6*ЕI/lm2=6*10.63*106/11.982 =44.4 *104 кН/м
4= 4*ЕI/lm = 4*10.63*106/11.98=354.9 *104 кН/м
0 =1 - 2 = (150.4 – 7.4)*104 = 143*104 кН/м
Тогда(вдоль моста):
ruu = 2*7.4*104 = 14.8*104 кН м
ruφ = rφu = 0 – 2*44.4*104 = -88.8*104 кН м
rcc = 2*143*104 + 2*7.4*104 = 300.8*104 кН м
r = 2*143*104 *(1.3)2+2*7.4*104 *(1.3)2 +2*354.9*104 = 1218.15*104 кН м
Находим:
z = 1/( ruu * r - ruφ 2) = 1/(14.8*104 1218.5-(88.8*104)2) = 1/(10143.18*108)
U=(r*H1-ruφ*M1)*z= (1218.15*104*1945.4+88.8*104*5836.18)/(10143*108)=28.5*10-3 м
С = N1/ rcc = 13893.5/(752*104) = 4.3*10-3 м
=(ruu*М1-ruφ*Н1)*z= (37*104*5836.18+88.8*104*1945.4)/(10143.18*108)= 1.51*10-4 рад
-Определяем усилия, действующие на голову каждой сваи в расчетном ряду(вдоль моста):
Ni = 1 (u*sin i + (c+xi) cosi)
Hi = 2 (u*cos i - (c+xi) sini)- 3
Mi = 4 - 3(u* cos i - (c+xi) sini)
N1 = 150.4*104*(4.3*10-3+1,3*1.51*10-4*1,0) =10652.3 кН
N2=150,4*104*(4.3*10-3-1,3*1.51*10-4*1,0)=5053.4кН
Н1=Н2=7.4*104*28.5*10-3*1-44.4*104*1.51*10-4= 976.8 кН
М1=М2=354.9*104*1.51*10-4-44.4*104*4.3*10-3*1 =-3604.05 кН м
-Проверки:
1) (Рi cosi - Hi sini) = N1
15705.7кН 15924.5 кН
2) (Рi sini + Hi cosi)+ U * r1 +* r2 = Н1
2*976.8= 1953.6 кН 1945.4 кН
3) (Рi cosi - Hi sini)*xi + Мi)+ U * r2 +* r3 = М1
7271.5*1,3+6637.8*1,3-2*3604.05 =5754.95836.18 кН м
Проверки выполнены.
Поперек моста.
Тогда:
ruu = 5*7.4*104 = 37*104 кН м
ruφ = rφu = 0 – 5*44.4*104 = -222*104 кН м
rcc = 5*143*104 + 5*7.4*104 = 752*104 кН м
r=2*143*104*2,52+2*143*104*52+2*7.4*104*2.52+2*7.4*104*52+ 7.4*104+143*104+5*354.9*104=11325 *104 кН м
Находим:
z = 1/( ruu * r - ruφ 2) = 1/(108*(37*11325-2222)) = 1/(369741*108)
U=(r*H1-ruφ*M1)*z=(11325*104*517.34+222*104*1552.04)/ (369741*108)=1.68*10-3 м
С = N1/ rcc = 1.85*10-3
=(ruuМ1-ruφ*Н1)*z=(37*104*1552.04+222*104*517.34)/(369741*108) =0.46*10-4 рад
Определяем усилия, действующие на голову каждой сваи в расчетном ряду(поперек моста):
Ni = 1 (u*sin i + (c+xi) cosi)
Hi = 2 (u*cos i - (c+xi) sini)- 3
Mi = 4 - 3(u* cos i - (c+xi) sini)
N1 = 150.4*104*(1.85*10-3+2.5*0.46*10-4*1,0) = 1342.5 кН
N2 =1104кН
N3=1315.4
N4=1116.3кН
N5=1305кН
Н1=7.4*104*(1.68*10-3*1)-44.4*104*0.46*10-4= 103.9 кН
М1=354.9*104*0.46*10-4-44.4*104*1.68*10-3= -582.67кН м
-Проверки:
1) (Рi cosi - Hi sini) = N1
6383.2кН 6369.8 кН
2) (Рi sini + Hi cosi)+ U * r1 +* r2 = Н1
5*103.9= 519.5 кН 517.34 кН
3) (Рi cosi - Hi sini)*xi + Мi)+ U * r2 +* r3 = М1
1410.81552.04 кН м
Nmaxвд + Nmaxп + G < Fd / к
G=1.766*16*24=578.76
5053.4+578.76+1342.5=6974.7< 7066.05
условие выполняется