САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

 

 

Курсовая работа по устройству портов

на тему «Подпорные стенки»

 

Выполнил:

студентка ГТ-32 уч. группы

 

 

Проверил:

Перевязкин Ю.А.

 

Санкт – Петербург

2010г.

 

 

Исходные данные:

 

 

№ вар.

Характеристики грунтов

Н,м

h,м

Координаты полос загружения в долях от«В»

q*, кПа

Засыпка

Основание

ρ1, т/м³

φ1, град

φ2, град

φ3, град

С3, кПа

X1

X2

X*1

X*2

1,74

-

11,5

3,1

0,15

0,25

0,65

0,75

 

 

1. Расчет подпорной стенки в виде стального одноанкерного больверка

1.1 Статический расчет больверка

Расчет выполняется графоаналитическим методом в следующей последовательности (рис.2)

1. Назначают ориентировочную глубину забивки шпунтовых свай; t (0,7…0,8)Н 9,1 м;
2. Строят эпюру активного давления грунта на шпунтовую стенку (рис.1).

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

 

(1)

 

где q_o=40 кПа- расчетная равномерная нагрузка на поверхности грунта засыпки;

- плотность i – того слоя грунта за шпунтовой стенкой, т/м³;

g= 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

h_i- мощность i – того слоя грунта за шпунтовой стенкой, м;

-коэффициент бокового давления грунта (распора);

 

(2)

_i - угол внутреннего трения i – того слоя грунта, град.

Вычисления абсцисс эпюры активного давления грунта на шпунтовую стенку удобно свести в таблицу.

 

 

Таблица 1

Отметка характерной точки			h,м
		1,74						0,347
4,1		1,74	4,1	69,91	69,91	109,91	0,347	24,26
4,1		1,74	4,1	69,91	69,91	109,91		0,375	26,22
11,5			7,4	72,52	142,43	182,43	0,375	53,41
11,5			7,4	72,52	142,43	182,43		0,406	57,83
27,0			9,1	89,18	231,61	271,61	0,406	94,03

 

Если i – тый грунта обладает сцеплением, то в пределах всего слоя этого грунта активное давление уменьшают на величину е_{а сц.}

(3)

где с_i- сцепление i – того слоя грунта, кПа.

Эпюра активного давления грунта представлена на рис. 1справа от оси стенки.

3. Строят эпюру пассивного давления грунта.

Интенсивность давления грунта в характерных точках (рис.1) вычисляют по формуле:

(4)

где q^’ _о – распределенная нагрузка на поверхности грунта засыпки(крепление дна ж/б плитами, каменная наброска и т.д.), кПа.

Согласно исходных данных задания q^’ _о=0;

-коэффициент пассивного давления грунта (отпора);

(5)

к_i – коэффициент, учитывающий трение грунта о шпунтовую стенку и зависящий от ее материала и угла внутреннего трения грунта _i.

Если i – тый грунта обладает сцеплением, то в пределах всего слоя этого грунта пассивное давление увеличивают на величину е_{п сц.}

(6)

Эпюра пассивного давления грунта представлена на рис. 1 слева от оси стенки.

4. Результирующую (суммарную) эпюру давления грунта на стенку (рис.1,б) получают сложением эпюр «е_а» «е_п»

Суммарную эпюру разбивают по высоте на ряд полос от 0,5 до 1,0 м (рис.1), так чтобы на всех отметках, где эпюра давления имеет изломы, были бы границы полосок.

5. Рассматривают независимые полоски, их действие заменяют сосредоточенными силами Еj, приложенными в центре тяжести каждой j-ой полоски (рис. 1). Силы Еj численно равны площадям соответствующих полосок.

6. Строят силовой многоугольник (рис.1,г). Полюс силового многоугольника «О» удобнее разместить на вертикали, проходящей около середины этого отрезка, а полюсное расстояние принять равным примерно его половине. Начало и конец каждой силы соединяют с полюсом «О».

7. Веревочный многоугольник строят параллельным переносом лучей с силового многоугольника на поле горизонтальных линий действия сил. При этом первый луч (отмеченный значком «S») продлевают до пересечения с горизонтальной линией, проходящей на отметке крепления анкеров к шпунтовой стенке (в точке «А» на рис.1д). Замыкающую веревочного многоугольника проводят через точку «А» таким образом, чтобы у₁=1,1у₂.

8. Точка «В» пересечения замыкающей с веревочным многоугольником (рис. 1) определяет необходимую глубину забивки стенки t_o. Полную глубину забивки шпунтовых свай t можно принять равной t=(1,15…1,20) t_o.

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

М_мах= =280*2,3=653 кН*м/м (7)

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

10. Параллельным переносом замыкающей с веревочного многоугольника на силовой (рис. 1г) получают величину усилия в анкерной тяге на один погонный метр набережной , кН/м (отрезок от начала силового многоугольника до точки пересечения его с замыкающей - в масштабе сил) = 376 кН/м.

1.2 Подбор шпунтовых свай и определение диаметра анкерной тяги

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

=653*0,67=437,6кН/м (8)

где к₁-поправочный коэффициент, учитывающий приближенность теоретического расчета и экспериментальных данных.

к₁=0,77-0,37h/H =0,77-0,37*3,1/11,5=0,67 (9)

где h – высота над анкерной консоли, м;

Н – свободная высота причальной стенки, м;

Шпунтовые сваи по сортаменту, согласно моменту сопротивления одного погонного метра стенки, вычисляемого по правилам сопротивления материалов при изгибе:

М_сопр= /[ ]_р=437,6/160*10³=0,002735м³

Технические характеристики стальных шпунтовых свай

Профиль	Ширина (в осях) b,м	Высота h,м	Длина l,м	Момент сопротивления 1 м стенки,м3
LARSSEN-5	0,42	0,18	8…25	0,003000

Расчетные значения усилий в анкерных тягах определяют по формуле:

R_a(q0)=R_a*k₂*d (10)

Где к₂- коэффициент, учитывающий податливость анкерных закреплений, неравномерности натяжения анкерных тяг, способ возведения стенки и т.п.

к₂= 1,2+0,25h/H=1,2+0,25*3,1/11,5=1,267 (11)

R_{a расч}=1,68*1,267*376=800,34м³

^{d=4*b=1,68м.}

^{Аналогично выполняют расчёт одноанкерного больверка без нагрузки.(рис.2)}

1.3. Проверка общей устойчивости подпорной тяги.

Проверка общей устойчивости сооружения выполнена по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения. Расчетная схема к проверке общей устойчивости указана на рис.3.

Расчет:

1. Приводим сдвигающийся грунтовый массив к однородному с плотностью грунта . Для этого интенсивность нагрузки над расчетным уровнем воды приводим к высоте h_прив эквивалентного слоя грунта с плотностью .

(12)

2. Определяем координаты центра и радиус кривой скольжения по приближенному методу Феллениуса.

Абсолютные координаты Х₀ и У₀ равны

Х₀ =х*Н=5,0м ,У₀=у*Н =6,0м (13)

Где х и у – относительные координаты центра «О» .

, , х=0,41, у=0,53

3. Определяют наихудшее для устойчивости положение временой равномерно распределенной нагрузки q₀. Для этого из «О» проводят R под углом к вертикали до пересечения с поверхностью скольжения. Из полученной точки N (рис.3) восстанавливают вертикаль, до которой от линии кордона нагрузку q₀ в расчете не учитывают.

4. Ограничиваем эпюру приведенных нагрузок в тыловой части. Для этого расчетный уровень воды на водоеме продолжают вправо до пересечения и получают точку М(рис.3) проводим вертикаль и получаем точку «К». Приведенная высота на этой вертикали равна:

5. Всю сдвигающуюся призму грунта разбиваем на полоски равной ширины b=0,1*16,2=1,62м

6. Определяем коэффициент запаса общей устойчивости сооружения «К»

(14)

где L- длина дуги, по которой действует сцепление, м.

L=0,0175* *R =0,00175*97 *16,2=27,5м (15)

Где - центральный угол, опирающийся на дугу L, град.

Вычисление первого слагаемого числителя и знаменателя уравнения (14) приведены в таблице 1.

1.4. Определение допустимой эксплуатационной нагрузки. Определение координат х₁,х₂ , .

Координаты х₁,х₂ , определены исходными данными в долях от ширины активной зоны «В».

х₁=0,15В=4,69м, х₂=0,25В=7,45м, ,

Ширина активной зоны «В» вычисляется по формуле , (16)

где h_i- мощности I-тых слоев грунта от отметки поверхности грунта засыпки до отметки, на которой изгибающий момент шпунтовой стенке достигает наибольшего значения.

«В» определяют и графически рис.4. Далее определяют числовые значения координат полос загружения х₁,х₂ , и показывают на рис.4 положение фактической q^*( ) и искомой q(х₁,х₂) нагрузок

Таблица 1

Результаты вычислений

№№ полосок	hi	ri	hi ri	Sin(	Cos( )		tg( )	hi Cos( )tg( )
	5,6	0,0	0,00	0,00	1,00		0,51	2,86
	5,5	1,6	8,80	0,10	0,99		0,51	2,78
	14,5	3,2	46,40	0,20	0,96		0,51	7,11
	14,0	4,8	67,20	0,30	0,91		0,51	6,51
	13,5	6,4	86,40	0,40	0,84		0,51	5,81
	14,7	8,0	117,60	0,49	0,76		0,51	5,67
	13,6	9,6	130,56	0,59	0,65		0,51	4,50
	12,3	11,2	137,76	0,69	0,52		0,51	3,27
	10,5	12,8	134,40	0,79	0,38		0,55	2,17
	8,0	14,4	115,20	0,89	0,21		0,60	1,01
	4,2	16,0	67,20	0,99	0,02		0,62	0,06
	5,5	-1,6	-8,80	-0,10	0,99		0,51	2,78
	5,2	-3,2	-16,64	-0,20	0,96		0,51	2,55
	4,8	-4,8	-23,04	-0,30	0,91		0,51	2,23
	4,2	-6,4	-26,88	-0,40	0,84		0,51	1,81
	3,4	-8,0	-27,20	-0,49	0,76		0,51	1,31
	2,3	-9,6	-22,08	-0,59	0,65		0,51	0,76
	1,0	-11,2	-11,20	-0,69	0,52		0,51	0,27
	0,1	-12,8	-1,28	-0,79	0,38		0,51	0,02
			774,40					53,47

 

1.5. Определение допускаемой нагрузки [q(х₁,х₂)]

(17)

(18)

где и - соответственно, приращения максимального изгибающего момента в шпунтовой стенке и в анкерной тяге от нагрузки q (x₁ , х₂).

и - то же , от проектной нагрузки q_0.

= М_mах(q₀) - М =437,6- 257,28=180,36кН*м/м (19)

= (q₀)- =476,4- 288,87=187,52кН/м (20)

где М_mах(q₀) - максимальный изгибающий момент в шпунтовой стенке при наличии нагрузки q_0,кН*м/м.

- усилие в анкерной тяге при наличии проектной нагрузки q₀, кН/м.

М и - соответственно, то же, но при отсутствии полезных нагрузок, кН*м/м, кН/м.

Числовые значения М и определяют графоаналитическим расчетом, только эпюру активного давления грунта на шпунтовую стенку строят при q₀=0(рис.5).

Приращения усилий в элементах больверка и от нагрузки q(х1,х2):

= - М = 334,46-257,28=77,2кН*м/м (21)

= - =369,96-288,87=81,09кН/м (22)

где и -максимальный изгибающий момент и усилие в анкерной тяге при наличии нагрузки q(х1,х2)=80кПа, кН*м/м, кН/м.

и определяют графоаналитическим расчетом.

Получив приращения усилий в элементах больверка по формулам (21) и (22) строят графики линейной зависимости и от q(х1,х2), по которым устанавливают допускаемое значение [q(х1,х2)] для подпорной стенки, т.к. рис.6

[q(х1,х2)]=184 кПа

1.6. Учет влияния полосовой нагрузки на шпунтовую стенку и определение эквивалентной равномерно распределенной нагрузки

Строят эпюру давления на шпунтовую стенку как сумму эпюр давлений грунта и полосовой нагрузки(рис.7).

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

=М_max[q^*( )] - М =283-257,28= 25,7 кН*м/м

=R_max[q^*( )]- =293,94-288.87=5,07 кН/м

По графикам зависимостей и определяют расчетное значение (рис.9).Полученные отрицательные значения моментов, указывают на то, что шпунтовая стенка выдержит данную нагрузку.

1.7. Определение допустимой эксплуатационной нагрузки q(х1,х2):

Допустимую эксплуатационную нагрузку q(х1,х2), которую можно уложить на полосе с координатами х1 и х2 при наличии на нем известных полезных нагрузок определяют по формуле: