2.Силы давления воды со стороны верхнего бьефа: Tw,нh, Tw,пh, Tф,пh

Для вычисления сил гидростатического давления со стороны ВБ необходим ряд эпюр. Он представлен на чертеже, приложенном к курсовой.

1)T_w,н^h-силы гидростатического давления воды со стороны ВБ над понуром. Ее численное значение равно площади эпюры интенсивности давления.

T_w,н^h=γ_w*h²/2* 1пог.м. =10*20,9²/2*1=2184,05 кН

l=8,5+20,9/3=15,47м

M=2184,05*15,47=33787,25кНм

2)T_w,п^h-сила гидростатического давления воды под понуром,

T_w,п^h= γ_w*(h₂+h₃)/2* (h₂-h₃)*1 пог.м.=10 *(4,5+13)/2* (13-4,5)*1=743,75кН

l=8,5/3*(2*84,81+245)/(245+84,81)=3,56м

M=743,75*3,56=2649,18 кНм

3) T_ф,п^h-сила фильтрационного давления воды под понуром.

T_ф,п^h= γ_w(h_фа+ h_фб)/2*(h₂-h₃)=10*(20,9-4,5+4,9)/2*(13-4,5)=905,25 кН

l=8,5/3*(2*1,69+4,9)/(1,69+4,9)=3,56м

M=3222,69 кНм

2.Сила давления воды со стороны нижнего бьефа: Twt

Для нахождения данной силы требуется эпюра давления со стороны нижнего бьефа. Она представлена на чертеже, приложенном к курсовой.

T_w^t= γ_wh²/2*1 пог.м.=10*13²/2*1=338 кН

l=13/3=4,3

M=1463,54 кНм

II.3. Расчет эпюры контактных напряжений. Сравнение полеченных значений контактных напряжений с характерными напряжениями кривой s=f(p): нач.р_кр, R и р_u.ⁱⁱ

Цель сбора нагрузок, как указывалось в начале настоящего раздела,– вычисление эпюры контактных напряжений под подошвой сооружения:

К эпюре предъявляются определенные требования:

1)σ псредн.≤ R; σ пmax ≤ 1,2R; 2)σ пmax/σ пmin ≤ 5для песчаных грунтов; σ пmax/σ пmin≤ 3 для глинистых грунтов.

где: R – расчетное сопротивление, определяемое по формуле

где: γ_с1, γ_с2 – коэффициенты условий работы грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием

k – коэффициент, принимаемый равным 1, так как характеристики φ и с, помещённые в и используемые в курсовой работе, определены непосредственными испытаниями;

b – ширина подошвы каменной постели, передающей нагрузку от опорной плиты массива-гиганта на грунт основания: ,

где – угол распределения каменной постелью давления от сооружения на основание: .

к_z– коэффициент, зависящий от ширины фундамента, при b>10 м, вычисляется по формуле: к_z = z₀/b+0,2, где z₀=8 м, если к_z=1. В данном случае, ширина опорной плиты поэтому к_z=1.

– глубина заложения фундамента (в данном случае толщина постели): =h^п.

– расстояние от отметки планировки набережной до верха каменной постели, для сооружений шириной и глубиной свыше 2 м принимается .

– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента и находящихся во взвешенном состоянии;

– то же, залегающих выше подошвы фундамента;

c_II – удельное сцепление

– безразмерные табличные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II грунта, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83*

Вычисление производится по известной из курса «Сопротивление материалов» формуле внецентренного сжатия:

,

Вычисленные значения и позволяют построить простейшую линейную эпюру контактных напряжений, которая имеет вид трапеции

W=1*46²/6=352,67 м³

A=46 м²

P=56037 кН

M=64493,13кНм

σ_min^max=56037/46±64493,13/352,67=1218,19±182,87 кН/м²

σ_min=1035,32 кН/м²

σ_max=1401,06 кН/м²

σ_ср=1218,19 кН/м²

γ_с1=1,4; γ_с2=1,2; k=1; b=46 ; d=10; =11,265 ;

=11,565;

k_z=8/46+0,2=0,37

1)σ ^п_средн.≤ R; σ ^п_max ≤ 1,2R;

1218,19_.≤ 2512,96 – выполняется

1401,06_.≤ 1,2*2512,96– выполняется

2)σ ^п_max/σ ^п_min≤ 3 для глинистых грунтов.

1401,06/1035,32=1,35≤ 3 – выполняется

Вывод. Условия удовлетворяется, следовательно размеры сооружения выбраны правильно. Можно продолжить расчеты.

С целью более полного представления о работе основания гидротехнического сооружения полезно также вычислить начальную критическую нач.р_кр и предельную р_u нагрузки.

Начальная р_кр вычисляется по формуле Пузыревского:

где: удельный вес грунта выше подошвы фундамента

d – глубина заложения фундамента

Предельная нагрузка р_u определяется по формуле:

,

где - безразмерные табличные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_I грунта основания и от угла отклонения δ предельной нагрузки p_u от вертикали. Принимаются по таблице СНиП 2.02.02-85 стр. 34 [4]. Так как предельная нагрузка p_u [кПа] сравнивается со средним вертикальным сжимающим напряжением [кПа] под подошвой сооружения, то коэффициенты принимаются при δ=0.

γ_I – удельный вес грунта основания ниже подошвы фундамента(γ_I=10,97)

b – ширина нагрузки (b=46)

q – пригрузка на поверхности III зоны потенциальной призмы выпирания

q=10,97*20+14*1=233,4

В нашем примере потенциальная призма выпирания формируется в песчаном грунте и пригрузка на поверхности III зоны призмы выпирания отсутствует, поэтому в формуле остается только первое слагаемое:

Для φ=37,3

P_u=43,4*10,97*46+46,35*233,4=32718,6 кПа