2. Расчет якорей

Якоря предназначены для крепления растяжек, вант, грузо­подъемных механизмов, лебедок, полиспастов и т. п.

По конструктивному исполнению якоря подразделяют на свайные, заглубленные, поверхностные и винтовые.

Якоря являются важными элементами, обеспечивающими устойчивость конструкций во время их монтажа, а также устой­чивость грузоподъемных механизмов и других устройств во вре­мя их эксплуатации. При этом степень устойчивости, а следо­вательно, и безопасность находятся в прямой зависимости ог надежности креплений, т. е. способности якорей воспринимать вырывающие усилия. Поэтому при устройстве якорей их следу­ет обязательно проверять расчетом.

Расчет свайного якоря

Свайные якоря из одиночных бревен (свай) по конструкции являются наиболее простым видом крепления. Их применяют для крепления растяжек и вант при небольших усилиях, вос­принимаемых якорями. Сваи забивают в грунт под углом, ко­торый зависит от угла заложения растяжек к горизонту. Раз­меры свай и глубину их забивки определяют расчетом. Расчет якоря производится по усилию S_B в растяжке или ванте.

Согласно расчетной схеме (рис. 66) горизонтальная составляющая усилия sb в якоре равна:

Рис. 66. Расчетная схема одиночного спайного якоря

где S_B — усилие в растяжке или ванте в кГ;

α — угол заложения растяжек или вант к горизонту.

Вертикальная составляющая усилия S_B в якоре равна:

Устойчивость сваи на выдергивание под воздействием верти­кальных сил проверяют по формуле

где Т — сила трения, равная N₁f (f — коэффициент трения де­рева по грунту, равный 0,5; N₁ — горизонтальная со­ставляющая усилия S_B);

К— коэффициент устойчивости, принимаемый равным 3.

В случаях, когда одиночная свая не в состоянии воспринять усилие от растяжки, применяют сдвоенные и строенные сваи, которые забивают в ряд, как показано на схемах рис. 67. Та­кой конструкции свайные якоря обычно рекомендуются при уси­лиях до 10 Т. Выбор диаметра свай для таких якорей можно произвести по таблице, прилагаемой к рисунку, в зависимости от расчетного усилия и давления на грунт.

При усилиях более 10 Т свайные якоря усиливают горизон­тальными щитами из досок, которые закладывают у поверхности грунта.

Устойчивость свайных якорей, усиленных щитами из досок с поверхностью 2 ab (рис. 68), определяется но напряжению, возникающему в грунте, по формуле

Усилие в кГ	1000	1500	2000	3000	4000	5000	6000	8008	10000
Конструктивная схема	I				II и III
Давление на грунт σгр в кГ/см2	1,5	2	2,3	3,1	2	2,8	1,5	2	2,8
d	18	20	22	26	-	-	-	-	-
d1	-	-	-	-	25	26	28	30	33
d2	-	-	-	-	22	24	22	25	26
d3	-	-	-	-	-	-	20	22	24

Рис. 67. Схемы свайных якорей

Рис. 68. Расчетная схема свайного якоря, усиленного щитами из досок

кГ/см²

где h— длина части сваи, находящейся в грунте, в см;

Н — расстояние от поверхности земли до точки приложения усилия S в см;

N₁ — горизонтальная составляющая усилия в кГ;

δ —диаметр сваи в см;

b — высота щита в см;

a — ширина полущита в см

т—коэффициент, который определяется по формуле

где γ — объемный вес грунта в т/м³;

φ — угол естественного откоса грунта.

Значения γ и φ приведены в табл. 44.

Таблица 44

Грунт	γ, т/м3	φ, град
Песок: крупный, сухой насыщенный водой Суглинок рыхлый, сухой насыщенный водой Глина: рыхлая, сухая мокрая	1,5 2 1,5 2 1,6 2	35 25 40 20 40 20

Устойчивость анкерного крепления будет обеспечена в том случае, если будет удовлетворено условие

σ < mh.

Если полученное значе­ние σ будет отрицательное, это указывает на необходи­мость дополнительного уве­личения заделки.

Рис. 69. Расчетная схема горизонтального якоря без усиления щитом

Проверочные расчеты го­ризонтальных якорей (попе­речин) без щитов выполня­ют в соответствии с расчет­ ной схемой (рис. 69).

1. Проверяют устойчивость якоря из одного или нескольких горизонтальных бревен на воздействие вертикальных сил по формуле

Q + T ≥ KN₂,

где Q — вес грунта в кг;

Т— сила трения;

К — коэффициент устойчивости, принимаемый равным 3;

N₂ — вертикальная составляющая усилия S.

Вес грунта Q находят по формуле

где b и b₂ — размеры верхнего и нижнего оснований котло­вана;

H — глубина заложения поперечин в м;

l — длина поперечины в м;

γ — объемный вес грунта в кг/м³.

2. Проверяют допускаемое давление на грунт [σ_гр] от горизонтальных сил на глубине заложения H поперечин по формуле

где μ — коэффициент уменьшения допускаемого давления вследствие неравномерного сжатия, принимаемый рав­ным 0,25;

h—высота поперечин в м.

3. Проверяют сечение горизонтальной поперечины при од­ной растяжке исходя из условия ее сопротивления изгибу. Мак­симальный изгибающий момент М в поперечине будет

где S — усилие в растяжке в кГ;

l — полная длина поперечины в м.

Сечение поперечин при двух растяжках, направленных под углом, определяют исходя из условия сопротивления изгибу и сжатию. В этом случае максимальный изгибающий момент в по­перечине составит

где а — расстояние от конца поперечины до тяжа (до тяги) в м.

Нормальная сила N в поперечине

где β — угол между растяжкой и поперечиной в плоскости обеих их ветвей.

Расчетное напряжение σ_п поперечины

где W—момент сопротивления поперечины (W = 0,l d³n);

F—площадь сечения якоря в см² (F = 0,785 d²n);

d — диаметр одного бревна в см;

п— количество бревен в якоре.

Прочность поперечины будет обеспечена, если

σ_п ≤ mR,

где R — расчетное сопротивление материала поперечины в кГ/см² (для сосны R = 160 кГ/см² по СНиП II-В.4-62);

т—коэффициент условий работы.

Рис. 70. Расчетная схема горизонтального якоря, усиленного щитом

При нагрузках более 7,5 Т якоря усиливают путем устройст­ва горизонтального щита из досок и вертикальной стенки из бревен. Для восприятия боковых горизонтальных усилий,воз­никающих в случае несовпадения растяжек с осью якоря, на поверхности у выхода растяжки из грунта устраивают специаль­ный упор.

Проверочный расчет горизонтального якоря, усиленного щи­том, производят аналогично предыдущему в соответствии с рас­четной схемой (рис. 70).

Устойчивость якоря на воздействие вертикальных сил про­веряется по формуле

Q + T ≥ KN₂.

Вес грунта в этом случае будет

а сила трения

Для якорей с вертикальной стенкой давление на грунт про­веряют по формуле

где — допускаемое давление на грунт от горизонтальных сил в кГ/см²;

μ —коэффициент снижения давления, принимается рав­ным 0,25;

h₁ —высота части вертикального щита, расположенной выше горизонтальной поперечины, в см;

h₂ — высота части вертикального щита, расположенной ниже горизонтальной поперечины, в см.

Пример. Подобрать свайный якорь на тяговое усилие 10 Т при угле на­клона троса α = 30°. Грунт — песок плотный средней крупности, γ = 1.5 т/м³. Принимаем горизонтальный якорь из трех бревен d=30 см, длиной 3 м, усиленный вертикальным щитом высотой h = 0,5 м. Размеры котлована: Н=2 м, b = 1,8 м, b₁ = 0,6 м.

Проверяем устойчивость якоря на воздействие вертикальных сил (см. рис. 70) по формуле .

Q + T ≥ KN₂.

Т

Т

Т

Т

Т

Следовательно, устойчивость якоря обеспечивается.

Проверяем давление на грунт от горизонтальных сил по формуле

Расчетное сопротивление песчаного грунта R = 3,5 кГ/см² («Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооруже­ний». Госстройиздат, 1960).

Так как =2.36 кГ/см² < R = 3.5 кГ/см² , деформации грунта не произой­дет.

Проверяем прочность сечения бревен. Максимальный изгибающий мо­мент в бревне при одной растяжке

Т·м

Момент сопротивления

W = 0,l nd³ = 0,1·3·30³ = 8100 см³.

Напряжение в бревнах от изгиба

кГ/см²

Прочность бревен обеспечена, так как

кГ/см²