Транспортная инфраструктура. Проект причала для погрузки лесоматериалов в суда методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направления 23.03.01

Тонкие стенки из дерева при высоте до 3 м могут быть выполнены из брусчатого шпунта или из круглых свай, забитых частоколом. За стенкой из круглых свай отсыпается обратный фильтр, предотвращающий вымывание грунта. При устройстве деревянных стенок следует учитывать быстрое гниение дерева в зоне переменного увлажнения.

Заанкерованные стенки имеют в верхней части дополнительную опору, состоящую из распределительного пояса, анкерных тяг и анкерных опор. Деревянный шпунт из брусьев и металлический шпунт имеют достаточно плотные замки и практически обеспечивают грунтонепроницаемость. За стенкой из железобетонного шпунта отсыпают каменную призму и двухслойный обратный фильтр. Кроме защиты от вымывания грунта, каменная призма снижает нагрузки на стенку от распора грунта. Однако изготовление ее дорого.

Сквозные сооружения (эстакады) состоят из балочного или плитного ростверка, уложенного на свайные опоры. Строят их из дерева и железобетона. Особенностью эстакады является отсутствие сплошной стенки, воспринимающей распор грунта. Поэтому нагрузки на основание у них значительно меньше, чем у гравитационных сооружений.

При значительной длине причального фронта эстакада может быть выполнена в виде узкой, параллельной берегу платформы со съездами на берег. Такие эстакады не строят в портах, где зимой наблюдается колебание уровней воды. В этом случае береговые откосы покрываются толстым слоем льда. Горизонтальные и наклонные связи могут быть повреждены, а сваи выдернуты из грунта.

Для выбора конструкции набережной можно воспользоваться табл. П2.2.

При определении класса сооружения следует воспользоваться табл. П2.3.

3.7.Расчет причальных сооружений

3.7.1.Общие положения

Вэтом разделе курсового проекта студент должен рассчитать активную и пассивную нагрузки, действующие на причальное сооружение.

Нагрузки на сооружения бывают постоянные, временные и особые. Для их расчета может быть использована методика, приведенная в работе

[3]с учетом СНиП 2.06.04.82 [4].

Постоянные нагрузки включают собственный вес сооружения, вес и давление грунта засыпки за ним, нагрузки от постоянных сооружений и оборудования.

Временные длительно действующие – это нагрузки от кранов, транспортных средств и грузов, складируемых на причале.

11

Временные кратковременные нагрузки сооружения испытывают от ударов и швартовки судов, ото льда.

Особые нагрузки возникают от действия грунтовых вод при повреждении дренажных устройств и понижении уровня воды перед сооружением. Сооружение рассчитывают на основное сочетание нагрузок. При этом принимают удельный вес грунта естественной влажности 18 кН/м3, ниже

уровня воды для грунта 10 кН/м3, а для каменной или щебеночной постели

11 кН/м3.

Нагрузки от технологического оборудования устанавливают по паспортам оборудования.

Если на причале укладываются штабели леса высотой до 4 м, распре-

деленная нагрузка равна 20 кН/м2, а при высоте штабеля 8…10 м – 30…40 кН/м2.

В качестве расчетных учитывают наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок. Временные нагрузки, улучшающие работу сооружения, как правило, не учитываются. В ряде случаев не учитываются нагрузки от ветровой волны и льда, так как причалы защищены от них.

Конструкция причала может содержать специальные элементы, воспринимающие нагрузки от ударов судов и швартовые усилия.

За набережные стенки обычно засыпают песчаные грунты, не обладающие сцеплением. В естественном состоянии плоскость откоса грунта (рис. 2) образует с горизонтом угол, близкий к углу внутреннего трения ϕ.

Стенка ограничивает область грунта вертикальной плоскостью АВ. Часть грунта засыпки стремится сместиться по плоскости ВС и оказывает на стенку воздействие, называемое распором грунта (активным давлением).

Если грунт засыпки однороден и поверхность горизонтальная, полное усилие распора грунта на единицу длины стенки Eа равно

где γ – удельный вес грунта засыпки; Hст – высота стенки.

Это усилие стремится сдвинуть стенку. Препятствует сдвигу сила трения стенки об основание и сила пассивного отпора грунта, расположенного перед стенкой, – сопротивление выпора призмы выпирания грунта по плоскости ЕД.

Сила отпора определяется по формуле

12

Рис. 3. Эпюра распора неоднородного грунта

3.7.2. Определение активного давления грунта на тонкую стенку

При определении активного давления на заанкерованную стенку стенка по высоте делится на 4 участка (рис. 4). Участок AB – консольная часть. По условию равнопрочности консольной и пролетной частей шпунта

где hк – высота консольной части, hк = hAB; hAB – высота участка AB; Hст – высота стенки над уровнем грунта основания.

Однако при hк < 0,2 Hст принимают hAB = 0,2 Hст, то есть точка B располагается ниже точки крепления анкерной тяги.

Точка Д заглублена под уровень грунта основания на 0,15 Hст. Высоту участков ВС и СД определяют по формулам

hСД = 0,5 (1,15 Hст – hк); hВС = 1,15 Hст – hAB – hСД .

Таким образом, точка С делит пополам расстояние от точки Д до точки крепления анкерной тяги.

Глубина погружения шпунта ориентировочно может быть принята t = 0,5 · Hст .

В курсовом проекте студент должен предварительно определить высоту стенки, суммируя проектную глубину воды у причала и возвышение кордона причала, принятое по табл. 2.

Затем следует задаться высотой консольной части с учетом соотношения (14) и определить глубину погружения шпунта.

14

η

г

Рис. 4. Графический расчет заанкерованной тонкой стенки:

а− стенка; б − веревочный многоугольник; в − эпюра сил;

г− силовой многоугольник

Интенсивность активного распора в различных точках может быть определена по зависимостям

aА = q0λa ; aВ = σВ[1−α(1−λa )]; aС = σСKλа ;

15

aД = σДμλa ; aЕ = σЕμλa ,

где q0 – временная равномерно распределенная нагрузка на поверхности засыпки; λa – коэффициент активного давления грунта. При горизонтальной поверхности засыпки и вертикальной стенке

λa = tg2 45°− ϕ ;

2

ϕ– угол внутреннего трения грунта; σВ, σС, σД, σЕ – вертикальное давление грунта в рассматриваемой точке, например: σС = q0 + ∑hi γi ; hi – высота

слоя грунта с удельным весом γi; α – коэффициент, учитывающий влияние прогиба консоли:

μ – коэффициент, учитывающий снижение давления от податливости грунта, μ= 0,8; K – коэффициент уменьшения давления из-за прогиба пролетной части, для металлического шпунта K = 0,8.

В случае применения железобетонного шпунта этот коэффициент определяется в зависимости от относительного прогиба пролетной части.

Для более точного построения эпюры активного распора рекомендуется определять его интенсивность в точках изменения свойств грунта.

3.7.3. Определение пассивного отпора грунта

Заглубленная в грунт часть шпунта под действием активного давления засыпки сдвигается в сторону акватории, встречает сопротивление грунта основания и выпирает призму грунта. При этом большое значение имеет трение грунта о стенку. При несвязных грунтах основания интенсивность пассивного отпора равна

λп – коэффициент пассивного отпора при горизонтальной поверхности

При определении λп по таблицам обычно принимают угол трения грунта о стенку δ = ϕ, но не более 30º.

16

3.7.4.Определение изгибающих моментов и горизонтального усилия

вместе заделки анкера

Построив эпюры активного и пассивного давлений на стенку, строят результирующую эпюру. Для этого складывают активную и пассивную эпюры в нижней части стенки (см. рис. 4). Затем эту результирующую эпюру разбивают по высоте на пояса высотой 0,5…1,0 м. Чем меньше высота пояса, тем выше точность решения. Определяют усилие в каждом поясе и заменяют его на эпюре равнодействующей, проходящей через центр тяжести пояса.

Следующим этапом является построение силового многоугольника. Строят в определенном масштабе линию активных сил, начиная с силы в верхнем поясе эпюры. От конца последней активной силы в обратном направлении откладывают пассивные силы (см. рис. 4). Для удобства построения линию пассивных сил несколько смещают вниз или вверх от линии активных сил. На некотором расстоянии от линии активных сил, называемом полюсным расстоянием η, намечают полюс О, а от линии пассивных сил − полюс О′. Полюсное расстояние должно быть одинаковым. Полюс может быть выше или ниже линии. Для удобства построения обычно его располагают на вертикали, проходящей через начало первой силы. Если из полюсов провести лучи к началу и концу каждой силы (из каждого полюса к своим силам), получим силовой многоугольник.

Последний этап подготовительной работы − построение веревочного многоугольника. От поверхности грунта засыпки проводят луч, параллельный лучу, соединяющему полюс с началом первой силы, до пересечения с продолжением линии первой равнодействующей эпюры сил. От этой точки строят луч, параллельный лучу от полюса к концу первой силы, до пересечения с продолжением линии второй равнодействующей, и так далее. Последний луч веревочного многоугольника проводят до линии, заглубленной под основание на t0 = 0,9t (t − глубина забивки). Замыкая веревочный многоугольник, проводят прямую от этой точки через точку пересечения первого луча веревочного многоугольника с горизонталью, проходящей через точку крепления анкера. Параллельно замыкающей веревочного многоугольника проводят линию от полюса до пересечения с линией активных сил OF (рис. 4, г). Это позволяет определить равнодействующую горизонтальной составляющей пассивного давления грунта со стороны засыпки (обратный отпор) Eп′ , приложенную на глубине t0. Полная глубина

погружения шпунта равна

17

Здесь

где K′ − коэффициент, учитывающий трение грунта о стенку при обратном отпоре [3]:

Если ∆t несущественно отличается от 0,1t, глубина погружения шпунта выбрана правильно. Если же это отклонение значительно, надо назначить новую глубину погружения и повторить построение. Глубина погружения определяется, таким образом, подбором. Изгибающий момент, по которому подбирается сечение стенки, определяется по формуле

где y − максимальная ордината веревочного многоугольника. Согласно рис. 4 принимается y1 или y2. При правильном построении

y1 = (1,0…1,1) y2.

Горизонтальное усилие в месте заделки анкера RA определяется по силовому многоугольнику (см. рис. 4).

3.7.5. Расчет анкерной плиты

На анкерную плиту (рис. 5) действуют следующие силы: усилие в анкерной тяге, активное давление грунта со стороны берега и пассивный отпор грунта.

Рис. 5. Графический расчет анкерной плиты

18

Для обеспечения устойчивости непрерывной анкерной плиты при недопустимости значительного смещения необходимо выполнить условие

где 1,3 – коэффициент запаса; Eп.п – пассивный отпор; Eа.п – активный распор грунта на участке от поверхности грунта до низа анкерной плиты.

При креплении анкерных тяг за одиночные плиты условие устойчивости принимает вид

где la – расстояние между анкерными тягами; K – коэффициент увеличения сопротивления грунта выпиранию из-за трения призмы выпирания о расположенный рядом грунт.

Эти формулы справедливы при расстоянии между стенкой и анкером

где hс – высота стенки от поверхности до точки, в которой ордината результирующей эпюры равна нулю (принимается по рис. 4, в); tп – глубина заложения плиты.

Если анкерная плита расположена ближе к стенке, в формулы вводится уменьшенная сила отпора.

Для предотвращения поворота плиты точка крепления анкерной тяги к плите должна быть расположена на уровне центра тяжести суммарной эпюры активных и пассивных сил.

3.7.6. Проверка устойчивости стенки против поворота относительно точки крепления анкера

В качестве условия устойчивости принимают

где Муд – момент удерживающих сил, Муд = Eп · r + Eа/к · rк; Eп – равнодействующие силы пассивного отпора грунта (рис. 6); r – расстояние от точки приложения равнодействующей до точки крепления анкерной тяги; Eа/к – равнодействующая сил активного распора грунта на консоль; rк – плечо

этих сил (см. рис. 6); Mсдв – момент сдвигающих сил; Mсдв = Eа.пр · rпр; rпр – плечо этой силы (см. рис. 6); Kанк – коэффициент запаса устойчивости:

Kанк = 1,50 для стенки II класса капитальности; Kанк = 1,45 для III класса; Kанк = 1,40 для IV класса.

19

Если на стенку со стороны акватории действует гидростатическое давление грунтовой воды, то оно должно быть учтено при определении момента сдвигающих сил.

q0

Eа.к

rк

rпр

r

Eа.пр

Eп

Рис. 6. К расчету устойчивости стенки

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОГРУЗКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ В СУДНО

4.1.Разработка вариантов схем погрузки лесоматериалов

всудно и выбор оптимальной схемы

Вэтом разделе курсового проекта необходимо разработать два варианта схем погрузки лесоматериалов в судно с берега и выбрать оптимальный вариант по производительности, стоимости оборудования и потребному количеству рабочих.

Погрузка лесоматериалов в суда с берега [5] может осуществляться плавучими кранами КПЛ-5-30 и КПЛ-10-30, которые могут перемещаться вдоль берега по всему фронту погрузки. Из отдаленных штабелей пачки бревен подвозят сплоточно-транспортными агрегатами В-43.

Погрузочный пункт с одним краном КПЛ-5-30 и двумя агрегатами В-43 обслуживает бригада из 12 человек, в том числе 1 чел. – крановщик,

20