3.3.2. Расчёт стен камеры шлюза в ремонтном случае

В ремонтном случае принимаем наивысший уровень грунтовых вод (в наполненном дренаже), временную нагрузку на пришлюзовой площадке от складируемых материалов, строительных механизмов или транспорта, наибольшее возможное давление грунта обратной засыпки с учетом температурных воздействий и деформаций основания.

II-й ремонтный случай

Рис.3

Результаты проведенного расчета представим в табличной форме:

Таблица 2

Обозначение нагрузки	Значение вертикальной силы тс, (10кН)		Плечо относительно тО.	Изгибающий момент, тс·м (10кН)
				Нормативный				Расчетный
	Нормативная	Расчетная		+	-			+	-
P1	1499.4	1424.1	1.85	2773.9				2634.6
P2	1049.76	995.9	0.09	94.5				89.6
T1	104.3	93.4	0.9		93.9				84.1
T2	413.6	437.5	1.8		744.5				787.5
P(ф)	-70	-70	0	0				0
Сумма	2903.06	2880.9		2030.5				1852.6
Обозначение нагрузки	Значение горизонтальной силы тс, (10кН)		Плечо относительно тО.	Изгибающий момент, тс·м(10кН)
				Нормативный				Расчетный
	Нормативная	Расчетная		+		-	+			-
E1	311.8	293.6	17.4	5425.3			5108.6
E2	1493.3	1638.5	7.45	11125.1			12206.8
E3	1064.34	1064.34	4.5	4789.5			4789.5
Сумма	2869.4	2996.4	Сумма	21339.9			22104.9
	5772.46	5877.3		23370.4				23957.5

С учётом реактивного давления грунта от температурных деформаций стен, необходимо увеличить изгибающий момент в расчётном сечении от давления грунта на 30 %:

.

.

Для получения примерного равенства расчётных и нормативных моментов в ремонтном и эксплуатационном случае необходимо уточнить высоту обратной засыпки.

3.4. Расчёт днища камеры шлюза

Расчёт сплошных неразрезных днищ камер шлюзов заключается в установлении реакции основания и расчёте днищ на общую и местную прочность.

Расчет неразрезного днища для камер докового типа на нескальном основании производится как симметрично нагруженной балки на упругом основании шириной 1 м, вырезанной из плиты днища в поперечном направлении и находящейся в условиях плоской деформации.

Для расчёта такой балки предварительно составляем расчётную схему балки со всеми действующими на днище нагрузками от веса стен и воды, бокового давления грунта и воды, изгибающих моментов, передаваемых на днище от стен, взвешивающего давления грунтовых вод. Все нагрузки (нормативные и расчётные) для каждого расчётного случая приводятся относительно оси днища к системе сосредоточенных вертикальных сил P(Рис. 4), равномерно распределённой нагрузкиq, изгибающих моментовM, боковой нагрузки от засыпок за каменными стенамиq_пр.

Рис.4

Нагрузки, действующие на днище

Эксплуатационный случай Ремонтный случай

Показатель гибкости днища t_fl(при наличии в днище водопроводных галерей) определяется по следующей формуле:

, где

E– модуль общей деформации и упругости грунтового основания,E= 400кгс/см²;

E_b– модуль общей деформации и упругости материала днища (бетона),E_b= 300^.10³кгс/см²;

n_b– коэффициент Пуассона (поперечной деформации) материала днища, для бетона всех марокn_b= 0.15;

n₀– коэффициент Пуассона (поперечной деформации) грунтового основания, для плотного суглинкаn₀= 0.36;

L– полуширина днища:

L===13.6 м, здесь

b_c,ef– полезная ширина камеры шлюза,b_c,ef= 20м;

b_ст– толщина железобетонных стен камеры шлюза,b_ст= 3.6м;

J_пр– приведённый момент инерции днища (м⁴):

, где

L_i– длина участка днища, в пределах которогоJ = const;

J_i– момент инерции участка днища.

Момент инерции сплошного сечения J₁:

, здесь

b_дн– толщина днища камеры шлюза,b_дн= 5.0м.

Момент инерции полого сечения:

J₂=2*=2*=13.22 м⁴.

L₁– длина участка со сплошным днищем,L₁=L= 13.

Таким образом, приведённый момент инерции днища составит:

J_пр===11.4 м⁴.

Показатель гибкости днища t_fl:

t_fl=*=0.25

Полученный показатель гибкости днища t_fl= 0.25< 1, следовательно, по рекомендациям [2], считаем днище абсолютно жёсткой балкой.

В этом при симметричных конструкциях камер достаточно определить значения интенсивностей контактных давлений для единичных значений равномерной нагрузки qи боковых пригрузокq_пр, так как симметричные сосредоточенные нагрузкиPмогут быть заменены равномернойq¢=P/L, а моменты, приложенные по концам днища, не влияют на реакцию основания под ним.

Расчёт ординат эпюры реакции основания производим в табличной форме (Таблица 4), для ряда характерных сечений на расстоянииxот середины балок, записываемых в относительных единицахx/l= 1/16; 3/16; 5/16; 7/16; 9/16; 11/16; 13/16; 15/16.

На днище передаются нагрузки, действующие на стенку камеры шлюза (SP^ст_гориз,SP^ст_верт,SM^ст).

Равномерно распределённая нагрузка, действующая на днище:

.

Максимальная ордината боковой нагрузки (треугольной):

;

, где

H_зас– высота засыпки стен шлюза грунтом,H_зас= 19.9 м;

g_гр– средневзвешенный удельный вес грунта:

, где

h₁иh₂– толщины слоёв грунта засыпки;

g₁= 26.5т/м²,, здесь

g_в– удельный вес воды,g_в= 10т/м²;

g^взв_гр– удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

, где

.

Максимальные ординаты боковой нагрузки (треугольной):

q³_пр=**20.77=568.32 т/м;

q^p_пр=**19.9=159.3 т/м.

Таблица 3

Нагрузка	Формула	Эксплуатационный случай	Ремонтный случай
		Расчётное, т/м	расчётное, т/м
qдн	qдн=γb*(bдн*L-ст)/L=10*	50	50
qв		200	0.0
q¢		128,4	169,6
qвзв		76.5	199
q		301,9	20,6

Здесь g_в– удельный вес воды,g_в= 10т/м²;

g_b– удельный вес бетона,g_б= 24.5т/м²;

b_дн– толщина днища камеры шлюза,b_дн= 5.0м.

b_ст– толщина железобетонных стен камеры шлюза,b_ст= 6.2м;

L– полуширина днища,L= 13.6м:

SP^ст_верт– сумма вертикальных сил, действующих на стену камеры шлюза.

Значения ординат эпюры реакции основания , осредненных на участках длинной, приt_fl~ 0, полученные по единичным значениям запишем в табличной форме:

Таблица 4

X	x/l	Ординаты от единичных нагрузок			Ординаты расчетной эпюры Ssiот соответствующей нагрузки					Ординаты расчётной суммарной эпюры реакций от всех нагрузок Ssi
		q	qпр	=301,9		=20,6	=530,6	=159,3
1/16	1.04	0.718	0.142	216,76		14,79	75,35	22,62	292,1		37,4
3/16	3.13	0.725	0.14	218,88		14,94	74,3	22,3	293,16		37,24
5/16	5.22	0.741	0.133	223,71		15,27	70,57	21,2	294,3		36,45
7/16	7.3	0.769	0.123	232,16		15,84	65,3	19,6	297,43		35,44
9/16	9.4	0.816	0.103	246,35		16,81	54,65	16,4	301		33,22
11/16	11.5	0.909	0.07	274,43		18,73	37,14	11,2	311,57		29,88
13/16	13.56	1.059	0.016	319,7		21,82	8,5	2,55	328,2		24,36
15/16	15.65	2.263	–0.727	683,2		46,62	-385,75	-115,8	297,5		-69,2
								Ssi	2415,2		164,8

По полученным данным строим эпюру реакции грунта (рис. 5).

Эпюра реакций грунта Ss_i

Эксплуатационный случай Ремонтный случай

Рис. 5

После определения реакции основания необходимо произвести проверку условия равновесия:

SY= 0:.

1. Эксплуатационный случай:

2. =301.9*2*13.6;

10083,46 = 10083,46 – условие выполняется.

3. Ремонтный случай:

4. =20.6*2*13.6;

688,04 = 688,04 – условие выполняется.

Следовательно, ординаты расчётной суммарной эпюры реакции грунта основания определены верно.

Величина нормальной силы Nопределяется, как алгебраическая сумма всех горизонтальных сил, действующих на стену и днище по соответствующим формулам:

;

, где

SP^ст_гор– сумма горизонтальных сил в эксплуатационном и ремонтном случаях, действующих на стену камеры шлюза;

DE₂^эиDE₂^р– силы, действующие на днище со стороны грунта засыпки, соответственно в эксплуатационном и ремонтном случаях.DE₂^э= 1350,4т,

DE₂^р= 2193,9т;

DW₂^эиDW₂^р– силы, действующие на днище от грунтовых вод, соответственно в эксплуатационном и ремонтном случаях.DW₂^э= 292,6т,DW₂^р= 1980,1т.

(растяжение);

(сжатие).

Все нагрузки, действующие на днище, приводятся к центральной оси днища, тогда изгибающий момент равен:

, где

SMⁱ_ст– сумма моментов в эксплуатационном и ремонтном случаях, действующих на стену камеры шлюза;

SP^ст_гор,i– сумма горизонтальных сил в эксплуатационном и ремонтном случаях, действующих на стену камеры шлюза;

b_дн– толщина днища камеры шлюза,b_дн= 5.0м.

DMⁱ_EиDMⁱ_W– моменты, действующие на днище со стороны грунта засыпки и грунтовых вод в эксплуатационном и ремонтном случаях, определяемые по формулам:

;

, где

xⁱ₁,xⁱ₂– плечо, относительно центральной оси (см. Рис. 4).

1. Эксплуатационный случай:

;

;

.

2. Ремонтный случай:

;

;

.

Построим эпюру моментов методом сечений в днище камеры. Значения ординаты эпюры моментов в каком либо сечении зависит от реакции грунта основания, действующего момента, относительно центральной оси M, равномерно распределённой нагрузки (q–q¢), сосредоточенной силы (SP^ст_верт+P_ф). Эпюра строится от нагрузки

P=SP^ст_верт+P_ф, так как будет большее плечо, чем у распределённой нагрузкиq¢.

Эпюра реакции грунта основания на участках длинной L/8 заменяется равнодействующей силой(площадь участка). Наибольший интерес представляет днище между внутренними участками стен.

1. Эксплуатационный случай:

Сечение 1 – 1

+-*L²*σ₁₅-²*σ₁₁=16065.6+ -²*328.2-²*311.57=15792.44 т/м

+=15792.44+=19127.11 т*м

Сечение 2 – 2

=∑+P*-*L²*σ₁₅-*L²*σ₁₃-*L²*σ₁₁-*L²*σ₉-*L²*σ₇-*L²*σ₅-*L²*σ₃-*L²*σ₁=16065.6+2130.95*-*13.6²*297.5-*13.6²*328.2-*13.6²*311.57-*13.6²*301.57-*13.6²*297.43-*13.6²*294.3-*13.6²*293.16-*13.6²*292.1=10957.45 т*м

∑M^Э₂=∑+=10957.45+=27002.73т*м

2. Ремонтный случай:

Сечение 1 – 1

∑=∑+*L²*σ₁₅+*L²*σ₁₃+*L²*σ₁₁=22612.9-+*13.6²*69.2++*13.6²*24.36+*13.6²*29.88=17553.25 т*м

∑=∑-=17553.25-=20417.03 т*м

Сечение 2 – 2

∑=∑M_P-P*+*L²*σ₁₅+*L²*σ₁₃+*L²*σ₁₁+*L²*σ₉+*L²*σ₇+*L²*σ₅+*L²*σ₃+*L²*σ₁=22612.9- 1898.93*++*13.6²*69.2+*13.6²*24.36+*13.6²*29.88+*13.6²*33.22+*13.6²*35.44+*13.6²*36.45+*13.6²*37.24+*13.6²*37.4=6375.85 т*м

∑=∑-=6375.85-=6039.23 т*м

Эпюра моментов в днище камеры шлюза для обоих рассмотренных случаев представлена на рис. 6.

Рис. 6