2.2. Определение внешних сил, действующих на сооружение

К внешним силам, действующим на сооружение, относятся:

1. активное и пассивное давление грунта;

2. гидростатическое давление;

3. временная равномерно распределённая нагрузка от перегрузочных механизмов, железнодорожных составов, автотранспорта, складируемых грузов и т. д.;

4. швартовные нагрузки от судов;

5. нагрузки от навала и удара судов;

6. ледовые нагрузки, действие волн и др.

Все упомянутые нагрузки определяются расчётом на основании действующих СНиПов (см. стр. 4) и СН, а также действующих инструкций (см. перечень литературы).

В курсовом проекте в расчёте принимаются нагрузки от давления грунта, равномерно распределённой нагрузки от перегрузочных механизмов, транспорта, грузов и др. (g₀), а также учитывается взвешивающее действие воды.

2.2.1. Определение активного и пассивного давлений грунта

При определении активного и пассивного давлений грунта шпунтовая стенка по высоте разбивается на четыре участка (рис.3,4). Участок АВ включает консольную часть стенки, участки ВС и СД - соответственно верхнюю и нижнюю пролётные части шпунта, участок ДЕ - часть шпунта, защемлённую в грунте

Высота участка АВ равна высоте консоли h_k;

высоты участков ВС и СД равны

h_ВС = h_СД = (1,15Н_ст -h_k)/2;

высота участка ДЕ — h_ДЕ =Н_з - 0,15Н_ст.

Горизонтальная составляющая интенсивности активного давления грунта со стороны засыпки (с учётом деформации шпунта и податливости анкеров) определяется по формуле

p_rh = p_ah·γ_c1, (1)

где p_ah - горизонтальная составляющая интенсивности активного давления, определяемая по формуле:

p_ah =q_y·λ_a — c·λ_ac (2)

где q_y - интенсивность вертикального давления грунта, кПа, определяемая по форммуле (3);

λ_a - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта, определяемый по приложению А при δ =2/3φ, но не более 30⁰ (δ-угол трения грунта о тыловую грань сооружения);

c - удельное сцепление грунта, кПа;

λ_ac - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта от сил сцепления, определяемый по приложению А.

q_y = g₀+Σγ_i·Δy_i (3)

где g₀ - равномерно распределенная нагрузка на поверхности грунта,

γ_i; Δy_i - соответственно расчетное значение удельного веса и толщина слоя однородного грунта.

γ_c1- коэффициент условий работы, учитывающий деформацию шпунта и податливость анкеровки, определяется по формулам:

при y ≤ h_к (участок АВ, включая точки А и В)

γ_c1 =1+(3-5n); (4)

при h_к < y ≤ 0,5 (1,15Н_ст+h_к ) (участок ВС, включая точку С)

γ_c1 = (5)

при 0,5 (1,15Н_ст+h_к ) < y< 1,15Н_ст (участок СД)

γ_c1 =(6)

при y ≥ 1,15Н_ст (участок ДЕ, включая точки Д и Е)

γ_c1 =0,9, (7)

где y - расстояние от поверхности грунта (территории причала) до точки, в которой определяется давление;

H_ст - свободная высота стенки;

h_k – высота консольного участка;

n =h_k / 1,15 H_ст

Формулы (4)-(7) справедливы для гибких шпунтов при жёсткости приведенного сечения шпунта EI≤120 МН·м² (в курсовом проекте все металлические шпунты за исключением трубошпунта можно считать гибкими).

В других случаях пользуются результатами специальных исследований, но допускается на предварительной стадии (и в курсовом проекте) при EI >300 МН·м² пользоваться формулой (1), принимая γ_c1 по формуле

γ_c1 = (8)

а при 120 < EI ≤ 300МН·м²- по линейной интерполяции между вычисленными значениями по формулам(4)-(7) и (8).

В курсовом проекте указанная ситуация возникает при проектировании больверка из железобетонного шпунта таврового профиля.

Е - начальный модуль упругости бетона, принимаемый в курсовом проекте равным 31500Мпа.

I - приведённый момент инерции, принимаемый по приложению Б;.

Примеры эпюр активного давления грунта для сочетаний 1 и 2 приведены на рис. 3, 4.

Пассивное давление грунта в курсовом проекте определяется с учетом трения грунта о стенку при δ = φ (но не более 30°).

Расчетное значение горизонтальной составляющей интенсивности пассивного давления грунта на глубине при горизонтальной поверхности грунта перед стеной определяется по формуле:

p_ph = q_y·λ_p +c·λ_pc, (9)

где q_y - интенсивность вертикального давления грунта, кПа, определяемая по формуле (3);

λ_p - расчетное значение коэффициента пассивного давления грунта на глубине , определяемое по Приложению Б;

с - удельное сцепление грунта, кПа;

λ_pс - коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта от сил сцепления, определяемый по Приложению Б.

По полученным данным строится результирующая эпюра давления грунта на стенку, для чего ординаты эпюр p_аh и p_ph- взаимно вычитаются (рис. 5b).

Рис. 3. Эпюра активного давления грунта (сочетание 1)

Рис. 4. Эпюра активного давления грунта (сочетание 2)