Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра «Строительные конструкции и сооружения»

Курсовая работа по дисциплине:

«Механика грунтов»

На тему: «Расчёт массивной подпорной стенки»

Челябинск, 2021



Аннотация

Курсовая работа по дисциплине: «Механика грунтов»

В курсовой работе выполнен сбор нагрузок. Произведен расчет подпорной стенки на сдвиг (I п.с), расчет грунтового основания под подошвой стены по несущей способности (I п.с). Содержание



Содержание

подпорный стенка грунт сдвиг

• Введение
• 1. Расчет подпорной стены
• 1.1 Исходные данные
• 1.2 Сбор нагрузок
• 1.2.1 Аналитическое определение активного давления грунта на подпорную стену
• 1.2.2 Определение активного давления на подпорную стенку от равномерно- распределённой нагрузки на поверхности грунта засыпки
• 1.3 Расчет по первой группе предельных состояний подпорной стены на сдвиг
• 1.3.1 Определение собственного веса подпорной стены и веса грунта над консолями подпорной стены
• 1.3.2 Определение вертикальной составляющей силы предельного сопротивления основания
• Вывод по результатам расчета
• Библиографический список


Введение

Подпорные стены представляют собой конструкции, удерживающие от обрушения находящийся за ними массив грунта и воспринимающие расположенные на его поверхности нагрузки. Подпорные стены используют для ограждения откосов насыпей, террас, набережных, устоев мостов и т.д.

По конструктивному решению подпорные стены подразделяются на гравитационные (жесткие) и гибкие. Гравитационные подразделяются на массивные, и тонкостенные. Устойчивость массивных стен при расчёте на сдвиг обеспечивается её массой. В тонкостенных, кроме массы стены, в расчёт включается и масса удерживаемого стеной грунта.

Материал подпорных стен в основном - бетон и железобетон.

При недостаточных размерах стены и некоторых сочетаниях нагрузок, действующих на неё, могут возникнуть предельные состояния подпорной стены.

Так, при некотором значении, нагрузки могут вызвать такие перемещения стены, что произойдёт плоский сдвиг по поверхности основания или сдвиг по некоторым другим криволинейным поверхностям вместе с грунтом основания.

При расчётах стен, для упрощения, в одних случаях криволинейную поверхность сдвига заменяют ломанной плоской, в других случаях принимают круглоцилиндрической.

Кроме сдвига стены может произойти её опрокидывание. Во всех этих случаях стена теряет устойчивость, то есть наступает её предельное состояние.

При недостаточно прочном основании стена может потерять устойчивость при его разрушении с выпиранием грунта из-под подошвы и даже опрокидыванием стены в сторону грунта засыпки.

Предельным состоянием стены нужно так же считать развитие в её основании недопустимо больших, по условиям эксплуатации, перемещений в виде осадков и кренов.

Предельному состоянию соответствует и нарушение прочности материала самой стены, связанное с появлением недопустимых напряжений и трещин.



1. Расчет подпорной стены

1.1 Исходные данные

Рисунок 1 Схема подпорной стенки

Таблица 1

Исходные данные

q, кн/м	20	d, м	1,2
Н, м	6	а, м	1,2
b, м	3,2	с, град	0
h, м	1,8	?, град	0
с = = = 1 м

Таблица 2

Физико-механические свойства И.Г.Э

Показатель	Единица измерения	ИГЭ 1
сs	т/м3	2,73
с	т/м3	1,65
W	-	0,35
WР	-	0,16
WL	-	0,43
н	-	0,42
ц	град	17
Е	мПа	19
с	кПа	61
Кф	см/год	0,05

Определим наименование грунта по индексу пластичности:

I_P = W_L - W_P = 0,35 - 0,16 = 0,19

0,19 > 0,17

Значит, грунтом основания с ненарушенной структурой является глина.

Определим консистенцию по индексу текучести:

I_L = = = 1,0

1 ? 1 , значит, суглинок мягкопластичный.

Таблица 3

Характеристики грунта под подошвой стены

	Удельный вес грунта, (кН/м3)	Угол внутреннего трения (град)	Удельное сцепление (кПа)
I предельное состояние	?1 = 0,95 · ?п = 0,95 · 16,5 = 15,68	ц1 = = = 15є 27'	-

На подпорную стенку действует давление грунта грунта нарушенного сложения, характеристики которого определяются через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями:



Таблица 4

Характеристики грунта нарушенного сложения

	Удельный вес грунта, (кН/м3)	Угол внутреннего трения (град)	Удельное сцепление (кПа)
I предельное состояние	?'1 = 0,95 ?1 = 0,95 · 15,68 = 14,9	ц'1 = 0,9 · ц1 = 0,9 · 15є 27' = 13є 54'	-

В дальнейшем все расчеты подпорной стены выполняются при ее длине равной 1 погонный метр.

1.2 Сбор нагрузок

1.2.1 Аналитическое определение активного давления несвязного грунта на подпорную стену

Так как угол поверхности грунта засыпки с в соответствии в исходными данными равен 0, необходимо определить только горизонтальную составляющую активного давления грунта у_ah которая определяется по следующей формуле:

??_??? = ?? • ?? • ??_?? (1)

В соответствии с исходными данными формула (1) трансформируется:

??_??? = ??^'₁ • ?? • ??_?? (2), где

??^'₁ - удельный вес несвязного грунта по первому предельному состоянию,

?? - высота подпорной стены,

??_?? - коэффициент горизонтальной составляющей, активного грунта, определяемый по формуле:

??_?? = tg²(45є - ) (3), где

ц'₁ - угол внутреннего трения грунта по первому предельному состоянию

Подставим значения из исходных данных в формулы (2) и (3):

??_?? = tg²(45є - ) = tg²38є 03' = 0,58

??_??? = 14,9 • 6 • 0,58 = 51,85 кПа.

Равнодействующая активного горизонтального ??_??? давления грунта, при глубине, равной высоте стены (z = H) будет определяться как площадь эпюры давления, умноженная на длину стены, равной 1п.м., и будет приложена в центре тяжести площади эпюры (рис. 2):

??_??? = 0,5 • ??² • ??^'₁ • ??_?? (4)

Подставим (2) в (4):

??_??? = 0,5 • ?? • ??_??? (5)

Подставим полученные выше значения в формулу (5):

??_??? = 0,5 • 6 • 51,85 = 155,55 кН



Рисунок 2 Схема определения активного давления несвязного грунта на подпорную стену

1.2.2 Определение активного давления на подпорную стену от пригрузки на поверхности грунта засыпки

Давление от нагрузки интенсивностью q определяется без учета давления грунта на стену (рис.3). В данном случае горизонтальная составляющая давления ??_??? от нагрузки q определяется по формуле:

??_??? = ?? • ??_?? (6).

Равнодействующая горизонтального давления ??_??? определяется по формуле:

??_??? =??_??? · ?? (7)

Подставим значения в формулы (6) и (7):

??_??? = 20 • 0,58 = 11,6 кПа

??_??? = 11,6 • 6 = 69,6 кН

Рисунок 3 Схема определения активного давления несвязного грунта на подпорную стену на поверхности засыпки

1.2.3 Аналитическое определение пассивного давления несвязного грунта на подпорную стену

Горизонтальная составляющая пассивного давления грунта на подпорную стену определяется по формуле:

??_??? = (?? + ?? • ??) • ??_??? (7)

При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке q=0 на засыпке, формула (7) принимает вид:

??_??? = ??^'₁ • ? • ??_??? (8), где

??_???- коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта, наклоне наружной грани ?=0 и угла трения д=0 по формуле:



??ph = tg²(45є + ) (9)

??ph = tg²(45є + ) = tg²51є 57' = 1,63

Подставим значения в формулу (9):

??_??? = 14,9 • 1,8 • 1,63 = 43,72 кПа

Равнодействующая пассивного горизонтального ??_??? давления грунта, при высоте засыпки z = h будет определяться как площадь эпюры давления, умноженная на длину стены, равной 1п.м., и будет приложена в центре тяжести площади эпюры (рис. 4):

??_??? = 0,5 • ??_??? • ? (10)

Подставим значения в формулу (10):

??_??? = 0,5 • 43,72 • 1,8 = 39,35 кН

Рисунок 4 Схема определения пассивного давления несвязного грунта на подпорную стену

1.3 Расчет по первой группе предельных состояний подпорной стены

Целью расчета основания подпорной стены по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости основания и недопущения сдвига фундамента по подошве или его опрокидывания.

Расчет устойчивости стены по несущей способности производится, исходя из условия п.2.63 СНиП [1]:

?? ? ^???? • ??_?? (11), где

????

?? - расчетная нагрузка на основание,

??_??- сила предельного сопротивления основания,

??_??- коэффициент условия работы (в нашем случае принимаем ??_??=1 ),

??_??- коэффициент надежности по назначению сооружения (в нашем случае принимаем ??_?? = 1,1 ).

Для подпорной стены условие (11) можно записать в следующем виде:

??_?? ? ^???? • ??_?? (12), где

????

??_??- сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную ось,

??_??- вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания.



1.3.1 Определение собственного веса подпорной стены и веса грунта над консолями подпорной стены

Рисунок 5 Схема определения собственного веса подпорной стены и веса грунта над консолями подпорной стены

Необходимо определить вертикальную составляющую расчетной нагрузки:

??_?? = ??_ст. + ??_гр. (13), где

??_ст.- собственный расчетный вес стены, определяемый по формуле:

??_ст. = ??_??2 + ??_??3 (14)

??_гр.- расчетный вес грунта над передней и задней консолью стены оределяемый по формуле:

??_гр. = ??_??1 + ??_??4 (15):

Подставим формулы (14) и (15) в (12):

??_?? = ??_??2 + ??_??3 + ??_??1 + ??_??4 (16) Определим все составляющие ??_ст. и ??_гр.:

??_??1 = (? ? ??) • ?? • ??₁ • ??^' • ??_?? (17),

??

??_??2 = (?? ? ??) • ?? • ?? • ??_ж.б. • ??_?? (18),

??_??3 = ?? • ?? • ?? • ??_ж.б. • ??_?? (19),

??_??4 = (?? ? ??) • ?? • ??₂ • ??^' • ??_?? (20), где

??

?? = 1п. м.,

l₁ = l₂ = + = + = 1,1 м

??_ж.б.- удельный вес материала стены, равный

??_ж.б. = ??_ж.б. · ?? = 2,5 • 10 = 25 кН/м³

??_??- коэффициент надежности по нагрузке, определяемый по СНиП [1] (в данном случае используется ??_?? по несущей способности, равный 1,1 )

Подставим имеющиеся значения в формулы (17), (18), (19) и (20):

??_??1 = (1,8 - 1,2) • 1 • 1,1 · 14,9 • 1,1 = 10,82 кН,

??_??2 = (6 - 1,2) • 1,2 • 1 • 25 • 1,1 = 158,4 кН,

??_??3 = 3,2 • 1,2 • 1 • 25 • 1,1 = 105,6 кН,

??_??4 = (6 - 1,2) • 1 • 1,1 · 14,9 • 1,1 = 86,54 кН

Подставим полученные значения в формулу (16):

???? = 10,82 + 158,4 + 105,6 + 86,54 = 361,36 кН



1.3.2 Определение вертикальной составляющей силы предельного сопротивления основания

Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания определяется по формуле (16) СНиП [1]:

??_?? = ??^' • (??_?? • ??_?? • ??^' • ??_?? + ??_?? • ??_?? • ??^' • ?? + ??_?? • ??_?? • ??_??) (21), где

??

??_??, ??_??, ??_?? - коэффициенты несущей способности,

??_??, ??_??, ??_?? - коэффициенты формы подошвы стены,

??- глубина заложения фундамента, в данном случае ?? = ?, то есть равна меньшей глубине засыпки,

??^'- приведенная ширина фундамента:

??^' = ?? ? 2 • ??_?? (22), где

??_??- эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной оси подошвы (рис.6).

Рисунок 6 Схема определения приведенных ширины и длины фундамента

Так как удельное сцепление грунта ??_?? по условиям, представленным в исходных данных, отсутствует, то формула (21) примет следующий вид:

??_?? = ??^' • (??_?? • ??_?? • ??^' • ??_?? + ??_?? • ??_?? • ??^' • ??) (22).

Коэффициенты ????, ????, ???? определяются по формулам (17) п.2.62 СНиП [1]:

??y = , ??q = (23), где

??- отношение большей стороны фундамента к меньшей стороне фундамента:

? = (24)

Так как ??^' - длина стены, равная 1 м, подставим (22) в (24):

? = (25)

Угол наклона к вертикали д равнодействующей внешней нагрузки на основание F определяется из условия:

?????? = (26)

Горизонтальная составляющая ??_? внешней нагрузки ?? рассчитывается по формуле:

??_? = ??_??? + ??_??? ? ??_??? (27)

Подставим рассчитанные выше значения в формулу (27):

??_? = 155,55 + 69,6 - 39,35 = 185,8 кН

Подставим рассчитанные значения в формулу (26):

?????? = = 0,51

Необходимо проверить соблюдение следующего условия:

?????? ? sin ??_?? (28)

0,51 ? sin 15° 27'

0,51 > 0,27

Вывод: Условие (28) не выполняется, подпорная стенка к опрокидыванию не устойчива. Дальнейший расчет стены по несущей способности и на сдвиг по подошве не производим.



Библиографический список

1. СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». М.: Госстрой России, 2002. 62 с.

2. СП 131.13330.2018 «Строительная климатология». М.: Госстрой России, 2000. 115 с.

3. СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства». М.: Госстрой России, 2000. 95 с.

4. Мангушев, Р.А., Карлов, В.Д., Сахаров, И.И. Механика грунтов: Учебник. - М.: Изд-во АСВ, 2009. 264 с.

5. Сорочан, Е.А., Трофименков, Ю.Г. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. Курган: Интеграл, 2007 г.

6. Ухов, Г.В. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие для строительных спец. вузов / С.Б.Ухов, В.В.Семенов. М.: Высш.школа, 2007. 566 с.

7. СТО ЮУрГУ 04-2008 Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению / составители: Т.И. Парубочая, Н.В. Сырейщикова, В.И. Гузеев, Л.В. Винокурова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 56 с.

8. Проектирование подпорных стен и стен подвалов/ ЦНИИ промзданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1990.

9. Трегулов, Г.В. Расчет подпорных стен: Учебное пособие для самостоятельной работы. Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2002. 45 с.

10. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 2011.

Размещено на Allbest.ru

...