Расчет подпорной стены

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Основания и фундаменты»

курсовая работа

РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ

Выполнила: ст. гр. СЖД - 401(У)

Марасанова Д.Ю.

Проверила: Городнова Е.В.

Санкт - Петербург 2015

Содержание

1. Исходные данные и цель расчета

2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены

3. Определение активного и пассивного давления на подпорную стену

4. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента

5. Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента

6. Проверка положения равнодействующей

Вывод по проделанной работе

Приложение А

Список литературы

подошва фундамент грунт стена

1. Исходные данные и цель расчета

Исходные данные

Шифр 1851

Размеры стены:

ширина поверху а = 1 м;

ширина подошвы стены b = 3м;

высота Н = 6;

высота фундамента d = 1.5 м;

угол наклона задней грани к вертикали е = +10.

Грунт засыпки:

песок мелкий, удельный вес г_зас = 20 ;

угол внутреннего трения ц = 35;

угол трения грунта засыпки о заднюю грани стены д = 8;

угол наклона поверхности засыпки к горизонту = - 6.

Грунт под подошвой фундамента (глина):

удельный вес г = 20,2 ;

влажность = 0,2;

удельный вес твердых частиц г_s = 26,7 ;

предел текучести = 0,24;

предел раскатывания = 0,19.

Нагрузка на поверхности засыпки:

q = 20 кПа.

Цель расчета: рассчитать давление грунта на подпорную стену, сделать проверочные расчеты, дать заключение о соответствии (или несоответствии) конструкции подпорной стены требованиям расчета по первой и второй группам предельных состояний, обосновать рекомендации по необходимым изменениям.

2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены

Последовательно определяем:

- удельный вес сухого грунта

г_d =

г_d = = 16,833 ;

- пористость

n = 1 -

n = 1 - = 0,369;

- коэффициент пористости

е =

е = = 0,584;

- показатель текучести

I_L =

I_L = = 0,2;

- число пластичности

=

= 0,24 - 0,19 = 0,05.

По числу пластичности (в соответствии с табл. А1) грунт является супесью, по показателю текучести (табл. А2) супесь находится в пластичном состоянии. По табл. А3 определяем условное расчетное сопротивление пластичности супеси

R₀ = 250 кПа.

Определяем расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента стены:

R = 1,7 { R_0. [1 + k₁ (b - 2)] + k_2. г (d - 3)},

где k₁ = 0,06 и k₂ = 2,0 из табл. А4;

R = 1,7 { 250 [1 + 0,06. (3 - 2)] + 2,0 _. 20,2. (1,5 - 3)} = 450,5 кПа.

Здесь второе слагаемое 2. 18. (1,5 - 3) принято равным нулю, так как

d < 3,0 м.

3. Определение активного и пассивного давлений, действующих на подпорную стену

Заменим равномерно распределенную нагрузку q = 20 кПа слоем грунта приведенной высоты:

=

= = 1 м.

Рассчитаем коэффициент активного давления:

= ;

=

= = 0,489;

= = 0,308.

Найдем ординаты эпюры интенсивности активного давления:

- на уровне верха стены

е_а1 = г_зас. h_пр.

е_а1 = 20. 1. 0,308 = 6,16

- на уровне подошвы

е_а2 = г_зас. (h_{пр +} Н).

е_а2 = 20(1 + 6). 0,308 = 43,12

Тогда активное давление

Е =

Е = ^. 6 = 147,84 кН.

Горизонтальная и вертикальная составляющие интенсивности активного давлении следующие:

е_аг1 = е_а1. cos ()

е_аг1 = 6,16. cos (10+8)⁰ = 5,85

е_аг2 = е_а2. cos ()

е_аг2 = 43,12. cos (10+8)⁰ = 41,00

е_ав1 = е_а1. sin ()

е_ав1 = 6,16. sin (10+8)⁰ = 1,90

е_ав2 = е_а2. sin ()

е_ав2 = 43,12. sin (10+8)⁰ = 13,32.

Соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие активного давления

Е_аг =

Е_аг = 6 = 140,55 кН;

Е_ав =

Е_ав = 6 = 45,66 кН.

Интенсивность пассивного давления на отметке подошвы фундамента

Е_п= г_зас. d. tg² (45 +)^o

Е_п = 20. 1,5. tg² (45+= 110,7

Пассивное давление, действующее на переднюю грань стены,

Е_п =

Е_п = = 83,025 кН.

С учетом соображений, высказанных в разд. 3, снижаем величину

Е_п = 0,33. 83,025 = 27,39 кН.

Эпюры интенсивности активного и пассивного давления приведены на рис. 1.

4. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента

Рассчитываем напряжения, действующие по подошве фундамента. Расчеты представляем в табличной форме (табл. 1).

В табл. 1 г_f = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке к весу стены;

г_f = 1,2 - то же, к активному давлению грунта.

Таблица 1

Нормативная сила, кН	Расчетная сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм
Gст = • (6-1,5) • 24 = 202,5	Gст = 1,1. 202,5 = 222,75	0,1	- 22,28
Gф = •1,5 • 24 = 108,45	Gф = 1,1. 108,45 = 119,29	0,1	+ 11,93
Еаг = 140,55	Еаг =1,2. 140,55 = 168,66	2,30	+ 387,92
Еав = 45,66	Еав = 1,2. 45,66 = 54,79	2,2	- 120,54
Еп = 27,39	Еп = 1. 27,39 = 27,39	0,5	- 13,69

Моменты вычисляем относительно осей, проходящих через центр тяжести подошвы фундамента (точка О на рис. 2). Равнодействующие активного и пассивного Е_n давлений прикладываем к стене на уровне центра тяжести эпюр интенсивности давления. Вес стены и фундамента - в центре тяжести соответствующего элемента.

Плечи сил допускается брать в масштабе по чертежу или находить аналитически.

Сумма расчетных вертикальных сил

N₁ = 222,75 + 119,29 + 54,79 = 396,83 кН.

Сумма моментов расчетных сил

М₁ = - 22,28 + 11,93 + 387,92 - 120,54 - 13,69 = 243,34 кНм.

Площадь и момент сопротивления подошвы фундамента стены по формулам

А = b. 1

А = 3. 1 = 3 м²;

W =

W = = 1,5 м².

Тогда

р_ср =

р_ср = = 132,28 кПа;

= ;

р_maх = 294,51кПа, р_min = - 29,95 кПа.

Эпюры напряжений по подошве стены представлены на рис. 2

Сопоставим найденные напряжения с расчетным сопротивлением:

р_ср = 132,28 < = 321,79 кПа;

р_mах = 294,51 < = 386,14 кПа;

р_min = - 29,95 > 0

Из трех условий не выполнено последнее, т.е. по задней грани подошвы действуют растягивающие напряжения, что не допускается.

5. Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента

Расчет устойчивости против опрокидывания выполняем в соответствии с формулой. Удерживающие и опрокидывающие моменты вычисляем в табличной форме (табл. 2).

Таблица 2

Норматив ная сила, кН	Расчетная сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм
			Удерживающих сил, Мz1	Опрокиды вающих сил, М
Gст = 202,5 Gф = 108,45 Еаг = 140,55 Еав = 45,66 Еп = 27,39	Gст = 0,9 . 202,5 = 182,25 Gф = 0,9 . 108,45 = 97,60 Е аг = 1,2 . 140,55 = 168,66 Еав = 1,2. 45,66 = 54,79 Еп = 1. 27,39 = 27,39	3,1 2,9 2,30 5,2 0,5	564,97 283,04 284,91 13,70	387,92
			1146,62	387,92

В табл. 2 моменты вычислены относительно передней грани фундамента стены (точка О₁ на рис. 2), г_f = 0.9- коэффициент надежности по нагрузке к весу стены.

= = 0,34 < = 0,73

Расчет устойчивости стенки против сдвига по подошве фундамента выполняется в соответствии с формулой с использованием данных табл. 1 и 2.

Сдвигающая сила

_r1 = Е_аг - E_п

_r1 = 140,55 - 27,39 = 113,16 кН.

Удерживающая сила

_z1 = Ш (G_cт + G_ф + Е_ав)

_z1= 0,3. (202,5 + 108,45 + 45,66) = 106,98 кН.

Здесь Ш = 0,3 - коэффициент трения кладки по грунту (табл. А5)

= = 1,06 < = 0,82,

т.е. условие не выполняется.

6. Проверка положения равнодействующей

Расчет М _II и N _II ведется по формуле при коэффициентах надежности по нагрузке = 1 с использованием данных табл. 1.

Эксцентриситет

е₀ =

е₀= = 0,56 м;

= 0,5 м;

1,12 < = 0,8

т.е. и эта проверка не выполняется.

Вывод о проделанной работе

Выполненные проверки показали, что приведенная в задании подпорная стена не отвечает большинству требований, предъявляемых строительными правилами. Стену необходимо перепроектировать. Добиться выполнения требований норм можно несколькими путями:

- увеличить ширину подошвы стены;

- сделать стену более массивной;

- уменьшить активное давление.

Приложение А

Данные, необходимые для строительной оценки грунта

Таблица А1

Виды глинистых грунтов

Грунт	Число пластичности
Супесь	0,01 ? Ip ? 0,07
Суглинок	0,07 < Ip ?0,17
Глина	Ip > 0,17

Таблица А2

Консистенция глинистых грунтов

Консистенция	Показатель текучести (консистенции) IL
Супесь:
твердая	IL < 0
пластичная	0? IL ? 1
текучая	IL > 1
Суглинок и глина
твердая	IL < 0
полутвердая	0 ? IL ? 0,25
тугопластичная	0,25 < IL ? 0,50
мягкопластичная	0,50 < IL ? 0,75
текучепластичная	0,75 < IL ? 1
текучая	IL > 1

Таблица А3

Условные сопротивления R₀ глинистых (непросадочных) грунтов в основаниях, кПа

Наименование грунта	Коэффициент пористости е	Показатель текучести (консистенции) IL
		0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Супеси (при Ip ? 0.05)	0.5 0.7	350 400	300 250	250 200	200 150	150 100	100 -	- -
Суглинки (при 0,10 ? Ip ? 0.15)	0.5 0.7 1.0	400 350 300	350 300 250	300 250 200	250 200 150	200 150 100	150 100 -	100 - -
Глина (при Iх ? 0.20)	0.5 0.6 0.8 1.1	600 500 400 300	450 350 300 250	350 300 250 200	300 250 200 150	250 200 150 100	200 150 100 -	150 100 - -

При значениях числа пластичности I_p в пределах 0,05 - 0,10 и 015 - 0,20 следует принимать средние значения R_0, приведенные в табл. 3, соответственно для супесей и суглинков и для суглинков и глин. Величину условного сопротивления R₀ для твердых глинистых грунтов (I_L < 0) следует получить у преподавателя, либо определять по формуле

R₀ = 1,5. R_nс

и принимать для супесей - не более 1000 кПа; для суглинков - 2000 кПа; для глин - 3000 кПа. R_nс - среднее арифметическое значение временного сопротивления на сжатие образцов глинистого грунта природной влажности.

Таблица А4

Коэффициенты k₁ и k₂

Наименование грунта	k1, м - 1	k2
Гравий, галька, песок гравелистый, крупный и средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый, супесь Суглинок и глина твердые и полутвердые Суглинок и глина тугопластичные и мягкопластичные	0,10 0,08 0,06 0,04 0,02	3,0 2,5 2,0 2,0 1,5

Таблица А5

Коэффициент трения Ш кладки по грунту

Вид грунта	Значения коэффициента
- Глины и скальные породы с омыливающейся поверхностью (глинистые известняки, сланцы и т. п.): во влажном состоянии, в сухом состоянии - Суглинки и супеси - Пески - Гравийные и галечниковые породы - Скальные породы с неомыливающейся поверхностью	0,25 0,30 0,30 0,40 0,50 0,60

Список литературы

1. Расчет подпорной стены: методические указания к курсовой работе, В.М. Улицкий, С.Г. Колмогоров, П.Л. Клемяционок. СПб, Петербургский государственный университет путей сообщения, 2011 год.

Размещено на Allbest.ru

...