Проектування прольотної будови моста, комунікаційного тунелю та підпірної стіни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра автомобільних доріг, основ та фундаментів

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ на тему:

«Проектування прольотної будови моста, комунікаційного тунелю та підпірної стіни»

з дисципліни: «Проектування інженерних споруд на автомобільних дорогах»

Виконала: студентка 5 курсу ННІБА,

гр. АДіА-51м Харипончук В.В.

Перевірив: к.т.н., доцент Крусь Ю.О.

Рівне 2018

Зміст

Вихідні дані

1. Проектування однопрольотної будови моста зі збірних залізобетонних елементів плитного типу

1.1 Визначення розрахункової схеми моста

1.2 Збір навантажень

1.2.1 Визначення постійних навантажень

1.2.2 Тимчасові навантаження, визначення коефіцієнтів поперечної установки

1.2.3 Нормативні значення тимчасових навантажень, визначення коефіцієнтів динамічності та коефіцієнтів надійності за навантаженням

1.3 Визначення внутрішніх зусиль в елементах прольотної будови

1.3.1 Визначення згинаючих моментів

1.3.2 Визначення поперечних сил

2. Проектування комунікаційного тунелю

2.1 Загальні відомості

2.2 Улаштування гідроізоляції тунелю

2.3 Розрахунок тунелю

2.3.1 Збір навантажень

2.3.1.1 Загальні відомості

2.3.1.2 Визначення навантажень

2.4 Статичний розрахунок тунелю. Визначення зусиль в елементах тунелю

2.4.1 Загальні відомості

2.4.2 Визначення зусиль в елементах тунелю

2.5 Перевірка необхідності влаштування температурно-усадних швів

2.6 Конструктивний розрахунок тунелю

2.7 Конструювання елементів тунелю

3. Проектування підпірної стіни

3.1 Визначення габаритних розмірів

3.2 Перевірка стійкості стіни проти перекидання

3.3 Розрахунок стійкості підпірної стіни на зсув

3.3.1 Визначення активного тиску ґрунту

3.3.2 Перевірка умови стійкості стіни на зсув

3.4 Визначення зусиль в елементах підпірної стіни

3.4.1 Розрахункові навантаження на підпірну стіну

3.4.2 Згинаючі моменти та поперечні сили в елементах кутової підпірної стіни

3.5 Визначення площі перерізу робочої арматури

3.6 Конструювання підпірних стінок

Список літератури

Вихідні дані

проектування міст залізобетонний прольотний

Довжина елементів прольотної будови моста l=18 м та величина їхніх консольних ділянок обпирання l_с=0,65 м.

Ширина b=1,62 м та кількість елементів прольотної будови n_р=8 шт. у поперечному перерізі мостового переходу.

Приведена товщина бетону елементів прольотних будов мостового переходу t_пр=21,6 см.

Переміщення прольотної будови в деформаційному шві l_g?1,5 см.

Питома нормативна вага ґрунту _гр=14,4 кН/м³ та питома нормативна вага частинок ґрунту _s=16,8 кН/м³.

Наявність мокрих процесів у тунелях - відсутні.

Розрахунковий кут внутрішнього тертя =24 град та коефіцієнт пористості е=0,74.

Рівень ґрунтових вод відносно поверхні землі h_г.в=7,1 м та відстань до верху тунелю h_т=3,8 м.

Тимчасове рівномірно розподілене навантаження на поверхні землі q_п=17,8кН/м³.

Висота підпору ґрунту h_пд=2,3 м та висота підпірної стіни h=3,1 м.

Клас бетону В22,5 та арматури А300.

Клас автомобільного навантаження для мосту К=13.

Тип несучого елементу прольотної будови - плитний.

Товщина елементів дорожнього покриття:

- асфальтобетону 90 мм,

- армованого бетону 40 мм.

Тип конструкції тунелю - з монолітного бетону.

Тип конструкції підпірної стіни - ребриста.

Розрахунковий опір ґрунту R₀=225 кПа.

1. Проектування однопрольотної будови моста зі збірних залізобетонних елементів балочного типу

1.1 Визначення розрахункової схеми моста

У статичному відношенні міст являє собою однопрольотну балку (рис. 1.1) із розрахунковим прольотом

Рис. 1.1 Розрахункова схема прольотної будови моста

1.2 Збір навантажень

1.2.1 Визначення постійних навантажень

Збір навантажень здійснюємо на 1 метр погонний прольотної будови моста.

Нормативне навантаження від власної маси елементів прольотної будови обчислюємо за формулою

(кН/м),

де - приведена товщина бетону елемента, м;

- ширина елементу, м;

- густина залізобетону (25 кН/м³);

- кількість елементів прольотної будови в поперечному перерізі мосту, шт. (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Поперечний переріз прольотної будови мосту

Нормативне навантаження від власної маси двох тротуарів шириною і перилами (за типовим проектом нормативна вага тротуарного елементу складає:

(кН/м).

Збір навантаження від власної маси дорожнього покриття зведемо до табл. 1.1. Конструкції дорожніх покриттів проїзної частини та тротуару приведені на рис. 1.3 і рис. 1.4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.3 Конструкція покриття проїзної частини прольотної будови

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.4 Конструкція покриття тротуару прольотної будови

Нормативне навантаження від кожного шару покриття обчислюємо за формулою

(кН/м),

де - товщина шару покриття, м;

- ширина вантажної площі шару покриття, м;

- густина матеріалу шару покриття, кН/м³.

Таблиця 1.1

Навантаження від власної маси дорожнього покриття

Відповідно до [3] нормативне навантаження від рухомого складу автотранспорту необхідно приймати:

- від автотранспорту у вигляді смуг АК, кожна з яких включає (рис. 1.5,а):

Рис. 1.5 Схемина вантажень від рухомого складу автотранспорту: а) автомобільне навантаження АК у вигляді одиночного возика з тиском на вісь Р і рівномірно розподіленого навантаження інтенсивністю х; б) важке одиночне навантаження НК-80

- один двоосний возик з осьовим навантаженням

(кН);

- рівномірно розподілене навантаження інтенсивністю (кН/м) на обидві колії (для мостів на дорогах І...ІІІ категорій клас навантаження необхідно приймати рівним );

- від важких одиночних навантажень: для мостів, що проектуються під навантаження А11 - у вигляді колісного навантаження (однієї чотиривісної машини НК-80) загальною масою 785 кН (80 тс) (рис. 1.5,б).

Вважаємо, що навантаження від власної маси конструкцій прольотної будови та покриття проїзної частини розподіляється між n елементами (плитами) прольотної будови порівну і складає:

- від власної маси конструкцій

(кН/м);

- від асфальтного покриття проїзної частини й тротуарів, вирівнювального, ізоляційного та захисних шарів дорожнього покриття

(кН/м).

Для визначення розрахункових навантажень коефіцієнти надійності за навантаженням від власної маси конструкцій та всіх шарів дорожнього покриття приймати за [2,3].

1.2.2 Тимчасові навантаження, визначення коефіцієнтів поперечної установки

Величину розрахункового тимчасового навантаження на один елемент (плиту) прольотної будови визначаємо за допомогою коефіцієнтів поперечної установки. Цей коефіцієнт показує, яка частина від тимчасового навантаження передається на конкретну плиту (елемент). Як правило, найбільш навантаженими є крайні елементи. Тому розраховують саме їх, а всі інші елементи (плити) приймають аналогічними.

Розрахунок коефіцієнтів поперечної установки виконуємо методом позацентрового стиску, виходячи з того, що прольотна будова в поперечному напрямку працює як жорстка конструкція (для мостів із довжиною L, більшою за їхню ширину В, крутильною жорсткістю можна нехтувати).

Ординати лінії впливу під центрами ваги крайніх плит прольотної будови мостового переходу обчислюємо за формулою

де a_K - відстань між центрами ваги крайніх плит у поперечному напрямку прольотної будови;

a_i - відстань між центрами ваги відповідних плит у поперечному напрямку прольотної будови (симетрично центральній осі поперечного перерізу прольотної будови).

Розрахунок міцності конструкцій моста необхідно виконувати за двох випадків дії навантаження АК, при яких у розглянутих елементах виникають найбільші зусилля:

- перший - передбачає невигідне розташування на проїзній частині (до якої не входять смуги безпеки) числа смуг навантаження не більше числа смуг руху безпеки (рис. 1.6,а).

- другий - передбачає при ненавантажених тротуарах невигідне розміщення на всій ширині їздового полотна (до якого входять смуги безпеки) двох смуг навантаження (рис. 1.6,б).



Рис. 1.6 До визначення КПУ за дії навантажень: а) автомобільного А11 та з тротуарів Т; б) автомобільного А11; в) важкого НК-80; г) лінія впливу з

При цьому для всіх випадків навантаження АК необхідно виконувати основні умови:

- число смуг навантаження на мосту не повинно перевищувати встановленого числа смуг руху;

- відстань між осями сумісних смуг навантаження має бути ?3 м.

Навантаження НК-80 необхідно розташовувати на краю проїзної частини (до якої не входять смуги безпеки; рис. 1.6,в).

Коефіцієнти поперечної установки визначають для кожного виду тимчасового навантаження (рис. 1.6)

Для навантаження А11 визначаємо наступні значення коефіцієнта поперечної установки:

- КПУ_ТА,С (для смугового навантаження) і КПУ_ТА,В (для возика) за рис. 1.6,а,г;

- КПУ_А,С (для смугового навантаження) і КПУ_А,В (для возика) за рис. 1.6,б,г.

Кожен із зазначених коефіцієнтів обчислюємо за формулою

...,

;

;

;

де та - ординати ліній впливу тиску під центрами відповідних смуг руху (навантаження) (рис. 1.6,г);

та - коефіцієнти, що враховують ймовірне неповне завантаження відповідних смуг руху автомобілями.

Навантаження з першої смуги руху необхідно приймати з коефіцієнтом =1,0. Для другої та інших смуг руху навантаження А11 приймають із коефіцієнтом: =1,0 - для возиків і =0,6 - для рівномірно розподіленого навантаження.

Коефіцієнт поперечної установки від натовпу на тротуарах приймають

Коефіцієнт поперечної установки важкого навантаження НК-80 дорівнює

1.2.3 Нормативні значення тимчасових навантажень, коефіцієнтів динамічності та коефіцієнтів надійності за навантаженням

Нормативні значення тимчасових навантажень становлять:

- для автомобільного А11:

на вісь возика P_A=9,81^.K=9,8113=127,53 кН;

від смугового навантаження v=0,981K=0,98113=12,753 кН;

- для тяжкого НК-80 на одну вісь машини P_HK=785/4=196,0 кН;

- від натовпу на тротуарах

P_T=4,0-0,02^.л=4,0-0,02^.16,7=3,67 кПа ? 2,0 кПа;

де л - довжина завантаження тротуару, рівна довжині прольоту (л=l_p).

Коефіцієнт динамічності автомобільного навантаження А11 для возика і смугового навантаження знаходять за формулою

.

При л?5 м коефіцієнт надійності динамічності важкого навантаження НК-80 приймають (1+м)_НК=1,1

Коефіцієнти надійності за навантаженням приймають такими:

- г_f,НК=1,0 - для важкого навантаження НК-80;

- г_f,Т=1,2 - для навантаження від натовпу на тротуарах.

Для автомобільного навантаження А11 коефіцієнт надійності за навантаженням приймають такими:

- для смугового навантаження г_f,АС=1,2;

- для возика - за формулою

.

1.3 Визначення внутрішніх зусиль в елементах прольотної будови

1.3.1 Визначення згинальних моментів

Для визначення згинаючих моментів у прольоті несучого елементу побудуємо епюру лінії впливу моменту на прольотну будову моста (рис. 1.7,в) та знайдемо площу цієї епюри за формулою

.(1.14)

Згинаючі моменти в плитах (елементах) прольотної будови визначаємо від комбінації постійних та тимчасових навантажень шляхом завантаження вище зазначеної лінії впливу.

Рис. 1.7 До визначення згинаючих моментів в елементах прольотної будови моста: а) від тимчасових навантажень; б) від постійних навантажень; в) епюра лінії впливу моментів

Згинаючий момент від постійних розрахункових навантажень обчислюємо за формулою:

(1.15)

а від постійних нормативних навантажень:

(1.16)

Моменти від відповідно тимчасових розрахункових та нормативних навантажень (1.7,а) визначаємо для:

а) автомобільного А11 і натовпу на тротуарах (рис. 1.6,а):

(1.17)

(1.18)

б) автомобільного А11 при розміщені першої смуги на краю їздового полотна (рис. 1.6,б):

(1.19)

(1.20)

в) важкого навантаження НК-80 (рис. 1.6,в):

(1.21)

(1.22)

За максимальний згинаючий момент від постійних і тимчасових навантажень приймаємо більший із трьох наступних:

(1.23)

Зазначений згинаючий момент використовують у розрахунках залізобетонної прольотної будови за 1-ою групою граничних станів (при визначенні площі перерізу поздовжньої робочої арматури).

У розрахунках за тріщиностійкістю нормальних перерізів використовують згинаючий момент від нормативних навантажень, який обчислюють за формулою

.(1.24)

При розрахунку прогинів елементів (плит) прольотної будови моста необхідно використовувати згинальний момент від нормативних постійних навантажень та нормативного важкого навантаження НК-80, обчислюваний з виразу

.(1.25)

1.3.2 Визначення поперечних сил

Для визначення поперечних сил побудуємо епюру лінії впливу Q_A і графіки зміни коефіцієнта поперечної установки по довжині прольоту для навантажень А11 і НК-80 (рис. 1.8).

Рис. 1.8 До визначення поперечних сил в елементах прольотної будови моста: а) від тимчасових навантажень; б) від постійних навантажень; в) епюра лінії впливу поперечних сил; г) графіки зміни коефіцієнтів поперечної установки по довжині прольоту від тимчасових навантажень

Площу епюри лінії впливу Q_A визначаємо за формулою

м².(1.26)

Поперечну силу від дії постійних розрахункових навантажень обчислюємо з виразу

(кН),(1.27)

а від дії постійних нормативних навантажень - за формулою

(кН). (1.28)

Поперечні сили від відповідно тимчасових розрахункових і нормативних навантажень (рис. 1.8,а) визначаємо для:

а) автомобільного А11 і натовпу на тротуарах (рис. 1.6,а)

(1.29)

(1.30)

б) автомобільного А11 при розміщенні першої смуги на краю їздового полотна (рис. 1.6,б)

(1.31)

в) важкого навантаження НК-80 (рис. 1.6,в)

(1.32)

За максимальну поперечну силу від постійних та тимчасових навантажень приймаємо більшу із трьох наступних:

(кН).(1.33)

Зазначену поперечну силу використовують у розрахунках прольотної будови за 1-ою групою граничних станів (за міцністю).

У розрахунках за тріщиностійкістю похилих перерізів використовують поперечну силу від нормативних навантажень, яку обчислюють за формулою

(кН).(1.34)

2. Проектування комунікаційного тунелю

2.1 Загальні відомості

Проектування тунелю починають із виконання компонувального креслення, на якому необхідно вказати:

- поперечний переріз тунелю з нанесенням усіх геометричних розмірів;

- глибину закладання тунелю;

- рівень поверхні землі;

- рівень ґрунтових вод та його передбачуване підняття на величину 0,5 м;

- тимчасове навантаження на поверхні землі;

- поздовжній і поперечний ухили підлоги тунелю;

- положення колодязів і камер із приямками для збирання рідини.

Рис. 2.1 Компонувальне креслення тунелю

2.2 Улаштування гідроізоляції тунелю

Однією з основних вимог до тунелів і каналів є надійний захист від проникнення в них ґрунтових та поверхневих вод.

У тунелях і каналах, що розташовані нижче за рівень ґрунтових вод, необхідно передбачити гідроізоляцію одного з наступних типів:

- у вигляді цементної штукатурки, яку наносять торкретуванням (крім зовнішньої поверхні днища);

- асфальтну гарячу;

- асфальтну холодну;

- бітумну обклеювальну.

У даному курсовому проекті відповідно до завдання обираємо бітумну обклеювальну гідроізоляцію. Приклад виконання такої гідроізоляції наведений на рис. 2.2.

1 - монолітна конструкція споруди; 2 - вирівнювальний шар із цементного розчину М50 (t=20 мм); 3 - бетонна підготовка з В10 (t=100 мм); 4 - гідроізоляція із двох шарів ізолу; 5 - вирівнювальний шар із цементного розчину М50 (t=30 мм); 6 - захисний шар із цементного розчину М50 (t=30 мм).

Рис. 2.2 Бітумна обклеювальна гідроізоляція тунелів і каналів за наявністю ґрунтових вод

2.3 Розрахунок тунелю

2.3.1 Збір навантажень

2.3.1.1 Загальні відомості

Розрахунковий рівень ґрунтових вод необхідно приймати вище заданого на 0,5 м (цим самим враховується можливе підняття рівня ґрунтових вод під час експлуатації тунелю чи каналу).

Рівень ґрунтових вод знаходиться в межах висоти стінки тунелю (рис. 2.3). У розрахунках необхідно враховувати боковий тиск ґрунту, додатковий боковий (гідростатичний) тиск та виштовхувальну силу ґрунтових вод лише на тій частині стінки, яка знаходиться нижче рівня ґрунтових вод.

Рис. 2.3 Розташування рівня ґрунтових вод: P_гр, - боковий тиск зваженого ґрунту; P_гр - боковий тиск ґрунту; P - боковий гідростатичний тиск води

2.3.1.2 Визначення навантажень

Збір навантажень виконуємо на 1 пог. м довжини тунелю (b=1 м).

Постійне розрахункове навантаження на перекриття (від його власної маси та маси ґрунту над перекриттям)

(2.1)

де і _г - густина відповідно залізобетону й ґрунту, кН/м³;

t_n - товщина плити перекриття, м;

h_T -товщина ґрунту над тунелем, м;

_f і _f,_г - коефіцієнти надійності за навантаженням від власної ваги залізобетонних конструкцій тунелю та від ваги ґрунту відповідно.

Постійне розрахункове навантаження на днище з урахуванням його маси та власної ваги стін, приведеної до рівномірно розподіленого навантаження по днищу,

(2.3)

де q_p - навантаження на перекриття (верхню плиту) тунелю;

t_n,д - товщина плити днища, м;

h_T,о - ширина тунелю в осях, м;

t_c,c - усереднена товщина стінки тунелю.

Тимчасове навантаження на перекриття

(кН/м),(2.4)

де g_n - тимчасове нормативне навантаження на перекриття, кПа;

_f - коефіцієнт надійності за навантаженням для тимчасового навантаження.

Постійні горизонтальні навантаження визначаємо:

- на рівні осі перекриття тунелю за формулою

(2.5)

(у (2.6) завжди приймають , а );

- коефіцієнт бокового тиску ґрунту, що обчислюється за формулою

,(2.6)

де - кут внутрішнього тертя ґрунту, град;

- на рівні осі днища тунелю за формулою

(2.7)

(2.8)

(у формулах (2.7) і (2.8) завжди приймають h_c0);

- на рівні ґрунтових вод навантаження за формулою (2.5) при h_c=0.

Тимчасове бокове навантаження визначаємо за формулою

(кН/м)(2.9)

Складена для нашого випадку розрахункова схема тунелю представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4 Розрахункова схема тунелю

2.4 Статичний розрахунок тунелю. Визначення зусиль в елементах тунелю

2.4.1 Загальні відомості

Статичний розрахунок тунелів і каналів виконують за розрахуновими схемами (див., наприклад, рис. 2.4), як правило, за допомогою ЕОМ із використанням програмних комплексів «LIRA», «SCAD» та ін., ураховуючи пружний відпір ґрунту. Для тунелів і каналів шириною до 3 м статичний розрахунок допускається виконувати вручну за допомогою спеціальних рисунків і відповідних їм таблиць без урахування пружного відпору ґрунту.

2.4.2 Визначення зусиль в елементах тунелю

Зусилля в елементах тунелю, що мають шарніри в стінках, визначаємо за схемами рис. 2.5.

Рис. 2.5 До визначення згинальних моментів у тунелях, що мають шарніри в стінках (можливі схеми завантажень)

Зусилля в стінках тунелю визначаємо:

- від постійних і тимчасових вертикальних навантажень - за схемою 1;

- від бокового активного тиску ґрунту - за схемами 2 і 3;

- від тимчасового бокового навантаження за схемою 2.

Розрахункові зусилля в стінці від постійних навантажень визначаємо за такими формулами:

- верхній вузловий момент на осі перекриття

(2.10)

- поперечна сила у верхньому вузлі на осі перекриття

(кН),(2.11)

- нижній вузловий момент на осі днища

(2.12)

- поперечна сила у нижньому вузлі на осі днища

(кН)(2.13)

Поперечна сила в перекритті (верхньому ригелі) від постійних навантажень

(кН),(2.14)

а в днищі (нижньому ригелі) -

(кН).(2.15)

Прольотні моменти в перекритті й днищі відповідно:

(кНм), (2.16)

(кНм).(2.17)

Розрахункові зусилля в стінці від тимчасових навантажень визначаємо за формулами:

- верхній вузловий момент по осі перекриття та нижній вузловий момент по осі днища

(кНм),(2.18)

- поперечні сили в цих же самих перерізах

(кН).(2.19)

Поперечні сили в перекритті (верхньому ригелі) і днищі (нижньому ригелі) від тимчасових навантажень

(кН).(2.20)

Прольотні моменти в перекритті й днищі

(кНм).(2.21)

Результати розрахунків у вигляді епюри згинальних моментів в елементах тунелю представлені на рис. 2.6.

Рис. 2.6 Епюри згинальних моментів у тунелі: а - від постійних навантажень; б - від тимчасових навантажень

Слід зауважити, що перекриття, днище й стінки тунелю зазнають поздовжньо-поперечного згину, а тому їх розраховують, як правило, на позацентрове стиснення.

Перекриття, як і днище, розраховують на максимальні зусилля від тривалих і короткочасних навантажень по перерізу 4-4 (рис. 2.4):

(2.22)

(кН), (2.23)

(кН).(2.24)

Стінку розраховуємо як позацентрово стиснутий елемент на максимальні зусилля від тривалих та короткочасних навантажень по перерізу 2-2 (рис. 2.4):

(2.25)

(кН),(2.26)

(кН).(2.27)

2.5 Перевірка необхідності влаштування температурно-усадних швів

Необхідність влаштування температурно-усадних швів перевіряється за умовою:

,(2.28)

де _b,max - найбільші температурно-усадні розтягувальні напруги в бетоні;

R_bt - розрахунковий опір бетону на розтяг за І-ою групою граничних станів.

Таким чином, при _b,maxR_b,t улаштування температурно-усадних швів не потрібно.

Найбільші температурно-усадні розтягувальні напруги в бетоні визначають за виразом

,(2.29)

де_bt - коефіцієнт лінійної температурної деформації бетону (для важкого бетону _bT=10^-5 град^-1);

t - розрахункова зміна середніх температур конструкцій тунелю в холодну пору року (для України t=15⁰С);

_у - відносні усадні деформації бетону (для збірних конструкцій _у=0, для монолітних _у=0,00015);

E_b - початковий модуль пружності бетону, МПа;

C_b - коефіцієнт, який враховує повзучість бетону (при середній вологості 40% C_b=2; при вологості >40% C_b=1,5).

Оскільки _b,max=2,3 МПа>R_b,t=0,75 МПа, то необхідне влаштування температурно-усадних швів.

2.6 Конструктивний розрахунок тунелю

Конструктивний розрахунок елементів тунелю зводиться до підбору площі перерізу поздовжньої й поперечної арматури. Оскільки всі елементи тунелю є плитними (мають значну ширину), то їхнє поперечне армування в більшості випадків виконують лише з конструктивних вимог. Тому в курсовому проекті рекомендується розрахувати лише поздовжню арматуру.

Рис. 2.7 Схема армування тунелю

2.7 Конструювання тунелю

Армування елементів тунелю виконують, як правило, зварними арматурними сітками або окремими стержнями, об'єднуючи їх у в'язані сітки (рис. 2.7). Стержні робочої арматури розміщують із кроком 100...200 мм, а розподільчу - із кроком 300…350 мм (не менше 3-х стержнів на 1 пог. м перерізу). Для економії сталі всі елементи тунелю армують відповідно до епюри матеріалів з обривом робочих стержнів. При невеликих розмірах (до 3 м) армування тунелю виконують без обриву стержнів.

Глибина анкерування (защемлення) розтягнених арматурних стержнів, що обривають, повинна бути не меншою 20-ти їхніх діаметрів.

3. Проектування підпірної стіни

3.1 Визначення габаритних розмірів

Попередні розміри кутової підпірної стіни визначаємо за допомогою графіків (рис. 3.1) у залежності від кута внутрішнього тертя ґрунту , висоти підпірної стіни h та тимчасового нормативного навантаження на поверхні ґрунту q_n згідно з [5].

Рис. 3.1 До визначення попередніх габаритних розмірів кутових підпірних стін для випадку =2⁰ (1 - коли q_n=10 кН/м; 2 - коли q_n=30 кН/м; 2 - коли q_n=60 кН/м) згідно з [5]

При призначенні розмірів монолітних підпірних стін необхідно враховувати такі конструктивні вимоги:

- мінімальні розміри поперечного перерізу стін (t_ст, t_ф) - 150 мм;

- мінімальна глибина закладання фундаментів для нескельних ґрунтів - 600 мм;

- лінійні розміри елементів (винос консолей a і b, висоту і т. д.) слід призначати кратними 300 мм.

3.2 Перевірка стійкості стіни проти перекидання

Розрахунок ведемо на 1 пог. м підпірної стіни (l_п.с.=1 м). На кутову підпірну стіну діють перекидаючі сили (активний тиск ґрунту P_гр, боковий тиск ґрунту від тимчасового навантаження P_g) та утримуючі сили (навантаження від власної ваги елементів стіни G_i, навантаження від ваги ґрунту на уступах Q_i).

У розрахунках на перекидання пасивним тиском ґрунту нехтуємо (рис. 3.2).

Рис. 3.2 До розрахунку кутової підпірної стіни на перекидання

Рівнодіючу активного тиску ґрунту визначаємо за формулою

кН,(3.1)

де _f,гр - коефіцієнт надійності за навантаженням для ґрунту (тут приймають _f,гр>1,0);

_гр - питома густина ґрунту, кН/м³;

h - висота підпірної стіни, м;

- коефіцієнт бокового тертя ґрунту, який дорівнює

.

Рівнодіюча бокового тиску ґрунту від тимчасового навантаження

(кН),

де _f - коефіцієнт надійності за навантаженням для тимчасового навантаження (приймають _f >1,0);

g_n - тимчасове нормативне навантаження на поверхні ґрунту.

Навантаження від власної маси 1 пог. м підпірної стіни доцільно визначати поелементно, розбивши її поперечний переріз на прості фігури, за формулою

(кН),

де A_i - площа поперечного перерізу відповідної частини кутової підпірної стіни, м²;

- густина залізобетону, (приймають =25 кН/м³);

_f - коефіцієнт надійності за навантаженням від ваги стіни (приймають _f=0,9, оскільки зменшена вага погіршує роботу стіни на перекидання).

Навантаження від власної ваги ґрунту на виступах підпірної стіни довжиною 1 пог. м визначаємо за формулою

(кН),

(кН),

(кН),

Навантаження від власної ваги ґрунту на виступах підпірної стіни довжиною 1 пог. м визначаємо за формулою

 (кН),

де A_i,гр - площа перерізу ґрунту на відповідних виступах, м²;

_f,гр - коефіцієнт надійності за навантаженням для ґрунту (для утримуючих сил приймаємо _f,гр=0,9).

(кН),

(кН),

Стійкість кутової підпірної стіни проти перекидання відносно точки О (рис. 32) перевіряємо за умовою:

.

Момент перекидаючих сил відносно точки О обчислюємо за формулою

(кНм),

Момент утримуючих сил знаходимо за виразом:

де а_і - відстань від точки О до відповідної утримуючої сили, м.

Для нашого випадку маємо M_у=318,75кНм>1,5М_пр=1,577,96=116,94 кНм. Умова виконується, отже стійкість підпірної стіни проти перекидання забезпечена.

3.3 Розрахунок стійкості підпірної стіни на зсув

3.3.1 Визначення активного тиску ґрунту

Активний тиск ґрунту для кутових підпірних стін визначають з умови утворення за стіною клиноподібної симетричної або несиметричної призми обвалення (рис. 3.3).

Для випадку утворення симетричної призми обвалення (рис. 3.3) активний тиск ґрунту приймають діючим на площину, нахилену до вертикалі під кутом

.

Для короткої задньої консолі, коли площина призми обвалення перетинає задню грань стіни, тиск ґрунту визначають як для симетричної призми обвалення, якщо відстань від верху стіни до перетину з площиною обвалення не перевищує 0,25 висоти стіни.

Рис. 3.3 До визначення активного тиску в кутових підпірних стінах за симетричної призми обвалення

При розрахунку кутових підпірних стін приймають:

- кут нахилу () задньої грані стіни до вертикалі рівним куту обвалення ₀

.

- кут тертя () ґрунту на контакті із стіною рівним =;

- кут нахилу () поверхні ґрунту до горизонту рівним =0.

Горизонтальну (_h,г) та вертикальну (_v,г) складові активного тиску ґрунту на глибині h визначаємо за формулами відповідно

(кН/м),

(кН/м),

де _f,гр - коефіцієнт надійності за навантаженням для ґрунту (приймають _f,гр>1,0);

_г - коефіцієнт горизонтальної складової активного тиску ґрунту обчислюють за формулою

Горизонтальну E_h,г і вертикальну E_v,г складові рівнодіючої активного тиску ґрунту для незв'язних ґрунтів (с=0) визначаємо за виразами відповідно

(кН),

(кН).

Горизонтальну _h,g та вертикальну _v,g складові активного тиску від тимчасового навантаження обчислюємо за формулами, відповідно,

(кН/м),

(кН/м).

де _f - коефіцієнт надійності за навантаженням для тимчасового навантаження (приймають _f>1,0).

Горизонтальну E_h,g і вертикальну E_v,g складові рівнодіючої активного тиску від тимчасового навантаження знаходимо за виразами

(кН),

(кН).

3.3.2 Перевірка умови стійкості стіни на зсув

Стійкість підпірної стіни на зсув при нескельних ґрунтах перевіряють за умовою

,

де T_у - утримуюча сила, що дорівнює сумі проекцій усіх утримуючих сил на горизонтальну площину;

T_з - зсувна сила, що дорівнює сумі проекцій усіх зсувних сил на горизонтальну площину

У курсовому проекті умову стійкості на зсув перевіряємо послідовно для трьох наступних випадків (рис. 3.4):

а) плоский зсув при ;

б) глибинний зсув при ;

в) глибинний зсув при .

У разі невиконання умови (3.18) хоча б для одного з 3-х вище зазначених випадків необхідно прийняти якесь конструктивне рішення, наприклад, таке:

- змінити попередньо призначені розміри підпірної стіни;

- збільшити глибину її (стіни) закладання;

- улаштувати анкери або «шпори» та ін.

Отже, утримуючу силу обчислюємо за формулою

деN - сума проекцій усіх сил на вертикальну площину

де Q₃ - вага ґрунту поза призмою обвалення (у контурі аbс)

,

тут - площа перерізу ґрунту в контурі аbс (рис. 3.4), м²;

_f,гр - коефіцієнт надійності за навантаженням для ґрунту (приймають _f,гр>1,0);B - ширина підошви підпірної стіни, м;

c - питоме зчеплення ґрунту, що залежить від його типу (для незв'язних ґрунтів c=0);

Q_гр,i - вага ґрунту між підошвою підпірної стіни та площиною її зсуву, що обчислюють при _f,гр<1 за формулою

де _i - кут нахилу площини зсуву до горизонтальної площини.

Пасивний тиск ґрунту визначаємо за виразом

де _p - коефіцієнт пасивного тиску ґрунту отримують із виразу

;

h_i - глибина зсуву підпірної стіни;

_f,гр - коефіцієнт надійності за навантаженням для ґрунту (приймають _f,гр>1,0).

Для випадку плоского зсуву (=0) коефіцієнт пасивного тиску ґрунту приймаємо _p=1.

Рис. 3.4 До розрахунку кутових підпірних стін на зсув

Для нашого випадку маємо T_у=73,02 кН>1,2T_з=1,270,93=85,11 кН (тут приймаємо найменше значення T_у=T_у,1=73,02 кН). Умова не виконується, отже стійкість підпірної стіни проти зсуву не забезпечена.

3.4 Визначення зусиль в елементах підпірної стіни

3.4.1 Розрахункові навантаження на підпірну стіну

Горизонтальні складові рівнодіючої активного тиску ґрунту E_h,г та рівнодіючої активного тиску від тимчасового навантаження E_h,g знаходимо за виразами (3.12) та (3.16) відповідно. Зазначимо, що горизонтальні складові активного тиску ґрунту та активного тиску від тимчасового навантаження _h,g теж обчислюємо за формулами (3.9) і (3.14) при _f,гр>1,0 та _f >1,0. Однак, тут коефіцієнт горизонтальної складової активного тиску (при ===0) слід визначати за формулою

.

Суму моментів усіх горизонтальних сил відносно горизонтальної осі, що проходить через центр підошви підпірної стіни (точка О на рис. 3.5) обчислюємо за формулою (пасивним тиском нехтуємо)

(кНм).

Суму проекцій усіх сил на вертикальну площину знаходимо за формулою

де G₁, G₂ і G₂ - обчислюють за формулою (3.3) при коефіцієнті надійності за навантаженням _f >1,0;

Q₃ і Q₄ - обчислюють за формулою (3.4) при коефіцієнті надійності за навантаженням для ґрунту _f,гр>1,0;

Q_g - рівнодіюча тимчасового навантаження на поверхні ґрунту, яку обчислюють за формулою

де _f - коефіцієнт надійності за навантаженням для тимчасового навантаження (приймають _f>1,0).

Рис. 3.5 До визначення розрахункових зусиль в елементах підпірної стіни

Суму моментів усіх вертикальних сил відносно осі, що проходить через центр підошви підпірної стіни (точка О на рис. 3.5), визначаємо з виразу

Тут знак (+) прийнятий для сил, розміщених зліва від осі, що проходить через центр підошви, знак (-) - для сил, розміщених справа.

Величину ексцентриситету прикладання рівнодіючої всіх сил визначаємо за формулою

(м),

Якщо ексцентриситет e<B/6 (рис. 3.6), то крайові напруги під підошвою стіни визначаємо за формулою

(кПа)

(кПа)



Рис. 3.6 До визначення тиску ґрунту під підошвою підпірної стіни при e<B/6

Середній тиск на ґрунт під підошвою стіни (P_max+P_min)/2 не повинен перевищувати розрахункового опору ґрунту основи R₀, а максимальний тиск P_max не повинен перевищувати 1,2R₀, тобто повинні задовольнятись такі умови:

і .

Для нашого випадку матимемо:

;

.

Умови виконуються.

Розподілене навантаження на передню консоль становить (рис. 3.7):

- від ваги ґрунту

(кН/м),

- від власної ваги плити

(кН/м),

Розподілене навантаження на задню консоль дорівнює (рис. 3.7):

- від тимчасового навантаження

(кН/м),

- від ваги ґрунту

(кН/м),

- від власної ваги плити

(кН/м),

Рис. 3.7 Розрахункова схема підпірної стіни

3.4.2 Згинаючі моменти та поперечні сили в елементах Ребристої підпірної стіни

Згинальні моменти та поперечні сили визначаємо за такими формулами (рис. 3.8):

- для перерізу 1-1

(кН);

- для перерізу 2-2

- для перерізу 3-3

Рис. 3.8 Епюри зусиль у підпірній стіні: а - згинальних моментів (M); б - поперечних сил (Q)

Згинаючі моменти в лицевій плиті від повного навантаження знаходимо за формулою

де - розрахункові коефіцієнти за дії, відповідно, рівномірно розподіленого та нерівномірно розподіленого навантаження (приймаються за таблицями рис. 4.6 та 4.7);

- відстань в світлі між ребрами.

Згинаючі моменти в лицевій плиті від повного навантаження знаходимо за формулою

Зусилля в консольній частині фундаментної плити обчислюються за вже наведеною формулою (4.19).

3.5 Визначення площі перерізу робочої арматури

Площу перерізу робочої арматури підбираємо для кожного з елементів підпірної стіни:

- лицьової стіни (переріз 1-1);

- передньої консолі (переріз 2-2);

- задньої консолі (переріз 3-3).

Розрахунок поздовжньої арматури здійснюємо з умови міцності нормальних перерізів згинальних залізобетонних елементів прямокутного профілю (t_il_п.с.).Підбір перерізу арматури виконуємо в такому порядку.

1. За табл. будівельних норм [3] встановлюємо основні розрахункові характеристики прийнятих бетону й арматури:

; МПа; МПа;МПа; МПа;

МПа; ;

; МПа; МПа; МПа.

2. Визначаємо робочу висоту перерізу (рис. 3.9) за формулою

(см),

де - товщина відповідного елементу підпірної стіни в характерному перерізі, см;

- відстань від розтягнутої грані до центр ваги розтягнутої арматури, що обчислюють за формулою

(см),

де - захисний шар бетону розтягнутої арматури (см), приймається за [3];

- діаметр робочої арматури (см), попередньо задається в межах 1,0...2,0 см.



Рис. 3.9 Розрахунковий переріз елементів підпірної стіни

3. Обчислюємо характеристику стисненої зони бетону для характерних перерізів із виразів:

4. За табл. [6,8] визначаємо граничне значення характеристики стисненої зони бетону. Маємо ;

5. Оскільки для перерізів із значною шириною стисненої зони бетону характерне виконання умов , , , то стиснута арматура за розрахунком не потрібна.

6. Для отриманих значень характеристики _m,i за табл. [6,8] знаходимо відповідні коефіцієнти _i і _i:

7. Площі перерізів арматури на 1 пог. м підпірної стіни визначаємо за формулами

8. Обчислюємо процент армування _s,i перерізу підпірної стіни за виразом

9. Якщо _s,i<_s,min=0,05%, то площу перерізу арматури приймають остаточно за формулою:

.

10. За сортаментом [6, 8] підбираємо кількість арматури з площею арматури A_s,iA_s,min:

- 5 стержнів діаметру d=5 мм із площею арматури ;

- 5 стержнів діаметру d=5 мм із площею арматури ;

- 5 стержнів діаметру d=5 мм із площею арматури .

3.6 Конструювання підпірних стінок

Армування кутових підпірних стін виконують, як правило, зварними арматурними сітками або окремими стержнями, що об'єднують у в'язані сітки (рис. 3.10). Стержні робочої арматури розміщають із кроком 100...200 мм, а розподільчу - із кроком 300…350 мм (не менше 3-х стержнів на 1 пог. м перерізу підпірної стіни). З метою економії арматурної сталі вертикальні елементи (лицьові плити) підпірних стін армують за епюрою матеріалів з обривом стержнів робочої арматури. При невеликих розмірах підпірних стін горизонтальні елементи (фундаментні плити) армують, як правило, без обриву стержнів.

Армування елементів кутових підпірних стін виконують відповідно до епюри згинальних моментів.

Товщину захисного шару бетону для робочої арматури монолітних стін необхідно приймати не менше 35 мм і не менше діаметра робочих стержнів.

Глибина анкерування (защемлення) розтягнених арматурних стержнів лицьової плити у фундаментній плиті повинна бути не меншою ніж 20 їхніх діаметрів.



Рис. 3.10 Схема армування підпірної стіни зварними (в'язаними) сітками

Під підошвою монолітних підпірних стінок необхідно влаштовувати бетонну підготовку товщиною не менше 100 мм, яка повинна виступати за грані підошви не менше ніж на 100 мм.

Конструкція підпірних стін повинна бути розділена на всю висоту температурно-осадними швами, відстань між якими повинна бути не більше 25 м. Ширину швів приймають рівною 30 мм (по товщині просмоленої дошки).

Поверхню підпірних стінок із сторони засипки захищають гідроізоляцією. За відсутністю агресивного середовища дозволяється застосовувати обмазувальну гідроізоляцію гарячим бітумом за два проходи.

У підпірних стінах, розміщених за межами будівель, необхідно влаштовувати пристінний дренаж із сторони підпору (засипки) ґрунту (рис. 3.11).

Рис 3.11 Дренаж підпірної стіни при глинистих ґрунтах засипки

Список літератури

1. ДБН В.1.2-2 2006. Навантаження і впливи. К.: Мінбуд України, 2006.

2. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. М.: ЦИИТП, 1986. 86 с.

3. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1989. 75 с.

4. СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбоспускные и рыбозащитные сооружения. М.: Стройиздат, 1989. 40 с.

5. Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства / ЦНИИПромизданий Госстроя СССР.М.: Стройиздат, 1984. 117 с.

6. Бабич В.І. та ін. Таблиці для проектування будівельних конструкцій. Довідник. Рівне, 1999. 506 с.

7. Справочник проектировщика инженерных сооружений / В.Ш. Козлов и др.; Под ред. Д.А. Коршунова. 2-е изд., перераб. и доп. К.: Будивельнык, 1988. 352 с.

8. Методичні вказівки і завдання до виконання курсового проекту з дисципліни “Міські інженерні споруди” для студентів спеціальності 7.092103 “Міське будівництво і господарство” усіх форм навчання (МВ 774-51) / Ромашко В.М., Кочкарьов Д.В. Рівне: НУВГП, 2004. 16 с.

9. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М.: Стройиздат, 1991. 244 с.

10. Примеры расчета железобетонных мостов / Я.Д. Лившиц и др. К.: Выща шк. Головное изд-во, 1986. 263 с.

11. Гибшман М.Е. Проектирование транспортных сооружений. М.: Транспорт, 1980. 391 с.

12. Российский В.А. и др. Примеры проектирования сборных железобетонных мостов. М.: Высш. школа, 1970. 520 с.

Размещено на Allbest.ru

...