Определение допустимых эксплуатационных нагрузок на причальные сооружения

Курсовая работа

Определение допустимых эксплуатационных нагрузок на причальные сооружения

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Определение ширины прикордонной полосы L

3. Определение полосовой нагрузки

3.1 Построение эпюр активного и пассивного давления грунта с учетом проектной нагрузки q (0,L) = 40 кН/м²

3.2 Построение силового и веревочного многоугольников

3.3 Определение величины анкерной реакции и максимального изгибающего момента в стенке при проектной нагрузке q (0,L) = 40 кН/м²

3.4 Построение эпюр активного и пассивного давления грунта при отсутствии нагрузки, q (0,L) = 0 кН/м²

3.5 Построение силового и веревочного многоугольников

3.6 Определение величины анкерной реакции и максимального изгибающего момента в стенке при отсутствии нагрузки, q (0,L) = 0 кН/м²

3.7 Определение приращений максимального изгибающего момента ΔМ в стенке и анкерной реакции Δ Ra

3.8 Определение приращений максимального изгибающего момента в стенке и анкерной реакции от полосовой нагрузки q (x₁,x₂)

3.9 Приращения максимального изгибающего момента ΔМ [q’] и анкерной реакции ΔRa [q’] при нагрузке q’ (9.0,10.8) = 90 кН/м²:

3.10 Определение допускаемой нагрузки q (x₁,x₂)

4. Определение искомой нагрузки

Заключение

Список используемой литературы

Введение

При эксплуатации гидротехнических сооружений, необходимо решать вопросы, связанные с определением допускаемого уровня внешних воздействий на них, т.е. определять предельные по величине воздействия, при которых будут соблюдены условия безопасной эксплуатации и требуемой долговечности сооружения.

Одним из таких сооружений является причальная набережная. Проблема рационального использования причала включает в себя практически весь комплекс вопросов относящихся к области эксплуатации ГТС.

В данной курсовой работе рассмотрена наиболее часто встречающаяся задача, которую приходится решать при эксплуатации набережной: определить допускаемую нагрузку на заданный участок причала при известной проектной нагрузке и при условии присутствия на причале других нагрузок, средств механизации и транспортных средств.

1. Исходные данные

Шпунтовая стенка выполняется из стального профиля. Анкерная плита железобетонная.

Анкеровка производится на отметке 1,0 м. Анкерная тяга выполняется из стали 09Г2С.

Известны характеристики грунта засыпки объемный вес γ и угол внутреннего трения φ, так же известны характеристики грунта основания φ, и удельное сцепление с.

Объемный вес обводненных грунтов принимаем γ_в = 10 кН/м³ (1т/м³)

На территории порта находится распределенная нагрузка q (0,L) = 40кПА.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Вариант	Грунт					Н, м	h, м	Координаты полос загружения в долях от L		Ж/д состав
	Засыпка			Основание
	γ1, кН/м3	φ1,град.	φ2,град.	φ3,град.	с3,кПа			x1	x2
	16,2	29	27	17	28	9,2	2,6	0,5	0,6	1

причал эксплуатационная нагрузка

2. Определение ширины прикордонной полосы L

Расчет начинаем с определения полосы, в пределах которой нагрузка, приложенная на кордоне, передается на шпунтовую стенку.

Ширина прикордонной полосы определено по формуле:

Вычисленное значение округляем до целого числа в большую сторону: L≈18 м.

Расстояние от границы кордона до оси ж/д состава принято 4,35 м. Ширина полосы для ж/д состава - 5,7 м. Расположение нагрузок принято в долях от . Портальный кран на причале отсутствует.

х₁ = 18·0,5 = 9 м

х₂ = 18·0,6 = 10,8 м

3. Определение полосовой нагрузки

Допускаемая нагрузка  на прикордонную полосу определяется исходя из условия равенства приращения напряжения в лимитирующих элементах конструкции (шпунтовая стенка, анкер) от приращения проектной нагрузки на причал:

,

где

;  - приращения максимального изгибающего момента в стенке и анкере от нагрузки ;

;  - то же от проектной нагрузки

Приращения определяются по формуле:

Здесь , - максимальный изгибающий момент в стенке и анкерная реакция при наличии на причале проектной нагрузки;

, - то же при отсутствии на причале нагрузки.

Величины , определяются графо-аналитическим способом Блюма-Ломейера.

Задавшись глубиной погружения стенки t = 6,5 м (приближенно принимаем глубину погружения равной ) строим эпюры бокового давления грунта - активного и пассивного при наличии на причале проектной нагрузки и при отсутствии ее.

Статический расчет стенки ведется с целью определения глубины забивки свай, момента и анкерной реакции.

Экспликация:

а - интенсивность активного давления грунта, кПа (кН/м²);

р - интенсивность пассивного давления грунта, кПа (кН/м²);

γ - объемный вес i-го слоя грунта, кН/м^3, - мощность i-го слоя грунта, м,

 - коэффициент активного давления (распора)

 - коэффициент пассивного давления (отпора)

 = 1,44 - коэффициент, учитывающий трение грунта о стенку при отпоре впереди стенки, принимаемый в зависимости от угла внутреннего трения грунта φ;

 - распределенная нагрузка от активного давления и полезной нагрузки;

 - распределенная нагрузка от пассивного давления.

Значения коэффициентов бокового давления грунта для каждого слоя:

;

;

;

3.1 Построение эпюр активного и пассивного давления грунта с учетом проектной нагрузки q (0,L) = 40 кН/м²

Графоаналитический расчет одноанкерного больверка

с учетом проектной нагрузки 40 кН/м²

Активное давление:

на поверхности грунта засыпки:

на уровне воды акватории выше поверхности воды:

на уровне воды акватории ниже поверхности воды:

на уровне проектного дна:

ниже уровня проектного дна:

на отметке низа шпунта:

 

Пассивное давление:

на 1 метр ниже уровня проектного дна:

р₃=р_с3=75,68 кН/м²

на уровне низа шпунта:

3.2 Построение силового и веревочного многоугольников

Сложив эпюры активного и пассивного давления грунта, определяем окончательный вид эпюры давления.

Производится расчет сил схемы нагрузок. Для этого эпюра нагрузок разбивается на полосы 0,5¸1,0 м, которые заменяются силами Ei, приложенными в центрах тяжести этих полос.

Величины сил Ei численно равны площади соответствующих полос. Площади полос определенные в ACAD сведены в таблицу 2.

На основании этих данных строится силовой многоугольник: масштаб 1 мм - 2,5 кН, полюсное расстояние η = 200 кН = 80 мм, полюс О размещается на вертикали около середины значения активных сил.

Таблица 2

№№	Ei, кН	№№	Ei, кН	№№	Ei, кН
1	16,69	7	44,87	13	48,95
2	22,31	8	48,50	14	93,44	28,64	9	52,25	15	137,91
4	19,46	10	56,00	16	182,38
5	22,80	11	13,25	17	226,84
6	41,12	12	5,14	18	130,10

Строится веревочный многоугольник: прямая, параллельная нулевому лучу силового многоугольника, пересекает линию действия первой силы, из этой точки проводится луч первой силы, из точки пересечения проводится луч второй силы и так далее.

Строится замыкающая прямая АВ. Точка А распложена на пересечении нулевого луча силового многоугольника и линии влияния анкерной реакции. Точка В на веревочном многоугольнике строится таким образом, чтобы максимальная величина ординаты изгибающего момента в нижней части эпюры была на 10% меньше максимальной величины ординаты изгибающего момента в пролетной части стенки (z₁=1,1·z₂)

z₁ = 1,38 м

z₂ = 1,24 м.

Точка B на веревочном многоугольнике определяет необходимую глубину забивки шпунтовых свай t_o = 4,9 м

t_ш = (1.1÷1.15) ·4.9 = 5,5 м

3.3 Определение величины анкерной реакции и максимального изгибающего момента в стенке при проектной нагрузке q (0,L) = 40 кН/м²

Пересечение замыкающей с эпюрой моментов определяет положение силы , ее величина определяется из силового многоугольника отсечением лучом сил относящихся к реализованной части эпюры и лучом, параллельным замыкающей АВ проведенным из полюса О.

= 314,15 кН - суммарная величина обратного отпора.

Величинаопределяется из силового многоугольника отсечением первым лучом и лучом, параллельным замыкающей АВ.

R_a^q = 212,2 кН - величина усилия в анкерной тяге на один погонный метр набережной.

Определяем значение максимального изгибающего момента в стенке:

M^q = η·z₁ = 200·1,38 = 276 кНм.

3.4 Построение эпюр активного и пассивного давления грунта при отсутствии нагрузки, q (0,L) = 0 кН/м²

Графоаналитический расчет одноанкерного больверка при отсутствии нагрузки на кордоне

Активное давление:

на поверхности грунта засыпки:

на уровне воды акватории выше поверхности воды:

на уровне воды акватории ниже поверхности воды:

на уровне проектного дна:

ниже уровня проектного дна:

на отметке низа шпунта:

 

Пассивное давление:

на 1 метр ниже уровня проектного дна:

р₃=р_с3=75,68 кН/м²

на уровне низа шпунта:

Величины сил Ei сведены в таблицу 3.

Таблица 3

№№Ei, кН№№Ei, кН№№Ei, кН
1	2,81	7	29,78	13	71,56
2	8,43	8	33,55	14	116,43
3	9	37,32	15	161,30
4	11,13	10	41,09	16	206,17
5	13,80	11	3,31	17	251,04
6	26,01	12	16,99	18	142,35

3.5 Построение силового и веревочного многоугольников

На основании этих данных строится силовой многоугольник: масштаб 1 мм - 2,5 кН, полюсное расстояние η = 200 кН = 80 мм, полюс О размещается на вертикали около середины значения активных сил.

z₁ = 0,85 м

z₂ = 0,77 м.

Точка B на веревочном многоугольнике определяет необходимую глубину забивки шпунтовых свай t_o = 3,8 м

t_ш = (1.1÷1.15) ·3,8= 4,3 м

3.6 Определение величины анкерной реакции и максимального изгибающего момента в стенке при отсутствии нагрузки, q (0,L) = 0 кН/м²

Пересечение замыкающей с эпюрой моментов определяет положение силы , ее величина определяется из силового многоугольника отсечением лучом сил относящихся к реализованной части эпюры и лучом, параллельным замыкающей АВ проведенным из полюса О.

= 255,34 кН - суммарная величина обратного отпора.

Величинаопределяется из силового многоугольника отсечением первым лучом и лучом, параллельным замыкающей АВ.

R_a^q = 110,35 кН - величина усилия в анкерной тяге на один погонный метр набережной.

Определяем значение максимального изгибающего момента в стенке:

M^q = η·z₁ = 200·0,85 = 170 кНм.

3.7 Определение приращений максимального изгибающего момента ΔМ в стенке и анкерной реакции Δ Ra

3.8 Определение приращений максимального изгибающего момента в стенке и анкерной реакции от полосовой нагрузки q (x₁,x₂)

Для вычисления ;  первоначально задаемся контрольным значением нагрузки

q’ (x₁,x₂) = q’ (9,10.8) = 90 кН/м².

Проводим графо-аналитический расчет стенки методом Блюма-Ломейера, но по иному строим эпюру активного давления грунта.

От крайних точек полосы загружения проведены лучи под углами φ º, 45º+φ/2.

В местах пересечения лучей со шпунтовой стенкой (или ее продолжением) получены точки a, b, c, распорное давление от полосовой нагрузки действует только на участке стенки - а-с с максимальной ординатой в точке b. Величина распорного давления в которой вычисляется по формуле:

,

где

q’=90кН/м² - величина полосовой нагрузки на кордоне;

x₁=9,0 м, x₂=10,8 м - координаты полосы загружения.

а₁ = 31,23 кН/м²

а₂ = 33,75 кН/м²

а₃ = 49,23 кН/м²

Затем производится графическое суммирование эпюр распора грунта от полосовой нагрузки q’ и эпюры активного давления грунта на стенку при отсутствии полосовой нагрузки на причале, т.е. только от грунта засыпки.

Величины сил Ei сведены в таблицу 4.

Таблица 4

№№Ei, кН№№Ei, кН№№Ei, кН
1	1,01	7	40,01	13	62,72
2	6,18	8	47,56	14	100,62
3	11,81	9	55,12	15	138,52
4	10	15,63	16	152,76
5	33,99	11	2,79	17	234,84
6	38,34	12	20,62

Далее строятся силовой и веревочный многоугольники.

В результате при q’ (9,10.8) = 90 кН/м²:

z₁ = 1,25 м, z₂ = 1,14 м.

Необходимая глубина забивки шпунтовых свай t_o = 4,3 м

t_ш = (1.1÷1.15) ·5,1= 5,6 м

М^q’ = η·z₁ = 200·1,25 = 250 кНм - максимальный изгибающий момент в стенке от нагрузки q’ (9.0,10.8) = 90 кН/м²

Ra^q’ = 128,74 кН/м - величина усилия в анкерной тяге на один погонный метр набережной от нагрузки q’.

3.9 Приращения максимального изгибающего момента ΔМ [q’] и анкерной реакции ΔRa [q’] при нагрузке q’ (9.0,10.8) = 90 кН/м²:

3.10 Определение допускаемой нагрузки q (x₁,x₂)

На основании полученных данных построены совмещенные графики зависимости

ΔRa=ΔRa [q (x₁,x₂)], ΔM=ΔM [q (x₁,x₂)]

Прямые и построены по точкам проходящим через начало координат и значение приращения нагрузки при определенном значении полосовой нагрузки .

Затем на графике отложены ранее найденные значения:

=106 кНм, =101,9 кН и по графику найдены значения лимитирующих нагрузок =119,25 кН/м²; =498,42 кН/м².

Для дальнейшего расчета взята меньшая нагрузка: =119,25 кН/м²

4. Определение искомой нагрузки

Применительно к однополосной схеме загружения при наличии транспорта допускаемая эксплуатационная нагрузка определяется по формуле:

, где

q (0,L) = 40 кН/м² - проектная нагрузка;

 = =119,25 кН/м²и - лимитирующее значение нагрузки на кордоне снятая с графика;

= 7,6 кН/м² - значение эквивалентной равномерно распределенной нагрузки на причале от ж/д состава.

 кН/м²

Заключение

Сложив эпюры активного и пассивного давления грунта, определяем окончательный вид эпюры давления. Производится расчет сил схемы нагрузок. Для этого эпюра нагрузок разбивается на полосы 0,5¸1,0 м, которые заменяются силами Ei, приложенными в центрах тяжести этих полос.

Величины сил Ei численно равны площади соответствующих полос. Площади полос определенные в ACAD. На основании этих данных строится силовой многоугольник: масштаб 1 мм - 2,5 кН, полюсное расстояние η = 200 кН = 80 мм, полюс О размещается на вертикали около середины значения активных сил. Строится веревочный многоугольник: прямая, параллельная нулевому лучу силового многоугольника, пересекает линию действия первой силы, из этой точки проводится луч первой силы, из точки пересечения проводится луч второй силы и так далее.

Строится замыкающая прямая АВ. Точка А распложена на пересечении нулевого луча силового многоугольника и линии влияния анкерной реакции. Точка В на веревочном многоугольнике строится таким образом, чтобы максимальная величина ординаты изгибающего момента в нижней части эпюры была на 10% меньше максимальной величины ординаты изгибающего момента в пролетной части стенки.

Список используемой литературы

1. Кириллов В.М. "Определение допускаемых эксплуатационных нагрузок на причальные сооружения", С-Пб. 2010 г.

. Перевязкин Ю.А. "Сооружения портов и транспортных терминалов и их техническая эксплуатация", С-Пб. 2009 г.

. Будин А.Я. "Тонкие подпорные стенки", Ленинград, 2009 г.