Расчет шпунтового ограждения

метки: Ограждение, Расчет, Шпунтовой, Точка, Сечение, Относительно, Грань, Стенка

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра: «Водные пути, порты и электрооборудование»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основания и фундаменты»

В ыполнила : студентка III курса Группы ГТ-61

Гурдина А.Р.

Москва

Задания для выполнения курсовой работы

Задача 1 . Для заданной по варианту схемы шпунтового ограждения подобрать глубину забивки шпунта из условий его устойчивости. Построить эпюры активного давления грунта, реактивного сопротивления и суммарную, определить положение сечения с наибольшим изгибающим моментом и требуемый осевой момент сопротивления на 1 погонный метр ограждения.

Числовые данные принять согласно данному варианту.

Задача 2 . Для подпорной стены выполнить проверку устойчивости на сдвиг и опрокидывание, построить эпюру нормальных напряжений в сечении по ее подошве.

Размеры стены и характеристики грунта принять согласно данному варианту.

Задача 3. Выполнить расчет сваи по несущей способности грунтов основания.

Задача 1.

Исходные данные приведены в таблице:

h1,м	q, кН/м2	г1, кН/м3	г2, кН/м3	ц1о	ц2о
2,4		18,2	18,4

В приводимом ниже расчете используется модель шпунтового ограждения как тонкой жесткой стенки, равновесие которой обеспечивается защемлением в коренном грунте путем забивки шпунта в него на глубину h ₂ .

Для построения эпюры активной нагрузки на шпунтовое ограждение равномерно-распределенную нагрузку q на поверхности засыпки заменяем слоем грунта высотой h ₀ (приведенная высота), которая будет равна:

Коэффициент активного давления для первого слоя грунта при б = е = д = 0 определяем по формуле:

Эпюра интенсивности активного давления грунта в верхнем слое будет иметь форму трапеции с ординатами:

В верхней точке

В нижней точке

Для второго (коренного) слоя грунта будем иметь:

Интенсивность активного давления в верхней точке второго слоя грунта будет равна:

Для нижней точки ординату эпюры интенсивности активного давления найдем как алгебраическую сумму давления на ограждение с правой и с левой его стороны:

т.е. эпюра интенсивности активного давления в пределах слоя коренной породы имеет прямоугольное очертание.

Под действием активной нагрузки на шпунт в слое коренной породы возникает реактивное сопротивление, которое в предельном состоянии очерчивается ломаной эпюрой «защемления». Тангенс угла наклона эпюры «защемления» с левой стороны ограждения называют градиентом эпюры и определяют как разницу между коэффициентами пассивного и активного давления грунта, умноженную на удельный вес грунта:

где шпунтовой ограждение подпорный стена грунт

Прямая эпюры «защемления» с левой стороны ограждения будет иметь ординату в нижней точке шпунта, равную. Примем h ₂ =3,0 м.

На расстоянии (h ₂ — y) от низа шпунта эпюра «защемления» имеет излом. Величина этого расстояния определяется по формуле:

где Р — сумма проекций на горизонталь активной нагрузки, равная М — сумма моментов активных сил относительно оси, проходящей через нижнюю точку шпунта, равная При указанных числовых значениях получим:

Тогда

Ордината эпюры «защемления» на глубине y = 1,3 м будет равна:

В нижней точке шпунта реактивное сопротивление имеет направление в противоположную перемещению шпунта сторону, т. е. влево, а эпюра «защемления» характеризуется максимальной ординатой у, определяемой по формуле:

Построенная по этим данным эпюра «защемления» складывается с эпюрой активного давления (с учетом направлений действующих давлений), в результате чего получаем самоуравновешенную эпюру интенсивности суммарной нагрузки, действующей на шпунт. Устойчивость шпунта считается обеспеченной, если суммарная ордината в его нижней точке не превышает предельного сопротивления грунта в этой же точке, которая определяется как произведение градиента на приведенную высоту для этой точки:

В данном случае имеем:

т. е. условие устойчивости выполняется. При невыполнении этого условия следует увеличить глубину заглубления шпунта.

Для обеспечения условия прочности шпунтового ограждения необходимо найти наибольший изгибающий момент в его сечении. Положение по высоте сечения, соответствующего максимальному изгибающему моменту М _max обозначим координатой z от поверхности коренного грунта. Эту координату будем искать из условия:

Для составления этого уравнения будем искать величину поперечной силы в сечении шпунта на глубине z, проецируя на горизонталь силы, действующие на верхнюю отсеченную часть шпунта:

Получив величину, необходимо убедиться, что она не превышает глубину точки излома в эпюре «защемления», т. е. что; для данного примера имеем .

При несоблюдении этого условия уравнение, из которого определялось z, необходимо составить с учетом излома в эпюре «защемления».

Максимальный изгибающий момент в сечении шпунта при z = 1, будет равен:

Из условия прочности при изгибе, которое имеет вид

определим требуемый момент сопротивления W _тр поперечного сечения шпунтового ограждения длиной в плане 1м:

Для стального шпунта R=16кН/см ² , тогда

Задача 2 .

Исходные данные приведены в таблице:

h1, м	h2, м	b, м	б, град.	ц, град.	д, град.	г, кН/м3
3,0	4,5	2,5				18,0

I. Определение нагрузок, действующих на подпорную стену

1. Давление грунта

Для напорной грани 1−2 имеем:

где

;

Для напорной грани 2−3 имеем:

Эпюру интенсивности активного давления на участке 1−2 строим по двум точкам:

Для точки 1 имеем h ₀ =0, P₀ =0;

Для точки 2 имеем h ₁ =3м,

Для построения эпюры интенсивности активного давления грунта на участке 2 — 3 продолжаем эту грань до пересечения с дневной поверхностью грунта. Эта точка пересечения будет являться нулевой точкой эпюры интенсивности на участке 2 — 3 и началом отсчета величины h для этого участка. Превышение ее над уровнем 1 составит:

Тогда интенсивность активного давления для точки 2 напорной грани 2 — 3 будет равна:

Соответственно для точки 3 получим:

Равнодействующие активного давления грунта на каждом из участков определим как площади эпюр интенсивности. При этом протяженность стены в плане принимается равной 1 м, т. е. рассматривается плоская задача.

Для участка 1−2 будем иметь:

Точка приложения силы Е ₁ к напорной грани 1 — 2 будет находиться на уровне центра тяжести эпюры интенсивности активного давления на участке 1 — 2, т. е. на высоте от точки 2.

Направление действия силы Е ₁ ввиду наличия трения между грунтом и поверхностью стенки, определяемого углом внешнего трения д, отклоняется вверх от нормали к напорной грани на угол д. При этом горизонтальная Е^х ₁ , и вертикальная E₁ ^y составляющие силы Е₁ будут равны:

Для участка 2−3 будем иметь:

Точка приложения силы Е ₂ к напорной грани 2 — 3 находится на уровне центра тяжести трапецеидальной эпюры интенсивности на этом участке, т. е. на высоте от низа стенки, равной:

2. Собственный вес бетонной кладки стены.

Для определения собственного веса поперечного сечения стены разобьем на простейшие фигуры и определим вес отдельных блоков (см. рис.2):

Удельный (объемный) вес бетонной кладки принят г _кл = 25кН/м³ .

Точки приложения весов G _i соответствуют центрам тяжести соответствующих блоков. Общий вес стены (при длине 1м) составит:

II. Расчет устойчивости положения подпорной стены

1. Расчет устойчивости на сдвиг Устойчивость стены на сдвиг по ее подошве проверяется по формуле:

где

Q _СД — сумма проекций сдвигающих сил на направление предполагаемого сдвига, к которым относятся силы Е₁ и Е₂ ; при этом горизонтальные проекции этих сил берутся со знаком «плюс», а силы трения по подошве стенки, вызванные вертикальными проекциями Е^у ₁ и Е^у ₂ , берутся со знаком «минус»;

• [20, «https:// «].

Здесь f = 0,5 — коэффициент трения подошвы стены по грунту основания;

Q _УД — сумма проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига, к которым относятся давление грунта на переднюю напорную грань и силы трения по подошве стены, вызванные ее весом:

• m — коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;

г _n — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1.

При указанных числовых значениях величин, входящих в условие устойчивости на сдвиг, получим:

т.е. устойчивость стены на сдвиг по ее подошве обеспечена.

2. Расчет устойчивости на опрокидывание Устойчивость стены на опрокидывание проверяется по формуле:

где М _ОП — сумма моментов опрокидывающих сил относительно возможной оси опрокидывание, к которым относятся силы давления грунта Е₁ и Е₂ ; за возможную ось опрокидывания принимается нижнее переднее ребро стенки, проходящее через точку 4; моменты горизонтальных составляющих Е^х ₁ и Е^х ₂ принимаются со знаком «плюс», а моменты вертикальных составляющих Е^у ₁ и Е^у ₂ — со знаком «минус».

М _УД — сумма моментов удерживающих сил относительно возможной оси опрокидывания, к которым относятся давление грунта на переднюю грань Е₃ и собственный вес стены G.

При тех же значениях коэффициентов m и г _n получим:

т.е. устойчивость стены на опрокидывание обеспечена.

III. Определение нормальных напряжений по подошве стены Нормальная (продольная) сила N подошвы стены будет равна сумме проекций всех действующих на нее вертикальных сил:

Момент всех внешних сил (давление грунта и собственный вес) относительно точки 4 будет равен сумме ранее найденных моментов М _оп и М_уд :

Тогда плечо равнодействующей всех внешних сил относительно точки 4 будет равно:

т.е. центр давления (точка приложения равнодействующей всех внешних сил) в сечении по подошве стены будет находиться на расстоянии r ₄ = 1,075 м от точки 4.

Эксцентриситет, т. е. расстояние от центра давления до центра тяжести сечения, при этом составит:

где b = 3,5 — ширина подошвы стенки.

Нормальные напряжения у в сечении при внецентренном действии продольной силы определяются по формуле:

• N — продольная (нормальная) сила в сечении;
• F — площадь поперечного сечения, равная b•1 = 3,5 м;

М — момент всех внешних сил относительно центральной оси сечения, равный

W — осевой момент сопротивления поперечного сечения, равный .

При этом формула для определения нормальных напряжений может быть преобразована следующим образом:

При этом знак «плюс» — соответствует напряжению в точке 4, а знак «минус» — напряжению в точке 3:

• Знак «минус» соответствует растягивающим напряжениям, которые не могут возникнуть между подошвой стены и грунтом основания. Фактически появится некоторая зона «отлипания» по подошве стены, в пределах которой напряжения будут равны нулю;
• произойдет перераспределение напряжений по подошве за счет некоторого увеличения сжимающих напряжений. Для построения эпюры у с учетом перераспределения напряжений, которая будет иметь треугольное очертание, будем рассуждать следующим образом: фактическую ширину работающей части подошвы стены, пока неизвестную, обозначим, а величину фактического напряжения в точке 4, тоже неизвестного, обозначим. Треугольная эпюра нормальных напряжений имеет место в том случае, когда центр давления совпадает с крайней точкой ядра сечения, которое в прямоугольном сечении занимает среднюю треть. Так как плечо равнодействующей относительно точки 4 при этом не меняется (r ₄ = 1,075м), то размер, будет равен 3 r₄ :

Площадь эпюры у с учетом его перераспределения должна быть равна N, т. е.

откуда

Эпюры у в основании стены, построенные по приведенным выше расчетам, приведены на рис. 2.

Задача 3 .

Железобетонная свая сечением 25×25см погружена паровоздушным молотом в глинистые грунты на глубину 14 м.

Свая по несущей способности грунта основания рассчитывается по формуле:

• где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

F _d — расчетная несущая способность сваи по грунту;

г _k — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4, если несущая способность сваи по грунту найдена расчетным способом.

Несущая способность висячей сваи по грунту определяется по формуле:

где г _с — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

• R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл. 1 СНиП 2.02.03 — 85 в зависимости от глубины погружения сваи и вида грунта.

Для забивной сваи при глубине погружения 14 м для глинистого грунта при показателе текучести IL = 0,3 имеем R = 3900 кПа = 390 тс/м ² .

А — площадь опирания сваи на грунт, равная в данном случае площади поперечного сечения сваи

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, равный u = 4•0,25 = 1 м.

f — расчетное сопротивление i — го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 2 СНиП 2.02.03 — 85 в зависимости от средней глубины h _i расположения слоя и вида грунта.

Для определения f _i пласты грунтов основания расчленяем на однородные слои толщиной не более .

г _cR , г_cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности, определяемые по табл. 3 СНиП 2.02.03 — 85 в зависимости от способа погружения сваи и вида грунта.

Для сплошной железобетонной забивной сваи имеем г _cR = г_cf = 1.

Расчет несущей способности сваи по боковой поверхности приведен в таблице:

№ слоя	Средняя глубина hi м	IL	fI кПа	Толщина слоя Дhi м	гcfi	гcfifi Дhi кПа
		0,6
		0,6
		0,6
		0,5	25,5
		0,5	26,5
		;
		0,3

Несущая способность сваи по грунту будет равна Расчетная нагрузка на сваю при этом составит: