Проект произодства работ по реконструкции вп трубы на км 94 пк 1 ДВЖД (Проект производства работ по реконструкции в-п на км. 94 ПК 1 ДВЖД), страница 4

Автосамосвал Mercedes Actros 4141 K.

Таблица 14, технические характеристики Mercedes Actros 4141 K.

2.6 Расчет шпунтовых ограждений без распорных креплений

2.6.1 Исходные данные

Расчет шпунтового ограждения с распорными креплениями без тампонажной подушки заключается в определении глубины погружения шпунта ниже дна котлована, назначении типа шпунта по требуемому моменту сопротивления шпунтовой стенки и в назначении и расчете толщины доски забирки.

Исходные данные: геологическая колонка грунта, в котором расположен котлован. Исходя из данных геологической колонки формируются физико-механические свойства грунтов: удельный вес грунта в кН/м³, угол внутреннего трения φ в градусах и удельное сцепление с в кПа [11].

Таблица 15, Физико-механические свойства грунтов.

Зная физико-механические свойства грунтов и глубину котлована строим расчетную схему:

Рисунок 13, Расчетная схема определения активного и пассивного давления грунта.(Нк – глубина котлована, Н – глубина погружения сваи ниже дна котлована,Нп – полная глубина котлован).

2.6.2 Определение активного и пассивного давления грунта

Для расчета шпунтового ограждения необходимо определить давление грунта с наружной и внутренней сторон ограждения. Горизонтальное давление грунта, обусловленное его внутренним трением:

активное давление:

p_a  p_ва_a (2.6.1)

где, _a - коэффициент активного терния

пассивное давление:

p_п  p_вп_п (2.6.2)

где _п – коэффициент пассивного трения .

Вертикальное давление на заданной глубине р_в определяется суммированием давлений от собственного веса вышележащих слоев грунта и давления воды [12].

(2.6.3)

где: m_i- мощность i-го слоя грунта, p_в – вертикальное давление на заданной глубине, – удельный вес i-го слоя грунта.

Коэффициенты активного и пассивного давлений грунта вычисляются по формулам[12]:

λ_а = tq² (45⁰ - 0,5 φ) (2.6.4)

λ_п = tq² (45⁰ + 0,5 φ) (2.6.5)

Для связных грунтов активное давление снижается на величину:

p_аc = c_i (1- λ_а) / tq φ (2.6.6)

а пассивное сопротивление грунта повышается на величину:

p_пc = c_i (λ_п - 1) / tq φ (2.6.7)

Вычислим значения коэффициентов активного и пассивного давления для заданных грунтов:

λ_а1 = tq² (45⁰ - 0,5 40) = 0,22 (2.6.4)

λ_а1 = tq² (45⁰ - 0,5 *29) = 0,35 (2.6.4)

λ_а1 = tq² (45⁰ - 0,5 *30) = 0,33 (2.6.4)

λ_п1 = tq² (45⁰ + 0,5 *30) = 3 (2.6.5)

λ_п2= tq² (45⁰ + 0,5 *40) = 4,59 (2.6.5)

Вычислим значения величин снижающих/повышающих активное/пассивное давление для связных грунтов:

p_аc2 = 11 (1- 0,35) / tq 29=12,89 кПа; (2.6.6)

p_аc3 = 15 (1- 0,33) / tq 30=17,41кПа; (2.6.6)

p_пc1 = 15 (3- 1) / tq 30=51,962 кПа; (2.6.7)

Вычислим значения активного давления:

p_ва1=2,97*17=50,49 кПа; (2.6.3)

p_ва2= 50,49 +0,8*26,8= 71,93 кПа; (2.6.3)

p_ва3=71,93 +4,7*26,9=198,36 кПа; (2.6.3)

p_ва4=198,36 +0,98*17=215,02 кПа; (2.6.3)

Пассивное давление на уровне дна котлована:

P_вп1=0+51,962= 51,962 кПа; (2.6.3)

Пассивное давление ниже уровня дна котлована:

P_вп2=51,962+2,2*26,9=111,14 кПа; (2.6.3)

P_вп3=111,14+0,98*17=127,8 кПа; (2.6.3)

Умножаем значения активного и пассивного давления на коэффициенты активного и пассивного давления:

p_a1  50,49*0,22=11,11 кПа; (2.6.1)

p_a2  71,93*0,35=25,18 кПа; (2.6.1)

p_a3  198,36*0,33=65,46 кПа; (2.6.1)

p_a4  215,02*0,22=47,30 кПа (2.6.1)

p_п1  111,14*3=333,42 кПа; (2.6.2)

p_п2  127,8*4,59=586,6 кПа; (2.6.2)

Корректируем значения давлений для связных грунтов:

p_a2  25,18-12,89=12,29 кПа;

p_a3 65,46-17,41=48,05 кПа;

p_п2  333,42+51,962=385,38 кПа;

После определения активного и пассивного давления в расчетных точках нужно построить суммарную эпюру давлений, суммируя активное и пассивное давление ниже дна котлована и принимая пассивное давление отрицательным[12]:

Рисунок 14, Суммарная эпюра давлений.

2.6.3 Проверка достаточности глубины погружения свай

Ординатами эпюры являются интенсивности давления, т.е давления, приходящиеся на единицу высоты ограждения(расчет ограждения производится на единицу длины стенки котлована). Площадь участка эпюры имеет определенный физический смысл: это равнодействущая давления на этом участке. Эпюру давления на каждом прямолинейном участке необходимо разбить на части простейшей геометрической формы (треугольник, трапеция), затем вычислить значения равнодействующих, найдя площади простейших фигур[12].

Определяем величины равнодействующих:

Ra1= (11,11*2,97)/0,5=16,49 кН

Ra2= (12,89*0,8)/0,5=4,92 кН

Ra3= (48,05*4,7)/0,5=112,92 кН

Ra4= (47,3*0,98)/0,5=23,18 кН

Rп1= ((51,96+385,38)/2)*2,02= 441,71 кН

Rп2= (586,6*0,98)/0,5=287,29 кН

Рисунок 15, Эпюра нагрузок в виде сосредоточенных сил.

С помощью эпюры нагрузок в виде сосредоточенных сил находим опрокидывающие и удерживающие моменты, действующие на ограждение. Для подбора сечения шпунта, изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют как для консольного стержня с заделкой на глубине Н.(точка С, рис 16).

Рисунок 16, Расчетная схема для определения изгибающих моментов.

Согласно схеме решения задач статики определяем неизвестных реакций, рассмотрим равновесие балки:

∑F_x=0; ∑M_A = 0; (2.6.8)

В результате получили эпюру моментов активного и пассивного давления грунта( рисунок 17,18):

Уравнение равновесия шпунтовой стенки против опрокидывание:

k_н Σ М_оп – m Σ М_уд = 0 (2.6.9)

где Σ М_оп и Σ М_уд - соответственно суммы моментов опрокидывающих и удерживающих сил относительно яруса крепления; k_н и m – коэффициенты надежности и условий работы k_н = 1 ; m= 0,95 для связных грунтов.

Суммируем моменты относительно точки поворота А:

Σ М_оп=31,08+89,96+471,46+548,64=1177,14кНм. (2.6.9)

Σ М_уд =662,57+738,23=1400,8 кНм. (2.6.9)

Составляем уравнение равновесия:

1400,8 *0,95≥ 1177,14 (2.6.8)

1330,76 кНм ≥ 1177,14 кНм (2.6.8)

Тк условие равновесия выполняется, значит глубина погружения сваи ниже дна котлована достаточна.

Рисунок 17, Эпюры Mx и Qy активного давления.

Рисунок 18, Эпюры Mx и Qy пассивного давления.

2.6.4 Подбор сечения двутавровых балок.

Определим требуемый момент сопротивления несущих элементов ограждения.

Wx =Mmax/Ry (2.6.10)

Где: Wx – требуемый момент сопротивления материала шпунта, Ry – расчетное сопротивление материала шпунта( Ст3пс= 245 Мпа) , –коэффициент условия работы( =1)

Таблица 16, нормативные и расчетные сопротивления проката для стальных конструкций вспомогательных сооружений.

Wx =584,64*10⁶/245000=2386,28 см³. (2.6.10)

По сортаменту [13] выбираем двутавр 40К1 с моментом сопротивления равным 2850,1 см³.

Масса, размеры, вес и характеристики стальной  двутавровой балки 40К1:

• Вес балки 40К1 в кг, 1 п/метра m = 138,0 кг

• Высота стальной балки 40К1 h = 300,0 мм

• Ширина полки  балки 40К1 b = 400,0 мм

• Толщина стенки двутавровой балки s = 11,0 мм

• Средняя толщина полки балки двутавровой t – 16,5 мм

• Площадь поперечного сечения A = 186,81 см²

2.6.5 Подбор сечения досок забирки

Доски крепления работают на изгиб как балки пролетом L. Нагрузка на нижнию наиболее нагруженную доску равна:

q=b*P (2.6.11)