Конструкция ростверка пирса

Содержание Исходные данные

1. Компоновка пролетного строения пирса

1.1 Выбор сетки свай — оболочек. Разбивка пирса на секции

1.2 Предварительное назначение конструктивных размеров элементов эстакады

1.3 Компоновка поперечного разреза пирса

2. Определение нагрузок и воздействий на эстакаду

2.1 Вертикальные нагрузки

2.2 Горизонтальные нагрузки

3. Статический расчет эстакады

3.1 Расчетная схема рамы

3.2 Сбор нагрузок на раму

3.3 Определение усилий в сечениях рамы

4. Расчет и конструирование панели

4.1 Расчетная схема панели, расчетный пролет, нагрузки, усилия

4.2 Исходные данные

4.3 Расчет на прочность нормальных сечений

4.4 Расчет на прочность наклонных сечений

4.5 Расчет панели по 2-ой группе предельных состояний данного сечения

4.5.1 Определение геометрических характеристик приведенного сечения

4.5.2 Расчет на образование трещин, нормальных к продольной оси

4.5.3 Расчет на раскрытие трещин, нормальных к продольной оси

4.5.4 Расчет по деформациям

5. Расчет и конструирование многопролетного неразрезного ригеля

5.1 Исходные данные

5.2 Уточнение высоты сечения ригеля

5.3 Расчет на прочность нормальных сечений

5.4 Расчет на прочность наклонных сечений

5.5 Построение эпюры арматуры. Определение длины заделки обрываемых стержней

5.6 Расчет консолей ригеля

6. Расчет и конструирование сваи — оболочки

6.1 Исходные данные

6.2 Расчет сваи — оболочки на прочность

7. Расчет и конструирование стыка ригеля со сваейоболочкой Список литературы пирс свая ригель арматура Исходные данные В курсовом проекте требуется запроектировать основные несущие конструкции пирса эстакадного типа на сваях-оболочках.

Конструкция ростверка пирса выполняется в сборно-монолитном варианте Район — г. Владивосток Ширина колеи крана: В_к=12,00 м.

Глубина у кордона: Г=8,00 м.

Вертикальная нагрузка на покрытие: V_n=31 кН/м²

Длина пирса: 100 м.

Шаг свай в продольном направлении: L₂=7 м.

Наружный диаметр сваи — оболочки: D=1,4 м.

Нормативная поперечная нагрузка от навала судна: N_rn=3500 кН.

Ширина пирса — 16,5 м.

1. Компоновка пролетного строения пирса

1.1 Выбор сетки свай оболочек. Разбивка пирса на секции Необходимо выбрать схему и назначить ее габаритные размеры, а для этого следует:

Определить шаг свай в поперечном направлении L₁

где В_к — ширина колеи крана, В_к=12 м С — число пролетов в поперечном направлении, С=2;

Шаг свай в продольном направлении принят L₂ =7 м. (рис 1)

назначить количество пролетов в поперечном направлении;

Принимаем 15 свай и 14 пролётов, После назначения шага свай в обоих направлениях ростверк в плане разбивается на отдельные секции температурно-осадочными швами, расстояние между которыми принимается от 20 до 50 м. Размер секции определяется грунтовыми условиям и климатическим районом постройки. В проекте основание считаем однородным. разбиваем пирс на секции температурноосадочными швами; (см. рисунок «план секции пирса»)

Предварительное назначение размеров конструктивных элементов В проекте ростверк выполняется из ригелей таврового сечения с полкой внизу, уложенных поперек пирса (поперечноригельная схема). Ригель выполнен неразрезным, двухпролетным. На полки ригеля укладывают панели (в продольном направлении). Выпуски арматуры сопряжений ригелей со сваями и панелей с ригелями сваривают и омоноличивают, образуя тем самым жесткий стык. Затем монтируют бортовые балки, швартовые тумбы, подкрановый и железнодорожный пути, устанавливают покрытие пирса.

Установив конструктивную схему и габаритные размеры эстакады, назначают предварительно размеры конструктивных элементов эстакады в зависимости от пролетов ригелей, длины свай и действующих нагрузок.

Панели пролетного строения принимаются в проекте сплошного сечения со стержневой арматурой без предварительного напряжения, (рисунок 2). Конструктивная длина панели определяется по формуле:

(2)

где b ширина ребра ригеля, определяется по формуле:

(3)

где h_р — высота сечения ригеля, принимается по формуле:

(4)

А окончательно высоту ригеля определяют по формуле:

(5)

где — высота сечения панели, определяется по формуле:

(6)

— высота полки ригеля, принимается ;

С — длина консоли ригеля, определяется по формуле:

(7)

где — ширина полки, ;

Зададим высоту сечения ригеля по формуле (4):

Примем h_p = 0,6 м.

Тогда ширина ребра ригеля определяемая по формуле (3) будет равна:

Зная ширину ребра ригеля определим конструктивную длину панели по формуле (2):

Теперь определим высоту сечения ригеля, по формуле (6):

Далее считаем длину консоли ригеля по формуле (7):

Так как h_fC, то принимаем h_f =0.5 м.

Окончательно подсчитываем высоту сечения ригеля по формуле (5):

Рисунок 2 — Сечение ригеля.

Зная величину всех конструктивных элементов ригеля определим конструктивные элементы панели (рисунок 3).

Рисунок 3 — Сечение панели.

Конструктивная ширина панели определяется по формуле:

(8)

Далее находим ширину пирса по формуле:

(9)

где B_k — ширина подкрановых путей

(10)

где n — число панелей, принимаю n=13 шт.

Определяем ширину пирса по формуле (9):

Определяем номинальную ширину панелей по формуле (10):

Принимаю

Конструктивная ширина панели по формуле (8):

Тогда ширина панели поверху определяется по формуле:

(11)

Момент инерции сечения относительно собственной оси определяется по формуле:

(12)

где — расстояние от нижней грани до центра тяжести сечения, определяется по формуле:

(13)

где — статический момент сечения относительно нижней грани, определяется по формуле:

(14)

— площадь сечения ригеля, определяется по формуле:

(15)

Зная, значения и статического момента сечения относительно нижней грани и площади сечения ригеля, определим расстояние от нижней грани до центра тяжести сечения по формуле (13):

Определим момент инерции по формуле (12):

Сваяоболочка проектируется с предварительнонапряженной продольной арматурой. Наружный диаметр сваи D=1,4 м, (рисунок 4), а толщина стенки t, принимается по таблице 2.1. Так как наружный диаметр равен 1,4 м, то толщина сваи — оболочки принимается 15 см или 0,15 м. Тогда внутренний диаметр определяется по формуле:

(16)

Рисунок 4 — Сечение сваи-оболочки.

При расчете сваиоболочки по прочности ее следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном на расстоянии l_o от низа ригеля, определяется по формуле:

(17)

где l_n длина погружения сваи, l_n=3м;

l₁ длина части сваи оболочки от низа ригеля до уровня поверхности грунта, определяется по формуле:

(18)

где Г — глубина у кордона, Г=8 м

_д коэффициент деформации, определяется по формуле:

(19)

где К коэффициент пропорциональности, для мягкопластичных глин равный 7000кН/м⁴;

Е_в начальный модуль упругости бетона сваи равный 37.510⁹ Па;

в_с условная ширина сваи, для свайоболочек диаметром 0,8 и более в_с =D+1м, в_с=1,4+1=2,4 м;

Момент инерции поперечного сечения сваиоболочки определяется по формуле:

(20)

Радиус инерции сечения сваиоболочки определяется по формуле:

(21)

где площадь сечения сваи, Сначала проведем расчет момента инерции сваи, который определяется по формуле (20):

Радиус инерции определяется по формуле (21):

Коэффициент деформации определяется по формуле (19)

0.33

По формуле (17) определим l₀

1.3 Компоновка поперечного разреза пирса Производится построение поперечного разреза пирса на основании полученных выше размеров конструктивных элементов, заданных характеристик моря и основания. Высота пирса над урезом воды равна 2,5 м. Глубина заложения свайстоек совпадает с кровлей крепкого мергеля. Возвышение низа пролетного строения над горизонтом воды назначается 0,8 м (для осмотра и ремонта пролетного строения снизу).

Рисунок 5 — Поперечный разрез пирса.

2. Определение нагрузок и воздействий на эстакаду Определение нагрузок на эстакаду производится в соответствии с и Приложением 4.

На причальное сооружение действуют различные вертикальные и горизонтальные нагрузки. К вертикальным нагрузкам относятся:

постоянные собственный вес конструкций и покрытия;

временные вес складируемого на пирсе груза, кранового оборудования, транспорта.

Горизонтальные нагрузки могут быть продольными и поперечными:

от навала судна и швартовых усилий;

от волнения воды и давления льда.

В проекте вертикальные и горизонтальные нагрузки принимаются в упрощенном виде.

2.1 Вертикальные нагрузки Вертикальные нагрузки как равномерно распределенные по всей поверхности секции пирса. Нагрузку на 1 м² пирса следует собирать в форме таблицы 1. Здесь объемный вес асфальтобетона, _а=22 кН/м³; объемный вес тяжелого бетона _б=25 кН/м³; площадь ригеля А_риг=0,98 м²; шаг ригелей L₂=7 м.

Таблица 1 — Вертикальная нагрузка на 1 м² поверхности пирса.

2.2 Горизонтальные нагрузки В курсовом проекте допускается учитывать лишь поперечную нагрузку от навала судна N_г. Она считается кратковременной, приложенной на уровне ригеля.

Рисунок 6 — Определение нагрузки от навала судна.

Значение горизонтальной реакции в одной из поперечных рам секции от навала судна R_i определяется исходя из того, что навал судна действует нормально к фронту сооружения в наихудшей для секции точке. В этом случае навал судна вызывает смещение и поворот секции в горизонтальной плоскости. Предполагая, что ростверк бесконечно жесткий в своей плоскости, можно определить горизонтальную реакцию в поперечной раме как для внецентреннонагруженного линейнодеформируемого тела:

(21)

где n — число поперечных рам в секции, n=8;

е_о — эксцентриситет приложения горизонтальной нагрузки относительно центра секции, е_о=24,5 м;

y_i расстояние от рассматриваемой рамы до центра секции; y=17,5 м;

N_г расчетное значение горизонтальной нагрузки, N_г=4200 кН;

Расчет производится только во второй от края поперечной рамы, для которой суммарная нагрузка наибольшая. Поэтому следует определить горизонтальную реакцию от навала судна только во второй раме R₂:

R₂ =415,625 кН R₂ =634,375 кН

3. Статический расчет эстакады Цель расчета определение максимальных усилий в сечениях элементов эстакады (ригелей и свайоболочек): M, Q, N. Для выполнения статического расчета необходимо: выбрать расчетную схему эстакады; собрать нагрузки на поперечную раму с учетом их наихудших сочетаний.

3.1 Расчетная схема рамы Поскольку пролетное строение пирса принято в виде двухпролетной поперечноригельной системы, в качестве плоской расчетной схемы принимается поперечная одноэтажная двухпролетная рама с пролетами L₁, с жесткими узлами сопряжения ригеля и стоек и жесткой заделкой стоек в грунте длиной l_o, (рисунок 7).

Рисунок 7 — Расчетная схема рамы

3.2 Сбор нагрузок на раму Нагрузки на поперечную раму:

а) Вертикальные нагрузки, собираются с шагом поперечных рам L₂

· постоянная ,

· временная ;

б) Кратковременная горизонтальная R2 =634,375 кН

3.3 Определение усилий в сечениях рамы Расчет усилий в раме выполняется с помощью программы «SCAD». Определяется усилия в элементах рамы от совместного действия вертикальных и горизонтальных нагрузок. Максимальные пролетные моменты в двух пролетной раме от вертикальных нагрузок возникают под действием постоянной нагрузки q₁ и временной v в одном из пролетов.

Максимальный опорный момент над промежуточной опорой возникает под действием q и v в обоих пролетах. Поэтому принимают следующие схемы загружений рамы вертикальной:

1 — постоянная q.

2 — временная v.

3 — временная только в одном пролете.

4 — горизонтальная R₂ слева

5 — горизонтальная R₂ справа.

Определение усилий в сечениях рамы выполнено в виде таблицы 2

4. Расчет и конструирование панели Выполняем расчет сборной панели ростверка. Панель сплошного сечения без предварительного напряжения. В соответствии с следует рассчитывать панель по 1 и 2 группам предельных состояний. Панель находится в зоне переменного уровня морской воды.

4.1 Расчетная схема панели, расчетный пролет, нагрузки, усилия Расчетная схема панели однопролетная балка, свободно лежащая на двух опорах, (рисунок 9):

Рисунок 9 — Расчетная схема панели.

Расчетный пролет определяется между осями операния панели на полки ригелей и определяется по формуле:

(22)

Так как расчетная схема балка, то нагрузку с 1 м² приводим к распределенной нагрузке по длине:

Таблица 3.2

По этим данным можно рассчитать расчетный и нормативный моменты:

(23)

а также поперечную силу действующие на панель:

. (24)

По формулам (23), (24) находим нормативный момент и поперечную силу, действующую на панель:

По формуле (23) находим расчетный момент:

4.2 Исходные данные Номинальная ширина панели:= 1,2 м;

Длина панели: ;

Высота панели:

Расчетный пролет панели:

Ширина панели поверху:

Определение прочностных и деформационных характеристик материала: для панели перекрытия принимаем бетон тяжелый естественного твердения класса по прочности на осевое сжатие В-25. Для него:

.

.

.

.

.

Продольная рабочая растянутая арматура класса, А — III:

Поперечная арматура, А — I:

.

Коэффициент надежности по назначению сооружения г_п=1,15, так как панель является элементом гидротехнического сооружения III класса капитальности; коэффициент сочетания нагрузок г_lc=1, так как в проекте рассматривается только первое основное сочетание нагрузок, коэффициент условий работы арматуры г_s2=1,1, коэффициент условий работы бетона г_b3=1,1.

4.3 Расчет на прочность нормальных сечений Цель расчета определить площадь сечения рабочей продольной арматуры, ее диаметр и количество стержней в сечении, (рис10).

Рисунок 10 — Армирование панели.

Расчет производится как для изгибаемого элемента прямоугольного профиля с одиночным армированием.

При I предельном состоянии, где а=50мм по п. 3.7[1];

Расчет на прочность нормальных сечений для прямоугольного профиля (расчет A_s) производим по алгоритму рисунка 2.

;

Из таблицы 3.1 берем значения о=0,073 и ж=0,964;

Так как класс арматуры А-III и В-25, то в соответствии с [4], о^R=0,6. о=0,073? о^R=0,6, условие выполняется;

Принимаем 10 стержней O 16 мм, .

Подсчитаем коэффициента армирования по формуле:

(25)

Этот коэффициент должен выполнять условия:

(26)

Условие выполняется.

4.4 Расчет на прочность наклонных сечений Цель расчета определить диаметр и шаг поперечной арматуры на приопорных участках панели длиной? пролета. Расчет на прочность наклонных сечений по Q производим по алгоритму рисунка 4.

Исходные данные:

высота панели: h=0,7 м;

ширина панели b=113 м;

расчетный момент М=46 480 кН? см;

поперечная сила Q=304,79 кН;

нормативные и расчетные сопротивления бетона R_b=1,45кН/см²; R_bt=0,105кН/см²;

расчетное сопротивление поперечной арматуры R_sw=17,5 кН/см²; коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1;

Диаметр поперечной арматуры принимаем из условия свариваемости с продольной. Диаметр стержня продольного направления 16 мм, тогда наименьший допустимый диаметр поперечного направления 4 мм. По приложению 9 принимаем 10 стержней O 4 мм,, а площадь одного поперечного стержня .

Рабочая высота сечения где а=50мм по п. 3.7[1];

Проверка ;

условие выполняется.

;

где — расчетное сопротивление продольной рабочей арматуры А-III, ;

— расчетное сопротивление бетона по сжатию, .

;

;

0,51,5 =>, так как, и это число удовлетворяет условию, то принимаем ;

h 70 см; 95 70 см, условие выполняется.

условие не выполняется.

;

;

S? S_max;

94,5 см <99,11 см;

По п. 3.18 расстояние между вертикальными поперечными стержнями в элементах, не имеющих отогнутой арматуры, и в случаях, когда поперечная арматура требуется по расчету, необходимо принимать на приопорных участках при высоте сечения более 450 мм, но не более 500 мм. Таким образом, S=94,5 см, что более S_кон=23,3 см, поэтому принимаем S=S_кон=20см.

4.5 Расчет панели по 2-ой группе предельных состояний данного сечения

4.5.1 Определение геометрических характеристик приведенного сечения Выполняем по алгоритму для определения метрических характеристик приведенного сечения панели по рисунку 3.

Исходные данные:; b₁=113см; h_n=70см; а=5 см.

;

;

.

4.5.2 Расчет на образование трещин, нормальных к продольной оси Выполняем в соответствии с алгоритмом расчета по образованию нормальных трещин на рисунке 5.

Исходные данные:

М_н=39 698кН?см;

R_bt ser=1,6МПа=0,16кН/см²;

о=0,073; г_lc=1; г_с=1; г_l=1 при однорядном армировании; h₀=65 см.

;

где с=6,1 см, так как класс бетона В25; а=5 см;

;

условие не выполняется.

Нормальные трещины образуются, необходим расчет по раскрытию трещин.

4.5.3 Расчет на раскрытие трещин, нормальных к продольной оси Выполняем в соответствии с алгоритмом расчета по образованию нормальных трещин на рисунке 6.

Исходные данные:

М_н=39 698кН?см;

для изгибаемых и внецентренных сжатых элементах;

; - для стержневой арматуры периодического профиля;

b₁=113см; d=16мм; h₀=65 см; А_s=20,11 см²; о=0,073

;

где мм;, условие выполняется.

4.5.4 Расчет по деформациям Выполняем в соответствии с алгоритмом расчета по деформациям на рисунке 7. Исходные данные:

М_н=39 698?см;

Е_b=3700кН/см²;

l_п=654 см;

l₀=610 см Для нетрещиностойких элементов:

; т. к, то ;

;

;

f?f_lim

0,227<0.8175, условие выполняется.

5. Расчёт и конструирование многоплолётного ригеля Расчет выполняется только 1го пролета ригеля по первой группе предельных состояний (на прочность) на действие эксплуатационных нагрузок.

5.1 Исходные данные Ригель находится в зоне переменного уровня морской воды, проектируется из тяжелого бетона класса по прочности на осевое сжатие В25. Коэффициент условий работы бетона г_b3=1,1. Арматура продольная ненапрягаемая класса А-III, коэффициент условий работы г_s2=1,1. Поперечная арматура класса А-II. Расчетные усилия в сечениях ригеля берем из таблицы 3.

5.2 Уточнение высоты сечения ригеля Высота сечения ригеля h_р уточняется исходя из условия прочности на действие поперечной силы. Уточнение высоты сечения производим по алгоритму рисунка 8. Исходные данные:

высота ригеля h_р=1.2м=120см;

ширина полки ригеля b_f=1,4м=140см;

высота полки ригеля h_f=0,7м=70см;

ширина ребра b=0,36м=36см;

максимальная поперечная сила Q=1836,1 кН;

расчетное сопротивление бетона R_b=1,45кН/см²;

расчетное коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1.

Уточнение высоты сечения ригеля h_р:

h_o=h_рa=1205=115см, где а=5см;

;

условие не выполняется. Принимаем решение увеличить ширину ребра (b=0,52м=52см).

115?101.8 см — условие выполняется.

5.3 Расчет на прочность нормальных сечений Расчет продольной арматуры производится для трех сечений: в первом пролете, у опоры, А и у опоры В.

В пролете растянута нижняя грань ригеля, расчетное сечение имеет прямоугольную форму, так как полка в растянутой зоне и ее работа не учитывается. Расчет ведется по алгоритму на рисунке 2. У нижней грани ригеля принимается двухрядное расположение арматуры с тем, чтобы арматуру верхнего А_s1 оборвать в пролете (Рис.11):

Рис. 11. Сечение ригеля в пролете Расчет на прочность нормальных сечений для прямоугольного профиля (расчет A_s) производим по алгоритму рисунка 2.

Исходные данные для первого пролета:

высота ригеля h_р=1,2м=120см;

ширина ребра b=0,52м=52см;

максимальный расчетный момент М=М₁=1284,4кН?м=128 440кН?см расчетное сопротивление бетона R_b=1,45кН/см²;

Коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1.

h_o=h_рa=1209=111см, где а=9см;

;

Из таблицы 3.1 берем значения о=0,156 и ж=0,922;

о=0,156? о^R=0,6, где о^R=0,6 в соответствии с [4];

Принимаем 8 стержней O 25 мм, .

У опор, А и В растянута верхняя грань, расчетные сечения тавровой формы с полкой в сжатой зоне. Расчет ведется по алгоритму на рисунке 9. Арматура ставится у верхней грани ригеля в два ряда (Рис. 12):

Рис. 12. Сечение ригеля у опоры, А и опоры В Исходные данные для опорного сечения А:

высота ригеля h_р=120см;

ширина полки ригеля b_f=140см;

ширина ребра b=52см;

максимальный расчетный момент М=1675,9кН?м=167 590кН?см;

расчетное сопротивление бетона R_b=1,45кН/см²;

Коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1.

h_o=h_рa=1209=111см, где а=9см;

Нейтральная ось пересекает полку 1-ый расчетный случай:

Из таблицы 3.1 берем значения о=0,073 ж=0,964;

о=0,073? о^R=0,6, где о^R=0,6 в соответствии с [4];

Принимаем 8 стержней O 28 мм, .

Исходные данные для опорного сечения В:

высота ригеля h_р=120см;

ширина полки ригеля b_f=140см;

ширина ребра b=52см;

максимальный расчетный момент М=2142,4кН?м=214 240кН?см;

расчетное сопротивление бетона R_b=1,45кН/см²;

Коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1.

h_o=h_рa=1209=111см, где а=9см;

Нейтральная ось пересекает полку 1-ый расчетный случай:

;

Из таблицы 3.1 берем значения о=0,094 и ж=0,953;

о=0,094? о^R=0,6, где о^R=0,6 в соответствии с [4];

Принимаем 8 стержней O 32 мм, .

5.4 Расчет на прочность наклонных сечений Расчет поперечной арматуры выполняется по алгоритму на рисунке 4 по расчетным значениям поперечных сил Q_A и Q_B из таблицы 3.

Приопорное сечение А:

Исходные данные приопорного сечения А:

высота ригеля h_р=120см;

ширина полки ригеля b_f=140см;

ширина ребра b=52см;

максимальная поперечная сила Q=1638,2кН;

нормативные и расчетные сопротивления бетона R_b=1,45кН/см²; R_bt=0,105кН/см²;

расчетное сопротивление поперечной арматуры R_sw=22,5кН/см²; коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1;

количество стержней 4, O 8 мм,, а площадь одного поперечного стержня .

h_o=h_рa=1209=111см, где а=9см;

;

;

;

;

0,51,5 =>, так как, и это число удовлетворяет условию, то принимаем ;

h 60 см; 120 60 см, условие выполняется.

нет.

;

;

S?S_max;

5,13 см <19,95 см;

По п. 3.18 расстояние между вертикальными поперечными стержнями в элементах, не имеющих отогнутой арматуры, и в случаях, когда поперечная арматура требуется по расчету, необходимо принимать на приопорных участках при высоте сечения более 450 мм, но не более 500 мм. Таким образом, S=5,13 см, что менее S_кон=40 см, поэтому принимаем S=5 см.

Приопорное сечение B:

Исходные данные приопорного сечения B:

высота ригеля h_р=120см;

ширина полки ригеля b_f=140см;

ширина ребра b=52см;

максимальная поперечная сила Q=1836,1кН;

нормативные и расчетные сопротивления бетона R_b=1,45кН/см²; R_bt=0,105кН/см²; расчетное сопротивление поперечной арматуры R_sw=22,5кН/см²; коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1; количество стержней 4, O 8 мм,, а площадь одного поперечного стержня .

h_o=h_рa=1209=111см, где а=9см;

;

;

;

;

0,51,5 =>, так как, и это число удовлетворяет условию, то принимаем; h 60 см; 120 60 см, условие выполняется.

;

;

S?S_max;

4,88?18,7

По п. 3.18 расстояние между вертикальными поперечными стержнями в элементах, не имеющих отогнутой арматуры, и в случаях, когда поперечная арматура требуется по расчету, необходимо принимать на приопорных участках при высоте сечения более 450 мм, но не более 500 мм. Таким образом, S=4,88, что менее S_кон=40 см, поэтому принимаем S=5 см.

5.5 Построение эпюры арматуры. Определение длины заделки обрываемых стержней Цель расчета определить точки обрыва продольной арматуры в пролете. В целях экономии арматуры продольные стержни верхнего ряда арматуры в пролете не доводятся до опор, т.к. у опор пролетный момент близок или равен 0. С той же целью у верхней грани ригеля расчетную арматуру ставят только у опор, а в средней части пролета ее заменяют конструктивной арматурой O 1214 мм.

Для определения точек теоретического обрыва стержней строится эпюра арматуры (рис.13). Ординаты ее определяются по формуле:

М_i=R_sг_s2A_sih_oiз_i, (27)

где з_i коэффициент из таблицы 3.1 в зависимости от; А_si, h_oi соответственно площадь сечения продольной арматуры и рабочая высота в сечении ригеля, для которого определяется ордината M_i.

Для обеспечения анкеровки продольной обрываемой арматуры требуется завести стержни за точки теоретического обрыва на длину:

(28)

где d диаметр обрываемого стержня в см; Q_i ордината эпюры поперечных сил в сечении, проходящем через точку теоретического обрыва стержня;, S_i шаг хомутов в сечении, проходящем через точку теоретического обрыва.

Исходные данные:

площадь ригеля А_р=0,932 м²=9320 см²;

расчетное сопротивление поперечной арматуры R_s=365 МПа=36,5 кН/см²;

нормативное сопротивление бетона R_b=14,5 МПа=1,45 кН/см²;

сопротивление поперечной арматуры R_sw=175 МПа=17,5 кН/см²;

количество стержней n=4,

площадь одного поперечного стержня f_sw=0,503 см², O8 мм;

коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры, бетона, сооружения соответственно г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1; г_b3=1,1; г_с=1;

Нахождение ординат эпюры арматуры в приопорном сечение А:

При двух рядах арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=49,26 см²; h₀=111см (при а=9 см) Следовательно: ж=0,935;

При одном ряде арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=24,63 см²; h₀=111 см (при а=9 см) Следовательно: ж=0,965

Нахождение ординат эпюры арматуры в приопорном сечение В:

При двух рядах арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=64,34 см²; h₀=111см (при а=9 см) Следовательно: ж=0,915;

При одном ряде арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=32,17 см²; h₀=111 см (при а=9см) Следовательно: ж=0,955;

Нахождение ординат эпюры арматуры в пролетном сечение 1:

При двух рядах арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=39,27 см²; h₀=111 см (при а=9см) Следовательно: ж=0,945;

При одном ряде арматуры:

Площадь продольной арматуры в сечении А_s=19,635 см²; h₀=111 см (при а=9см) Следовательно: ж=0,975;

Нахождение ординат в пролёте O 12 AIII

h₀=111см Следовательно: ж=0,995;

Нахождение длины заделки продольной обрываемой арматуры:

Ординаты эпюры поперечных сил в сечениях, проходящих через точку теоретического обрыва стержня, Q_i (рис. 13):

Q₁=1450 кН

Q₂=900 кН

Q₃=950 кН

Q₄=850 кН

Q₅=1200 кН

Q₆=1600 кН Шаг хомутов в сечениях, проходящих через точку теоретического обрыва, S_i (рис. 13):

S_А=5 см

S_В=5 см

S₁=50 см Диаметр обрываемого стержня в сечениях, проходящих через точку теоретического обрыва, d (рис. 13):

d₁=2,8 см

d₂=2,8 см

d₃=2,5 см

d₄=2,5 см

d₅=3,2 см

d₆=3,2 см

1) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 1 теоретического обрыва:

2) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 2 теоретического обрыва:

3) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 3 теоретического обрыва:

4) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 4 теоретического обрыва:

5) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 5 теоретического обрыва:

6) Длина заделки продольной обрываемой арматуры в сечении, проходящем через точку 6 теоретического обрыва:

По найденной длине заделки строим на рис. 13 анкеровку продольной обрываемой арматуры.

5.6 Расчет консолей ригеля Консоли ригеля следует проектировать короткими, то есть должно выполняться соотношение. Нагрузка на консоль опорная реакция панели (собирается с номинальной ширины панели):

(29)

где q₁ полная расчетная нагрузка на 1 м² панели из таблицы 1, (q₁=27,125 кН/м²);

номинальная ширина панели, (=1,4м);

длина плиты, (=6,54 м).

Расчет консоли ведется согласно п. 6.4[1]. Определяется вылет консоли. Длина опирания панели на консоль; вылет консоли:

(30)

Требуемая рабочая высота консоли определяется из условия, откуда:

(31)

где ,

При этом должно выполняться условие

:

Площадь сечения продольной арматуры у верхней (растянутой) грани консоли:

(32)

где .

Найденная площадь сечения арматуры А_s приходится на участок консоли ригеля, равный ширине панели b_n=1,4 м. Рабочая продольная арматура ставится на участке с шагом S =(2030)см, определяется ее количество и диаметр.

Принимаем:; n=4; d=14мм; шаг S=30 см.

Поперечное армирование консоли принимается в виде отгибов с углом наклона к горизонтали 45^о. Площадь сечения отгибов, приходящаяся на участок консоли ригеля длиной b_n=1,4 м, A_s,inc?0,002b_nh_f:

A_s,inc=0,002?1,4?0,7=0,196 м² =19,6 см².

Принимаем:; n=2; d=36мм; шаг S=30 см.

Проверяется условие:

;

;

142.81<3633.57

Условие выполняется.

6. Расчет и конструирование сваи-оболочки

6.1 Исходные данные Сваюоболочку следует проектировать так, чтобы соотношение внутреннего и наружного радиусов было не менее 0,5. Для расчета сечения сваиоболочки необходимы геометрические характеристики:

А площадь кольцевого сечения сваиоболочки;

r_m средний радиус сечения;

J момент инерции сечения относительно центральной оси;

i радиус инерции сечения;

б коэффициент приведения.

r₁ внешний радиус r₁=0,7 м

r₂ внутренний радиус r₂=0,55 м Геометрические характеристики определяются по алгоритму на рисунке 11.

1)

2)

3)

4) ;

5)

Определение прочностных и деформационных характеристик материала: для сваи-оболочки принимаем бетон тяжелый естественного твердения класса по прочности на осевое сжатие В-30. Для него:

.

.

.

.

Продольная рабочая растянутая арматура класса, А — IV:

кН/см².

Коэффициент надежности по назначению сооружения г_п=1,15, так как свая-оболочка является элементом гидротехнического сооружения III класса капитальности; коэффициент сочетания нагрузок г_lc=1, так как в проекте рассматривается только первое основное сочетание нагрузок, коэффициент условий работы арматуры г_s2=1,1, коэффициент условий работы бетона г_b3=1,1.

Для принятия продольной арматуры следует задать количество и диаметр рабочей и продольной арматуры сваиоболочки и по справочной таблице определить соответствующую площадь сечения арматуры А_s,tot. Принимаем 24 стержня O 22 мм, класса А-IV с площадью А_s,tot=91,22 см².

Определение потерь предварительного напряжения и усилия обжатия производится по алгоритму рисунка 12.

1) Натяжение арматуры на упоры: способ натяжения механический, бетон тяжелый, подвергнут тепловой обработке.

2)

3)

4)

5) Определение первых потерь

6) Определение вторых потерь

7)

8)

Определение относительной площади сжатой зоны сечения и несущей способности сечения .

Расчет сваиоболочки сводится к проверке прочности кольцевого сечения с принятой продольной арматурой. Несущая способность сечения при этом определяется согласно алгоритму на рисунке 13 и предварительно проверяется условие прочности.

1), при механическом натяжении арматуры;

2)

3), где =1,1

4) ;

5)

6) ;

7)

нет

8), где r_s=62,5 см

;

9);

;

10);

6.2 Расчет сваи оболочки на прочность Расчет производим по алгоритму рисунка 14.

1) ;

2) ;

да

3), где =9,79 м

нет

4)

7. Расчет и конструирование стыка ригеля со сваейоболочкой Неразрезанность ригеля осуществляется соединением выпусков арматуры с помощью ванной сварки. Монолитная пробка из бетона В35 в голове сваи армируется цилиндрическим каркасом с рабочей арматурой того же диаметра и в том же количестве, что и продольная рабочая арматура сваиоболочки. Внутри цилиндрического каркаса устанавливается дополнительный прямоугольный каркас для восприятия изгибающего момента стойки по нижней грани ригеля. Продольные (анкерные) стержни этого каркаса выпускаются из сваиоболочки и свариваются с продольными стержнями ригеля. Осуществляется последующие замоноличивание стыка бетоном В30.

Диаметр анкерных стержней назначается из условия, что они воспринимают полный момент стойки (в месте ее сопряжения с ригелем).

(33)

где М изгибающий момент стойки, М=1610,4 кН*м; г_п=1,15; г_lc=1; г_s2=1,1 коэффициенты надежности, сочетания нагрузок, условий работы арматуры соответственно; R_s расчетное сопротивление продольной арматуры растяжению, R_s=590 МПа; z_s плечо внутренней пары сил и приблизительно равно:

z_s=r₂-2a (34)

где а=0,05 м защитный слой.

z_s=0,55−2^.0,05=0,45 м По формуле (33) находим:

8 стержней O 32 мм.

1. Железобетонные конструкции: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 2904. Часть1 / Т. К. Игнатенко, А. К. Адамчик. Владивосток: ДВПИ, 1989. 24с.

2. СНиП 2.06.0482*. Нагрузки и воздействия на ГТС (волновые, ледовые и от судов) / Госстрой СССР.М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 40с.

3. СНиП 2.06.0186. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. 32с.

4. СНиП 2.06.0887. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений / Минэнерго СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. 32с.

5. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1985. 728с.

6. Железобетонные конструкции: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 2904. Часть2 / Т. К. Игнатенко, А. К. Адамчик. Владивосток: ДВПИ, 1989. 19с.