Расчет подпорных стен

министерство оброзования и науки российской федерации

Федеральное агентстово по образованию

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА строительной механики

семестровое задание на тему «Расчет подпорных стен»

по дисциплине «Основания и фундаменты»

Руководитель Мишнев М.В.

Челябинск 2013

Аннотация

Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании и свайного фундамента. — Челябинск: ЮУрГУ, АС, 2012, 19с., 9 рисунков. Библиографический список — 7 наименований.

В данном курсовом проекте содержится определение активного давления грунта на тыловую грань подпорной стены, определение пассивного давления связного грунта на лицевую грань подпорной стены, расчет основания подпорной стенки по первой и второй группам предельных состояний.

• Содержание
• Введение
• Исходные данные
• Оценка грунтов и грунтовой обстановки
• 1. Аналитическое определение активного давления на подпорную стену
• 1.1 Определение активного давления на подпорную стену несвязного грунта
• 1.2 Определение активного давления на подпорную стену от равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта засыпки
• 2. Аналитическое определения пассивного давления на подпорную стену
• 2.1 Пассивное давление несвязного грунта
• 3. Графический метод определения активного давления на подпорную стену
• 3.1 Графиское определение давления грунта от несвязного грунта и нагрузки на поверхности засыпки
• 3.2 Табличная форма графического метода определения максимального давления грунта
• 4. Расчет по первой группе предельных состояний подпорной стены на сдвиг
• 4.1 Расчет на сдвиг по подошве
• 4.2 Расчет на глубинный сдвиг при
• 4.3 Расчет на глубинный сдвиг при
• 5. Расчёт по первой группе предельных состояний (по несущей способности) грунтового основания под подошвой
• 6. Расчет подпорной стены по второй группе предельных состояний. Расчет грунтового основания под подошвой стены по деформациям
• 7. Оценка полученных результатов расчета
• Список используемой литературы

Подпорные стены представляют собой конструкции, удерживающие от обрушения находящийся за ними массив грунта и воспринимающие расположенные на его поверхности нагрузки. Их используются для ограждения откосов, насыпей, террас, набережных устоев мостов, котлованов и т. д.

По конструктивному решению подпорные стены подразделяют гравитационные (жесткие) и гибкие. Гравитационные подразделяются на массивные и тонкостенные. Устойчивость массивных стен при расчете на сдвиг обеспечивается её массой. В тонкостенных, кроме массы стен, в расчёт включается и масса удерживаемого стеной грунта.

Материал подпорных стен в основном — бетон и железобетон.

При недостаточных размерах стены и некоторых сочетаниях нагрузок, действующих на неё, могут возникнуть предельные состояния подпорной стены.

Так, при некотором значении, нагрузки могут вызвать такие перемещения стены, что произойдёт плоский сдвиг по поверхности основания (сдвиг по подошве стены) или сдвиг по некоторым другим криволинейным поверхностям вместе с грунтом основания.

При расчётах стен, для упрощения, в одних случаях криволинейную поверхность сдвига заменяют ломанной плоской (сдвиг по ломанным поверхностям скольжения) в других принимают кругло-цилиндрический.

Кроме сдвига стены может произойти её опрокидывание. Во всех этих случаях стена теряется устойчивость, т. е. наступает её предельное состояние.

При недостаточно прочном основании стена может потерять устойчивость при его разрушении с выпиранием грунта из-под подошвы и даже опрокидыванием стены в сторону грунта засыпки.

Предельным состоянием стены нужно также считать развитие в её основании недопустимо больших, по условиям эксплуатации, перемещений в виде осадок и кренов.

Предельному состоянию соответствует и нарушение прочности материала самой стены, связанное с появлением недопустимых напряжений и трещин.

Исходные данные

Таблица 1. Исходные данные грунтов

Оценка грунтов и грунтовой обстановки

а) Наименование по гранулометрическому составу.

где

Песок мелкий (т.к. >0,1 мм составляет >75%)

б) По степени неоднородности гранулометрического состава

неоднородные (т.к.)

в) Плотность сложения — по величине коэффициента пористости е.

(песок рыхлый)

Где? — плотность грунта в естественном состоянии; ?_s— плотность минеральной части грунта.

г) Степень водонасыщения — по степени влажности S_r.

где Маловлажные (т.к. S_r0.5).

Вывод: Песок мелкий, неоднородный, рыхлый, маловлажный.

1. Аналитическое определение активного давления на подпорную стену

На подпорную стену действует давление грунта нарушенного сложения, характеристики которого определяться через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями.

Таблица 2. Характеристики грунтов.

В дальнейшем все расчеты подпорной стены выполняться при ее длине равной 1 погонный метр.

1.1 Определение активного давления на подпорную стену несвязного грунта

В случае свободной от нагрузки поверхности засыпки при наклонной поверхности грани стены и удельном сцеплении грунта с = 0, горизонтальная и вертикальная — составляющие активного давления грунта на глубине zот поверхности засыпки определяются по формулам ниже. При z = H получаем максимальные значения составляющих активного давления.

,

где? — угол наклона тыловой грани стены к вертикали, принимаемый со знаком плюс при отклонении от вертикали в сторону стены;

? — угол трения грунта на контакте со стеной, принимаемый для стен с повышенной шероховатостью равной ?, для мелкозернистых, водо-насыщенных грунтов равным нулю, а в остальных случаях 0.5?; где? — расчетное значение угла внутреннего трения;

?_а — коэффициент горизонтальной составляющей, активного давления грунта.

Здесь? — угол наклона поверхности грунта к горизонту, принимаемый со знаком плюс при отклонении этой поверхности от горизонтали вверх, причем |?|?;

Рисунок 2. К определению активного давления несвязного грунта на подпорную стену.

Равнодействующая активного горизонтального и вертикального давлений грунта, при глубине равной высоте стены (z = H), будут определяться как площади соответствующих эпюр давлений умножаемых на длину стены равной 1 п.м. и будут приложены в центре тяжести соответствующих площадей эпюр:

Активное давление будет равняться равнодействующей сили

1.2 Определение активного давления на подпорную стену от равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта засыпки

Давление от нагрузки интенсивностьюqопределяться без учета давления грунта на стену. Вэтом случае горизонтальная и вертикальная — составляющие давления от нагрузки qопределяться по формулам:

Стоит заметить, что напряжения и не зависят от zи потому будут постоянными по всей высоте стены.

Рисунок 4. К определению активного давления на подпорную стену от равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта засыпки.

Равнодействующая активного горизонтального и вертикального давлений:

,

.

Активное давление будет равняться равнодействующей сили

2. Аналитическое определения пассивного давления на подпорную стену

2.1 Пассивное давление несвязного грунта

При горизонтальной поверхности грунта, угле трения без наклона наружной грани, горизонтальная составляющая пассивного давления на глубине z от поверхности определяться по формулам:

гдекоэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле:

Рисунок 5. К определению пасивного давления, связного грунта на подпорную стену.

Равнодействующие пассивного давления горизонтального и вертикального давлений грунта при высоте засыпки, будут определяться, как площадь эпюр давлений, умноженных на длину стены равной 1 п.м. и будут приложены в центре тяжести соответствующих площадей эпюр (рис 3.1)

3. Графический метод определения активного давления на подпорную стену

3.1 Графиское определение давления грунта от несвязного грунта и нагрузки на поверхности засыпки

фундамент грунт подпорный стена

При графическом методе определения явления сыпучего грунта на подпорные стены можно воспользоваться построением Ш. Кулона, которое основано на следующих допущениях:

· Поверхность скольжения призмы обрушения — плоская;

· Призма обрушения соответствует максимальному давлению грунта на стенку;

· Тыловая грань стенышероховатая (угол внутреннего трения грунта о стену)

Расчетная схема Кулона для стены и построение треугольника сил приведена на рис. 6, б.

Здесь: АЕ — возможная произвольная плоскость скольжения призмы грунта,

ABCDEпроизвольная призма обрушения,

Q_qi — равнодействующая всех вертикальных нагрузок, действующих в пределах поверхности ВС равная произведению интенсивности нагрузки q на длину её действия — x_i и на 1 п. м стены, Т/м;

Q_i— вес призмы обрушения, равный произведению объема призмы умноженной на расчетный объемный вес грунта (на I п. м стены) Т/м;

Е_i— реакция стены равная активному давлению Е_а и направленная под углом? к нормали к тыльной грани стены, Т/м;

R_t— реакция неподвижного массива грунта, направленная под углом внутреннего трения к нормали, к плоскости скольжения АЕ, кН/м.

Рисунок 6. К определению давления на подпорную стену грунта и нагрузки графическим методом:

а — расчетная схема, б — треугольник сил

3.2Табличная форма графического метода определения максимального давления грунта

Значение с большой точностью можно получить так же в табличной форме. Для этого при произвольном значении вычислим:

— Вес грунта ABCDE, считая длину стены 1п. м (рис. 6, а)

— Равнодействующую нагрузки q на поверхности грунта длиной ВС, Проложение равно .

-

— Само значение Ei вычисляем графически.

В зависимости от угла наклона плоскости скольжения призмы на промежутке вычисляем значения активного давления E_i, и все результаты заносим в таблицу 3.

Таблица 3. К определению активного давления.

Из таблицы 3 находим значение максимального активного давления грунта .

Горизонтальная и вертикальная составляющие максимального давления определяются по формулам ниже:

4. Расчет по первой группе предельных состояний подпорной стены на сдвиг

Расчет стены производят на сдвиг по подошве и по ломаным поверхностям скольжения.

Плоский сдвиг возникает в тех случаях, когда силы трения грунта по контакту подошвы с грунтом меньше действующих горизонтальных сил.

При расчете на сдвиг, для грунта на уровне подошвы и ниже, используются расчетные характеристики грунта ненарушенного сложения

Стены с горизонтальной подошвой рассчитываются потрём возможным положениям плоскости сдвига к горизонтали при следующих значениях углов (сдвиг по подошве) и глубинный сдвиг при (рис.7). Расчет подпорной стены на сдвиг производится исходя из условия п. 2.63 СНиП[3]:

где,

— суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил с учетом пассивного давления грунта ка боковые грани стены; коэффициент условий работы, зависящий от вида грунта; коэффициент надежности по назначению сооружения, в зависимости от класса сооружения;

и приняты в соответствия п. 2 58 СНиП.

вертикальная составляющая расчетной нагрузки на основание;

— площадь подошвы;

горизонтальная составляющая пассивного давления Ер грунта для соответствующей линии скольжения;

угол наклона подошвы к горизонту (при горизонтальной подошве).

Вертикальная составляющая расчетной нагрузки:

где

собственный расчетный вес стены;

расчетный вес грунта над передней и задней консолью стены.

расчетный вес грунта под подошвой, залегающего в, призме между подошвой и соответствующей линией скольжения:

Рисунок 7. К расчету подпорной стены на сдвиг.

4.1 Расчет на сдвиг по подошве

В этотом случае угол наклона плоскости и плоскости подошвы к горизонтали:. Сумма сдвигающих сил по формуле:

Сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную ось по формуле:

Расчетное горизонтальное пассивное давление грунта на глубине, .

Угол наклона подошвы стены к горизонту. Под подошвой стены находится грунт не нарушенной структуры. Для которого °.

— Условие выполняется.

4.2 Расчет на глубинный сдвиг при

В этотом случае угол наклона плоскости и плоскости подошвы к горизонтали:. Сумма сдвигающих сил по формуле:

Сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную ось:

Расчетное горизонтальное пассивное давление грунта определяем на глубине .

Равнодействующая пассивного давления:

приложена в центре тяжести площади заштрихованной эпюры (рис. 7).

Угол наклона подошвы стены к горизонту .

— Условие не выполняется.

4.3 Расчет на глубинный сдвиг при

В этом случае угол наклона плоскости и плоскости подошвы к горизонтали:. Сумма сдвигающих сил по формуле:

Сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную ось:

Расчетное горизонтальное пассивное давление грунта определяем на глубине .

Равнодействующая пассивного давления:

приложена в центре тяжести площади заштрихованной эпюры (рис. 7).

Угол наклона подошвы стены к горизонту .

— Условие не выполняется!

5. Расчёт по первой группе предельных состояний (по несущей способности) грунтового основания под подошвой

Расчёт устойчивости стены для нескального фунта по несущей способности основания производится из условия п. 2.58 СНиП [3]

Для подпорной стены это условие можно записать в следующем виде:

Где — сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную ось.

Определение значения по формуле можно выполнять, если соблюдается условие

Угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание F определяется из условия

от сюда ;

гдесоответственно горизонтальная и вертикальная составляющие внешней нагру зки на основание на уровне подошвы.

Горизонтальная составляющая внешней нагрузки на основание равна:

м

2,85

7,64

12,72

0,75

2,5

1,3

условие выполняется.

6. Расчет подпорной стены по второй группе предельных состояний. Расчет грунтового основания под подошвой стены по деформациям

При расчетах по второй группе предельных состояний коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 1.

Для внецентренно нагруженных подпорных стен расчет по деформациям основания можно не выполнять согласно условию, если

Расчетное сопротивление грунта определяется по формуле, с учетом таблиц 3 и 4, п. 2.41 СНиП [3]:

где принимаем равной глубине заглубления подошвы со стороны лицевой грани стены, а, так как ширина подошвы стены .

По табл. 3 СНиП находим:

По табл. 4 СНиП [3]при находим

Для вычисления давления под подошвой стены предварительно необходимо определить составляющие давления грунта на стену при характеристиках грунта для расчета по второй группе.

Рисунок 9. К расчету грунтового основания под подошвой подпорной стены по деформациям.

При ширине подошвы и погонной длине стены площадь подошвы стены:

Момент сопротивления площади подошвы относительно продольной оси, проходящей через центр тяжести подошвы:

Давление под подошвой стены, определенное по формулам:

Проверка условий:

;

; 9,81

; 0,34

Условие выполняется.

7. Оценка полученных результатов расчета

В результате расчета все условия соблюдаются кроме расчета на сдвиг. Рекомендуется увеличить глубину заложения стенки. Стоит добавить, что под основание подпорной стены, должна быть сделана подготовка. (гравийная, щебенистая или бетонная подушка). Тем самым увеличится сопротивляемость к сдвигу, которая не учитывается в расчете.

П расчете на деформации мы сравнивали только усилия, с расчетным сопротивлением грунтов. В реальности следует вычислять совместные деформации и сравнивать их с предельным значением совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями п. 2.51−2.55СНиП 2.02.01−83*.

С целью уменьшения расхода материала стены, более рациональным в данном случае было бы использование тонкостенной подпорной стены уголкового типа, усиленную контрфорсами. Однако при использовании данного решения, нужно будет дополнительно рассчитывать прочность самой конструкции.

Список используемой литературы

1. СНиП 2.02.01−83*. Основания зданий и сооружений. Далматов Б. И., Бронин В. Н. Основания и фундаменты.

2. СНиП 50−101−2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. Трегулов Г. В., Толмачёв Э. Л., Визоргина М. В. Расчёт оснований и фундаментных конструкций: Учебное пособие для самомтоятельной работы студентов заочногоотеделения. — Челябинск: изд. ЮУрГУ, 2004. — 78 с.

3. ГОСТ 25 100–95. Грунты: Классификация. — М.: Стройиздат, 1982

4. Далматов Б. И., Бронин В. Н. Механика грунтов. Часть 1. Основы геотехники в строительстве.Учебник. — М. Издательство АСВ; СПбГАСУ, 2000

5. Бартоломей А. А. Механика грунтов. Учебное издание. Изд-во ACB. Москва, 2000.

6. Трегулов Г. В., Толмачёв Э. Л., Визоргина М. В. Расчёт оснований и фундаментных конструкций. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004.

7.Трегулов Г. В. Расчёт подпорных стен. Учебное пособие для самостоятельной работы. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002.