ОДМ 218.4.028-2016 Методические рекомендации по определению грузоподъемности эксплуатируемых мостовых сооружений на автомобильных дорогах общего пользования. Опорные части, опоры и фундаменты

5.1.1 Исходя из особенностей расчетов опоры различают:

по конструкции тела опоры:

- массивные бетонные (монолитные, сборные и сборно-монолитные) и каменные;

- облегченные:

• сквозные (свайные, стоечные, столбчатые) железобетонные, металлические, деревянные;

• тонкостенные железобетонные условно-массивные (пустотелые, опоры-стенки);

• решетчатые металлические;

  - комбинированные,

• по назначению: промежуточные и концевые (устои).

5.1.2 Грузоподъемность конструктивных элементов надфундаментной части опор определяют:

- по условию обеспечения прочности насадки (ригеля) опоры как изгибаемого элемента (железобетонного п.п.4.3 и 4.4 [3], металлического п.4.3 [4] или деревянного п.4.4 [5]);

- по условию обеспечения прочности подферменной плиты (насадки, ригеля) или подферменников на местное смятие (железобетонных п.4.9 [3] или деревянных п.4.4 [5]);

- по прочности и устойчивости формы тела опоры как внецентренно сжатого элемента (бетонного и железобетонного п.п.4.5 и 4.7 [3], металлического п.4.3 [4] или деревянного п.4.4 [5]).

- по положению равнодействующей нагрузок в сечениях массивных бетонных и каменных опор (п.4.5.14 [3])

- по прочности и устойчивости формы отдельных элементов металлических решетчатых опор (п.п.4.2 и 4.3 [4]).

5.1.3 Расчетные сечения ригеля опоры назначают в корне консоли ригеля при массивном или одностолбчатом теле опоры, а при наличии двух и более столбов - над столбами и в пролете между столбами (при наличии узлов опирания пролетных строений на этих участках ригеля). Расчетные сечения насадки свайных, стоечных и столбчатых опор назначают над сваями (стойками) и в пролете между ними (если узлы опирания пролетных строений расположены не соосно со стойками).

Расчетные сечения тела массивных и условно-массивных опор назначают в месте сопряжения с фундаментной частью, а также в местах резкого изменения сечения по высоте опоры.

Расчетные сечения свайных, стоечных и столбчатых опор назначают в местах заделки в ригель, местах расположения условной заделки в грунте или наибольших изгибающих моментов по высоте сваи (стойки), в местах заделки стойки в фундамент.

Дополнительные расчетные сечения в любых несущих элементах опор назначают в местах расположения дефектов, существенно изменяющих прочностные и геометрические характеристики этих сечений.

5.1.4 Расчетные сопротивления материала и жесткость массивных опор и массивных фундаментов, как правило, на порядок превышают расчетные сопротивления и жесткость грунтов основания, и определяющими являются проверки по несущей способности именно основания. В этой связи при небольшой разнице площадей сечений по подошве и по обрезу фундамента классы по прочности тела опоры допускается определять лишь при значительном снижении расчетного сопротивления материала тела опоры и при наличии дефектов, существенно изменяющих геометрические характеристики контролируемых поперечных сечений (вывалы кладки, расчленение опоры вертикальными трещинами на отдельные сегменты).

5.1.5 Промежуточные опоры рассчитывают раздельно в продольном и поперечном направлениях к оси моста (с учетом косины расположения опор относительно продольной оси моста). Концевые опоры, размещенные в теле подходных насыпей, рассчитывают только в плоскости продольной оси моста.

5.1.6 Грузоподъемность опор по прочности конструкций оголовка достаточно определять из расчета на основное сочетание нагрузок.

Грузоподъемность по прочности и устойчивости формы тела массивной опоры при необходимости следует проверять на два сочетания нагрузок:

• основное сочетание - постоянные нагрузки и вертикальные временные нагрузки (для концевых опор - горизонтальные нагрузки от давления грунта от транспортных средств на призме обрушения);

• дополнительное сочетание N 1 - постоянные нагрузки, вертикальные временные нагрузки и горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги.

Грузоподъемность по прочности тела и устойчивости формы опор облегченного типа целесообразно проверять на три сочетания нагрузок:

• основное сочетание - постоянные нагрузки и вертикальные временные нагрузки (а для концевых опор - горизонтальные нагрузки от давления грунта от транспортных средств на призме обрушения);

• дополнительное сочетание N 1 - постоянные нагрузки, вертикальные временные нагрузки и горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги.

дополнительное сочетание N 2 - постоянные нагрузки, вертикальные временные нагрузки, горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги и изменение температуры - для гибких опор и опор мостов рамного типа.

Расчетные характеристики материалов

Геометрические характеристики сечений

Расчетные длины внецентренно сжатых элементов опор

Нагрузки и сочетания нагрузок

     
Постоянные нагрузки

5.2.1 Расчет грузоподъемности безростверковых опор ведут согласно рекомендациям п.6.3 как свайного фундамента с плитой ростверка, расположенной над поверхностью грунта.

В расчете грузоподъемности по прочности свай (оболочек или столбов) как внецентренно сжатых элементов расчетную длину сваи определяют согласно п.5.1.10. При этом каждую сваю рассматривают как свободный от грунта стержень, жестко заделанный на расстоянии от низа ригеля. Величину определяют по формуле (6.3.1).

5.2.2 Определять внутренние усилия в сечениях свай (оболочек, столбов) безростверковых и гибких опор целесообразно по пространственным расчетным схемам либо аналитически согласно методике [6] как для фундаментов с высоким свайным ростверком или численными методами (например, методом конечных элементов).

При расчетах методом конечных элементов для моделирования опоры рекомендуется применять один из двух типов расчетных схем.

Первый тип. В расчетной схеме сваи (оболочки, столбы) представляются свободными от грунта стержнями, закрепленными от вертикальных смещений на расстоянии и от поворота на расстоянии от верха опоры (рисунок 5.3.1).

5.2.3 Мосты с гибкими опорами могут быть выполнены в виде многопролетных систем с разрезными балочными пролетными строениями, неразрезными и рамной конструкции.

В мостах с разрезными и неразрезными балочными пролетными строениями оба конца каждого пролетного строения могут опираться на опоры через шарнирно неподвижные опорные части, резиновые опорные части (РОЧ) или (при небольших пролетах) непосредственно на ригель. В мостах рамной конструкции пролетные строения жестко объединены с верхом опор.

Мосты с гибкими опорами могут быть односекционными и многосекционными, каждая секция которых работает на восприятие горизонтальных сил самостоятельно. Разбивка на секции осуществляется путем применения сдвоенных плоских опор с раздельными насадками (температурных опор). В состав каждой секции, как правило, входит анкерная опора. Обычно такие опоры являются двухрядными, сваи в них объединены общей насадкой (рисунок 5.2.2).

Каждая секция вдоль моста представляет собой многопролетную раму с жестким ригелем в виде пролетных строений и относительно тонкими стойками (рисунок 5.2.3). Сопряжение смежных ригелей между собой ригелей* принимается раздельным при разрезных пролетных строениях или шарнирным при температурно-неразрезных системах. Сопряжение ригелей со стойками принимается шарнирным (без заделки).

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

5.2.4 На секцию действует продольная сила , вызываемая торможением и изменением температуры. Силу можно считать приложенной к верху насадок.

Передачу горизонтальных усилий на опоры в случае опирания пролетных строений через неподвижные опорные части или непосредственно на ригель принимают 100%, а при опирании через РОЧ - пропорционально реактивному усилию , кН (кгс), возникающему в резиновых опорных частях вследствие сопротивления их сдвигу и определяемому по формуле

,                                              (5.2.5)

где - перемещения в опорных частях от горизонтальных усилий, м; - суммарная толщина слоев резины, м; - площадь резиновой опорной части или нескольких опорных частей в случае расположения их рядом под одним концом балки (принимают в м, если модуль сдвига - в МПа, и в см, если - в кгс/см); - модуль сдвига, значения которого при определении расчетных величин продольных усилий зависят от нормативной температуры воздуха окружающей среды и принимают для употребляемых марок резины по таблице 6.13 [9].

При численных расчетах РОЧ моделируют упругой связью в соответствии с рекомендациями п.А.1.

Допускается для РОЧ принимать величину передаваемого на опору горизонтального усилия в размере 50% от его полной величины.

5.2.5 При опирании балок пролетных строений на гибкие опоры через шарнирно неподвижные опорные части или непосредственно на ригель горизонтальная сила , приложенная к верху -ой опоры, может быть вычислена пропорционально жесткостям опор секции

,                                          (5.2.6)

где - коэффициент жесткости -ой опоры

,                                             (5.2.7)

 - суммарная жесткость поперечных сечений всех свай опоры; - расчетная высота опоры, определяемая по формуле (5.2.4).

Расчетную высоту опоры можно приближенно принять по формуле (6.3.1), а для однорядных опор - с учетом глубины заделки сваи в грунте на величину 6, где - диаметр столба или оболочки, размер стороны сваи прямоугольного сечения, перпендикулярной направлению изгиба.

Если коэффициенты жесткости всех опор одинаковы, то продольные усилия распределятся между опорами поровну. Если -я опора имеет жесткость значительно больше жесткостей других опор, то допускается все продольное усилие передавать на эту опору, т.е. .

Момент в месте условной заделки сваи однорядной опоры от горизонтальных сил

.                                               (5.2.8)

В свае может также возникать изгибающий момент от внецентренно приложенного относительно оси сваи вертикального опорного давления от постоянных и временных нагрузок от опирающихся пролетных строений

,                                                  (5.2.9)

где - расстояние от линии действия опорного давления до оси сваи.

Расчетная схема анкерной опоры может быть представлена рамой, стойки которой объединены абсолютно жестким ригелем (рисунок 5.2.4, а ). При таком допущении коэффициент жесткости анкерной опоры будет равен 8.

5.2.6 В мостах с гибкими стоечными опорами, опирающимися на фундаменты, жесткость однорядной опоры можно вычислить по формуле

,                           (5.2.11)

где - высота стойки, измеряемая до обреза фундамента; - высота фундамента; - суммарная жесткость всех стоек опоры; - коэффициент, зависящий от отношения размеров сторон фундамента ( - размер фундамента поперек оси моста, - размер фундамента вдоль оси моста) и принимаемый по графику рисунка 5.2.6.

Для анкерных опор в формуле (5.2.8) вместо величины 3 принимают 24.

5.2.7 Мосты, в которых опоры в виде гибких тонких стенок или плоских рам жестко соединены с пролетным строением (рисунок 5.2.7, а ), следует рассматривать как рамные с относительно жестким ригелем и гибкими стойками, заделанными в фундамент. Расчетная схема такого моста приведена на рисунке 5.2.7, б . Допускается заделку стоек в фундаменты принять абсолютно жесткой. Расчет таких сооружений целесообразно выполнять численными методами.

5.2.8 Усилие, передаваемое на -ю опору от изменений температуры, будет равно:

.                               (5.2.12)

где 0,00001 - коэффициент линейного температурного расширения железобетона; - расчетное изменение температуры, принимаемое по п.5.2.9; - расстояние от середины длины секции моста до рассматриваемой опоры (для опор, расположенных слева от середины секции, 0, для опор, расположенных справа, 0); - расстояние от середины секции до точки, которая при изменении температуры остается неподвижной (рисунок 5.2.3, в ), и определяемое по формуле:

.                                          (5.2.13)

Если одна из опор имеет жесткость, значительно большую по сравнению с другими опорами, то она останется при изменении температуры неподвижной. Расстояние следует отсчитывать от этой опоры при 0.

5.2.9 Расчетная разность температур, вызывающая дополнительные усилия в рамной конструкции, будет равна:

или ,                             (5.2.14)

где - температура замыкания рамной конструкции; и - нормативные температуры воздуха в теплое и холодное время года соответственно.

Нормативные температуры воздуха в теплое и холодное время года следует принимать равными:

1. а) для типовых проектов и проектов для повторного применения:

   для конструкций, предназначенных для районов с расчетной минимальной температурой воздуха ниже минус 40°С,

2. 40°С , -50°С;

   для конструкций, предназначенных для остальных районов,

3. 40°С , -40°С;

4. б) для индивидуальных проектов

   ,                                           (5.2.15)

   
   где - средняя температура воздуха самого жаркого месяца, принимаемая по [11]; - постоянная величина для определения температуры воздуха наиболее жарких суток, принимаемая по карте изолиний [11], °С.

Нормативную температуру для индивидуальных проектов принимают равной расчетной минимальной температуре воздуха в районе строительства в соответствии с требованиями [11] с обеспеченностью для бетонных и железобетонных конструкций 0,92. За расчетную минимальную температуру принимают среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

Температуры замыкания конструкций, если они неизвестны, допускается принимать равными:

°С; °С.                        (5.2.16)

Замыкание (омоноличивание) железобетонных конструкций производят, как правило, в теплое время. Температуру замыкания подсчитывают по формуле

,                                         (5.2.17)

т.е. для типовых конструкций она будет равна 25°.

При понижении температуры для типовых конструкций будет равна 75° или 65° в зависимости от района местности, а при повышении температуры - 15°.

5.3.1 Рекомендации этого раздела касаются определения грузоподъемности концевых опор (устоев) по прочности и устойчивости формы. Расчеты грузоподъемности (в необходимых случаях) по устойчивости против опрокидывания и сдвигу по грунту основания выполняют по отдельно разрабатываемым методикам на основе общей методологии определения грузоподъемности ([2]) с использованием соответствующих положений главы 11 [9] и известных рекомендаций, например, приложения 2 [6].

5.3.2 В расчетах железобетонных сквозных, тонкостенных и стоечных опор для нагрузки от транспортных средств учитывают динамический коэффициент . Особенности эксплуатации и возведения конструкций учитывают с помощью коэффициентов условий работы , величины которых и условия использования в конкретных расчетах, приведены в правилах проектирования.

5.3.3 Расчетные сечения для концевых опор назначают в уровне обреза фундамента, местах изменения размеров сечений тела опоры, для безростверковых концевых опор - в местах сопряжения свай с ригелем и в местах наибольших изгибающих моментов в сваях, а для стоечных концевых опор - в местах сопряжения стоек (столбов, свай) с ригелем и фундаментом.

Концевые опоры рассчитывают только в продольном к оси моста направлении.

5.3.4 При определении внутренних усилий в сечениях концевых опор учитывают действие следующих сил:

вертикальных (рисунок 5.3.1):

- собственный вес элементов опоры;

- опорное давление от веса пролетного строения с элементами мостового полотна с учетом имеющихся на нем приспособлений и обустройств (смотровых приспособлений, осветительных устройств, различных коммуникаций и т.п.), для неразрезных пролетных строений целесообразно определять с учетом способа производства работ;

- вертикальное опорное давление от временных нагрузок, находящихся на пролетном строении;

- вертикальное опорное давление от пешеходных нагрузок, находящихся на пролетном строении;

- вертикальное давление от временной нагрузки, находящейся на концевой опоре, ;

- вертикальное давление от собственного веса грунта;

горизонтальных продольных:

- продольная сила, вызываемая торможением подвижных нагрузок, ;

- боковое давление от временной нагрузки, находящейся на насыпи;

- боковое давление от собственного веса грунта.

Горизонтальное давление грунта на обсыпную концевую опору со стороны пролета допускается не учитывать.

В массивных бетонных устоях внутренние усилия (вертикальную и горизонтальную силы и изгибающий момент) в большинстве случаев достаточно определить лишь в центре тяжести сечения по обрезу фундамента.

5.3.5 Для каждого сечения рассматривают комбинации нагрузок как для внецентренно сжатых элементов опор - вызывающие наибольшую продольную силу и соответствующий ей изгибающий момент ; наибольший изгибающий момент и соответствующую ему продольная сила ; минимальную силу и соответствующий ей изгибающий момент .

5.3.6 При выполнении инженерных расчетов для определения внутренних усилий в массивном устое от собственного веса его разбивают на отдельные блоки по возможности простой формы и определяют вес каждого блока (рисунок 5.3.1, а ). При сборных концевых опорах стоечного или свайного типа вес конструкции складывается из весов её отдельных элементов (рисунок 5.3.1, б, в , где - количество стоек или свай). Изгибающие моменты в сечениях концевой опоры, определяют умножением от каждой составляющей вес конструкции силы на расстояние до вертикальной линии, проходящей через центр тяжести рассматриваемого сечения.

Усилия в элементах концевых опор козлового (стоечного) типа и свайных конструкций определяют как в плоской статически неопределимой раме при жесткой заделке стоек в фундамент и в шкафной блок. При этом все силы, приложенные к опоре выше подферменной плиты заменяют горизонтальной силой , вертикальной силой и изгибающим моментом , приложенными в центре подферменной плиты (ригеля рамы) (рисунок 5.3.1, г ). Дополнительно учитывают усилия от распределенных по высоте стоек (свай) нагрузок от собственного веса грунта и от давления , вызываемого временными нагрузками на призме обрушения. Эпюры и на рисунке 5.3.1, г показаны в упрощенном виде. Фактический вид этих эпюр зависит от геометрических размеров отдельных элементов опоры и вида временных нагрузок с учетом их расположения на призме обрушения.

5.3.7 При использовании численных методов рекомендации по моделированию концевых опор облегченного типа приведены в приложении А. Постоянные нагрузки к расчетным схемам прикладывают также, как и при поверочных расчетах.

5.3.8 При определении внутренних усилий в сечениях концевых опор рассматривают сочетания нагрузок и воздействий (таблица 5.3.1), которые должны обеспечивать получение в рассматриваемых сечениях трех расчетных комбинаций усилий, указанных в п.5.1.12. Другие сочетания рассматривают при необходимости.

Таблица 5.3.1 - Сочетания нагрузок для расчета концевых опор, коэффициенты сочетаний и коэффициенты надежности

Примечания.

1. 1. Максимальному значению опорной реакции от временной нагрузки на пролетном строении соответствует загружение положительных участков поверхности (линии) влияния неразрезных пролетных строений, минимальному - отрицательных.

2. 2. При разрезных пролетных строениях сочетания 2а и 2б не учитывают.

3. 3. Коэффициенты надежности по нагрузке для постоянных нагрузок и временных нагрузок принимают согласно п.п.5.1 и 5.3 [2].

4. 4. Пешеходную нагрузку на призме обрушения не учитывают.

5.3.9 Нормативную вертикальную нагрузку от собственного веса опоры определяют по фактическим или проектным размерам ее элементов и частей конструкций с учетом объемных весов материалов. Так же определяют нагрузки от веса мостового полотна, смотровых приспособлений и других обустройств.

Нагрузку от собственного веса балочных пролетных строений при определении опорных давлений можно принимать равномерно распределенной, если ее отклонение от средней величины на отдельных участках по длине пролета, примыкающего к опоре, не превышает 10%.

Вертикальное нормативное давление грунта насыпи на концевую опору определяют по формуле (5.1.2) [2], а горизонтальное (боковое) нормативное давление грунта - по формуле (5.1.3) [2].

5.3.10 При инженерных расчетах горизонтальное (боковое) давление грунта от его собственного веса допускается рассматривать в виде сосредоточенной силы , приложенной на высоте от обреза фундамента или уровня естественной поверхности грунта за опорой.

При численном моделировании горизонтальное давление грунта целесообразно принимать в виде неравномерно распределенной нагрузки, определяемой по формуле (5.1.3) [2].

5.3.11 При неодинаковой ширине массивного устоя по его высоте величину бокового давления грунта можно принимать в виде сосредоточенной силы , определяемой по формуле

,                                           (5.3.1)

где - приведенная (средняя по высоте ) ширина устоя в плоскости задних граней, на которые распределяется боковое давление грунта,

,                                                 (5.3.2)

где - высота участка с постоянной шириной .

5.3.12 В концевых опорах стоечного (свайного) типа, если суммарная расчетная ширина стоек (свай) больше половины расстояния между внешними гранями стоек (свай) , за расчетную ширину опоры на участке стоек (свай) принимают величину (рисунок 5.3.2, а ). В противном случае за расчетную ширину опоры на этом участке принимают ( - количество свай или стоек в одном поперечном ряду устоя, - расчетная ширина одной сваи или стойки, принимаемая равной удвоенной ее фактической ширине).

5.3.13 Задняя грань массивного устоя может иметь наклон (рисунок 5.3.3). В этом случае давление считают приложенным к вертикальной плоскости . Вес призмы грунта по рисунку 5.3.3 учитывают как постоянную нагрузку при расчете сечения по обрезу фундамента, а вес призмы - как дополнительную постоянную нагрузку на фундамент.

5.3.14 По формулам (5.1.2), (5.1.3) [2] и (5.3.1) определяют горизонтальное давление грунта и на массивный фундамент, если глубина его заложения не превышает 3,0 м. В этом случае засыпка котлована под фундамент предполагается из того же грунта, что и отсыпка конуса насыпи (рисунок 5.3.4, а ).

5.3.15 Возможны следующие схемы загружения мостов и призмы обрушения временными нагрузками:

Схема 1. Пролетное строение и призму обрушения загружают временными нагрузками; горизонтальные силы, вызываемые торможением, действуют в сторону пролета.

Схема 2. Пролетное строение загружают временными нагрузками; горизонтальные силы, вызываемые торможением, действуют в сторону насыпи.

Транспортные средства располагают по всей ширине проезжей части.

Примеры расположения временных нагрузок при расчетах грузоподъемности элементов концевых опор приведены на рисунках 5.3.5 и 5.3.6.

Расположение нагрузки АК, показанное на рисунках 5.3.5, б и 5.3.6, в, г , соответствует загружению по схеме 1, а показанное на рисунках 5.3.5, в, г и 5.3.6, д, е - загружению по схеме 2. Тележку нагрузки АК устанавливают в наиболее невыгодное положение как на пролетном строении, так и на устое или на призме обрушения.

На рисунке 5.3.5, д, е показаны возможные схемы загружения моста при расчете концевой опоры на нагрузку НК, но расчетным может оказаться и такой случай, когда отдельные оси машины по схеме НК находятся над устоем.

Аналогично нагрузке НК размещают эталонную трехосную нагрузку и колесные автомобильные нагрузки.

Временную вертикальную нагрузку и силу торможения на массивном устое (т.е. на длине ) учитывают, когда эти силы создают в рассчитываемом сечении момент того же знака, что и нагрузка на пролетном строении.

5.3.16 Продольную горизонтальную нагрузку от торможения (силы тяги) принимают от веса временной нагрузки, находящейся на пролетном строении. Силу торможения прикладывают в уровне проезжей части. Эта сила может быть уменьшена за счет трения, возникающего в подвижных опорных частях, расположенных на промежуточных опорах.

В остальном определение сил торможения ведут по общим правилам, указанным в главах 5 [2] и 4 [3].

Определение сил горизонтального бокового давления грунта от размещения временных нагрузок на насыпи

5.3.17 Давление на заднюю грань опоры от временной нагрузки, размещенной на насыпи, определяют как давление слоя грунта высотой с нормативным удельным весом грунта насыпи за опорой

,                                               (5.3.8)

где - нормативный удельный вес грунта, кН/м (тс/м).

Расчетное давление на единицу площади задней грани опоры или на единицу площади фиктивной вертикальной грани, вызываемое временной нагрузкой на насыпи, кН/м, равно

,                                          (5.3.9)

где - коэффициент давления, зависящий от расположения нагрузки на насыпи; - коэффициент надежности; - коэффициент, учитывающий уменьшение давления от временной нагрузки на заднюю грань опоры с увеличением расстояния от верха насыпи до рассматриваемого сечения.

Для устоев без обратных стенок давление от временных нагрузок принимают с коэффициентом 1,0 (таблица 5.3.2). Для устоев с обратными стенками, расположенными параллельно оси моста, принимают 1,0.

Таблица 5.3.2 - Коэффициент уменьшения давления на заднюю грань опоры

5.3.18 Временную нагрузку учитывают при нахождении ее на насыпи в пределах призмы обрушения. Давление от каждого ряда колес автомобилей распределяется по площадке размерами

,                                                  (5.3.10)

где - длина сопряжения колес с покрытием проезжей части вдоль моста (для колес тележек нагрузки АК 0,2 м, для колес нагрузки НК отпечаток принимается равномерно распределенным на длине 3,8 м); - ширина, равная расстоянию между внешними гранями крайних колес (рисунок 5.3.7).

5.3.19 В таблице 5.3.3 представлены наиболее часто встречающиеся схемы расположения нагрузок на насыпи и эпюры давления грунта на заднюю грань опоры высотой от собственного веса грунта и от временной нагрузки, находящейся на насыпи, .

В формулах таблицы 5.3.3 принимают величину 0 - при наличии переходной плиты, - длина площадки распределения нагрузки по (5.3.12); - расстояние между площадками распределения нагрузки. Соответственно, если , то временная нагрузка на призме обрушения не учитывается, где - длина призмы обрушения при отсутствии временной нагрузки:

,                                                  (5.3.13)

где - угол наклона плоскости обрушения к вертикали при отсутствии на мосту нагрузки

,                                              (5.3.14)

 - нормативный угол внутреннего трения грунта (при засыпке устоя дренирующим грунтом принимают 35°).

Для равномерно распределенной нагрузки расчет ведется по схемам 1 и 2.

Для колесной нагрузки расчет ведется по следующим схемам.

- Если расчет следует вести по схемам 4 и 2.

- Если (при 0) расчет следует вести по схемам 3 и 1.

- Если , то расчет вести по схеме 2 или 1 при ,

Если при этом или (при 0) , следует принять

или (при 0)

и расчет вести по схеме 5 а.

- Если , то расчет следует вести по схеме 4, заменяя на .

- Если (при 0), то расчет следует вести по схеме 3, заменяя на . При этом

.                                     (5.3.15)

Давление будет распределяться на участке длиной .

Если при этом или , (при 0), следует принять

, или (при 0)

и расчет вести по схеме 5б (таблица 5.3.3).

Таблица 5.3.3 - Схемы загружения призмы обрушения временной нагрузкой при отсутствии переходной плиты

Примечания.

к схеме 5. Схема для осевых нагрузок.

5.3.20 При наличии переходных плит, как правило, принимают, что опирание плиты на грунт происходит на половине ее длины со стороны насыпи и горизонтальное давление на концевую опору, вызываемое временной нагрузкой , также передается с половины плиты (рисунок 5.3.8, а).

При соответствующем обосновании допускается горизонтальное давление на концевую опору принимать передающимся с ширины подушки опирания (рисунок 5.3.8, б).

5.3.21 Для определения усилий в элементах опор мостов с гибкими опорами с использованием численных методов целесообразно использовать модели "пролетное строение - опоры", как показано в приложении А.

5.3.22 Инженерные расчеты рекомендуется выполнять следующим образом.

На концевые опоры крайних секций мостов с гибкими опорами оказывает давление грунт насыпи от его собственного веса и от временных нагрузок на призме обрушения (рисунок 5.3.9, а ).

Допускается считать, что это давление действует только на верхнюю часть опоры (выше расчетной поверхности грунта). Величину давления на 1 м поверхности опоры подсчитывают по рекомендациям п.п.5.1.4 [2], а величину - по п.п.5.3.17-5.3.20. Суммарное давление грунта на один погонный метр сваи будет равно:

7.1.1* Проверки грузоподъемности опорных частей производят по прочности конструкции, по допустимым диапазонам линейных перемещений, по допустимым диапазонам углов поворота.

_______________

* Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Практические расчеты грузоподъемности опорных частей и элементов их крепления, как правило, выполняют только в тех случаях, когда разрушение или утрата работоспособности опорных частей влечет утрату работоспособности пролетного строения и сооружения в целом. Соответственно практической значимости с точки зрения влияния на оценку технического состояния сооружения и определения условий пропуска нагрузки по сооружению определение грузоподъемности не имеет для следующих типов узлов опирания и конструкций опорных частей: прокладка; РОЧ; ленточная резино-армированная; плоская; тангенциальная; полимерная комбинированная (резино-фторопластовая); шарово-сегментная; опорный деревянный брус.

7.1.2 Определение грузоподъемности опорных частей при необходимости выполняют:

- на основное сочетание от действия вертикальных постоянных и временных нагрузок;

- на дополнительное сочетание, учитывающее восприятие вертикальной опорной реакции совместно с продольными усилиями от торможения (тяги) и продольным воздействием от изменения температуры (с учетом соответствующих коэффициентов сочетания).

7.1.3 Продольное усилие от торможения и силы тяги при расчетах передают:

- на неподвижные опорные части (в том числе - на неподвижные РОЧ) в размере 100%;

- на подвижные катковые и секторные опорные части в размере 25%;

- на подвижные тангенциальные опорные части в размере 50%;

- на подвижные опорные части РОЧ - равным реактивному усилию, определяемому по п.5.2.4.

В любом случае горизонтальные усилия, передаваемые на подвижные опорные части, не должны превосходить силы трения, определяемую* согласно п.6.28 [9]. В противном случае в расчет вводят силы трения, принимаемые с соответствующими коэффициентами сочетания.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

При опирании пролетных строений на опоры через подвижные резиновые опорные части тормозное усилие допускается распределять поровну на все опорные части пролетного строения:

,                                               (7.1.1)

где - усилие в каждой опорной части; - тормозное усилие на пролетном строении; - количество опорных частей под балками пролетного строения.

7.1.4 При отсутствии в схеме опирания неразрезных и температурно-неразрезных пролетных строений неподвижной опорной части (например, при использовании резиновых опорных частей) положение неподвижного сечения определяют согласно рекомендациям п.п.4.3-4.5 [10].

7.1.5 Линейные и угловые перемещения в опорных частях определяют от расчетных температурных воздействий и временных нагрузок на пролетное строение и опоры с учетом коэффициентов сочетаний.

Линейные (продольные и поперечные) перемещения опорных узлов пролетных строений определяют с учетом направлений перемещений, допускаемых опорными частями.

7.1.6 При определении нагрузок и воздействий на опорные части учитывают криволинейность пролетных строений и косину их расположения относительно опор.

7.1.7 При численном моделировании опорные части могут быть заданы как граничные условия "прикрепления к земле", ориентация локальных осей которых соответствует направлениям линейных перемещений опорных частей, и как упругие двухузловые связи, жесткости которых соответствуют вертикальной и горизонтальным жесткостям опорных частей (для РОЧ). В последнем случае целесообразно рассматривать численную модель сооружения в целом как систему "пролетные строения - опоры - фундаменты" (см. п.А.1).

7.1.8 Предельные значения вертикального давления на опорную часть, горизонтальных сил, линейных и угловых перемещений, как правило, устанавливают по данным технической документации и типовых проектов.

При отсутствии документации или невозможности идентифицировать марку опорных частей следует либо выполнить расчет их несущей способности согласно приведенным ниже рекомендациям, либо принять за предельные значения указанных величин соответствующие значения вертикальных давлений и горизонтальных сил, линейных и угловых перемещений от нагрузок, на которые было запроектировано сооружение или рассчитана опорная часть.

7.1.9 При выполнении расчетов с использованием численных методов необходимо построить поверхности (линии) влияния опорной реакции, линейных или угловых перемещений в рассматриваемой опорной части. Загружают указанные поверхности одновременно для получения:

- максимальной опорной реакции и сопутствующих перемещений;

- максимальных перемещений и сопутствующих опорных реакций.

Дополнительные перемещения от разницы температур между температурой при обследовании сооружения и максимальной (минимальной) расчетной с учетом влияния солнечной радиации также могут быть найдены при численных расчетах.

А.2.1 Общие положения

Сваи (столбы, оболочки) моделируют стержневыми изгибаемыми (балочными) конечными элементами. Взаимодействие с грунтом свайных элементов опор и фундаментов, находящихся в грунте, рекомендуется моделировать упругими связями ("пружинами"). В зависимости от возможностей программного обеспечения упругие связи могут быть приняты одноузловыми или двухузловыми. Жесткости упругих связей ("пружин") определяют на основании коэффициентов постели грунта.

Для одноузловых связей по боковой поверхности свай их жесткости в горизонтальной плоскости могут быть определены по формуле

,                      (А.2.1)

где - длина сбора нагрузки на узел балочного конечного элемента сваи, м; - условная ширина сваи, столба или оболочки (см. п.6.3.2), м; - положение упругой связи от поверхности грунта, м; - коэффициент пропорциональности грунта (см. п.Б.2.6).

Жесткость одноузловых связей под нижним концом висячих свай, опирающихся на нескальный грунт, по направлению вертикального перемещения определяют по формуле

,                                              (А.2.2)

где - коэффициент постели по подошве сваи (столба, оболочки), вычисляют по формуле (Б.2.8); - площадь сечения сваи у нижнего конца или подошвы столба (оболочки).

Для двухузловых связей (рисунок А.2.1) по боковой поверхности свай их жесткости в горизонтальной плоскости могут быть определены по формуле

,                                              (А.2.3)

где - коэффициент пропорциональности грунта (п.Б.2.6); - условная ширина сваи, столба или оболочки (см. п.6.3.2); - положение упругой связи от поверхности грунта; - длина сбора нагрузки на узел балочного конечного элемента сваи; - расстояние между узлами конечного элемента сваи (узлами упругой связи).

     
Рисунок А.2.1 - Схема к моделированию закрепления сваи в грунте двухузловыми упругими связями

Жесткость двухузловых связей под нижним концом висячих свай, опирающихся на нескальный грунт, по направлению вертикального перемещения определяют

для свай (оболочек или столбов) с плоским нижним торцом или с уширенной пятой

,                                           (А.2.4)

где - коэффициент пропорциональности грунта под подошвой сваи; - площадь опирания сваи на грунт; - коэффициент постели по подошве сваи, вычисляют по формуле (Б.2.8); - размер подошвы оболочки или столба; - расстояние между узлами нижней упругой связи.

для забивных свай с заостренным нижним концом

                                       (А.2.5)

где - несущая способность грунта основания сваи, оболочки или столба на сжатие, определяемая согласно указаниям [13]; - осевая жесткость сваи.

А.2.2 Пример использования упругих связей при моделировании столбчатой опоры

Промежуточная опора состоит из двух пустотелых железобетонных оболочек диаметром 1,6 м, объединенных плитой (рисунок А.2.2). Внешние нагрузки на опору приведены к вертикальной силе 5700 кН, приложенной в уровне подошвы плиты, и горизонтальной силе 400 кН, приложенной в уровне верха опоры. Оболочки имеют толщину стенки 0,16 м и изготовлены из бетона марки 400. Необходимые для расчета данные о грунтах, уровни и размеры приведены на рисунке А.2.2.

     
Рисунок А.2.2 - К расчету однорядного фундамента из оболочек 1,6 м;

1-10 - номера слоев

Требуется вычислить необходимые для расчета грузоподъемности по прочности элементов конструкции величины внутренних усилий в поперечных сечениях оболочек.

Определяем жесткость поперечного сечения оболочки, учитывая при помощи коэффициента 0,8 наличие трещин в растянутой зоне оболочки в предельном состоянии

МН·м.

Расчетную поверхность грунта принимаем на отметке местного размыва дна при расчетном паводке (см. рисунок А.2.2).

В пределах длины оболочек расположено два слоя грунта. Для определения приведенного значения коэффициента вычисляем глубину по формуле (Б.2.4)

м.

Так как значение 7,1 м находится в толще слоя мелкого песка (см. рисунок А.2.2), то в расчет вводим значение , соответствующее грунту этого слоя. Согласно п.Б.2.6 принимаем

тс/м = 5 МН/м.

По формуле (6.3.4) находим условную ширину оболочки

м.

По формуле (6.3.2) находим коэффициент деформации оболочки

м.

По формуле (6.3.9) определяем приведенную (безразмерную) глубину заложения оболочки в грунте

.

Поскольку приведенная глубина заложения оболочки в грунте 6,02 м > 4,0 м, то коэффициенты , и принимаем по таблице 4 [6] для 4,0 м

2,4406; 1,621; 1,7506.

Вычисляем:

МН/м.

По формулам (6.3.7) подсчитываем поперечную силу и изгибающий момент в сечении оболочки, расположенном на уровне поверхности грунта:

• 200 кН; кН·м.

Величины , и определяем с использованием метода конечных элементов. Сваи моделируем стержневыми изгибаемыми (балочными) конечными элементами, закрепление сваи в грунте - с помощью одноузловых упругих связей ("пружин"), формулы (А.2.1) и (А.2.2), таблица А.2.2.

Таблица А.2.2 - Жесткости упругих опор по глубине (от уровня размыва)

Коэффициент постели по подошве оболочки

,

где - коэффициент пропорциональности грунта, МН/м, под подошвой оболочки (см. таблицу Б.2.2); - глубина, м, заложения подошвы оболочки от расчетной поверхности грунта; - размер, м, подошвы оболочки.

Площадь подошвы оболочки 2,0106 м.

При заданных усилиях и с помощью метода конечных элементов и по рекомендациям Руководства [6] получены значения эпюр и и . Сравнительные результаты расчетов, выполненных указанными способами, приведены в таблицах А.2.3-А.2.5 и на рисунке А.2.3. Коэффициенты , , и в таблицах А.2.3-А.2.5 приняты согласно приложению 6 Руководства [6] и соответствуют опиранию оболочек на нескальный грунт.

Таблица А.2.3 - Определение изгибающих моментов

Таблица А.2.4 - Определение поперечных сил

Изгибающие моменты в оболочке в таблице А.2.3 вычислены согласно Руководству [6] по формуле

,

где

Поперечные силы в оболочке в таблице А.2.3 вычислены согласно Руководству по формуле

,

где

Ординаты эпюры рассчитаны согласно п.6.3.16. В таблице А.2.5 приведены также ординаты эпюры опорных реакций , полученные в результате расчета по МКЭ, по которым определены значения величин горизонтального давления

,

где - приведенная ширина оболочки; 1 м - длина конечного элемента, моделирующего участок оболочки, прилегающий к рассматриваемой упругой опоре.

Наибольшие величины горизонтального давления и изгибающего момента располагаются на глубине, близкой к м, что соответствует рекомендациям п.6.3.18 (при 2,5).

Как видно из таблиц А.2.3-А.2.5 и рисунка А.2.2, существенное расхождение результатов расчета начинается при условных глубинах более 4 и заметно зависит от числа удерживаемых слагаемых в формулах (6.3.13).

Из эпюр и следует, что при действии на опору принятых в примере нагрузок наибольший изгибающий момент 1942 кН·м, а наибольшая поперечная сила 274 кН.

Из таблицы А.2.5 следует, что на глубине 2,9 м со стороны действуют давления на грунт 45,9 кПа. Для заданных грунтов и пролетных строений принимаем 1,0; 32/1,1=29° (0,875 и 0,554), 0 и 10,0 кН/м, и убеждаемся, что прочность по горизонтальному давлению при заданных нагрузках достаточна:

кПа.

Таблица А.2.5 - Определение давлений на грунт

    
Рисунок А.2.2 - Эпюры и и , полученные:

1 - по Руководству [6], 2 - МКЭ

Таким образом, принятый способ моделирования свайного фундамента методом конечных элементов соответствует сложившейся практике проектирования [6] и может быть использован при расчетах грузоподъемности.

Б.1.1 Расчетные сопротивления материала мостовых опор, расположенных в умеренной климатической зоне принимают по таблице Б.1.1 при удовлетворительном состоянии кладки (отсутствие признаков интенсивного выщелачивания, морозного разрушения и др.). Значения расчетных сопротивлений и коэффициентов условий работы, приведенные в таблице Б.1.1, соответствуют надземным частям опор. Для подземных частей опор расчетные сопротивления материала принимают с повышающим коэффициентом 1,1, а для зоны переменного уровня воды - с понижающим коэффициентом 0,9.

Таблица Б.1.1 - Расчетные сопротивления материала мостовых опор по прочности на сжатие и коэффициенты условий его работы

Б1.1.2 Снижение прочностных характеристик кладки в результате многолетнего воздействия климатических факторов учитывается понижающим климатическим коэффициентом , зависящим от суровости климатической зоны и продолжительности эксплуатации (таблица Б.1.2).

Таблица Б.1.2 - Значения климатических коэффициентов

Б.2.1 Расчетное сопротивление грунта основания в уровне подошвы фундамента, а также в уровнях кровли подстилающих слоев грунта определяют по Приложению 2 [9]:

- для нескальных грунтов

,                            (Б.2.1)

где - условное сопротивление грунта, кПа (тс/м), принимаемое по таблицам 2.1-2.3 Приложения 2 [9]; - ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м (при 6 м принимается 6 м); - глубина заложения фундамента (кровли подстилающего слоя), м; - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента (без учета взвешивающего действия воды); допускается принимать 19,62 кН/м (2 тс/м); , - коэффициенты, принимаемые по таблице 2.4 Приложения 2 [9] в зависимости от вида грунта под подошвой фундамента (или грунта подстилающего слоя).

Для глин или суглинков в основаниях фундаментов мостов, расположенных в пределах постоянных водотоков, расчетное сопротивление, определенное по формуле (Б.2.1), повышают на 14,7, кПа (1,5, тс/м), где - глубина воды, м, от наинизшего уровня межени до поверхности грунта у опоры.

- для скальных грунтов

,                                               (Б.2.2)

где - предел прочности на одноосное сжатие образцов скального грунта, кПа (тс/м); 1,0 для невыветрелых; 0,6 - для слабовыветрелых и 0,3 - для выветрелых скальных грунтов.

Для мостовых опор, заложенных на глинистых грунтах и эксплуатируемых свыше 20 лет, а для опор, заложенных на песчаных грунтах и эксплуатируемых свыше 10 лет при отсутствии в опорах осадок, кренов, сдвигов и других дефектов расчетные сопротивления грунтов могут быть повышены, но не более чем на 50%, по сравнению с подсчитанными по формулам (Б.2.1) и (Б.2.2). Если фундамент опоры заключен в сплошное шпунтовое ограждение, то расчетное сопротивление грунта может быть повышено на 75%.

Если известны только названия грунтов ориентировочные условные сопротивления грунтов допускается принимать:

- песчаных грунтов средней плотности - по таблице 2.2 Приложения 2 [9];

- пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов - по таблице 2.1 Приложения 2 [9] при коэффициенте пористости 0,5 и показателях текучести 0,3 (консистенция грунта твердая и полутвердая) и 0,5 (консистенция грунта туго и мягко пластичная), здесь учтено уплотнение грунта в процессе эксплуатации.

Условное сопротивление всех глинистых грунтов в текуче-пластичном состоянии следует принимать равным 98 кПа (10 тс/м).

Б.2.2 Значение принимают для слабовыветрелых и выветрелых скальных грунтов - по формуле (Б.2.2), для сильновыветрелых скальных грунтов - по формуле (Б.2.1) и таблице 2.3 Приложения 2 [9] как для крупнообломочных грунтов.

При отсутствии лабораторных данных о прочности образцов скального основания допускается принимать расчетные сопротивления:

Б.2.3 Величину условного сопротивления для твердых супесей, суглинков и глин (0) определяют по формуле

,                                               (Б.2.3)

где - предел прочности на одноосное сжатие образцов глинистого грунта природной влажности.

При этом величину условного сопротивления принимают не более, кПа (тс/м): для супесей - 981 (100); для суглинков - 1962 (200); для глин - 2943 (300) [9, приложение 2].

Б.2.4 Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных и вдавливаемых свай и свай-оболочек принимают по таблице Б.2.1.

Таблица Б.2.1 - Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных и вдавливаемых свай и свай-оболочек

Примечания.

1. 1. Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести глинистых грунтов значения определяют интерполяцией.

2. 2. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м.

3. 3. Значения расчетного сопротивления плотных песков на боковой поверхности свай следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведенными в таблице.

4. 4. Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости 0,5 и глин с коэффициентом пористости 0,6 следует увеличивать на 15% при любых значениях показателя текучести.

Б.2.5 При наличии просадочных грунтов, плывунов и других слабых отложений, а также при нарастающих (незатухающих) осадках или кренах опор расчетные сопротивления следует принимать по данным лабораторных испытаний образцов грунтов, результатам штамповых и других испытаний.

Б.2.6 Значения коэффициента пропорциональности грунта принимают с учетом данных таблицы Б.2.2 и коэффициента надежности 3. Минимальные значения в таблице Б.2.2 соответствуют наибольшим значениям показателя консистенции глинистых и коэффициентам пористости песчаных грунтов, а максимальные значения - соответственно минимальным значениям и . При промежуточных значениях и величины коэффициента принимают по интерполяции. В случае, когда информация о консистенции глинистых грунтов представлена только в виде наименования без указания конкретного значения , коэффициенты принимают равными средним арифметическим из указанных в таблице пределов соответствующих величин для данного вида грунта. Так же следует поступать при наличии информации о наименовании песка и отсутствии сведений о конкретном значении коэффициента пористости.

Таблица Б.2.2 - Коэффициенты пропорциональности грунта

Для плотных песков коэффициент принимают на 30% выше, чем наибольшие табличные значения соответствующих величин для данного вида грунта.

Примечание. Если закрепление в грунте столба, установленного в заранее пробуренную скважину, на части его длины производится путем засыпки и уплотнения грунта, то коэффициент пропорциональности для грунта в пределах этой части принимают не более 981 кН/м (100 тс/м).

Б.2.6 При наличии в пределах длины сваи нескольких слоев грунта допускается в расчете использовать одно приведённое значение коэффициента , принимаемое в зависимости от грунтов, расположенных в пределах глубины , отсчитываемой в метрах от расчетной поверхности грунта (при плите фундамента, расположенной над грунтом) или от подошвы плиты (при ее заглублении в грунт)

,                                               (Б.2.4)

где - наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м.

При расположении в пределах глубины одного слоя грунта, приведённое значение принимают равным значению, соответствующему этому грунту.

При расположении в пределах глубины двух слоев грунта, приведенное значение определяют по формуле

,                               (Б.2.5)

При расположении в пределах глубины двух слоев грунта, приведенное значение определяют по формуле

,         (Б.2.6)

где - толщина I-го (верхнего) слоя грунта, м; и - толщины II-го и III-го слоев грунта (в пределах ), м; , и - значения коэффициентов пропорциональности для грунтов I, II и III слоев.

Б.2.7 Величину коэффициента постели грунта на боковой поверхности элементов свайного фундамента определяют по формуле

,                                                   (Б.2.7)

где - коэффициент пропорциональности грунта, расположенного выше подошвы фундамента; - глубина, м, расположения точки, для которой определяется коэффициент постели, от расчетной поверхности грунта (при плите фундамента, находящейся над грунтом) или от подошвы плиты (при ее заглублении в грунт).

Б.2.8 Величину коэффициента постели грунта под подошвой сваи диаметром 0,8 м и более принимают равным

,                                             (Б.2.8)

где - коэффициент пропорциональности грунта, расположенного под подошвой сваи; - глубина расположения подошвы сваи от расчетной поверхности грунта, м; - размер (диаметр) подошвы сваи, м.

Б.2.9 Величину коэффициента постели нескального грунта под подошвой условного массивного фундамента принимают равным

,                                            (Б.2.9)

где - коэффициент пропорциональности слоя грунта, расположенного под подошвой фундамента; - глубина расположения подошвы фундамента от расчетной поверхности грунта, м.

Коэффициент постели скального грунта под подошвой фундамента принимают без учета глубины расположения подошвы в зависимости от нормативного временного сопротивления образцов скальной породы на сжатие в водонасыщенном состоянии:

• при 1 МПа 3·10 кН/м;

       
  при 25 МПа 1,5·10 кН/м.

При промежуточных значениях величина определяется по интерполяции.

Б.2.10 Объемный вес грунта, расположенного ниже уровня воды, с учетом гидростатического давления определяют по формуле

,                                             (Б.2.10)

где - коэффициент пористости грунта; - удельный вес грунта; - удельный вес воды.

1. , - горизонтальные нагрузки соответственно вдоль и поперек оси моста; - вертикальные нагрузки; , - моменты от постоянных нагрузок соответственно поперек и вдоль оси моста.

Временные нагрузки

В примере рассмотрены нагрузки АК (14), схемы загружения которыми приняты согласно п.5.1.12. Нагрузкой АК загружена пространственная расчетная схема в соответствии с правилами норм проектирования (рассмотрены две схемы размещения по ширине проезжей части, полосы безопасности приняты по 2,0 м).

Динамический коэффициент к временным нагрузкам при расчете фундамента принят равным 1. Нагрузка от торможения принята согласно п.5.3.5 [2] и приложена в пределах одной полосы движения (расчет по пространственной расчетной схеме) в уровне центров опорных частей.

Таблица Г.1.5 - Временные нагрузки, тс (тс·м)

     
Усилия в рассчитываемой свае

От приведенных нагрузок расчетом по методу конечных элементов определены наиболее нагруженная свая (N 4 в первом ряду) и расчетный случай (загружение на наибольшую вертикальную силу , временные нагрузки по схеме N 1 таблицы Г.1.5), а также найдены усилия в месте заделки сваи в ростверк , и , соответствующие выбранному расчетному случаю, и реакция в упругой связи для расчета грузоподъемности фундамента по горизонтальному давлению на грунт.

Таблица Г.1.6- Усилия в рассчитываемой свае, тс (тс·м)

     
Расчеты грузоподъемности фундамента

Грузоподъемность по вдавливанию сваи

Грузоподъемность сваи определена согласно п.6.3.23. Несущая способность забивной сваи определена согласно п.7.2.2 [13] по формуле

,                              (Г.1.1)

где 1,0 - коэффициент условий работы сваи в грунте; 738,96 тс/м - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, (таблица 7.2 [13]); 0,105 м - площадь опирания на грунт призматической сваи, м; 1,3 - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м; - расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, тс/м, (таблица 7.3 [13]); - толщина -го слоя грунта, м; 1,0 и 1,0 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, (таблица 7.4 [13]), принято как для сплошных свай, погружаемых механическими, паровоздушными и дизельными молотами.

Таблица Г.1.7 - Сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности сваи

Несущая способность забивной сваи и предельно допустимое усилие на сваю по условию вдавливания (6.3.24)

тс.

     
тс.

Грузоподъемность фундамента по вдавливанию сваи (формулы (4.2.2), (4.2.3) [2])

.

     
Грузоподъемность no горизонтальному давлению на грунт

Расчет выполнен согласно рекомендациям п.6.3.19. Предельное горизонтальное давление на грунт, тс/м, по боковой поверхности сваи, определено по формуле (6.3.19) при следующих параметрах:

- расчетные характеристики грунта (угол внутреннего трения 35°, удельное сцепление 0,1 тс/м) приняты по таблице Г.1.2;

- коэффициенты 1,0 и 1,0;

- 0 м - глубина расчетного сечения от подошвы плиты (принята на основе предварительного анализа по эпюре опорных реакций упругих связей по высоте сваи как место расположения максимального значения).

.

Горизонтальное давление (п.А.2.2) от

постоянных нагрузок 0,

временных вертикальных нагрузок ,

временных горизонтальных нагрузок ,

где - реакция в упругой связи (таблица Г.1.6); - условная (расчетная) ширина сваи; 1 м - длина конечного элемента, моделирующего участок сваи, прилегающий к рассматриваемой упругой опоре.

Грузоподъемность фундамента по горизонтальному давлению на грунт (формулы (4.2.2), (4.2.3) [2])

.

     
Грузоподъемность фундамента как условного массивного

Грузоподъемность фундамента как условного массивного определена согласно рекомендациям п.п.6.3.10-6.3.14 по прочности грунта основания по среднему и максимальному давлению под подошвой.

Размеры условного массивного фундамента:

• м;

  м,

• где и - расстояния по внешним граням крайних свай в ростверке соответственно в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки, и перпендикулярном ей; 10 м - глубина заложения сваи в грунте (см. рисунок 6.3.1) от подошвы ростверка: 19,72° - средневзвешенное значение расчетных углов внутреннего трения (по формуле (6.3.10), с учетом коэффициента надежности 1,1 [6]).

Площадь и момент инерции условного массивного фундамента (по формуле (6.3.11))

м; м.

Расчетное сопротивление грунта основания (по формуле (Б.2.1))

тс/м,

где 26,6 тс/м - условное сопротивление грунта (по таблице 2.1 Приложения 2 [9]); 2,93 м - меньшая сторона подошвы фундамента; 12,24 м - глубина заложения фундамента; 1,82 тс/м - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента; 0,02 и 1,5 - коэффициенты (по таблице 2.4 Приложения 2 [9]).

Предельное среднее давление по подошве условного массивного фундамента (по формуле (6.2.2))

тс/м.

Предельное максимальное давление под подошвой фундамента

тс/м,

где 1,2 если расчет производится с учетом нагрузки от торможения.

Величины и определены для каждой из нагрузок (постоянных и временных) по формулам (6.3.12) и (6.3.13)

- от постоянных нагрузок

     
тс/м,

где - продольная сила в сечении по подошве условного фундамента (с учетом веса грунтового массива и заключённой в нем плитой ростверка);

- от временных нагрузок по схеме N 1 (см. таблицу Г.1.1.6)

тс/м;

где ; - продольная сила в сечении по подошве условного фундамента; - коэффициент постели грунта под подошвой условного фундамента (п.Б.2.9); - горизонтальная составляющая нагрузки; тс·м - момент нагрузки относительно главной оси горизонтального сечения условного массивного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта; 10 м - глубина расположения подошвы условного массивного фундамента от подошвы ростверка (см. рисунок 6.3.1);

- от временных нагрузок по схеме N 2 (см. таблицу Г.1.1.6)

тс/м;

     
тс/м,

где тс·м.

Грузоподъемность фундамента как условного массивного (формулы (4.2.2), (4.2.3) [2])

- по среднему давлению

;

- по максимальному давлению

.

     
Грузоподъемность фундамента по прочности сваи

Грузоподъемность фундамента по прочности сваи ведут по наиболее нагруженной свае как внецентренно сжатого стержня согласно рекомендациям п.п.4.5.21-4.5.24 [3], 6.3.1 и 6.3.9.

Усилия в голове сваи приведены в таблице Г.1.6, расчетные характеристики материалов сваи - по таблице Г.1.8.

Таблица Г.1.8 - Материалы сваи опоры

Армирование сваи принято в соответствии с типовым проектом выпуск 70 (рисунок Г.3.3).

Жесткость поперечного сечения сваи при изгибе и сжатии определена с учетом трещин в растянутой зоне и пластических деформаций в сжатой зоне сечения (при помощи коэффициента 0,8)

тс·м.

При определении критической силы (см. п.4.5.8 [3]) рассчитываемая свая принята как свободный от грунта стержень, жестко заделанный на расстоянии от подошвы ростверка. Величина определена по формуле (6.3.1)

м,

где = 0 - длина участка сваи, расположенного выше расчетной поверхности грунта, м; 0,674060062 м - коэффициент деформации сваи, определен по формуле (6.3.2) при следующих параметрах: 345,67 тс·м - жесткость поперечного сечения сваи при изгибе; 506,37 тс/м - приведенный коэффициент пропорциональности грунта (п.Б.2.6); 0,3 м - толщина сваи; 0,95 м - условная (расчетная) ширина сваи (п.6.3.2)).

Расчетная свободная длина стержня принята в запас прочности без учета заделки сваи в ростверк м.

Дальнейший порядок расчета грузоподъемности внецентренно сжатого стержня аналогичен представленному в примере Г.3 и здесь не рассматривается.