Расчет шпунтового ограждения: 🔨 цели расчётов, методы, особенности, что необходимо учесть

Содержание

Расчет шпунта и шпунтовых ограждений

Возведение шпунтового ограждения начинается с проектирования, на этом этапе производится оценка условий строительной площадки и возможность геотехнических рисков, составляется проект на проведение работ. На основе этого проекта выполняются многочисленные математические и аналитические расчеты шпунтов.

Поскольку установка шпунтового ограждения является достаточно серьезным строительным процессом, любые нарушения которого могут обернуться неприятными последствиями, то расчет должны производить профессиональные специалисты или компании, имеющие лицензии на такие работы. Следовательно в конце мы порекомендуем обратиться к таким специалистам.

Расчет шпунтового ограждения

Во время расчета шпунтового ограждения, определяются:

  • параметры требуемого сечения шпунта,
  • глубина его забивки 
  • необходимость принятия дополнительных мер по укреплению.

  

В ходе сооружения шпунтового ограждения нагрузка давления грунта на шпунт одинакова с обеих сторон.

В процессе выемки грунта это равновесие нарушается, потому что снижается сила давления грунта внутри котлована. Поэтому забивка шпунта в грунт начинается с расчета шпунтового ограждения, в котором учитываются действующие снаружи нагрузки и необходимые характеристики шпунтовой стенки. Чаще всего для этого пользуются методом, основанным на теории предельного равновесия грунтов.

Полезный для Вас материал:

 

Методики расчета шпунтовых стенок

Для расчета шпунтов пользуются графоаналитическим методом упругой линии, известным также как метод Блюма — Ломейера, или формулой, в которой учтены такие параметры, как глубина котлована, размер вертикальных нагрузок от сооружения, предусмотренный проектом и показатели давления (активного и пассивного) грунта и воды.

При расчете необходимо обратить внимание на вид шпунтовых стенок, которые могут быть безанкерными или анкерными.

Это важный момент, потому что в первом случае точка оборота шпунта находится на дне котлована, а во втором – в месте установки анкерной растяжки.

Для расчета шпунтов берут за основу такие параметры глубины погружения:

  • для водозащитной подушки – от 1 м для любого грунта,
  • для плотных грунтов – от 1 м,
  • для глинистого, песчаного, илистого и суглинистого грунта – от 2 м.

Согласно стандарту СТП 136-99 расчет шпунтовых ограждений определяет параметры устойчивости положения и прочности материала их элементов на различных стадиях разработки котлована, параметры устойчивости днища котлована против выпучивания, минимальная глубина забивки шпунта, расчетное сопротивление элементов и другие показатели.

Формулы расчета по шпунтам

Для расчета устойчивости стены на опрокидывание

,

в которой Mz и Mu — соответствующие расчетные моменты удерживающих и опрокидывающихся нагрузок, m – коэффициент для вязких грунтов, Yn — коэффициент надежности.

Расчет прочности шпунтовой стены

,

где Мр – расчетный момент в сечении шпунтовой стены, Wcm – момент сопротивления шпунтовой стенки (берется из справочников для данного типа шпунта), Rу – расчетные параметры сопротивления материала обвязки, m – коэффициент условий работы.

Частые вопросы

 — какая допустимая высота шпунта остаётся над поверхностью земли для возможности его перестановки на следующую захватку ?

— Это зависит от модели вибропогружателя,в среднем 30-40см.

 — Какова оборачиваемость шпунта Ларсена при забивке в суглинистых и песчанных грунтах ?

— Если есть опыт, то импортный шпунт до 20 раз,отечественный до 13раз.


Материалы для Вас:

Использование компьютерных программ для расчёта

Для расчета шпунтового ограждения можно применять различные программные продукты, в частности большое распространение получила программа СпИн, имеющая дружественный пользовательский интерфейс. С ее помощью можно получить данные о ширине или диаметре шпунта из труб, шаге установки и необходимой глубине забивки, а также информацию о рекомендуемом типе стены (анкерная или безанкерная). На скриншоте продемонстрированы примеры окна программы для детального расчета шпунтовых ограждений.

Рассчитать шпунт Ларсена можно и в СКАДe, а также с помощью программного комплекса «ЛИРА».

Мы занимаемся фундаментными работами

Специалисты нашей компании выполнят расчёт, поставку и погружение шпунтовых свай на Ваши объекты. Мы работаем с разными видами фундаментов, имеем богатый опыт.
 
 
Наша компания занимается фундаментными работами в Москве и регионе — обращайтесь, поможем!

 

Методики и формула расчета шпунтового ограждения, программы для расчета

На чтение 3 мин. Просмотров 1.5k.

Для того что бы возвести шпунтовое ограждение необходимо заранее подготовить проект будущего строения. На основе составляемого проекта проводятся расчеты, которые позволяют сделать предварительный анализ шпунтового ограждения. Для того что бы с возведением ограждения не возникало никаких проблем, расчёты следует предоставить профессионалам.

Зачем нужен расчет шпунтового ограждения?

Расчет шпунтового ограждения необходимо для поддержания необходимых мер безопасности. Для укрепления шпунтовых ограждений подвергаются следующие объекты:

  • Наличие котлованов в почве имеющую песчаную структуру глубиной более 1м.
  • Наличие котлованов в глинистом грунте
  • Котлованы в грунтах с повышенной плотностью

Необходимость установления шпунтового ограждения предотвращает обрушения, которые могут возникнуть при строении.

Расчет шпунтового ограждения необходим:

  • Для определения необходимого размера и типа шпунта
  • Определение необходимой глубины, на которую нужно укрепить шпунт, для безопасности при проведении строительных работ
  • Необходимость расчетадополнительных мер закрепления шпунтового ограждения

Процесс расчета

Во время проведения расчета учитывают некоторые факторы:

  • Глубина будущего котлована
  • Силу давления грунта на строение ограждения
  • Силу давленияпассивного на ограждения из шпунтов
  • Давление грунта вертикальное на погружение грунта

Последовательность в процессе расчета:

  • Построение расчетной схемы
  • Нанесение отметок наличия котлована и шпунтового ограждения
  • Нанесение возможных временных нагрузок
  • Проведение вычисления всех возможных нагрузок
  • Построение эпюры давления
  • Подсчет сил сосредоточенных на площади 1 м ограждения

Методики расчета

Выделяют несколько методов расчета:

  • Графоаналитический метод – этот метод предусматривает разделение эпюры давления на 13-20 участков и вычисление площади каждого участка в отдельности. При расчете большое внимание уделяется на вид шпунтовых ограждений они могут быть анкерными или без анкерными.
  • Метод расчета по формуле – используют формулы для необходимых параметров строения

Для расчетов   шпунтового строения используют следующиепараметры:

  • Необходимая глубина погружения
  • Сопротивление строительных элементов
  • Устойчивость дна основания
  • Минимальная глубина необходимой забивки шпунта

Формулы

Для расчета используют следующие формулы:

  • Для выявления устойчивых свойств стены:

Мu=m /Yn х Мz

Mz – удерживающие нагрузки

Мuопрокидывающие нагрузки

m  – Коэффициент определяющий вязкость грунта

Ynкоэффициент надежности

  • Расчет несущей способности:

F=Yc(YaRA+UYsfh)

Yc показатель грунтовых работ

f  — сопротивление грунта с боку

А сечение сваи

Rпериметр

  • Расчет свойств прочности шпунтового ограждения:

_MP__=Rym

Wcm

MP сечение шпунтового ограждения

Wcm сопротивление шпунтового ограждения

Ry сопротивление материалов обвязки

коэффициент отвечающий за условия работы

Программы для расчета

Для расчета шпунтового ограждения можно использовать  следующие программы:

  • Программа –«Mathcad»
  • Программа –«Build CalC»
  • Программа «Wall-3»
  • Расчетная программа «Foundationоn4»
  • Бесплатная программа «PCSheetpileWall»
  • Программа расчета Ренгач В. Н

Использование программ позволяет быстро и качественно рассчитать необходимые данные для дальнейшего строения шпунтовых  ограждений

Расчет строения шпунтовых ограждений сложный и трудоемкий процесс. Самостоятельно сделать такие расчеты проблематично, лучше обратиться к опытным специалистам за необходимой консультацией.

Особенности расчета шпунтового ограждения | СУ-77

Любое строительное мероприятие начинается с создания проекта. Процесс возведения ограждения из шпунта невозможен без этого этапа. При проектировании осуществляется объективная оценка всех вероятных рисков, которые могут возникнуть.

Процесс создания ограждения – это весьма значимая процедура в строительстве. Любые погрешности и недочеты в расчетах могут обернуться серьезными неприятностями. 

Особенности расчета шпунтового ограждения

При проведении такого исследования определяются следующие величины:

  • выявляется необходимое сечение шпунта;
  • рассчитывается глубина погружения в почву;
  • подбирается укрепление (его целесообразность, необходимость использования дополнительных конструкций).

При возведении ограждения давление со стороны почвы равномерно со всех сторон. Когда грунт вынимается в процессе создания котлована, равновесие теряется. Это объясняется тем, что внутри котлована значительно понижаются показатели.

По этой причине нужно обязательно учитывать как внешние нагрузки, так и особенности шпунтовой стенки. Для определения оптимальных показателей используется теория о предельном равновесии грунтов.

Расчет стенок 

Чтобы выполнить верный и точный расчет стенок, используется метод упругой линии. Это специальная формула, учитывающая такие важные показатели, как максимальная глубина создаваемой ямы под котлован, нагрузка от самого здания, давление почвы, воды.

Возводимые стенки бывают анкерными и безанкерными. Необходимо учитывать тип стенок, потому что безанкерные конструкции имеют точку вращения шпунта на самом дне котлована, а анкерные – там, где установлена растяжка.

Для расчета нужно обязательно учесть данные создаваемой подушки:

  • для всех видов почвы – от 1 м;
  • для типов почв с наибольшей плотностью – также от 1 м;
  • для типов почв с песками и глиной – от 2 м.

Согласно общепринятому стандарту, при расчете шпунтового ограждения определяются следующие параметры:

  • устойчивость положения;
  • устойчивость дна котлована к пучению почвы;
  • наименьшая глубина погружения;
  • прочность материалов;
  • сопротивление всех элементов.

Основные задачи

Расчет подразумевает определение следующих параметров:

  • габариты, прочностные качества материала;
  • непосредственно глубина забивки;
  • мероприятия по организации вспомогательных укреплений.

Сами же шпунты, в зависимости от материалов изготовления, делятся на следующие типы:

  • древесные;
  • железобетонные;
  • стальные;
  • полимерные и композиционные.
Древесный Железобетонный Стальной Полимерный

Изделия на основе железобетона и дерева не предназначены для создания конструкций временного типа. Разновидности из дерева – это самый демократичный тип, но такие изделия плохо переносят последующий демонтаж. Демонтаж бетонных конструкций, которые стоят дорого, не окупается. Подводя итог, можно смело сказать, что и первый и второй варианты используются однократно.

Изделия из пластика можно использовать многократно, но стоит ли говорить, что они значительно уступают по прочности конструкциям из металла или железобетона. Именно поэтому чаще всего мы рекомендуем использовать именно металлические шпунты. Вот лишь некоторые их достоинства:

  • хорошее соотношение массы, прочности и их размеров;
  • не возникнет проблем с монтажом, демонтажем;
  • долговечность, а, следовательно, и экономичность.

Металлические шпунты стоят в разы дороже пластиковых аналогов, но в итоге потребитель заплатит намного меньше. Наша организация готова помочь установить и демонтировать такие ограждения.

Расчет шпунтового ограждения. Наиболее популярный метод

При проведении расчета стоит воспользоваться графоаналитическим способом упругой линии. Кстати, многие этот метод знают в качестве правила Блюма-Люмейра. Потребуется воспользоваться формулой, которая содержит в себе различные показатели – глубину самого котлована, давление грунтового слоя, уровень нагрузки от будущего здания.

Осуществляя вычисления, нужно обязательно учесть особенности шпунтовых стенок, ведь они могут быть как анкерными, так и безанкерными. Этот параметр определит точку оборота шпунта. В первом случае (анкерном) точка будет в месте установки анкерной растяжки, а во втором – непосредственно в котловане.

Все расчеты шпунтового ограждения ведутся с учетом главного параметра – глубины заглубления:

  • для так называемой защитной подушки — от 1 м.;
  • для плотных грунтов— от 1 м.;
  • для грунтов, где преобладают песок и глина — от 2 м.

По стандарту расчёт выявит устойчивое местоположение и прочностные свойства выбранного материала на разных этапах строительства котлована, коэффициент противостояния дна котлована, глубину погружения самого шпунта и многие иные значимые характеристики.

Использования специализированных программ для упрощения проведения вычислений

Для корректных расчетов шпунтового ограждения нередко используются специально разработанные компьютерные продукты с качественным интерфейсом. Например, для этих целей отлично подойдёт программа «СпИн». Здесь удастся рассчитать глубину, ширину шпунта из труб, частоту их установки, а также получить дополнительные рекомендации и советы о необходимом типе стены.

Мы возводим шпунтовые ограждения в Москве и Московской области. У вас есть возможность воспользоваться полным комплексом услуг по возведению шпунтовых стенок. Это будет намного дешевле, нежели заказывать каждую услугу по отдельности.

Чтобы воспользоваться нашими услугами, достаточно лишь позвонить нам или же заполнить форму обратной связи на сайте. После того, как наш сотрудник обследует объект, вам будет предоставлен договор, где обозначены чёткие сроки исполнения заказа, цены на услуги.

Расчёт шпунтовой стенки | Ограждения котлованов — проект | GEO5

Расчёт шпунтовой стенки

class=»h2″>

Расчёт шпунтовой стенки выполняется стандартным образом с учётом воздействия давлений грунта (в общем случае позади конструкции действует активное давление, а перед конструкцией — пассивное давление).

При расчёте по теории предельных состояний программа с помощью итерации ищет такую точку на стене, которая удовлетворит условию уравнения моментов:

Далее, для этой точки программа ищет положение подошвы стенки, которое удовлетворяет условию равновесия сдвигающих усилий ( вычисление глубины заделки). Таким образом наxoдят длину конструкции в грунте.

При расчёте по коэффициенту надежности программа при помощи итерации ищет точку, которая удовлетворяет условию

Очевидно, что распределение внутренних сил при таком порядке расчёта далеко не реально, однако в некоторых странах требуют именно такой порядок расчёта.

На расчёт можно повлиять, во-первых, выбором минимального измеряемого давления, во-вторых, редукцией пассивного давления. Если принять полное пассивное давление грунта, то чаще всего получаем деформации конструкции, появление которых не реально. Фактически значение пассивного давления грунтов при нулевой деформации конструкции может равняться статическому давлению, а также и принимать более высокие значения вплоть до такого, когда происходит полная деформация конструкции (опрокидывание прим. 10 мRad, т.е. деформация 10 мм на 1 м высоты конструкции). По этой причине целесообразно принимать более низкие значения пассивного давления при помощи «Коэффициента редукции пассивного давления» меньшего или равного 1. Рекомендованы следующие значения:

  • 0,67 — деформация уменьшается прибл. на половину,
  • 0,50 — приблизительно соответствует деформации конструкции, к которой приложено повышенное активное давление грунта,
  • 0,33 — приблизительно соответствует деформации конструкции, к которой приложено статическое давление, деформация конструкции составит приблизительно 20% от исходной.

Расчет шпунтовых ограждений котлованов, расположенных ниже уровня воды

Шпунтовое ограждение котлованов рассчитывают, чтобы определить необходимую глубину забивки шпунта ниже уровня дна котлована, а также для того, чтобы определить сечение шпунтовых свай и  дополнительных креплений (распорок, обвязок). Расчет на прочность и устойчивость проектируемого шпунтового ограждения следует выполнять на стадии полного удаления воды и грунта со дна котлована, в процессе разработки распорных креплений для шпунтового ограждения котлована, а также во время обратной засыпки грунта в котлован и снятия этих креплений.

Мы постараемся рассмотреть случаи расчета шпунтовых ограждений котлованов, которые расположены на горизонтальном грунте в отсутствии над шпунтовым ограждением дополнительных нагрузок в виде стройматериалов, транспортных средств или оборудования.

В тех шпунтовых ограждениях, которые заглублены в супеси или пески, кроме обычного расчета, также в обязательном порядке нужно проверять глубину забивки шпунтовых свай ниже уровня дна котлована или же отметки размыва, чтобы исключить наплыв грунта в котлован во время откачки из него воды.

Независимо от того, каким будет результат расчета, глубина забивки шпунта ниже уровня котлована должна быть, в случае текучих глин, а также водонасыщенных илов и прочих мягких грунтов, не меньше, чем 2 метра, в остальных же случаях ограничение уменьшается до 1 метра (кроме скальных грунтов). Минимальная глубина забивки шпунта определяется, чтобы исключить опасность наплыва грунта во время откачки воды.

Расчетные давления грунта и воды получаются из умножения известных нормативных давлений на коэффициент надежности по нагрузке (или перегрузке). При этом, коэффициент перегрузки принимает значение 1,2 для активного давления грунта и 0,8 – для пассивного.

Влияние фильтрационного потока во время откачки воды из котлована в расчетах не учитывается.

При строительстве шпунтового ограждения в водопроницаемых грунтах с подводной водозащитной подушкой в расчете также нужно учитывать дополнительные параметры. Например, при расчете шпунтового ограждения в тот момент, когда водозащитная подушка еще не будет забетонирована, нужно учесть еще и гидростатическое давление, которое будет приложено во время откачки воды из котлована. Вода, как правило, откачивается на ту глубину, которой будет достаточно для того, чтобы появилась возможность установить ярус креплений. Она составляет, по крайней мере, 1,5 метра.

Также необходимо учитывать и виды шпунтовых ограждений.

При расчете шпунтового ограждения, вбиваемого в водонепроницаемые грунты (глины и суглинок), которые расположены ниже горизонта воды, следует учитывать также и горизонтальные нагрузки.

 

Расчет шпунтового ограждения котлована

Современные геотехнические методы расчета шпунтового ограждения котлована можно разделить на две группы:

  • Аналитические расчеты,
  • Расчеты методом конечных элементов с использованием программных комплексов — Plaxis расчеты.

Аналитический расчет шпунтового ограждения

Расчет шпунтового ограждения котлована аналитическими методами, выполняется по двум наиболее известным подходам:

Расчет по схеме Якоби.

В этом случае глубина погружения стенки определяется только условием обеспечения ее статического равновесия против выпора.

Метод упругой линии (Блюма-Ломейера)

При использовании графоаналитического метода Блюма-Ломейера, глубина погружения определяется из условия получения минимальных значений изгибающих моментов в стенке.

Рисунок 1. Различие подходов аналитического расчета ограждения котлована

В основе аналитических расчетов заложена теория предельного равновесия, основанная Шарлем Кулоном в 1773 году.

На практике, перечисленные методы позволяют определить требуемую длину ограждающей конструкции исходя из условия ее предельного равновесия.

В качестве исходных данных для расчета шпунтового ограждения требуются параметры: удельный вес грунта, удельное сцепление, угол внутреннего трения. Перечисленные параметры могут быть определены достаточно быстро, полевыми методами, в лаборатории или же приняты по справочным данным. Это является преимуществом аналитического метода, поскольку позволяет быстро выполнить анализ в первом приближении и в дальнейшем сопоставить результаты, полученные при более сложном анализе.

Аналитические методы расчета шпунта, при своей простоте, обладают целым рядом недостатков, связанных прежде всего с ограничениями и допущениями, заложенными в теории расчета:

  • предполагается, что плоскости скольжения являются плоскими, когда на самом деле они криволинейные,
  • значение давления на ограждающую конструкцию не зависит от направления и величины ее перемещения, когда на практике давление может принимать значения от активного до пассивного,
  • призма обрушения ведет себя как твердое тело, что делает возможным использование теории равновесия,
  • при выполнении расчетов не учитывается жесткость ограждающей конструкции, определение изгибающих моментов и требуемой жесткости ограждения выполняется постфактум.

Аналитические методы, при всех своих преимуществах не позволяют определить реальные перемещения ограждающей конструкции, а также выполнить геотехнический прогноз влияния строительства на окружающую застройку.

На сегодняшний день существует множество программ, которые позволяют выполнить расчет шпунтового ограждения котлована без трудоемких графических построений и громоздких формул.

Выполняя геотехнические расчеты аналитическими методами, всегда необходимо помнить об ограничениях данных методов, относиться к полученным результатам с недоверием и всегда проверять полученные результаты альтернативными методами, прежде чем использовать их в проекте шпунтового ограждения.

Расчеты методом конечных (FEM – final element method)

Геотехнические расчеты методом конечных элементов выполняются с использованием специализированных программных комплексов, специально разработанных для анализа деформаций и устойчивости геотехнических сооружений. Программы позволяет поэтапно моделировать процессы строительства и экскавации грунта, приложения нагрузок, изменения уровня грунтовых вод, решать задачи консолидации и оценки влияния нового строительства на окружающую завтройку.

Рисунок 2. Сравнение плоской и пространственной постановки задачи в программном комплексе Plaxis

Наибольшую популярность среди программных комплексов расчета шпунтового ограждения получили программы Plaxis и Midas GTS NX.

Среди других геотехнических программных комплексов, получивших определенное признание и популярность в мире, следует выделить:

Программы поставляются в различных вариантах, к примеру компания Plaxis BV выпускает программы отдельно для плоских расчетов – Plaxis 2D и отдельно для пространственных расчетов – Plaxis 3D. Компания Midas выпускает программу GTS NX с базовой функцией выполнения как плоских, так и пространственных расчетов.

Стоимость перечисленных программ является довольно высокой. Комплекс для решения задач в плоской постановке может стоить порядка 15000 евро, комплекс для расчета задач в пространственной постановке может обойтись вам в 25000 евро и более.

Специализированные комплексы позволяют выполнять следующие геотехнические расчеты:

  • расчеты устойчивости склонов и насыпей,
  • расчет конструкций инженерной защиты, методов крепления склонов нагелями, подпорными стенками, габионами и другие,
  • расчет фильтрации грунтовых вод,
  • расчет консолидации грунтов,
  • расчеты оснований и фундаментов, расчет осадки здания,
  • расчет шпунтового ограждения и временных конструкций его крепления, при проектировании котлованов,
  • расчет тоннелей,
  • динамические расчеты, расчеты на сейсмическое воздействие,
  • оценка влияния нового строительства на окружающую застройку – это одно из главных преимуществ использования современных программ. Специализацией нашей компании является геотехническое обоснование строительства,
  • определение зоны влияния нового строительства

Поскольку каждая из программ имеет свои преимущества и недостатки, мы выполняем геотехнические расчеты с использованием трех программных комплексов, в зависимости от сложности поставленной задачи. За более чем 8 летний стаж мы хорошо знаем какой метод позволит получить наиболее реалистичный результат и определить наиболее экономичное конструктивное решение выполняя проект котлована.

 

В большинстве случаев достаточно выполнить расчет в плоской постановке, однако, если выполняется проектирование котлована сложной формы, пример которого показан на рисунке ниже, геотехнический расчет шпунтового ограждения в плоской постановке может дать чрезмерный запас. Связано это с тем, что любые углы — это элементы большой жесткости, а учет пространственной жесткости может дать значительный экономический эффект, что необходимо учитывать выполняя проект ограждения котлована.

Рисунок 3. Пример котлована сложной формы

Необходимо отметить важную роль, которую играет инженер-геотехник, при выполнении геотехнических расчетов как аналитическими методами, так и с использованием современных программных комплексов. В условиях отсутствия специализированного образования, хороший геотехник это большая редкость. Для воспитания хорошего специалиста могут потребоваться года. К области знаний инженера-геотехника предъявляются особые требования, в которые должны входить:

  • Глубокое понимание методов геотехнических расчетов, их преимуществ и ограничений,
  • Инженерные знания. Понимание принципов работы строительных конструкции, основы курсов сопротивления материалов, строительной механики и других базовых навыков инженера-строителя,
  • Знания в области инженерно-геологических изысканий, полевых и лабораторных методов получения параметров грунтов. Обработка данных с целью получения необходимых параметров для использования в современных комплексах. Проверка адекватности параметров, полученных геологами.
  • Знания в области организации строительства и технологий выполнения работ, существующих методов устройства свай, ограждающих конструкций, методов откопки котлована. Необходимо знать пределы применимости той или иной технологии.
  • Опыт моделирования в программных комплексах. Как известно, одну и ту же конструкцию можно смоделировать разным образом. Задача геотехника наиболее точно отразить поведение конструкции, здания и других элементов расчетной схемы. Это невозможно сделать, если постоянно не совершенствовать навыки, не сомневаться и не проверять расчеты другим, альтернативными методами. В связи с этим, нами отводится особая роль исследованиям, выступлениям на международных конференциях, накоплению знаний и преемственности.
  • Опыт практической реализации проектов. Только он позволяет понять с какими трудностями приходится сталкиваться строителям на площадке. Опыт позволяет принимать решения, которые будут одновременно надежными и простыми в исполнении. Позволяет сопоставить результаты геотехнических расчетов с реальностью выполнения проекта шпунтового ограждения котлована в жизнь.

Инженер-геотехник объединяет в себе области знаний инженера-строителя и инженера-геолога. Он является их соединительным звеном и неотъемлемой частью процесса проектирования.

Мы специализируемся на выполнении расчетов и проектировании котлованов любой сложности. Позвоните нам, чтобы получить бесплатную консультацию.

2.2.Е. Расчет шпунтовых ограждений

— Шпунтовые стенки рассчитывают по первой группе предельных состояний;

— Подавляющее большинство методов основано на классической теории предельного равновесия грунтов (Ea, Eп, Eо)

Рис. 14.6. Работа безанкерной шпунтовой стенки:

а – действующие силы; б – фактическая эпюра давления грунта; в – эпюра давления грунта, принятая в расчете; 1 – активное давление; 2 – пассивное давление; 3 – предельное активное давление; 4 – предельное пассивное давление.

Безанкерные шпунтовые стенки (рис. 14.6)

Задача состоит в определении глубины ее забивки, усилий, действующих в стенках, и размеров поперечного сечения шпунта.

— Принимается, что под действием Ea, стенка стремится повернуться вокруг т.О, расположенной на некоторой глубине to ниже дна котлована

— Устойчивость стенки обеспечивается вследствие уравновешенного активного и пассивного давления грунта с разных ее сторон.

— За счет перемещений и гибкости стенки получается довольно сложным криволинейная эпюра давлений грунта на стенку (рис. 14.6. б)

— С целью упрощения расчета эта эпюра заменяется на более простую (рис. 14.6. в). После этого задача становится статически определимой с двумя неизвестными to и Eр’, которые находятся из уравнений равновесия.

равновесие момента относительно т. О

∑Мт.о.=0 следовательно приводит к уравнению 3й степени относительно to; to

будучи определена, позволяет найти Eр’ из ∑X=0 – уравнение равновесия горизонтальных сил.

— Поскольку полученная to определена из условия предельного состояния, для обеспечения запаса, ее увеличивают на величину ∆t

полная глубина заделки шпунтовой стенки ;

∆t определяется из условия реализации обратного отпора грунта Eр

где qto – вертикальное давление грунта на глубине приложенной силы Eр

λр, λа – коэффициент активного и пассивного давления грунта

— На практике чаще всего составляется только одно уравнение моментов, не содержащее Eр’, и определяется to, а полная заделка шпунтовой стенки в грунт принимается равной

Анкерные шпунтовые стенки

— В зависимости от жесткости стенки различают 3 расчетные схемы:

Рис. 14.7. Расчет заанкеренной стенки схеме Э.К.Якоби:

а – схема работы стенки; б – расчетная схема

Критерий жесткости шпунтовой стенки определяется отношением:

dav – приведенная высота стенки

J – момент инерции приведенного сечения стенки «М»

D – ширина шпунтины, м;

t – глубина заложения стенки, м.

— При — стенка повышенной жесткости (ж/б стена или стенка из буронабивных свай) ее следует рассчитывать по схеме «свободного опирания».

Свободно опертая стенка (схема Э. К. Якоби)

— Расчет исходит из предположений, что в момент потери устойчивости стенка под действием сил активного давления грунта Ea, будет поворачиваться вокруг точки крепления анкера (рис. 14.7 а). При этом на дне котлована возникает выпор грунта и реакция массивного давления

Упрощенная расчетная схема – рис.14.7. б

— Необходимо найти:

— to,- длина заделки стенки;

— R — усилия в стенке и в анкере;

— подобрать сечение стенки и анкера.

За расчетное значение заделки принимают

Заделанная стенка (схема Биома-Ломейера) или (метод упругой линии)

  • Расчет ведется в предположении, что нижний участок забитой части стенки полностью защемлен в грунте.

  • Упрощенная диаграмма строится по аналогии т.О расположена на расстоянии 0,2to от нижнего конца стенки (рис. 14.8)

  • Задача статически неопределенна, т.к. содержит три неизвестные:

t ; R; Усилие в анкере; и Eр

Рис. 14.8. Расчет заанкерной стенки по схеме Блюма-Ломейера:

а – схема работы стенки; б – расчетная схема.

Необходимо помимо уравнений равновесия добавочное условии – это равенство …угла поворота защемленного участка в месте заделки стенки, т.е. в т. О

— Решение ведется методом последовательных приближений.

  1. Задаемся to — глубиной заделки, определяем t

  1. Из уравнение равновесия находим R и Eр

  2. Строим эпюру изгибающих моментов выше т.О

  3. Путем двойного интегрирования составленного уравнения моментов получаем уравнение упругой линии стенки.

(Две постоянные интегрирования определяются из условия, что точка анкеровки и т.О являются неподвижными)

  1. Из уравнения упругой линии стенки определяют угол ее поворота в т.О

Если угол θ≠0, то изменяем глубину to и производим действия п.п 1-5 заново.

  1. Дальнейший расчет заключается в построении эпюры изгибающих моментов и определении Ммах, по которому проверяют сечение шпунта.

— Объем вычислений можно существенно сократить если использовать графоаналитический метод расчета, изложенный в справочнике проектировщика.

Проектирование и расчеты

[iSheetPile] — Думайте за пределами коффердама

Лучшее понимание модуля упругости сечения, расчетного момента и момента инерции

И момент инерции, и модуль упругости сечения являются измерениями относительной жесткости поперечного сечения стальной сваи.

Вообще говоря, I (момент инерции) — это геометрическое значение, используемое для определения жесткости и поэтому важно для определения прогибов в вертикальном поперечном сечении и используется для более общих расчетов по сравнению с модулем упругости сечения, который обычно используется для определения сопротивление в горизонтальном поперечном сечении изгибающим моментам.

При расчете напряжения в стальной свае формула с использованием I имеет следующий вид:

напряжение = M * y / I

, где M — изгибающий момент в точке стальной сваи (так называемый расчетный момент), а y — вертикальное расстояние от оси изгиба в середине (центроид) поперечного сечения. Это общая формула, потому что вы можете определить напряжение в любой точке поперечного сечения, подставив значение для y.

Однако для большинства строительных работ с использованием стали инженеров не так заботит, какое напряжение находится на заданном расстоянии от центра тяжести стальной сваи, как их волнует, когда она уступит место.Следовательно, модуль сечения является более важным и полезным критерием сравнения и расчета. Чтобы определить модуль упругости Z, вы разделите момент инерции на y.

Следовательно,

Z = I / y

Почему это более полезно для инженеров? Потому что, если вы измените это, это также означает, что

I = Z * y

Подставьте это в формулу напряжения, и вы получите:

напряжение = M * y / Z * y

Y отменили, и теперь у вас есть:

напряжение = M / Z

Это напряжение в крайнем волокне балки, что является наихудшим сценарием. И, очевидно, наихудший сценарий — это то, что инженеры-строители обычно проектируют, с точки зрения проектирования стальной шпунтовой сваи для максимальной прочности.

Примечание: для большинства проектов стальных свай, на строительство которых выставляются заявки, лучше всего иметь указанный проектный момент (например, 100 тыс. Дюймов / фут), с которым инженеры могут работать, а не конкретный стальной профиль, как это не говорит инженерам о точных нагрузках, с которыми им нужно работать.

Формулы для расчета нейтральной оси, момента инерции и модуля сечения

e = (A b xh b /2) + ((h b -f b /2) x A c1 A c2 )) / A b A c1 + А c2

Тогда общий момент инерции рассчитывается по формуле:

I k = ((eh b /2) 2 x A b ) + ((e — (h b -f b /2)) 2 x (A c1 + A c2 ))

и:

I T = n (I b + I k + I s ) + 2I s

Следовательно, модуль упругости сечения можно рассчитать по формуле:

(I T / e) / л

где:

I b = момент инерции балки
I с = момент инерции листа
I c1 = момент инерции соединителя 1
I c2 = момент инерции соединителя 2
l = ширина панели
n = количество балок
h b = высота балки
f b = толщина полки балки
A b = площадь балки
A c1 = площадь соединителя 1
A c2 = площадь соединителя 2

Расчет модуля упругости сечения по заданному расчетному моменту

Расчет модуля упругости сечения по заданному расчетному моменту

S = M / F и

S = модуль упругости сечения
M = расчетный момент
F a = допустимое напряжение изгиба

Вот конкретный пример того, как определить требуемый модуль упругости сечения при расчетном моменте 650 тыс. Фут / фут для различных марок стали:

С использованием ASTM 572 Grade 50:
Учитывая, что инженерный корпус армии США имеет допустимое напряжение изгиба 25 тысяч фунтов на квадратный дюйм для стали A572 Grade 50 (см. Ниже), модуль упругости сечения = 650 тыс. Футов / фут x 12 дюймов / фут / 25 к / дюйм 2
Следовательно, требуемый модуль упругости сечения составляет 312 дюймов 3 / фут
При использовании S430 GP:
Модуль упругости сечения = 650 тыс. Фут / фут x 12 дюймов / фут / 31.2 к / дюйм 2
Следовательно, требуемый модуль упругости сечения составляет 250 дюймов 3 / фут
Руководство инженера армии США по проектированию шпунтовых свай от 1994 г. рекомендует учитывать коэффициент безопасности для допустимого напряжения изгиба 50% (0,50). Следовательно (F a = 0,50 x _____ тысяч фунтов на квадратный дюйм данной марки стали)
Следовательно:
A572 Grade 50 (50 тысяч фунтов на квадратный дюйм) имеет допустимое напряжение изгиба F a = 25 тысяч фунтов на квадратный дюйм
S355 GP (52 тысячи фунтов на квадратный дюйм): F a = 26 тысяч фунтов на квадратный дюйм
A572 Grade 60 (60 тысяч фунтов на квадратный дюйм): F a = 30 тысяч фунтов на квадратный дюйм
S430 GP (62. 4 тысячи фунтов на квадратный дюйм): F a = 31,2 тысячи фунтов на квадратный дюйм

1 тысяча фунтов (тыс. Фунтов) = 1000 фунтов
1 тысяча фунтов на квадратный дюйм = 1000 фунтов / кв. Дюйм

ASTM 572 Grade 60 по сравнению с S430 GP

Эти два очень похожи. По сути, S430 GP следует рассматривать как более сильную альтернативу стали ASTM A572 Grade 60 из-за того, что она имеет минимальный KSI 62 по сравнению с KSI 60 в ASTM A572 Grade 60.

S430 GP — это нелегированная сталь, используемая в шпунтовых сваях в соответствии с EN 10248. Химические требования и механические свойства S430 GP сопоставимы с ASTM A572-60, как показано ниже.(YS и UTS для S430 GP преобразуются в тысячи фунтов на квадратный дюйм из МПа.)

Химия

Все значения являются максимальными.

Элемент EN 10248 S 430 GP ASTM A572-60
С 0,24 0,26
Mn 1,60 1,35
п. 0,040
S 0,040 0.050
Si 0,55
0,009

Механические свойства

EN 10248 S 430 GP ASTM A572-60
YS MIN 430 МПа (62,4 тыс. Фунтов / кв. Дюйм) 60 тысяч фунтов / кв. Дюйм
UTS MIN 510 МПа (74,0 тыс. Фунтов / кв. Дюйм) 75 тысяч фунтов / кв. Дюйм
E * мин. 19% 16% (8 дюймов GL), 18% (2 дюйма GL)

Относительное удлинение для S430 GP рассчитывается с использованием измерительной длины Lo, пропорциональной CSA испытуемого образца Lo = 5.65√Ст. Относительное удлинение для A572-60 рассчитывается с использованием расчетной длины 8 дюймов или 2 дюймов согласно ASTM A370.

Введите размеры стены, и приведенные ниже значения будут скорректированы автоматически.

Проектирование стен из шпунтовых свай | Проектирование котлована

Шпунтовые сваи, которые соединяются в замках, образуют сплошную стену. Чаще всего эта конструкция используется для создания коффердамов или для временной защиты котлованов. Шпунтовые сваи обычно утрамбовываются или вибрируют. Постоянные шпунтовые стены строятся также как часть защиты от наводнений, стены насыпи, а также их можно использовать в процессе рекультивации загрязненных почв.

Программа GEO5 Sheeting Check используется для создания сложных конструкций подпорных стен из шпунтовых свай, закрепленных на якорях или подпорках (также поддерживаются стены из диафрагм, свай или солдатских свай). Он позволяет пользователю моделировать реальное поведение конструкции, используя этапы строительства, рассчитывать деформацию и давления, действующие на конструкцию,
проверять внутреннюю устойчивость анкера или проверять поперечные сечения стали, железобетонной конструкции или древесины, а также несущую способность конструкции. якоря.

Программа GEO5 Sheeting Design используется для быстрого проектирования консольных стен из шпунтовых свай или базового проектирования стен из шпунтовых свай (анкерных стенок). Программа рассчитывает необходимую длину конструкции в грунте,
внутренние силы, действующие на конструкцию, и проверяет поперечные сечения (железобетон, сталь, винил, дерево).

Обе программы содержат множество предварительно определенных типов поперечного сечения стали от следующих производителей шпунтовых свай: Arcelor Mittal, Vítkovice Steel, Agastyl, Skyline, ThyssenKrupp, Gerdau, Bethlehem Steel, Mer Lion Metals.
Также поддерживаются виниловые шпунты ESP Everlast Synthetic Products.

Программы

предоставляют различные типы грунтовых анкеров. Предварительно напряженные стержневые анкеры (VSL, Dywidag), стренговые анкеры (VSL, Dywidag), спиральные анкеры (Helical Anchors Ltd, Chance, MacLean), анкерные стержни (VSL, Minova), анкерные анкеры. Параметры якорей заносятся в базу данных, которая входит в состав программ.

Дополнительные источники:

Руководство по проектированию — Проверка многоканальной стены
Онлайн-справка — Стена из шпунтовых свай
Видеоурок — Проектирование шпунтовой стены в конструкции листов
Видеоурок — Проектирование привязанного подпорной стены в

Проверка плёнки

GEO5:

решает другие типы опорных конструкций для земляных работ.

Проектирование опалубки из шпунтовых свай [Propped]

Опалубка из шпунтовых свай — один из наиболее широко используемых методов поддержки земляных работ в строительстве.Системы шпунтовых опор экономичны и могут быть установлены в короткие сроки с помощью простых методов.

В этой статье мы сконцентрируемся на проектировании опалубки шпунтовых свай. Перед этим давайте узнаем предысторию.

Что такое опора?

Опора — это временная опорная система из выкопанной земли до завершения строительства. Это может быть строительство подвала, опоры моста, дамбы или любого другого сооружения, где нам нужны опоры.

Какие методы крепления наиболее распространены?
  • Солдатская свая и утеплитель
  • Опалубка из шпунтовых свай
  • Опора с секущей сваей
  • Стена диафрагмы
  • Напорная / химическая цементация
Что такое шпунтовая опалубка?

Опалубка осуществляется шпунтом. Шпунтовые сваи забиваются до твердого слоя или на глубину, предусмотренную конструкцией. Глубина опалубки шпунтовых свай увеличена на 30-40% от проектной длины в качестве запаса прочности.

Обычно, когда глубина опалубки шпунтовой сваи увеличивается, требуется опора сбоку, так как она не может противостоять самой себе. Однако, когда глубина меньше, от нас может не потребоваться поддержка.

Для глубоких котлованов может быть более одной опоры для стены из шпунтовых свай, чтобы удерживать стойло.

Что такое опалубка из шпунтовых свай?

Как уже говорилось выше, у нас не может быть отдельно стоящей стены из шпунтовых свай без какой-либо опоры любой глубины.

Боковые опоры, как показано на рисунке выше, необходимо установить на разных уровнях. Количество опор зависит от глубины опоры.

Кроме того, вдоль шпунтовой стены могут быть подпорки, поддерживающие проходы.

Существует два метода проектирования или метода анкеровки систем опалубки шпунтовых свай.

  • Метод опоры свободным грунтом

В этом методе изгибающий момент шпунтовой сваи становится нулевым в конце шпунтовой сваи.

  • Метод фиксированной опоры грунта

В этом методе в стене из шпунтовых свай будет возникать забивающий момент. Причина этого в глубине залегания шпунта в почве.

В этой статье мы сконцентрируемся на проектировании опорных шпунтовых опор. Далее проработанный пример сделан для свободной шпунтовой стены с опорой на землю.

Проектирование опалубки из шпунтовых свай — пример работы — поддержка свободного грунта

Дата проектирования и параметры
  • Высота до уровня грунтовых вод от готового уровня земли = 1. 5 м
  • Плотность грунта 18 кН / м 3
  • Плотность насыщенного грунта 20 кН / м 3
  • Плотность затопленного грунта 10 кН / м 3
  • Плотность воды 10 кН / м 3
  • Угол трения о грунт 25 0

На следующем рисунке показано типичное расположение проектируемой системы хранения.

Общий метод, доступный для анализа и проектирования подпорных стенок шпунтовых свай, учитывается при проектировании для проверки необходимой длины шпунтовых свай.

Процедура проектирования, изложенная в книге Брайя М. Дас «Принципы конструирования фундаментов», предназначена для структурного анализа и проектирования.

Рис. 1 Изменение давления вдоль стенки листовой заготовки

Влияние боковой поддержки учитывалось с учетом бокового давления, создаваемого водой. Пустое состояние было учтено в расчете, чтобы найти максимальное давление на стенку шпунта.

Анализ конструкции был проведен в соответствии с процедурой, описанной выше, и на основе метода платной земляной опоры.На приведенном выше рисунке показано изменение давления грунта для шпунтовой опоры.

На следующем рисунке показаны расчетные параметры, разработанные для этого рабочего примера в соответствии с приведенным выше рисунком.

Расчет коэффициентов давления грунта

Угол трения грунта = 25 0

Ka = (1-Sin φ ) / 1 + Sin φ ) = (1-Sin 25) / 1 + Sin 25) = 0,406

Kp = (1 + Sin φ ) / 1-Sin φ ) = (1 + Sin 25) / 1-Sin 25) = 2.464

Рассчитайте глубину проникновения за линией страха

Все обозначения в этом рабочем примере соответствуют рисунку 1 выше.

0005

0005 можно вывести следующее уравнение.

Приведенное выше уравнение можно записать следующим образом, чтобы найти L 4 .

Значения A 1 и A 2 можно оценить следующим образом.

, где

Таким образом, приведенное выше уравнение для получения L 4 можно записать следующим образом.

Решив уравнение,

L 4 = 2,401 м

Следовательно, глубина проникновения за линию выемки грунта = L 3 + L 4

L 3 + L 4 = 2,241 + 2,401 = 4,642 м

Таким образом, минимальная длина шпунтовой сваи = 4 + 4,642 = 8,642 м

Шпунтовые сваи длиной 9 м могут использоваться для опалубки. Как правило, коэффициент запаса прочности около 1.3 — 1,4 считается для необходимой длины (L 3 + L 4 ). Решение принимает проектировщик.

Определите несущую способность шпунтовой сваи

Рассчитайте реакцию опоры, F

= 71,913 кН / м

Усилие, которому должна оказать сопротивление стенка, закрепленная вокруг стенки шпунтовой сваи, составляет ,913 кН

Расчет максимального изгибающего момента в шпунтовой свае

Максимальный изгибающий момент будет при нулевом сдвиге.Точка, в которой поперечное усилие становится равным нулю, может быть рассчитана по следующему уравнению, предполагая, что она находится между L 1 и L 1 + L 2 .

Следующее уравнение может быть получено с учетом равновесия.

требуется

04

/ σ все

На основании стандарта BS 4360: 1986 для стали марки 43A предел текучести можно принять равным 275 Н / мм 2 , если толщина стали менее 16 мм и это низкоуглеродистая сталь.

Из данных свойств сечения, для строительства рекомендуется шпунтовая свая типа FSP типа IIIA с модулем упругости 1520 см 3 / м.

Кроме того, можно использовать шпунтовые сваи, имеющие требуемый модуль упругости сечения.

Боковые нагрузки, рассчитанные на основе конструкции шпунтовой сваи, используются для анализа и проектирования стенок и распорок, поддерживающих стенку шпунтовых свай.

Этот рабочий пример не охватывает анализ и проектирование системы поддержки шпунтовой стены.

На следующем рисунке показано краткое описание конструкции шпунтовой опоры.

Статья была написана как Подпорная стенка из шпунтовых свай и Конструкция систем поддержки земляных работ могла быть упомянута для получения дополнительной информации о конструкции других типов методов крепления. Кроме того, эти статьи включают рабочий пример для простоты понимания.

Расчет шпунтовых и аналогичных подпорных стен с использованием линейного программирования

  • 1.

    Шихиев Ф. М. Новые методы расчета анкерных тонких стен // Научн. Тр. ОИИМФ, № 20 (1959).

  • 2.

    Безпрозванная И. М. Расчет подпорных стенок с учетом их жесткости, перемещений и деформаций грунта // Гидротехника. Строит., № 1 (1967).

  • 3.

    Клейн В.Г. Расчет анкерных переборок с учетом их жесткости // Тр. МАДИ, № 86 (1974).

  • 4.

    Курочкин С.Н., Миртыненко Ф.А.,Аракелян А. Аналитический расчет тонких заякоренных стен // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации береговых сооружений морского транспорта. Сборник научных трудов Ленинградского филиала Государственного научно-исследовательского института морского транспорта. Русский], №4 (1977).

  • 5.

    Инструкция по устройству причалов СН-РФ 54.1-68, Гипроречтранс, Москва (1972).

  • 6.

    Горюнов Б.Ф., Курочкин С.Н. Пути снижения стоимости и увеличения срока службы опор // Тр. НИИ Морского флота, № 19 (1958).

  • 7.

    Ренгач В. Н. Шпунтовые стены (расчет и проектирование). Л .: Стройиздат, 1970.

    Google Scholar

  • 8.

    В. Е. Ляхницкий, Портовые сооружения (проектирование и расчет), Морской пер., Москва (1956).

    Google Scholar

  • 9.

    Гуревич В. Б. Сооружения речных портов. М .: Транспорт, 1969.

    Google Scholar

  • 10.

    Ширас А.А. Методы линейного программирования при расчете упругопластических систем. Л .: Стройиздат, 1969.

    Google Scholar

  • 11.

    Рейтман М. И., Шапиро Г. С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел. М .: Наука, 1976.

    Google Scholar

  • 12.

    Крутинис С.А. Использование методов математического программирования при расчете упругопластических балок, ростверков и рам на податливом основании: Автореф. Дис. … канд. Наук, Каунас (1971).

  • 13.

    Кандауров И. И. и др. Расчет напряжений и осадки фундаментов с использованием цифровых компьютеров (Руководство по проектированию), Стройиздат, Ленинград (1969). (1969).

    Google Scholar

  • 14.

    Снитко А.Н. Решение контактной задачи жесткой стенки в упругой среде // Сб. ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева, 1970, № 11. .

  • 15.

    Снитко А. Н. Некоторые задачи расчета горизонтальных и вертикальных нагрузок на конструкции, заложенные в грунт: Автореф. Дис. … канд. Дис.. ЛИСИ, Ленинград (1969).

    Google Scholar

  • Глава 2 — Конструктивное проектирование шпунтовых стен

    2.1. Материалы, используемые в шпунтовых сваях

    2.1.1. Марки шпунтовой стали

    2.1.1.1. Базовый класс: ASTM A-328

    Базовая спецификация для стальных шпунтовых свай в Соединенных Штатах — ASTM A-328, опубликованная Американским обществом испытаний материалов. Этот сорт был удовлетворительным для большинства применений, поскольку он обеспечивал относительно высокий предел текучести для конструкции и высокий предел прочности для управляемости. Состав не очень хорошо подходит для свариваемости, хотя процедуры сварки этого сорта опубликованы или доступны у производителей.Сталь не отличается особой вязкостью, и были отмечены трещины, возникающие в местах надрезов, особенно в холодных условиях. Эта сталь имеет минимальный предел текучести 39 тысяч фунтов на квадратный дюйм и минимальный предел прочности на разрыв 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

    2.1.1.2. Класс повышенной прочности: ASTM A-572

    Для шпунтовых свай доступны более прочные стали, используемые в конструкциях, такие как серия ASTM A-572. Не у всех производителей доступны все сильные стороны, однако почти всегда предлагается класс 50.Высокопрочные сорта находят применение (1) для замены более легкой секции с более высокой прочностью на более тяжелую секцию с нормальной прочностью, (2) для поддержания коэффициентов запаса прочности по отношению к текучести, когда этого нельзя достичь с помощью модуля упругости сечения. Высокопрочные сорта могут поддерживать некоторый запас прочности в отношении текучести, когда коррозия может ухудшить характеристики сечения. Высокопрочные стали обычно более свариваются, чем стали с более высоким содержанием углерода.

    ASTM A-572 Grade 50 имеет минимальный предел текучести 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм и минимальный предел прочности на разрыв 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм.Коэффициенты безопасности для высокопрочных сталей аналогичны более низким классам прочности. Теперь он доступен в виде мелкозернистого состава с убитым силиконом и значительно улучшенными характеристиками ударной вязкости по Шарпи с V-образным надрезом. Эту сталь можно рассматривать для применения в критических условиях разрушения (например, в строительстве в арктических регионах) и в конструкциях, подверженных ударам. Это рецептура с премиальной ценой.

    2.1.1.3. Класс защиты от коррозии: ASTM A-690

    Марка

    ASTM-A-690 была разработана для распознавания специально разработанной стали для листовых и двутавровых свай для использования в соленой воде. Этот сорт показал преимущества по сравнению с обычными углеродистыми сталями в отношении устойчивости к коррозии в зоне брызг соленой воды, что вызывает беспокойство. Сталь также обеспечивает минимальный предел текучести 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм и, следовательно, может быть спроектирована в соответствии со сталями A-572. В некоторых случаях вес можно уменьшить, что позволит сэкономить часть дополнительных затрат на сорт. Более подробное обсуждение этого материала приведено в 17.4.4.1.

    2.1.1.4. Конструкционные факторы безопасности шпунтовых шпунтовых шпунтов

    Большинство стальных шпунтовых свай по-прежнему проектируется с использованием методов расчета допустимых напряжений; таким образом, обычно указывается коэффициент запаса прочности, который снижает допустимое напряжение в свае от предела текучести.Допустимое напряжение, таким образом, составляет

    .

    Уравнение 2-1: σallow = Частота σy

    где

    • σallow = допустимое напряжение материала
    • Freduction = Понижающий коэффициент безопасности
    • σy = предел текучести материала, фунт / кв. Дюйм или кПа

    Для стальных свай при простом изгибе (см. Ниже) используются два коэффициента уменьшения:

    Для статических нагрузок, постоянных работ коэффициент уменьшения обычно составляет 0,65, или допустимое напряжение составляет 65% от предела текучести.Для перечисленных выше марок:

    ASTM A328: σallow = (0,65) (39) ≈ 25 тысяч фунтов / кв. Дюйм

    ASTM A572, ASTM A690: σallow = (0,65) (50) ≈ 32,5 тысяч фунтов / кв. Дюйм

    Для землетрясений коэффициент уменьшения обычно составляет (1,33) (0,65) ≈ 0,87, или допустимое напряжение составляет 87% от предела текучести. Использование этого увеличенного значения для сейсмических нагрузок предполагает статический анализ, чтобы гарантировать, что статический случай на самом деле не является определяющим случаем для конкретной ситуации (см. Пример 19). Для перечисленных выше марок:

    ASTM A328: σallow = (0.87) (39) ≈ 34 тысяч фунтов / кв. Дюйм

    ASTM A572, ASTM A690: σallow = (0,87) (50) ≈ 43,5 тысяч фунтов / кв. Дюйм

    2.1.2. Прочие материалы

    Алюминий, используемый в шпунтовых сваях, обычно такой же, как и другие экструдированные алюминиевые профили. Свойства материала можно узнать у производителей, и они также подробно обсуждаются в книге «Забивка сваи свайным баком». В той же книге более подробно обсуждается также дерево; Например, древесное сырье имеет прекрасные свойства материала.

    Виниловые и пултрузионные стекловолоконные сваи изготавливаются из материалов, свойства которых сильно различаются от производителя к производителю.Таким образом, в спецификации этих разделов очень важно проверить как механические свойства, так и метод, с помощью которого эти механические свойства были получены. Также важно отметить, что для обоих этих материалов применение этих свойств материала зависит от многих факторов, таких как ползучесть (в случае виниловых профилей), поперечный изгиб и локальная деформация (для обоих этих материалов).

    2.2. Гибка шпунта

    2.2.1. Теория чистого изгиба листового материала

    При структурном анализе шпунтовых свай основной целью является анализ разрушения из-за избыточного изгибающего момента и напряжений. Большая часть анализа консольных и анкерных стен включает расчет чистого изгиба. Для случая чистого изгиба максимально допустимый изгибающий момент определяется уравнением

    Уравнение 2-2: Mallow = Smin σ допустим

    где

    • Mallow = допустимый изгибающий момент
    • Smin = Минимальный модуль упругости сечения

    Допустимый изгибающий момент и модуль упругости указываются на линейный фут или метр стены.Устойчивость шпунта к изгибу — это сочетание формы профиля и материала, из которого он изготовлен. Допустимое напряжение материала зависит от самого материала.

    2.2.2. Применение гибки к определенным сечениям шпунтовых свай

    Столетнее развитие шпунтовых свай привело к быстрому увеличению количества секций всех видов. Они постоянно меняются; их таблица выходит за рамки данной книги, хотя они доступны как в печатной, так и в онлайн-форме на сайте Pile Buck.Однако для целей примера задач в этой книге мы будем использовать несколько часто используемых секций, которые производились из стали в течение многих лет. Они показаны в Таблице 2-1.

    2.2.3. Комбинированные осевые и изгибные напряжения

    Кроме того, шпунт может испытывать осевую нагрузку от таких источников, как бетонные заглушки наверху, осевые силы из-за вертикальной составляющей наклонного анкера и трение о грунт. Это может вызвать коробление шпунта, особенно свайных заглушек.Это можно вычислить, изменив уравнение 2-2 и определив максимальное (или допустимое) напряжение:

    Уравнение 2-3:

    σmax = Paxial + Mmax + Paxial (δmax + ep) <σ A разрешить осевой Swall

    Где

    • Mmax = максимальный момент листа
    • Paxial = осевая нагрузка на лист
    • Aaxial = площадь листа, подверженная осевым нагрузкам
    • δmax = максимальный прогиб пленки
    • ep = эксцентриситет нагрузки от осевой линии листа

    Этот тип нагрузки на шпунтовые сваи особенно важен для стен HZ и продемонстрирован в Примере 24.

    Рекомендуется, если не будет доказано, что коробление сваи маловероятно,

    Уравнение 2-4: Mmax> Paxial (δmax + ep) 10

    2.2.4. Модуль сечения U-образного листового материала

    Как отмечалось выше, модуль упругости сечения строго зависит от физической формы материала; однако в случае стальных листов Ларссен и Z-образные формы уже давно разошлись между европейской и американской практикой.

    Ларссен и другие U-образные сваи остаются популярными в Европе и на Дальнем Востоке, но в США их вытеснил Z-образный профиль.Почему? В основе проблемы лежит разница в инженерной философии.

    Как мы уже говорили, шпунтовые стены считаются балкой. Для большинства форм нейтральная ось будет располагаться посередине между двумя внешними поверхностями листового материала, как и в случае с двутавровыми балками. В случае стены Ларсена линия блокировок приходится на нейтральную ось, тогда как для Z-стены — нет. С момента создания сваи типа Ларссена, которая блокируется вдоль нейтральной оси стены, возникли опасения по поводу способности блокировок передавать горизонтальный сдвиг, без которого невозможно обеспечить полную прочность сечения.

    Европейская философия была довольно либеральной по отношению к этому, и вы обнаружите, что модуль сечения, опубликованный для форм Ларссена, всегда основан на полном переносе или «комбинированной основе» с уменьшением этого состояния, оставленным инженеру.

    Большинство американских инженеров избрали более консервативный подход и предположили, что, поскольку на этот перенос нельзя рассчитывать без сварки стыков, модуль сечения стены с замками на нейтральной оси должен основываться на свойствах одиночной сваи, а не на ее характеристиках. комбинированная свайная система.Эта философия, конечно, способствовала развитию Z-образных форм, которые сцепляются с поверхностями стены, где горизонтальный сдвиг равен нулю.

    На самом деле, все согласны с тем, что всегда достигается некоторая фиксация в блокировках, начиная со 100% и ниже. Американский подход часто приводил к большому запасу прочности и неэкономному использованию материала. Европейский метод, возможно, временами приводил к некоторым предельным факторам безопасности, но, по-видимому, было задокументировано мало фактических отказов.

    Серия арочных шпунтовых свай небольшой глубины была разработана в индустрии холодной отделки. Эти секции, по большей части, сцепляются со своими соседями на одной стороне стены, вдали от нейтральной оси. Вопросы, поднятые в предыдущем абзаце, не относятся к этим формам, и опубликованный модуль упругости сечения может использоваться аналогично Z-образным формам.

    2.2.5. Отказ при поперечном изгибе

    Поперечный изгиб — это относительно недавно признанный вид разрушения шпунтовых свай.Хотя он взаимодействует с классическим изгибом, это отдельный вид отказа.

    Как мы видели, нагрузки на шпунт в первую очередь создаются боковыми давлениями грунта, которые, в свою очередь, вызывают сдвиги, моменты, повороты и прогибы в балке. В дополнение к изгибной нагрузке, которая возникает вдоль оси шпунтовой сваи, эти давления также действуют непосредственно на листовой материал, создавая поперечную нагрузку, как показано на рисунке 2-1. По сути, боковое давление сплющивает лист; изгиб пластины по углам — это сопротивление листового материала этому сплющиванию.Этот изгиб не зависит от классического изгиба, но совокупные напряжения могут превышать предел материала, даже если классический изгиб предсказывает иное.

    Рис. 2-1: Распределение поперечного изгиба в секции PZ-27 (по Хартману)

    Чтобы просмотреть полную версию этого документа, щелкните здесь.

    Метод расчета смещения

    на передней стене крытой шпунтовой пристани

    Крытые шпунтовые причала широко используются в портовом строительстве, водном хозяйстве и гражданском строительстве.Эта статья основана на теории давления грунта и эффекта выгибания грунта. По характеристикам напряжения и деформации крытой шпунтовой пристани выведены формулы для расчета силы и деформации передней стенки крытой шпунтовой пристани при статических нагрузках. Точность теоретического вывода подтверждается путем сравнения фактических данных измерения напряжения и деформации порта Jingtang Port 32 #. Сравнение показывает, что при расчете смещения разреза ниже границы поверхности бурового раствора результаты согласуются с натурными данными.Однако при расчете смещения секции над границей поверхности бурового раствора, если смещение точки крепления не учитывается, поскольку смещение точки крепления ограничено искусственно, расчетное натяжение стяжной тяги будет относительно большим. Это приводит к значительному снижению результата расчета участка над границей поверхности бурового раствора, который сильно отличается от реальных результатов измерений на месте. Если учитывать смещение точки крепления, расчетное натяжение анкерного стержня является более точным, а результаты расчета смещения передней стенки очень близки к результатам измерений на месте, поскольку смещение точки крепления предполагается с научной точки зрения.

    1. Введение

    Для разработки шпунтовых причалов для глубоководных и больших причалов Первый исследовательский и проектный институт железных дорог Китая в течение многих лет проектировал и исследовал причалы, в 2002 году предложил новый тип крытых шпунтовых причалов и успешно построен 100-тысячный глубоководный причальный причал [1].

    Шпунтовые конструкции причалов включают в себя передние шпунтовые стены, покрытые сваи, анкерные стенки, анкерные тяги и оборудование причала. Конструкция шпунтовой пристани представлена ​​на рисунке 1.Он характеризуется добавлением ряда монолитных железобетонных свай [2], который представляет собой покрытую сваю, между передними стенами и стенами анкеровки. Расстояние между фасадными шпунтовыми стенами 3 ~ 5 м. Обычно крытые сваи располагаются интервалами. Фронтальные шпунтовые стены, покрытые сваи и анкерные стены соединяются как единое целое с помощью передней и задней анкерных тяг. Наличие покрытых свай противостоит давлению грунта за стеной и снижает давление грунта, действующее непосредственно на передние шпунтовые стены.Соответствующие исследования показали, что при нормальных расчетных условиях покрытые сваи уменьшают положительный и отрицательный изгибающий момент передних стен примерно на 70% и 10% соответственно и не имеют большого влияния на силы анкерных стенок [3]. Применение и разработка нового типа крытых шпунтовых причалов обеспечивает техническую возможность создания шпунтовых причалов для глубоководных операций [4]. Исследователи приложили большие усилия для проведения сейсмического анализа анкерных стен причалов из шпунтовых свай [6–8].Несколько теорий и результатов сейсмического анализа шпунтовых причалов были разработаны за последние несколько десятилетий в результате экспериментов с испытаниями на вибростолах [6, 8, 9–11]. Было предложено фундаментальное исследование по простому методу оценки сейсмических характеристик причальных стен из шпунтовых свай с вертикальным свайным креплением от колебаний грунта при землетрясении первого уровня [12]. Были исследованы явления большой деформации шпунтовой стенки набережной и разрушения свайного фундамента из-за бокового растекания, вызванного разжижением, в районе порта [13–15].Оптимизационная модель для прогнозирования бокового смещения, вызванного разжижением, была сформирована Калантари [16]. Могут быть приняты меры по смягчению последствий для групп свай за стенками набережной, подверженных боковому течению разжиженного грунта [17]. Формула передачи горизонтальной тяги, действующей на плоскость шпунтовой сваи на суше, может быть получена [17, 18]. К сожалению, в настоящее время исследования крытых шпунтовых причалов носят поверхностный характер. На сегодняшний день не существует систематических, разумных, практических теорий о методах расчета.Поэтому исследования крытых шпунтовых конструкций причалов имеют большое практическое значение.


    В этой статье расчет смещения передней стенки был произведен теоретически на основе гипотезы Винклера. Формулы давления грунта и смещения фасадных шпунтовых стен в глубокой части грунта рассчитываются по методу «m» при статических нагрузках. Фронтальные шпунтовые стены на шпунтовые силы причалов рассчитывались в соответствии с теорией активного давления грунта. Докторант Цзян [19] объединил теорию эффекта выгибания грунта со значениями коэффициента бокового давления грунта с параллельными стенами [19], и было рассчитано напряжение на передних стенах крытых шпунтовых причалов.Формулы смещения для деформации передних стен шпунтовой пристани под действием статической нагрузки были выведены на основе уравнения кривой прогиба и деформационных характеристик механики материала.

    Наконец, используя относительно зрелую теорию статического давления грунта и теорию эффекта выгибания грунта, выведены формулы смещения для передней стены покрытого шпунтованного причала под статической нагрузкой и сравниваются с данными наблюдений на месте порта Цзинтан 10. # причал причал и порт Jingtang 32 # причал, чтобы проверить точность теоретического вывода.

    2. Допущение Винклера

    В методе реакции упругого основания, основанном на предположении Винклера, расчет сваи предполагает, что сила реакции грунта пропорциональна n -й степени смещения сваи, то есть где — поперечное отклонение расчетная точка сваи (м), — глубина расчетной точки сваи (м), — коэффициент грунта.

    Мэтлок и Рис [20] отметили, что коэффициент заземления должен быть как можно более простым, и предлагаются два вида соотношений, а именно:

    В настоящее время, согласно некоторым измеренным данным и с точки зрения практичности и удобства анализа, Считается, что коэффициент фундамента изменяется по степенной функции с глубиной, соответствующей фактической глубине, то есть, где — пропорциональный коэффициент, а коэффициент фундамента изменяется с глубиной, — это чистые значения, которые меняются в зависимости от типа породы [21–24 ], и является константой, относящейся к категории каменного грунта.Значения должны быть определены экспериментально. В зависимости от различных значений, закон изменения коэффициента фундамента с глубиной в уравнении (1) может быть изображен, как показано на Рисунке 2.


    3. Расчет смещения передней стены
    3.1. Упрощенная расчетная модель и распределение зон давления грунта конструкции крытой шпунтовой пристани

    Расчетная модель крытой шпунтовой пристани состоит из передних шпунтовых стен, покрытых свай, стен анкеров, а также передних и задних анкерных стержней, как показано на Рисунок 3.При расчете давления грунта предполагается, что грунт находится в предельном равновесии, при этом влияние волновой силы не учитывается.


    Самая большая разница между крытой шпунтовой пристанью и традиционной конструкцией шпунтовой пристани заключается в том, что покрытые сваи устанавливаются между передними стенами и стенами анкеровки, а покрытые сваи противостоят грунту за сваями и уменьшают грунт. давление нагружено непосредственно на передние стенки. Чтобы подробно проанализировать влияние покрытых свай, почвы разделены на пять регионов, которые будут обсуждаться отдельно.Участки 1 и 4 — это передняя шпунтовая стена и крытая свая соответственно, находящиеся в грунте. Поскольку горизонтальное смещение конструкции при статических нагрузках относительно невелико, для расчета горизонтального давления грунта принят метод упругого сопротивления, а коэффициент горизонтального сопротивления зависит от метода «m». Давление грунта в областях 2 и 3 более сложное. Грунты на этих участках находятся между фасадными шпунтовыми стенами и засыпанными сваями. Относительное смещение между фасадными стенами из шпунтовых свай и покрытыми сваями имеет важное влияние на величину давления грунта.В практическом инженерном проектировании жесткость закрытой сваи часто должна быть больше, чтобы уменьшить давление грунта на переднюю стенку. В результате смещение передней стенки больше смещения закрытой сваи. Грунт между передними стенами и покрытыми сваями имеет тенденцию двигаться к морю, и давление грунта частично до активного состояния. Следовательно, коэффициенты давления грунта в областях 2 и 3 должны находиться между активным давлением грунта и стационарным давлением грунта. В этой статье Цзян Бо, докторант Чжэцзянского университета, пришел к выводу, что следует использовать коэффициенты бокового давления грунтов с параллельными стенками.Рекомендуемые коэффициенты бокового давления приведены в таблице 1.

    422 Расчет давления грунта между фасадными стенами из шпунтовых свай и покрытыми сваями

    Боковое давление грунта между передними стенами из шпунтовых свай и покрытыми сваями обычно рассчитывается с использованием теории параллельных стен.При расчете берется единичная ширина стены по ширине фасадной шпунтовой стены в горизонтальном направлении. Расстояние между стяжками также можно выбрать в качестве единицы расчета. В вертикальном направлении микроячейка берется глубоко по стене. Затем проводится силовой анализ микроячейки. Вертикальное напряжение может быть получено с помощью интеграла уравнения равновесия. Боковое давление грунта на любой глубине передней стенки из шпунта можно получить, умножив вертикальное напряжение на коэффициент бокового давления [25].

    Согласно теории параллельных стен, по длине параллельного поперечного сечения стенки на любой глубине в микропочве используется толщина B , как показано на рисунке 4. Единица ширины рассчитывается для анализа сил микропочвенного слоя 🙁 1) Вес грунта: (2) Верхнее и нижнее поверхностное давление микропочвы: Вертикальное давление верхней поверхности: Вертикальное давление нижней поверхности: (3) Трение около микропочвы: где — угол трения грунта возле передних стенок шпунта. . Угол трения может быть выбран в соответствии с шероховатостью и условиями дренажа: (1) гладкий и плохо дренированный, (2) грубый и хорошо дренированный, (3) очень грубый и хорошо дренированный,


    Приведенное выше уравнение равновесия может быть получено в соответствии с к вертикальному силовому балансу микроэлементов:

    Граничное условие:

    С учетом уравнения (12),

    Приведенные выше формулы не учитывают силы сцепления глинистых грунтов.Следовательно, когда грунт глинистый, следует учитывать внутренние силы, создаваемые силой сцепления. Внутренняя сила, создаваемая силой сцепления, рассматривается приблизительно как однородная сила на граничных поверхностях грунтов, подставляя ее в уравнение (13), можно получить формулу расчета для глинистых грунтов:

    3.3. Расчет силы фронтальных стен, передаваемых от грунта между сваями с покрытием

    Согласно результатам предыдущих исследований, свод грунта между сваями можно разделить на две части, как показано на Рисунке 5.


    Предполагается, что давление грунта на расстоянии передается на соседние покрытые сваи через область внешней арки и устойчивую область внутренней арки, а передние шпунтовые стены могут использоваться как пара параллельных стен. Когда напорная линия арки совпадает с осью арки, изгибающий момент каждой секции равен нулю, и арки не имеют изгибающего момента, а стоимость материала является наиболее экономичной. Поскольку трехшарнирная арочная конструкция и нагрузки симметричны, то половина трехшарнирной арки рассматривается как объект исследования.Система координат настроена, как показано на рисунке 6. Уравнение для разумной оси дуги:


    Сила реакции стопы дуги:

    В сочетании с уравнением для разумной оси дуги вычисляется где l равно пролет арки, — высота арки, — угол трения.

    Вдоль вертикального направления, на любой глубине, берется микропочва толщиной, как показано на рисунке 7. Силы, действующие на микропочву в вертикальном направлении, следующие:


    Гравитация: где.

    Трение между грунтом и передними стенками из шпунта:

    Трение грунта на арках грунта:

    Разница давления грунта между верхней и нижней поверхностями:

    Уравнение равновесия вертикальных сил микропочв: где и — вертикальное напряжение и горизонтальное стресса соответственно.

    Предполагается, что силы, передаваемые грунтом в арках на передние шпунтовые стены, равномерно распределены в горизонтальной плоскости. Силы распределяются в вертикальном направлении согласно коэффициенту бокового давления.В сочетании с приведенными выше формулами получается следующая формула:

    Согласно аналитической теории дифференциальных уравнений может быть получена следующая формула:

    Граничное условие:

    Подставляя уравнение (25) в уравнение (24), получаем следующее получается формула:

    Приведенные выше формулы не учитывают силы сцепления глинистых грунтов. Поэтому, когда грунт глинистый, следует учитывать внутренние силы, создаваемые силой сцепления.Внутренняя сила, создаваемая силой сцепления, считается приблизительно однородной силой на граничных поверхностях грунта. Подставляя эту силу в уравнение (27), можно получить формулу расчета для глинистых грунтов:

    Давление грунта на передние шпунтовые стены, которые находятся близко к земле, рассчитывается по

    3.4. Давление грунта на передние шпунтовые стены под поверхностью ила

    При расчете давления грунта на передние шпунтовые стены, которые находятся ниже поверхности грязи, учитывая, что жесткость покрытых шпунтовых причалов при статических нагрузках велика, но горизонтальное смещение, создаваемое конструкцией, относительно невелико, и принят метод упругого сопротивления, то есть горизонтальное сопротивление грунта на любой глубине пропорционально горизонтальному смещению грунта, то есть

    В настоящее время принят метод «m» в портовом машиностроении в Китае для определения коэффициента горизонтального сопротивления.Предполагая, что коэффициент сопротивления заземления линейно увеличивается с глубиной,

    Подставляя уравнение (31) в уравнение (30), вычисляем

    3.5. Давление грунта на передние шпунтовые стены над поверхностью грязи

    Расчет смещения передних шпунтовых стен крытых шпунтовых причалов такой же, как и для традиционных шпунтовых причалов. Поскольку характеристики напряжений и механизм деформации фасадных шпунтовых стен, находящихся в грунтах, полностью отличаются от таковых над поверхностью бурового раствора, передняя шпунтовая стенка разделена на верхнюю и нижнюю части на поверхности грязи для отдельных расчетов.Ниже поверхности грязи стены из шпунта можно упростить как упругие конструкции, заглубленные в почву, причем верхний слой должен быть ровным с поверхностью грязи. Вершина сваи имеет момент и поперечную силу. и являются результирующими моментом и силой на поверхности бурового раствора шпунтовой стены от силы, действующей на поверхность бурового раствора на шпунтовой стене. Угол поворота и смещение вершины сваи равны и соответственно. Согласно предыдущему описанию, когда боковое смещение сваи происходит на глубине, сила сопротивления грунта, действующая на сваи на глубине, составляет

    . Предполагается, что давление перегруженного грунта и остаточное давление воды над поверхностью бурового раствора являются однородными внешними нагрузками.Давление на перегруженный грунт в среднем распределяется в зависимости от ширины грунта между закрытыми сваями и за закрытыми сваями и имеет значение, которое рассчитывается по формуле: b — ширина закрытой сваи (м), — чистое расстояние между перекрытыми сваями (м) горизонтальное давление грунта, создаваемое грунтом между покрытыми сваями и передними стенками из шпунта на поверхности бурового раствора, и — сила сцепления (кПа) и угол внутреннего трения на поверхности бурового раствора, соответственно.

    Учитывая глубину преобразования, на основе дифференциального уравнения кривой прогиба в механике материалов получаются следующие формулы:

    Подставляя уравнение (33) в уравнение (35),

    Граничные условия:

    Согласно аналитической теории дифференциальных уравнений, решение уравнения (36) может быть выражено следующим степенным рядом:

    Следующая формула может быть получена путем вывода:

    В сочетании с нижними граничными условиями:, начальное смещение и начальный угол поворота в буровом растворе поверхность рассчитывается отдельно как

    Сила сдвига и изгибающий момент фасадных шпунтовых стен на грязевой поверхности следует рассчитывать накопительно: где — расстояние от подошвы слоя до поверхности пристани (м), — расстояние от точка давления грунта слоя на переднюю поверхность грязи (м).

    3,6. Расчет смещения передней стены при игнорировании смещения точки анкеровки

    Динамическая водная нагрузка — это переменный параметр, который также помогает уменьшить смещение шпунтовой пристани передней стены. Поэтому в статье метод расчета смещения на передней стенке был выведен с учетом наиболее опасной ситуации без динамической водной нагрузки.

    При достаточной прочности укрытой сваи или анкерной конструкции смещение верхней части передних шпунтовых стен меньше, смещение в средней и нижней части больше, передние шпунтовые стены имеют тенденцию вращаться вокруг точка крепления, и смещение в точке крепления незначительно по сравнению с смещением дна.Предполагается, что смещение в точке крепления равно нулю, когда решены натяжение тяги и смещение передней стенки, и процесс решения следующий.

    Смещение передней шпунтовой стены в точке крепления в основном состоит из четырех частей: смещения на поверхности бурового раствора, смещения, вызванного вращением на поверхности бурового раствора, смещения передней стенки из шпунта в точке крепления, вызванного землей. давление за стеной и смещение передней шпунтовой стены в точке крепления, вызванное натяжением анкерного стержня.Смещение передней шпунтовой стены в точке крепления принимается равным нулю. Получена следующая формула: (1) Рассчитайте смещение.

    Согласно формуле механики материалов:

    Граничные условия:

    В сочетании с граничными условиями решение формулы выражается как

    Преобразуя уравнение (49) в формулу с глубиной в качестве переменной, формула выражается как

    Смещение выражается как (2) Рассчитать смещение.

    В соответствии с формулой механики материала:

    Граничные условия:

    Таким образом, смещение и выражается как

    Смещение в любой точке передней шпунтовой стены над поверхностью бурового раствора может быть выражено как

    Наконец, Формулы для расчета смещения любой точки на передней стенке из шпунта над поверхностью бурового раствора можно выразить как

    3.7. Учет смещения точки анкеровки для расчета смещения передней стенки

    Когда прочность покрытой сваи или анкерной конструкции недостаточна, смещение верхней части передних стен из шпунта больше, смещение в нижней части меньше, спереди Шпунтовые стены имеют тенденцию вращаться вокруг дна передней шпунтовой стены, и смещение в точке крепления не является незначительным.Предполагается, что смещение в точке крепления имеет определенное значение, когда рассчитываются натяжение тяги и смещение передней стенки, и процесс решения выглядит следующим образом.

    Смещение в точке крепления составляет. Подставляя это в уравнение (57), получаем следующее уравнение:

    Для определения рекомендуется следующая формула:

    Смещение в любой точке передних шпунтовых стен над поверхностью бурового раствора может быть выражено как

    . смещение в любой точке над грязевой поверхностью передних шпунтовых стен можно выразить как

    3.8. Блок-схема расчета смещения передней стенки

    Блок-схема процесса расчета смещения передних стен крытых шпунтовых причалов при статических нагрузках показана на рисунке 8.


    4. Пример расчета смещения для фронта Стена крытого шпунтового причала
    4.1. Обзор проекта

    Расчетная модель основана на причале 32 # порта Цзинтан. Передние стены и анкерная стена представляют собой сплошные подземные стены.Расстояние между закрытыми сваями составляет 1,2 м, форма поперечного сечения показана на рисунке 9. Параметры грунта, стены и анкерных стержней показаны в таблице 2.



    15 ° 18 ° 21 ° 24 ° 24 ° 33 ° 36 ° 39 ° 42 ° 45 °

    0 ° 0,589 0,528 0,472 0,376 0,333 0,295 0,260 0,228 0,198 0,172
    3 ° 0,592 0,530 0,4202 0,530 0,474 0,530 0,47 0,260 0,228 0,198 0,172
    6 ° 0,601 0,536 0,478 0,426 0,378 0.335 0,296 0,261 0,228 0,199 0,172
    9 ° 0,618 0,547 0,486 0,431 0,382 0,431 0,382 0,382 0,382 0.200 0,173
    12 ° 0,652 0,566 0,498 0,439 0,388 0,342 0,301 0.264 0,231 0,201 0,173
    15 ° 0,784 0,601 0,517 0,452 0,396 0,348 0,348 0,348
    18 ° 0,733 0,551 0,471 0,409 0,356 0,311 0,271 0,236 0.204 0,176
    21 ° 0,682 0,504 0,427 0,368 0,319 0,276 0,239 0,276 0,631 0,459 0,385 0,330 0,284 0,244 0,210 0,180
    27 ° 81 0,415 0,346 0,294 0,251 0,214 0,183
    30 ° 0,2 9020 0,187
    33 ° 0,482 0,334 0.273 0,228 0,192
    36 ° 0,435 0,296 0,296 0,390 0,261 0,210
    42 ° 47 0,228
    45 °
    0,306 0,306 0,306
    9020 20 —

    Тип материала Вес устройства (кН / м 3 ) Угол внутреннего трения (°) Сцепление (кПа) Модуль упругости (МПа) Коэффициент Пуассона

    99 слой 1 18.0 32,0 5 26,00 0,29
    Слой почвы 2 18,0 28,0 5 26,00 0,29 8,97 0,30
    Слой почвы 4 19,3 28,0 16 12,60 0,30
    Слой почвы 5 17.6 17,1 16 3,60 0,30
    Слой почвы 6 19,1 19,6 18 8,97 0,30 0,30 9020 5 26,00 0,29
    Слой почвы 8 19,7 24,7 31 8,97 0,30
    Слой почвы 9 19.7 32,0 5 26,00 0,29
    Бетон 25,0 2,80 × 10 4 Стальной стержень 2,06 × 10 5 0,20

    Нанкинский институт гидравлических исследований организовал соответствующий персонал для завершения установки оборудования в феврале 2005 года и периода наблюдений был с июня 2005 г. по февраль 2008 г.Результаты наблюдений представлены в таблице 3.


    Поперечное сечение наблюдения и условия расчета Изгибающий момент передней стенки (кН · м) Анкерная стена (кН · м) Изгибающий момент Сваи (кН · м) Натяжение стяжной тяги (кН) Смещение точки крепления (см)
    Максимальный положительный изгибающий момент Максимальный отрицательный изгибающий момент Максимальный отрицательный изгибающий момент Максимальный положительный изгибающий момент Максимальный отрицательный изгибающий момент

    Наблюдаемое сечение # 2 813 −1119 −762 1735
    # 3 682 −936 −847 1907 −2054 526
    № 4 845 845 −1823 446 4,7
    Результат Условие 2 774 −700 −765 2739 −1988 −1988 −1988 548 −568 −766 1713 −1713 433 6.5

    4.2. Результаты теоретических расчетов

    В соответствии с теорией расчета смещения передней стены крытого шпунтового причала при статических нагрузках смещение передней стены, когда смещение в точке крепления не учитывается или учитывается, показано в таблице 4.

    9019 = 30,2 9202 передняя стенка

    Пренебрежение смещением точки крепления С учетом смещения точки крепления
    Переменная Значение Значение 255 0,255
    −45,025 −45,025
    −119,445 −154,785 −154,785 −154,785 −154,785 0,001759 0,003503
    −0,016669 −0,023716
    187.218 151,878
    y z = 22,2 −0,013 y z = 22,2 = 22,2 = 24,2 −0,010 y z = 24,2 −0,0118
    y z = 26,2 = 26.2 −0,00782
    y z = 28,2 −0,005017 y z = 28,2 −0,00196
    −0,00204 y z = 30,2 −0,00167
    y z = 32,2 0,0040 = 32,2 0,0040 9095 = 32.2 0,00267
    y z = 32,7 0,003769 y z = 32,7 0,00410
    Формула смещения передней стенки ниже поверхности грязи
    y = −1,002 × 10 −6 z 4 + 1.0106 × 10 −4 z 3 + 0.222 z — 5,630 × 10 −3 z 2 + 4,587 × e −0,049 z — 4,576 y = −1,002 × 10 −6 z 4 + 9,896 × 10 −5 z 3 + 0,225 z — 5,606 × 10 −3 z 2 + 4,587 × e −0,049 z — 4,643

    Примечание .Единица силы — кН; единица длины — м; единица крутящего момента — кН · м.

    4.3. Сравнение и анализ результатов расчетов

    Теоретические расчеты и результаты измерений на месте смещения передней шпунтовой стены укрытого шпунтового причала показаны на рисунке 10.


    Из рисунка видно, было ли смещение на Рассмотрение или пренебрежение анкерной точкой мало влияет на расчет смещения передней шпунтовой стены, которая находится ниже поверхности грязи.Результаты, полученные двумя расчетными методами, близки к измеренным данным. Результаты двух методов расчета сильно различаются при расчете смещения передней шпунтовой стены, которая находится ниже поверхности грязи. Когда смещение в точке крепления игнорируется, смещение в точке крепления искусственно ограничивается; поэтому результат расчета натяжения рулевой тяги относительно велик, что приводит к значительному сокращению расчета смещения передней стенки над поверхностью бурового раствора.Форма деформации передней стенки из шпунта — средний выпуклый барабан, а максимальное смещение составляет примерно 20 мм, что сильно отличается от реальных результатов измерений на месте.

    При рассмотрении смещения в точке крепления расчетное натяжение стяжной тяги является более точным, а расчет смещения передней стенки очень близок к результату измерения на месте, поскольку смещение точки крепления принимается с научной точки зрения. Верхняя часть передней стенки частично сдерживается в наклонном режиме деформации.Максимальное смещение в точке крепления передней стенки составляет примерно 55 мм, измеренное максимальное смещение составляет примерно 60 мм, а погрешность составляет 8,33%, что идеально. В заключение скажу, что более научным является использование гипотетического смещения точки крепления, предложенного в этой статье.

    5. Заключение

    Эта статья основана на теории давления почвы и эффекта выгибания почвы. В соответствии с характеристиками напряжения и деформации крытой шпунтовой пристани выводятся формулы, используемые для расчета силы и деформации передней стенки крытой шпунтовой пристани при статических нагрузках, и проводится сравнение фактических измеренных напряжений и деформаций. данные порта Jingtang 32 # используются для проверки точности теоретического вывода.Сравнение показывает, что при расчете смещения передней стенки из шпунта, которая находится ниже поверхности бурового раствора, результаты двух методов не сильно различаются и хорошо согласуются с данными полевых измерений. Однако, когда вычисляется смещение передней стенки из шпунта, которая находится над поверхностью бурового раствора, и когда смещение в точке крепления не учитывается, смещение в точке крепления ограничивается искусственно. Следовательно, результат натяжения тяги относительно велик, что приводит к значительному уменьшению расчетного смещения передней шпунтовой стенки, которая находится над поверхностью бурового раствора.Форма деформации передней стенки из шпунта — средний выпуклый барабан, а максимальное смещение составляет примерно 20 мм, что сильно отличается от реальных результатов измерений на месте. Когда учитывается смещение в точке крепления, расчетное натяжение стяжной тяги является более точным, а результаты смещения передней стенки очень близки к результатам измерений на месте, поскольку смещение в точке крепления предполагается с научной точки зрения. Верхняя часть передней стенки частично сдерживается в наклонном режиме деформации.Максимальное смещение в точке крепления передней стенки составляет примерно 55 мм, измеренное максимальное смещение составляет примерно 60 мм, а погрешность составляет 8,33%, что идеально. В заключение скажу, что более научным является использование гипотетического смещения точки крепления, предложенного в этой статье.

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

    Выражение признательности

    Это исследование финансировалось Фондом естественных наук провинции Цзянсу (грант № BK20161360), «Пиком шести основных талантов» в провинции Цзянсу в Китае (грант № 2016-JZ-020) и аспирантскими исследованиями и практикой. Инновационная программа провинции Цзянсу (грант № SJCX17_0609).

    (PDF) Метод расчета смещения передней стены покрытой шпунтовой пристани

    шпунтовой стены, которая находится над поверхностью грязи, что значительно уменьшено

    .Форма деформации передней стенки из шпунта

    представляет собой средний выпуклый барабан, максимальное смещение

    примерно 20 мм, что сильно отличается от реальных результатов измерения

    на месте. При учете смещения в точке крепления

    расчетное натяжение тяги

    является более точным, а результаты смещения передней стенки

    очень близки к результатам измерения на месте

    , поскольку предполагается смещение в точке крепления

    научно.Верхняя часть передней стенки

    частично зажата в наклонном режиме деформации. Максимальное смещение

    в точке крепления передней стенки составляет

    примерно 55 мм, измеренное максимальное смещение

    составляет примерно 60 мм, а погрешность составляет 8,33%, что является идеальным значением

    . В заключение скажу, что более научным является использование смещения точки потенциального крепления Hy-

    , предложенного в этой статье

    .

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования,

    доступны у соответствующего автора по запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

    относительно публикации этой статьи.

    Благодарности

    Это исследование финансировалось Научным фондом Natural

    провинции Цзянсу (грант №

    BK20161360), Пиком шести основных талантов в провинции Цзянсу в

    Китае (грант № 2016-JZ-020). ) и Программа последипломных исследований

    и практических инноваций провинции Цзянсу (грант

    №SJCX17_0609).

    Ссылки

    [1] Ю. X. Лю и З. Д. Ву, «Рабочий механизм шпунтовой набережной

    с барьерными сваями», Hydro-Scienceand Engineering,

    vol. 2, pp. 8–12, 2006.

    [2] В. П. Лю, Ю. Р. Чжэн, З. Ю. Цай и З. Б. Цзяо, «Метод конечных

    элементов для причалов с закрытыми сваями», Китайский журнал

    по геотехнической инженерии, т. . 32, нет. 4, pp. 573–

    577, 2010.

    [3] В.К. Донг, «Практика строительства глубоководных причалов —

    свайных причалов с перегородками в порту Цзинтан и экспериментальное

    исследование», Port Engineering Технология, т.12. С. 20–24,

    2005.

    [4] Ю. Ю. «Создание и исследование предложения крытого типа шпунтовой пристани

    », Технологии портового строительства, № 4, с. S1,

    pp. 30–32, 2005.

    [5] LY Wang, HL Liu, PM Jiang и XX Chen, «Метод прогнозирования

    остаточной сейсмической деформации стенки кессонной набережной

    в жидком фундаменте», China Ocean Engineering, т. 25,

    нет. 1. С. 45–58, 2011.

    [6] G. Gazetas, E.Гарини и А. Зафейракос, «Сейсмический анализ

    высоких анкерованных стен из шпунтовых свай», Soil Dynamics and Earthquake

    Engineering, vol. 91, стр. 209–221, 2016.

    [7] Дж. Лил, Дж. К. Де Ла Ллера и Г. Алдунате, «Сейсмические изоляторы в

    свайных причалах», Proceedings of Ports, in Proceedings

    of 13th Triennial International, Сиэтл, Вашингтон, США,

    августа

    2013.

    [8] А. Зекри, А. Галандарзаде, П. Гасеми и М. Хоссейн

    Аминфар, «Экспериментальное исследование мер по восстановлению

    закрепленных шпунтовые стены набережной с использованием уплотнения грунта », Ocean

    Engineering, vol.93, pp. 45–63, 2015.

    [9] C. W. Yu, C. J. Lee, W. Y. Hung и H.-T. Чен, «Приложение

    преобразования Гильберта-Хуанга для характеристики разжижения грунта

    и сейсмических откликов у набережной, смоделированных в испытаниях на центрифуге

    », Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 30, нет. 7, pp. 614–629, 2010.

    [10] LY Wang, SK Chen, and P. Gao, «Исследование сейсмических

    внутренних сил геосеток в укрепленных грунтовых подпорных стенках

    конструкций при землетрясениях», Журнал Виброен-

    инжиниринга, т.16, нет. 4, pp. 2023–2034, 2014.

    [11] LY Wang, GX Chen и S. Chen, «Экспериментальное исследование сейсмического отклика

    жестких подпорных стен, армированных георешеткой

    с насыщенным песком», Геотекстиль и Геомембраны,

    об. 43, вып. 1, pp. 35–45, 2015.

    [12] К. Мияшита и Т. Нагао, «Фундаментальное исследование простого метода оценки сейсмических характеристик

    стен набережных свай

    с вертикальным креплением свай к Первый уровень

    , землетрясение, землетрясение

    , Журнал прикладной механики,

    т.10, стр. 601–611, 2007.

    [13] М. Сато и К. Табата, «Испытание на вибростоле крупногабаритной модели

    на механизм разрушения шпунтовой стенки набережной и свайного фундамента

    . к боковому распространению ”, Японский геотехнический журнал

    , т. 4, вып. 4, pp. 259–271, 2009.

    [14] П. Руджери, Д. Сегато и Г. Скарпелли, «Шпунтовая стена набережной

    : безопасность: исследование разрушения анкеров после растяжения»,

    Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии,

    т.9, вып. 139, pp. 1567–1574, 2013.

    [15] Б. Х. Ван, Ч. Х. Цзо, «Частотное уравнение

    изогнутой вибрирующей консольной балки с учетом вращающегося инерционного момента

    присоединенной массы», Математические

    Проблемы техники, т. 2017, Идентификатор статьи 1568019,

    5 страниц, 2017.

    [16] Ф. Калантари, Х. МолаАбаси, М. Салахи и М. Вейскарами,

    «Прогнозирование боковых смещений

    , вызванных разжижением, с использованием надежной модели оптимизации. , ”Scientia Iranica A, vol.20,

    нет. 2, pp. 242–250, 2013.

    [17] Р. Мотамед и И. Товата, «Меры по смягчению последствий для групп свай

    за стенами набережной, подверженных боковому потоку разжиженного грунта

    : испытания модели стола встряхивания», Динамика почвы и землетрясения

    Engineering, vol. 10, вып. 30, pp. 1043–1060, 2010.

    [18] LY Wang, GX Chen, P. Gao и SK Chen, «Псевдо-

    статический метод расчета остаточной сейсмической деформации —

    георешетки, усиленной. подпорная стена из грунта с жидкой засыпкой », Journal of Vibroengineering, vol.17, нет. 2,

    стр. 827-840, 2015.

    [19] Б. Jiang, «Исследования почвы выгибая е Ф.Ф. ЭСТ и земля давления для

    структуры

    подпорной» докторской диссертации, Zhejiang University,

    Ханчжоу, Китай, 2005

    [20] Х. Мэтлок и Л. К. Риз, «Обобщенные решения для свай, нагруженных на широту

    », Journal of Soil Mechanics and Foundations

    Division, vol.

    Расчет шпунтового ограждения: 🔨 цели расчётов, методы, особенности, что необходимо учесть

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    Scroll to top