5.4. Учет ползучести основания при расчете свайного ростверка на пк

В случае в наличия связного грунта основания, обладающего реологическими свойствами, в процессе эксплуатации сооружения возникают явления релаксации напряжения бокового давления грунта на стенку и ползучести грунта основания. В этом случае активное давление связного грунта стремится к боковому давлению покоя, а реактивное давление релаксирует (рассасывается). Кроме того, возникает явление ползучести при котором свайный ростверк получает дополнительное смещение.

Для учета реологических явлений принимается новая схема нагрузки, а именно вместо активного давления связного ползучего грунта основания принимается боковое давление покоя.

Влияние ползучести связного грунта учитывается уменьшением принятого значения коэффициент постели К_п до значений, отвечающих стабилизированному состоянию

К_{п ∞} = (Е/Е_∞) К_п.

Е_¥ = (0,3¸0,8)Е – длительный модуль деформации грунта, большее значение Е относиться к твёрдым глинам, меньшее – к текучим, промежуточные значения принимаются по интерполяции.

Результаты расчета и оптимизация габаритов. Изменив исходные данные, выполняется повторный расчет высокого свайного ростверка. Составляется результирующая таблица усилий и перемещений в элементах ростверка в начальном и стабилизированном случаях.

Делается проверка на соблюдение второго предельного состояния относительно смещения низа стенки. В случае если смещение стенки у проектного дна более 20см конструктивно увеличивается глубина погружения стенки на 15%.

6. Расчет свайных сооружений сквозного типа

Сквозные свайные набережные. Основным отличительным признаком является отсутствие у них сплошной тонкой стенки. По конструкции различают сквозные сооружения эстакадного и мостового типов. В эстакадах отдельные опоры (палы) размещены в основном равномерно по длине сооружения. К конструкциям мостового типа относят сооружения в виде отдельных бычковых опор, например кустов свай пространство между которыми перекрывается пролетным строением с использованием балок, ферм и др. По конструкции свайные пирсы и оторочки в сущности не отличаются от набережных эстакад.

Сквозные причальные сооружения могут располагаться вдоль берега на некотором расстоянии от него и соединяться с берегом отдельными съездами эстакадного или мостового типа в виде каменных дамб и др., или примыкать к берегу по всей длине сооружения.

6.1. Определение нагрузок свайные сооружения сквозного типа

Основные нагрузки на свайные сооружения сквозного типа:

1. навала пришвартованного судна;

2. навала судна при подходе к сооружению;

3. от натяжения швартовных тросов.

Навал пришвартованного судна под действием ветра, течения и волн, прижимающих судно к причальной стенке, передается в пределах прямолинейной части борта судна l_d в виде горизонтальной равномерно распределенной нагрузки q (рис. 6.1а)

q = 1,1 W_q /l_d

где W_q – поперечная сила от суммарного воздействия ветра, течения и волн на судно, равна:

W_q = W_ветр + W_т + W_волн

где W_ветр. – поперечная составляющая силы от воздействия ветра на судно, кН; W_т – то же, от воздействия течения, кН; W_волн – то же, от воздействия волн, кН.

а б

Рис. 6.1. Навал пришвартованного судна на причальную стенку

а – нагрузка от судна на причал; б – график значений коэффициента k

Поперечные составляющие сил, действующих на ошвартованное у причала судно W_ветр , W_т , W_волн можно определить по эмпирическим зависимостям, как функции [2]:

W_ветр = f₁ (V_ветр, A_надв, ξ) = 73,6·10^-5·A_надв·V_ветр²·ξ

W_т = f₂ (V_теч, A_подв) = 0,59·A_подв·V_т²

W_волн = f₃ (h_в, A_подв, T_с) = κ ·ρ_в·g·h_в·А_подв

где V_ветр, V_теч – скорости ветра и течения обеспеченностью 1% , м/с;

А_надв, A_подв – боковая надводная и подводная площади парусности судна, м²; h_в, λ_в – высота обеспеченностью 5% и длина волны, м; ξ = f₄ (ℓ_с)– коэффициент, учитывающий форму площади надводной части судна (табл. 6.1); κ = f (Т_с / λ_в) – коэффициент учитывающий не фронтальный подход волн к диаметральной плоскости судна, принимаемый по рис. 6.1, б; ρ_в – плотность воды, т/м³; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; - осадка судна, м; ℓ_с – длина судна, м.

Таблица 6.1

Значения коэффициента ξ от длины судна

ℓс, м	≤25	25 … 75	75 … 200	≥200
ξ	1,0	0,80	0,65	0,50

Навал судна при подходе к сооружению и отбойные устройства

Навал судна при подходе к сооружению может возникнуть из-за наличия непогашенной скорости судна V_с в момент контакта с причальным сооружением (рис. 6.2).

Сила F_q от навала судна при подходе зависит от скорости подхода судна, его массы, упругой податливости корпуса судна, причальной стенки и отбойных устройств. Чем большей упругостью обладает система «сооружение – отбойное устройство – судно», тем большую энергию поглощает эта система без остаточных деформаций корпуса судна и сооружения.

Рис. 6.2. К навалу судна на причал при подходе

Поскольку скорость подхода судна к причалу нормирована (табл.6.2), то для уменьшения силы навала судна F_q между судном и причалом должны быть помещены сильно деформируемые отбойные устройства или амортизаторы, способные уменьшить удар. Нормированные значения скоростей подхода судна при интенсивности волнения не более 1-2 балла, силе ветра не более 6-7 баллов, скорости течения не более 0,6 м/с приведены в табл. 6.2.

Табл. 6.2

Нормальная составляющая скорости подхода судна, м/с

Водоизм. судна,тыс. т.	Менее 2	2-5	5-10	10-20	20-40	40-100	Более 100
Мор. суда	0,22	0,15	0,13	0,11	0,10	0,09	0,08
Реч. суда	0,2	0,15	0,10	-	-	-	-

Наибольшее распространение в портах мира, в том числе отечественных, получили амортизирующие устройства, основанные на принципе использова-ния деформаций резиновых элементов. Широкое применение резины для этой цели обусловлено ее физико-механическими свойствами: сжимаемостью, большой упругостью, энергоемкостью, способностью сохранять свои характе-ристики в большом диапазоне температурных колебаний, стойкостью в отношении химических и бактериальных воздействий.

Во многих случаях достаточно эффективными и долговечными оказываются амортизирующие элементы, имеющие трубчатую, трапецеидальную или другую специальную форму (рис. 6.3). Наиболее широкое распространение получили трубчатые амортизирующие элементы с наружным диаметром 0,4... 1,0 м.

Рис. 6.3. Типы резиновых амортизаторов: а - трубчатый; б - Лорд; в - двойной Лорд (Сейбу); г - трапецеидальный ; д - модифицированный трапецеидальный; е - трубчатый, работающий на осевое сжатие; ж - Рейкина; з - сдвоенный трапецеидаль-ный, соединенный широкими основани­ями; и - усиленный трапецеидальный; к – двойной трапецеидальный; 1 - стальная накладка; 2 - опорный элемент; 3 - резиновая прокладка; 4 - стальная прокладка; 5 – распределительный элемент; 6 - скрепляющие детали.

Для принятого типа судна и известной конструкции причального сооружения находится кинетическая энергия навала судна при подходе к сооружению Е_q, кДж

Е_q = 0,5 ψ D_c V ²_c (6.1)

где D_c – расчетное водоизмещение судна, т; ψ – коэффициент, который принимается по табл. 6.3; V_c – нормальная к линии причального фронта составляющая скорости подхода судна, м/с.

Таблица 6.3

Числовые значения коэффициента ψ

Конструкция причальных сооружений	Ψ для судов
	морских	речных
Гравитационные, больверки, свайные ростверки с передним шпунтом	0,50	0,30
Сквозные, свайные ростверки с задним шпунтом	0,55	0,40
Пирсы эстакадного или мостового типа, причальные палы.	0,65	0,45
Палы причальные головные или разворотные	1,60	-

При использовании энергетического метода расчета кинетическая энер-гия подходящего к причалу судна Е_q должна поглощаться суммарной (тоталь-ной) энергией деформации Е_tot, корпуса судна, отбойного устройства, причала, кДж

Е_q = Е_tot; Е_tot = Е_с, + Е_отб + Е_п.с,

где Е_с – энергию деформации корпуса судна; Е_отб – энергию деформации отбойного устройства ; Е_п.с – энергию деформации причального сооружения. В практических целях при Е_п.с≤0,1·Е_отб величину Е_п.с допускается не учитывать.

По величине кинетической энергии подходящего судна Е_q, значение поперечной горизонтальной нагрузки на причал F_q при подходе к нему судна можно определить графически (рис. 6.4).

В правой части графика (рис.6.4) строят экспериментальную кривую поглощения поперечной силы причальным сооружением и отбойным устройс-твом F_q = f(f_t), где f_t = f₁ + f₂ характеризует деформативность причального сооружения и принятого отбойного устройства, в зависимости от энергоем-кости. Примем в запас прочности f₁= 0. Экспериментальные графики зависимости реакции амортизатора от деформации, охватывающие диапазон водоизмещения судна от 10·10³ до 20·10⁴ т, приведены на рис. 6.5 – 6.7. Для принятого отбойного устройства график зависимости F_q=f(f₂) переносится на правую часть рис. 6.4.

Площадь ω между кривой F_q=f(f₂) и осью f_t в этом случае представляет общую энергию (работу) деформаций E_tot (заштрихованная область на рис. 6.4).

По найденным 3-4 значениям площадей строят на левой части рис.6.4, кривую E_tot=f(f_t), являющуюся интегральной кривой по отношению к графику F_q=f(f_t): абцисса этой кривой равна соответствующим площадям графика (ω).

. Указанная кривая представляет поглощаемую энергию за счет деформации принятого отбойного устройства.

Отложив на оси абцисс в левой части графика, вычисленное значение ки-нетической энергии навала судна Е_q, кДж (6.1), следуя по направлению штрих-пунктирной линии получают поперечную силу F_q.навала судна уменьшенную податливостью амортизатора (рис. 6.3).

а) б)

Рис. 6.4. Графики «энергия – деформация – сила» применительно к конкретному типу отбойного устройства для определения поперечной горизонтальной силы F_q, от навала судна при подходе к причальной стенке, Кн. Условное обозначение

а – график энергии от деформации E_q ; б – экспериментальный график нагрузки F_qот деформации отбойного устройства и причального сооружения

В случае, если пунктирная прямая в левой части графика на рис.6.4, пересекает конечный горизонтальный участок кривой E_tot=f(f_t), то используют более мощное отбойное устройство.

Пример . Определить нагрузки от навала судна при подходе к сооружению при следующих исходных данных: дедвейт швартующегося судна D = 17 тыс. т; причальное сооружение из оболочек большого диаметра; отбойные устройства из трубчатых резиновых амортизаторов Д-400.

1. Определяем энергию навала судна при подходе E_q в кДж. Для этого из табл. 6.2 в зависимости от дедвейта судна находим нормальную составляющую скорости подхода судна v= 0,11м/с, а также устанавливаем, ψ = 0,5 из табл. 6.3. Тогда кинетическая энергия навала судна

E_q = ψ Dv²/2= 0,5·17000·0,11²/2 = 51,4 кДж

Отбойное устройство типа : 1- П2Д 400, 2- П4Д 400 (пакеты из 2 и 4

Отбойное устройство типа: Д400, Д300 (резиновый цилиндр) резиновых цилиндров Д 400)

а- для морских портов,б- для речных судов

График зависимости реакции F_q цилиндрических амортизаторов График зависимости реакции F_q отбойных устройств типа

Курского завода РТИ от величины деформации ∆отбоя для одного П2Д 400 и П4Д 400 от величины деформации ∆отбоя для 1 м длины

цилиндра типа:

1. Д400, [F_q]_отбоя= 775 кН/м , q= 600 кПа , l= 2м 1- П2Д 400, [F_q]_отбоя= 1650 кН/м , q= 1380 кПа , l= 2м

2. Д300, [F_q]_отбоя= 570 кН/м , q= 675 кПа , l= 3м 2- П4Д 400, [F_q]_отбоя= 1550 кН/м , q= 1380 кПа , l= 2м

Рис. 6.5. Характеристики отбойных устройство для морских (а) и речных судов (б)

Отбойное устройство типа: Д800, Д1000, Д1200 Отбойное устройство типа “Bridgestone” (Япония): резиновый

а- для морских портов цилиндр 24х12”, 30х15”, 40х20”, 48х24”/I” (один дюйм)=25,4 мм

б- для речных портов

Графики зависимости реакции F_q от величины деформации Графики зависимости реакции F_q амортизаторов типа “Bridgestone”

∆отбоя для 1 м длины от величины деформации ∆отбоя для 1 м длины цилиндра

1. Д800, [F_q]_отбоя= 250 кН/м , q= 300 кПа , l= 2,3,4м 1- 24х12”, [F_q]_отбоя= 185кН/м , q= 270 кПа , l= 4,6м

2. Д1000, [F_q]_отбоя= 300 кН/м , q= 300 кПа , l= 2,3,4м 2- 30х15”, [F_q]_отбоя= 206 кН/м , q= 270 кПа , l=4,6м

3. Д1200, [F_q]_отбоя= 366 кН/м , q= 300 кПа , l= 2,3,4м 3- 40х20”, [F_q]_отбоя= 276 кН/м , q= 270 кПа , l= 4,6м

4- 48х24”, [F_q]_отбоя= 322 кН/м , q= 270 кПа , l= 4,6

Рис. 6.6. Характеристики отбойных устройств для морских (а) и речных судов (б)

Отбойное устройство типа “Seiba Chem Co” (Япония) Отбойное устройство типа “Supper Arca”: SA 1000H, SA 800H, SA 600H

V600H, V800H₁ , V800H₂ ,V1000H (резиновая полая трапеция (резиновая полая трапеция размером H=1000, 800 и 600 м)

Размером H=600, 800, 1000 мм) а- для морских портов; б- для речных портов

а- для морских портов; б- для речных портов

Графики зависимости реакции F_q отбойных устройств типа “Seiby Chem Co” Графики зависимости реакции F_q отбойных устройств типа “Super Arca”

от величины деформации ∆отбоя для 1 м длины резиновой трапеции от величины деформации ∆отбоя для 1 м длины резиновой трапеции

1. V600H, [F_q]_отбоя= 480 кН/м, l= 1,5 , 2 , 2,5м 1- SA 1000, [F_q]_отбоя= 700 кН/м, l= 2,5 , 3 , 3,5м

2. V800H₁, [F_q]_отбоя= 580 кН/м, l= 2,5 , 3 , 3,5м 2- SA 800, [F_q]_отбоя= 600 кН/м, l= 2 , 2,5 , 3м

3. V800H₂, [F_q]_отбоя= 580 кН/м, l= 2,5 , 3 , 3,5м 3- SA 600, [F_q]_отбоя= 450 кН/м, l= 2 , 2,5 , 3м

4. V1000H, [F_q]_отбоя= 750 кН/м, l= 2,5 , 3 , 3,5м

Рис. 6.7 Характеристики отбойных устройств для морских (а) и речных судов (б)

Рис. 6.8. Графики для определения нагрузок от навала судна при подходе к сооруже-нию:1, 2 – для амортизаторов ДЗ00, l =3 м; 3, 4 –для амортизаторов Д400, l =2 м; 5, 6 – для амортизато­ров Д1000, l =1,5 м

2.По графику (рис. 6.8) определяем поперечную горизонтальную состав-ляющую от навала судна при подходе к сооружению F_q, кН. Для этого на левой горизонтальной оси графика откладываем E_q = 51,4 кДж и проводим вертикаль до пересечения с кривой 3 (для амортизаторов Д400). Затем проводим горизон-тальную прямую до пересечения с кривой 4 и, опустив перпендикуляр до пере-сечения с правой горизонтальной осью графика, находим число 10,0. В резу-льтате при F_q10^-2 = 10,0 поперечная нагрузка от навала судна равна F_q = 1000кН.

3. Продольная составляющая F_n, кН, от навала судна равна F_n= μF_q =-0,5.1000=500 кН, де коэффициент трения μ = 0,5 (для резиновых амортизаторов).