7.2. Графоаналитический расчет больверка на сейсмику

После графоаналитического расчета больверка на статические нагрузки при необходимости выполняется проверка несущей способности больверка на сейсмические нагрузки.

Категория грунта по сейсмическим свойствам принимается по СНиП II-7-81*). При этом для водонасыщенных песчанных и глинстых грунтов рекомендуется сейсмичность повышать на 1 балл.

Расчет больверка на сейсмические нагрузки включает несколько этапов.

Первый этап. Определение сейсмического давления грунта и гидродинамического давления воды на стенку по выражениям 7.1- 7.3 и построением расчетной схемы сооружения (рис. 7.3 и 7.4, а, б, в).

После определения динамических сил для схемы с защемлением аналогично статическому расчету проверяется расчетная схема сооружения. При этом имеют место два случая:

1. расчетная схема с защемлением сохраняется;

2. расчетная схема из защемления переходит в схему свободного опирания.

Если расчетная схема с защемлением остается, то, используя графоаналитический метод расчета, определяют изгибающий момент и анкерную реакцию.

Если расчетная схема из защемления переходит в схему свободного опирания, то строится параболическая эпюра бокового давления грунта, аналогично статическому расчету и, используя графоаналитический метод, строится эпюра изгибающих моментов.

Рис. 7.3. Графический динамический расчет заанкерованной стенки с защемлением.

Рис. 7.4. Графический динамический расчет заанкерованной стенки с свободным опиранием.

Второй этап. Нахождение усилий в стенке от сейсмических колебаний собственной массы сооружения (рис. 7.3 и 7.4, г, д, е).

При определении инерционных нагрузок от колебания стенки примем в первом приближении причальную стенку в виде балки с одной степенью свободы, с равномерно распределенной вертикальной нагрузкой от ее веса. В зависимости от расчетной схемы сооружения имеют место два случая:

1. балка с верхним опиранием и нижнем защемлением в грунте (расчетная схема с защемлением), (рис. 7.3, г). При этом точка защемления соответствует максимальной ординате момента защемления;

2. балка с шарнирным опиранием на опорах (расчетная схема свободного опирания) 7.4, г). Условная нижняя опора соответствует нулевому изгибающему моменту в стенке.

Расчётная сейсмическая нагрузка по СНиП II-7-81* от колебания массы стенки принятая для одномерного случая равна:

S = K₁·G·A·b·K_ψ (7.6)

где = 0,25 – коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружения;

G = G_ст + Е_а tgφ_i + Р_г (7.7)

где G_ст – собственный вес стенки без учета взвешивания воды; Е_аtgφ_i – вертикальная составляющая горизонтального давления насыщенного грунта; Е_а – активное давление грунта без учета взвешивания воды , tgφ_i – учет силы трения по высоте стенки); Р_г – равнодействующая гидродинамического давления воды гидродинамическое давление; – коэффициент, зависящий от расчётной сейсмичности (0,1; 0,2; 0,4 для расчётной сейсмичности 7, 8, 9 баллов соответственно); – коэффициент, учитывающий соотношение высоты к площади опирания сооружения, для больверков равный 0,7 при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов, и 0,65 – при расчетной сейсмичности 9 баллов; b – коэффициента динамичности, который зависит от периода Т. Этот период для колебания системы с одной степенью свободы связан с расчетной схемой сооружения:

1. схема с нижним защемлением, (рис. 7.3, д). Значение периода Т равно:

Т= 2π ( m L³/EJ) /15;

2. схема с шарнирным опиранием (7.4, д). Значение периода Т равно

Т= π ( m L³/EJ) /5;

Определив величину Т из выражения (7.6), в соответствии с указанием СНиПа II-7-81 (3-5), находится коэффициента динамичности b.

Вычислив S, находится равномерная осредненная сейсмическая боковая нагрузка на пролет L_с (рис. 7.3, д и 7.4, д)

q_c = S/L_с

Для расчетной схемы соответствующий рис 7.3, д максимальный момент сейсмический в пролете равен:

М_с = q_c (L_с² – h_ан²)²/8 L_с²

Соответственно величина анкерной реакции

R_{a с} = q_ch_ан + q_c (L_с² + h_ан²)/2L_с

Для расчетной схемы на рис 7.4, д максимальный сейсмический момент в пролете

М_с =0.07 q_c (L_с² – 2,86h_ан²)

Соответственно величина сейсмической анкерной реакции

R_{a с} ≈ q_ch²_ан /2L_с + 0,375q_c L_с

Третий этап. Определение суммарных усилий в элементах больверка от сейсмических нагрузок первого и второго этапов (рис. 7.3 и 7.4, ж). Делается проверка принятых габаритов сооружения от суммарных сейсмических усилий

Используя суперпозицию, результирующая величина усилий от первого этапа (рис. 7.3, в и 7.4, в) и второго (рис. 7.3, г и 7.4, г) суммируется (рис 7.3, ж и 7.4, ж).