Морские гидротехнические сооружения

Для дальнейших расчетов берется ширина сооружения b_c, большая из значений, полученных по формулам (6.2) и (6.4) [1].

Опрокидывающий  момент:

.

(а)

Плечо этого  момента:

.

(б)

 а) Проверка на  опрокидывание.

;

(в)

где n=10 ( грунты средней плотности );?

?

;

(г)

γ_н=2,4 (Т/м³) – удельный вес надводной части;

γ_п=γ_н-1(Т/м³) – удельный вес подводной части;

d_f=11,7 – задана преподователем;?

h_н=3,35(м) – по своему сечению. ?

Тогда,    .

б) Проверка  на устойчивость.

;

(д)

(γ_с =1,15; f=0,6;σ_m=24,4;γ_1c=1,0).

Для сооружения II класса (глубина от 5 до 25м) γ_п=1,2 (см.стр.146.[1]).

;

(д)

То по расчёту, ширина стенки b_c=9,77м.

После определения  ширины стенки уточняются размеры берм каменной постели в расчетном  сечении.

Определение размеров берм. Ширина берм каменной постели назначается: наружной (со стороны моря) — 0,6b=0,6·9,77=5,85≈6,0м; внутренней (со стороны гавани) — 0,4b=0,4·9,77=3,9м≈4,0м; где   b — ширина подошвы стенки. Установив окончательно ширину b подошвы сооружения, уточняют ширину берм. Отметки наружной и внутренней берм в поперечном сечении постели должны приниматься одинаковыми.

Уклоны откосов  постели назначаются в зависимости от крупности камня на откосах и значений донных скоростей, но не круче 1:1,5. Обычно принимаются уклоны:

для наружных откосов — 1:3;

для внутренних откосов — 1:2.

 

4.2. Расчет устойчивости сооружения на опрокидывание

[1, § 6.3, с. 152]

Устойчивость сооружения считается обеспеченной, если выполняется  условие (6.11) [1].

Определение веса Q и момента M_y устойчивости сооружения из массивной кладки (по рис.5)

Наименование элемента сооружения, их объём, м3; эпюры взвешивающего давления, их площади, тс/м

Объёмный  (удельный) вес, тс/м3

Вес, взвешива-ющая сила,  тс

Плечо устойчивости, м

Момент устойчивости, тс·м

А. Вес сооружения без  учёта  взвешивания

Несимметричная часть

Верхняя часть парапета 1,0·1,2·1,0=1,2	2,4	2,88	17,25	49,68
Средняя часть парапета 2,0·1,2·1,0=2,4 Нижняя часть парапета 2,0+2,0·1,1·1=4,2	2,4   2,4	5,76   7,92	16,1   16,65	92,74   131,87
Итого		16,56		274,29

 

Наименование элемента сооружения, их объём, м3; эпюры взвешивающего давления, их площади, тс/м

Объёмный (удельный) вес, тс/м3

Вес, взвешива-ющая сила,  тс

Плечо устойчивости, м

Момент устойчивости, тс·м

Симметричная часть

Бетонная надстройка и плиты перекрытия каналов 9,77·2,35·1,0-2·1,2·0,9·1,0=21,88	2,4	52,51	4,885	256
Массивовая кладка 9,77·12=117,24	2,4	281,37	4,885	1374,5
Итого		333,88		1633,5

Б. Взвешивающее  гидростатическое  давление

Эпюра давления под подошвой 9,77·11,7·1,0=114,3		-114,3	4,885	-558,3
Итого		-114,3		-558,3

В. Взвешивающее волновое давление

Эпюра давления при гребне стоячей  волны   9,77·2,4·0,5·1=11,72 9,77·0,2·0,5·1=0,977		-11,72         0,977	6,51         3,26	-76,3         3,19
Итого		-10,723		-73,11
Всего для сооружения  с учётом взвешивания		Q=225,41		My= 1276,4

- условие устойчивости.

;

496,56≤1223,17  - условие  устойчивости  на опракидывание  выполнено. 

 

4.3. Расчет напряжений под подошвой стенки и под постелью

[1, § 6.2, с. 149…151]

Эпюры давления под подошвой и под постелью сооружения (см. рис.2) строятся по формулам (6.5…6.8) [1].

Проверяются минимальные напряжения σ_min под подошвой (отрицательные напряжения под подошвой не допускаются) и максимальные напряжения σ_max (они не должны превосходить расчетных сопротивлений R₀ каменной постели, т. е. σ_max =< R₀).

;	(а)
;	(б)
.	(в)

 

Максимальные  напряжения σ_max* под постелью не должны быть больше расчетных сопротивлений R₀ грунта основания, т.е. σ_max* ≤ R₀.

В данной работе расчетные сопротивления R₀ допускается принимать равными:

для каменных постелей………………..…..  60(Тс/м).

Так как  σ_max =32,06 Тс/м; берём по максимуму R₀ =60 Тс/м тогда условие выполняется

32,06 Тс/м ≤ 60 Тс/м .

 

;

.

 

 

4.4. Расчет устойчивости сооружения на плоский сдвиг

[1, § 6.3, с. 153…154]

В настоящей  работе рассчитывается сооружение, постель  которого возвышается над поверхностью дна (рис.  ). При этом возможны следующие расчетные случаи для плоского сдвига:

 

сдвиг сооружения по плоскости АC каменной постели;

сдвиг сооружения вместе с частью каменной постели  по наклонной плоскости AD;

сдвиг сооружения вместе с постелью по плоскости ED дна.

Устойчивость  сооружения на плоский сдвиг по указанным  плоскостям проверяется по формулам (6.1, 6.13, 6.14) [1].

- проверка на плоский сдвиг;

(а)

где  γ_1с=1;

γ_с=1,15;

γ_п=1,2.

Поверка на сдвиг  стены по поверхности  АС постели  производится по  условию (а), в котором следует принять: F=S=37,06 Тс ;

f=0,6;

R=Q·f=225,41·0,6=135,24тс.

Делаем проверку:  - проверка выполняется.

При сдвиге стены  по наклонной плоскости AD к удерживающим  силам следует добавить вес сдвигающейся  верхней части постели и все силы  спроектировать на плоскость сдвига и на нормаль к ней. Тогда в условии:

;

.

где    Q’ – вес в воде сдвигающейся части постели в объёме ACD ;

  f_K – коэффициент внутреннего трения каменной наброски (f_K=0,85-1,00);

 α – угол наклона плоскости сдвига α=10˚.

;

Делаем  проверку:  - проверка выполняется.

 При  сдвиге стены вместе с постелью  по поверхности ED грунта

F=S=37,06 Тс ;

Tc ;

f_Г  =tgφ=tg19º= 0,344;

 Tc;

t=3,6.

Делаем  проверку:  - проверка выполняется.

 

4.5. Расчет устойчивости сооружения на глубинный сдвиг по методу ВНИИГ

[1, § 6.3, с. 158…162]; [4, приложение 7]

Метод расчета  несущей способности основания  подробно изложен на стр. 158…162 [1]. Расчеты  выполняются в следующей очередности.

Вычисляются расчетная  ширина b* сооружения и приведенное напряжение σ* под постелью по формулам:

b* = 2/3 (b + 2t) (σ*max + 2 σ *min)/( σ *max + σ *min)= =2/3(9,77+2·3,6)·(25,65+2·15,3)/(25,65+15,3)=15,54м;	(11)
σ * = ½ (σ max + σ min)(b + 2t)/b*= =½ (25,65 + 15,3)(9,77 + 2·3,6)/15,54=22,35 тс/м2.	(12)

Здесь b — ширина подошвы сооружения; t — толщина постели; σ *_max и σ *_min — краевые напряжения под постелью.

  ;

 где R_u – равнодействующая;

q=0;

  γ = 1,1Тс/м³ – для песка;

с учётом взвешивающей силы (грунт в воде).

γ'= γ-1т/м³;

Грунт основания: песок илистый, φ=19˚.

Сведём данные в таблицу:

Таблица 1 

Коэффициенты	δ в  долях от φ
	0	0,3φ	0,9φ
Nγ	2,1179	1,5809	0,4181

 

Вычисления  запишем в табличной форме:

Таблица 2

δ˚	sin (δ˚),cos(δ˚).
δ= 0·φ=0˚	sin0˚=0
	cos0˚=1
δ=0,3·φ=0,3·19˚=5,7˚	sin5,7˚=0,099
	cos5,7˚=0,995
δ=0,9·φ=0,9·19˚=17,1˚	sin17,1˚=0,294
	cos17,1˚=0,955

Расчёт равнодействующей удобно выполнить в виде таблицы:

Таблица 3

δ	Ru ,Тс
δ= 0·φ	Ru=1,1·15,542·2,1179=562,6
δ=0,3·φ	Ru=1,1·15,542·1,5809=419,95
δ=0,9·φ	Ru=1,1·15,542·0,4181=111,06

Составляющие  предельных разрушающих наклонных  напряжений n=0:

;

.

Вычисление значений σ, τ запишем  в таблицу 4:

Таблица 4

δ	σ	τ
δ= 0·φ	σ =(562,6/15,54)·1=36,2	τ =0
δ=0,3·φ	σ =(419,95/15,54)·0,995=26,88	τ =(419,95/15,54)·0,099=2,67
δ=0,9·φ	σ =(111,06/15,54)·0,955=6,82	τ =(111,06/15,54)·0,294=2,10

Построим график  «Несущей  способности  основания» τ = f(σ).

 

По значению  приведённого напряжения σ^* с помощью графика находится τ^*. Так как значение σ^*= 22,35(Тс/м²);  τ^*=2,8(Тс/м²). 

Делаем проверку: R^*= τ^*·b^*=2,8·22,35=62,58;

F=S=37,06 Тс ;

.

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ГОЛОВНОЙ И КОРНЕВОЙ ЧАСТЕЙ СООРУЖЕНИЯ

5.1. Головная часть

[1, § 4.7, с. 127]

Длина и ширина головного участка сооружения определяется расчетом исходя из эксплуатационных требований. Ориентировочно ширину головного участка следует принимать на 30…40 % больше ширины сооружения в основной части, а длину — равной двойной ширине. Уширение следует делать в сторону гавани. Головная часть отделяется от основной части швом.

Толщина бетонной плиты надстройки головного участка  принимается на 1,0…1,5 м больше толщины плиты основной части. Парапет выполняется с трех сторон. Выступающие внешние углы срезаются, бермы постели уширяются на 25…30 %.

Принятые размеры  головного участка проверяются  и уточняются расчетом. В данной учебной работе такие расчеты допускается не выполнять.

5.2. Корневая часть

[1, § 4.7, 3.2…3.6]

Общие положения. Конструкция корневой части принимается откосного профиля из наброски сортированного камня с защитным покрытием внешнего откоса обыкновенными бетонными массивами или фасонными блоками.

За расчетное  берется сечение  в начале откосного профиля (граничное сечение между корневой и основной частью сооружения). Здесь вычисляются высота и средняя длина трансформированных волн со стороны моря при СВГ по рекомендациям п. 2.2.

В ходе расчета корневой части сооружения последовательно определяются:

отметка верха  парапета и пологость откосов;

массы массивов и камней на откосе со стороны моря и со стороны гавани;

габаритные  размеры — отметка верха и ширина бермы перед парапетом, ширина проезжей части, размеры парапета и др.;

толщины слоев  отсыпки камня (наброски или укладки  массивов).