Научная статья на тему 'Сравнение отечественных и европейских методик расчета больверков'

Сравнение отечественных и европейских методик расчета больверков Текст научной статьи по специальности «Водный транспорт»

CC BY
627
100
Поделиться
Ключевые слова
БОЛЬВЕРК / ГРУНТЫ / СОПРОТИВЛЕНИЯ / НАДЕЖНОСТЬ / ИЗГИБАЮЩИЙ МОМЕНТ

Аннотация научной статьи по транспорту, автор научной работы — Кириллов В. М., Романов П. Л.

Сопоставляются результаты расчетов напряженно-деформированного состояния лицевой стенки больверка по российским и европейским нормам. Показано заметное различие в расчетах.The authors compare the results of defl ected mode calculation for a bulwark wall in accordance with Russian and European standards. They show the evident difference in calculations.

Похожие темы научных работ по транспорту , автор научной работы — Кириллов В. М., Романов П. Л.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Сравнение отечественных и европейских методик расчета больверков»

4. Гидроэлектрические станции / под ред. В. Я. Карелина. — М.: Энергоатомиздат, 1987. —

464 с.

5. Гапеев А. М., Кононов В. В. История гидротехники и гидротехнического факультета СПГУВК: учеб. пособие. — СПб.: СПГУВК, 2006. — 213 с.

6. Боярский В. М. Строительное дело и гидротехника. История развития: учеб. пособие. — СПб.: СПГПУ, 2007. — 250 с.

УДК 627.7 В. М. Кириллов,

д-р техн. наук, профессор, СПГУВК; П. Л. Романов,

СПГУВК

СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЕВРОПЕЙСКИХ МЕТОДИК РАСЧЕТА БОЛЬВЕРКОВ

COMPARISON OF HOME AND EUROPEAN DESIGN PROCEDURES OF BULWARKS

Сопоставляются результаты расчетов напряженно-деформированного состояния лицевой стенки больверка по российским и европейским нормам. Показано заметное различие в расчетах.

The authors compare the results of deflected mode calculation for a bulwark wall in accordance with Russian and European standards. They show the evident difference in calculations.

Ключевые слова: больверк, грунты, сопротивления, надежность, изгибающий момент.

Key words: bulwark, soils, resistance, reliability, bending moment.

Введение

В странах ЕС окончательная редакция текста ЕК7 [1] принята в 2003 г., причем еврокоды приобретают статус национальных стандартов. Представляется целесообразным унифицировать отечественные документы с общеевропейскими аналогично тому, как это сделано применительно к расчету оснований и фундаментов мелкого заложения [2].

* Одной из актуальных задач портовой

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

| гидротехники является проектирование боль-

00 верков с заданной свободной высотой Н под

действием проектной эксплуатационной нагрузки. Как СНиП 2.06.07-87 [3], так и ЕК7 формулируют эту задачу одинаково: не допустить потери основанием несущей способности, а сооружением — устойчивости, и, кроме этого, горизонтальные перемещения лицевой

стенки не должны превышать заданной предельной величины.

1. Показатели грунтов

В отечественных расчетах оснований показатели грунтов определяются согласно СНиП 2.02.02-85 [4].

В ЕК7 [1] проектное значение ХЛ свойства грунта вычисляется через характеристическое значение X определяемое по результатам испытаний с доверительной вероятностью 0,95. Связь между Хй иХк имеет вид

(1.1)

где у. — частные коэффициенты надежности: ур — по нагрузкам; уд — по сопротивлению; ум — по грунту. Следовательно, требования к доверительной вероятности характеристи-

ческих значений с, ф, Е и плотности грунта g такие же, как к доверительной вероятности показателей грунта по 1-й группе предельных состояний в [4], то есть Хк в ЕК7 эквивалентно Х1 в [4]. Это значит, что статистические показатели неоднородности свойств грунта, учитываемые в СНиП [4] коэффициентом надежности по грунту, в ЕК7 учтены заранее. Дополнительно вводимые коэффициенты надежности ур и уя учитывают вероятность других неблагоприятных обстоятельств, например погрешности в принятой модели грунта.

2. Расчеты

Отечественные расчеты больверка по 1-му и 2-му предельным состояниям выполняются с учетом требований, изложенных в [4-6].

Расчеты по ЕК7 [1] также предусматривают две проверки.

2.1. Проверка сопротивления при предельных значениях свойств конструкции и грунта

Рассматривая ситуацию предельного значения при разрушении, необходимо удовлетвориться, что

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Е< ^ ^ (21

где Еа — проектное значение влияния воздействия (расчетное значение действующей обобщенной силы или деформации); —

проектное значение сопротивления воздействию (расчетное значение обобщенной силы предельного сопротивления).

Левая часть неравенства (2.1) должна удовлетворять уравнениям:

~ },

или Еа=ур-Е<Р1

(2.2)

(2.3)

где Ррер — представительное значение воздействия (постоянная плюс временные и особые нагрузки).

Правая часть неравенства (2.1) устанав-

ливается из уравнений:

или —

(2.4)

(2.5)

(2.6)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Выбор того или иного из вариантов

(2.2)-(2.6) зависит от традиций геотехнических школ разных европейских стран. Знак равенства в (2.1) способствует наиболее экономичному решению. Учет зависимостей

(2.2)-(2.6) дает наиболее неблагоприятную конкретизацию (2.1) в виде

Ур ' РШР —

(2.7)

ЕК7 допускает 3 проектных подхода при рассмотрении (2.7). Каждому подходу соответствует свой набор частных значений коэффициентов надежности. В большинстве европейских стран предпочитают ограничиваться вариантом, включающим набор коэффициентов надежности А1 и М2 (см. табл. 1). При этом необходимо убедиться, что предельное состояние не возникает при наборах коэффициентов как А1, так и М2 или Я2.

Таблица 1

Частные коэффициенты надежности по Набор коэффициентов

А1 М2 Я2

нагрузке ур 1,35 1,00 1,00

сопротивлению уд 1,00 1,00 1,40

грунту Ум * углу внутреннего трения уф 1,00 1,25 1,00

сцеплению ус 1,00 1,25 1,00

удельному весу у^ 1,00 1,00 1,00

‘Коэффициент уф применяется к значению tgф

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^1911

Выпуск 2

Выпуск 2

В наборе А1 запас вводится в нагрузки, а уравнение (2.7) в предельном состоянии принимает вид

ПЕР /Гур

В наборе М2 запас вводится в параметры прочности грунта. В этом случае уравнение (2.7) конкретизируется как

(2.8)

ЛЕР

[

(2.9)

Значения активного и пассивного давлений грунта вычисляются по Кулону с углом трения о стенку 5 < ^¡/^. Коэффициенты распора и отпора определяются по формулам Мюллера-Бреслау с коэффициентом надежности ум = 1,05. Активное давление грунта считается реализуемым, если перемещение шпунта и > 0,0005Н. При и < 0,0005Н стена считается несмещаемой.

2.2. Проверка эксплуатационной надежности

Для проверки предельных состояний эксплуатационной надежности грунта и сооружения необходимо, чтобы

Ес < С, а10)

где Сс — предельное значение горизонтально -го перемещения больверка.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В этих расчетах предполагается, что перемещение Сс может вызвать разрушение прилегающих конструкций и коммуникаций или спровоцировать недопустимую разность осадок подкрановых путей. Расчеты по (2.10) выполняются при коэффициентах надежности у = 1,0 с характеристическими показателями грунтов, которые всегда меньше нормативных значений (см. п. 1).

3. Результаты расчетов

3.1. Исходные данные

Металлический больверк с одним ярусом анкеровки.

Лицевая стенка из шпунта типа Ларсен; свободная высота — 10 м. Отметки территории, точки крепления анкера к лицевой стенке, акватории и дна соответственно равны 3,0,

0,5, 0,0 и (-7,0) м. Эксплуатационных нагрузок на территории причала, а также волновых, ледовых и нагрузок от судов нет. Характеристики грунтов основания (песок мелкий) и засыпки (песок средней крупности) приведены в табл. 2 (К — коэффициент пропорциональности в контактной модели грунта). В числителе этой таблицы указаны значения удельного веса грунта над водой, а в знаменателе — под водой.

Таблица 2

Вид грунта По СНиП 2.02.02-85 По ЕК7

ФП Ф1Р град. ФР град. С = С = С П ^I ^ II ’ кПа Yп, кН/м3 Ъ кН/м3 ,П /м4 ^ Д к Ф*> град. Ф* град. С = С ^К ^сР кПа У К = У* кН/м3 К, кН/м4

Песок средней крупно- сти 35 30 0 18,0 10,2 15,0 8,5 5000 30 25 0 15,0 8,5 4170

Песок мелкий 30 26 0 9,96 8^3 5000 26 21 0 83 4170

Допустимые значения перемещений больверка составляют: на отметке 3,0 м — 8 см; на отметке 0,5 м — 7,2 см. Эти значения считаются предельными как в российских, так и в общеевропейских нормах. В странах ЕС для расчета больверков практикуется программа М8Ьее1 Расчет по этой программе сравнивался с результатами расчетов по программе ВОМАЖ.

практикуемой в ОАО «Ленморниипроект» в течение почти 40 лет.

3.2. Сравнение результатов расчетов Сопоставительные результаты расчетов изгибающих моментов и горизонтальных перемещений лицевой стенки по обеим программам представлены на рис. 1.

Рис. 1. Эпюры изгибающих моментов (а) и горизонтальных перемещений шпунтовой стенки (б)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

по результатам расчетов программы:

1 — ВОМАЖ; 2 — МБИее!

Другие результаты сопоставительных преимущество проектирования по отечест-

расчетов указаны в табл. 3, из которой видно венным нормам и программе расчета.

Таблица 3

№ п/п Показатель Программа

М8Ьее1 ВОМАЖ

1 Максимальный изгибающий момент в лицевой стенке, кНм/м 262,6 201,1

2 Анкерное усилие, кН/м 200,2 140,6

3 Перемещение верха лицевой стенки, мм 19,0 25,1

4 Профиль шпунта лицевой стенки Ь 604 Ь 703 10/10

5 Момент сопротивления шпунта, см3/м 1620 1340

6 Глубина погружения шпунта ниже дна, м 8,0 6,0

7 Вес 1 м2 лицевой стенки, кг/м2 124,2 108

Наиболее показательным является сравнение веса 1 м2 лицевой стенки как наиболее дорогого элемента больверка. Учитывая также разницу в длине шпунта на 2,0 м и в значениях анкерных усилий на 42 % (см. п. 2 в табл. 3), можно утверждать, что стоимость основных элементов набережной — лицевой стенки, анкерной опоры и анкерных тяг, безусловно, будет дешевле в России, чем в странах ЕС.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Выводы

1. В целом рассмотренное сопоставление расчетов показало заметное различие в подходах российских норм и ЕК7. Европейские нормы более осторожны при назначении свойств грунтов. Даже характеристические значения, в противовес нашим нормативным параметрам, определяются с обеспеченностью 95 % (то есть с коэффициентом

Выпуск 2

надежности 1,2). Частные коэффициенты надежности (по грунту, нагрузкам, напряжению) вводятся отдельно, что гарантирует значительный запас несущей способности основания.

2. ЕК7 разработан за 30 лет, но внедрен только в 2003 г. Будет ли способствовать внедрение ЕК7 долговечности сооружений и тем самым снижению их стоимости за весь период эксплуатации причалов? Это вопрос.

Список литературы

1. В8 ЕК 1997-1:2004. Еврокад 7: Геотехническое проектирование. — Ч. 1: Общие правила. Лицензированный экземпляр: RRICTISQ, КО / Обмен Россия, 3 августа 2005 г., внерегистровый экземпляр, (С) В8^ —171 с.

2. Фадеев А. Б., Лукин В. А. Сопоставление методик СНиП и ЕК7 при расчете оснований фундаментов мелкого заложения / ОФМГ. — 2006. — № 4. — С. 19-24.

3. СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения / Госстрой СССР. — М.: Госстрой СССР, 1986. — 45 с.

4. РД 31.31.55-93. Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений. — М.: Федеральная служба морского флота России, 1996. — 259 с.

5. Проектирование причальных набережных: пособие к СН-РФ 54.1-85. — М.: Гипрореч-транс, 1991. — Кн. 2. — 108 с.

УДК.537 А. В. Котляков,

канд. географ. наук, ст. науч. сотр., Институт водных проблем РАН,

(Москва);

Е. М. Шумакова,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

канд. техн. наук, Институт водных проблем РАН

(Москва);

С. А. Артемьев,

Институт водных проблем РАН

(Москва)

МЕТОДИКА РАСЧЕТА БЕРЕГОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ГЭС С УЧЕТОМ ВИБРАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ ГИДРОУЗЛА

см

| THE ACCOUNT METHOD OF BANK DEFORMATIONS IN THE LOWER POOL

“ OF THE POWER PLANT UNIT CONSIDERING OF VIBRATIONAL LOAD

J94 ON THE WATERWORKS FACILITY

Предлагается методика расчета береговых деформаций с учетом вибрационных колебаний, возникающих при попусках гидроузлов

The account method of bank deformations considering of onset of vibrations from downstream flow waves is proposed.