Расчет сваи
|
Сваи (стойки) гибких опор рассчитывают по материалу на сжатие с изгибом и на несущую способность по грунту. Расчет может быть в двух направлениях: основной — в продольном направлении, в котором опоры рассматриваются как гибкие стойки рамы, в поперечном — на поперечные горизонтальные нагрузки. Если горизонтальные усилия, действующие в этих двух направлениях, совместимы, крайние сваи (стойки) рассчитывают на усилия, действующие в двух направлениях. Заделку свай в грунте принимают: - для свай — по специальному расчету; приближенно, основываясь на экспериментальных данных, для сплошных прямоугольных свай принимают заделку на 1 м ниже поверхности грунта после размыва, при очень слабых грунтах верхнего слоя (иле, торфе) — на 1 м ниже подошвы этого слоя; - для стоек с фундаментами на естественном основании — по обрезу фундамента, причем полная заделка может учитываться, если кривая давления нагрузки пересекает подошву фундамента с эксцентриситетом не более 1:10 длины (ширины) фундамента при нормативных нагрузках. Величина пролетов, сечение свай и их число в каждой опоре всегда постоянны в пределах секции, что и учтено ниже в рекомендациях по расчетам. В общем случае сваи (стойки) опор рассчитывают: на вертикальные силы от веса пролетного строения, веса опоры и временной вертикальной нагрузки на одном или двух пролетах; - на продольные горизонтальные силы от давления земли и временной вертикальной нагрузки на призме обрушения, торможения автомобильной нагрузки на пролетном строении и от изменения длины пролетного строения при колебаниях температуры; - на горизонтальные поперечные силы от боковых ударов при временной нагрузке на пролетном строении, а при наличии ледохода — на ледовую нагрузку. Кроме того, учитывают продольную перегрузку от несимметричной (на одном пролете) временной вертикальной нагрузки, а также поперечную перегрузку при поперечной несимметричной загрузке. Как правило, более невыгодные условия создаются при загрузке автомобилями (Н-30). Вертикальные реакции на опоры считают без учета моментных усилий в ригеле условной рамы, что более отвечает фактической работе опор. Расчеты для подобранных размеров и сечений опоры начинают с определения усилий в сваях отдельно для каждого вида воздействий. а) Определение усилий от бокового давления грунта насыпи. На эту нагрузку рассчитывают сваи береговых и промежуточных опор крайних (береговых) секций при числе их не менее двух. Для односекционных мостов давление грунта учитывают только при расчете свай береговых опор по схеме, приведенной ниже. Расчетная схема рассматривает однорядную береговую опору как стойку, свободно опертую поверху на упругую опору, подвижную в меру податливости всех опор секции, и жестко заделанную внизу (рис. 122, а). К стойке приложены усилия от бокового давления грунта при временной нагрузке на призме обрушения: сосредоточенная сила Q1 в уровне верха опоры и распределенная по трапецеидальной эпюре нагрузка с интенсивностями вверху — q1 и внизу — q2.  Сосредоточенная сила Q1 равна давлению грунта на торец пролетного строения и на часть площади боковой поверхности насадки, не вошедшую в расчетную ширину свай (рис. 122,б)  а интенсивности давления определяют с учетом расчетной суммарной ширины свай, которую принимают по техническим условиям равной удвоенной ширине стоек  Дальнейший расчет ведут, как для однажды статически неопределимой системы. При этом за лишнюю неизвестную принимают горизонтальную реакцию в уровне верха опоры с учетом заделки стойки внизу и податливости ее верхнего опирания. Эта неизвестная может быть определена по формуле.   Отсюда можно найти значение Tр, а по нему и значение момента в месте заделки стойки 1, как момент в свободной консоли минус момент реакции Tр. Так как Tр=Q1+Q2, где Q2 — верхняя реакция от нагрузок q для стойки, упруго опертой вверху и заделанной внизу. Общая формула для изгибающего момента на уровне заделки стоек береговой опоры, считая на одну стойку  При расчете такой же крайней секции моста, но в случае усиления ее анкерной жесткой двухрядной опорой с общей насадкой, расчетные формулы соответственно изменяются:  Двухрядную жесткую опору с общей насадкой здесь рассматривают как раму с очень жестким ригелем, исключающим возможность поворота головы сваи. Поэтому жесткость опоры принята равной сумме жесткостей двух условных стоек, защемленных внизу. При односекционных мостах принимают, что реакции Q1 и Q2, приложенные по верху насадок противоположных береговых опор, взаимно уравновешиваются через пролетные строения. Поэтому промежуточные опоры усилий от давления грунта не воспринимают, а на сваи береговых опор действует давление по трапецеидальной эпюре и момент от него в одной свае с учетом опирания вверху равен  Для свайных береговых опор при сваях, забитых в ранее возведенную способом гидронамыва насыпь, боковое давление грунта не учитывается. б) Определение усилий от торможения. Под действием силы торможения вверх всех опор, рассматриваемых как заделанные внизу стойки, перемещается в одну сторону, на одну и ту же величину (рис. 123, а).  Для крайней или промежуточной опоры независимо от вида секции, но только при однорядных плоских опорах с одним и тем же числом свай одинакового сечения, момент в одной свае по месту заделки равен  Здесь T — полная тормозная сила, действующая на секцию, когда она загружена на всей длине автомобильной нагрузкой; остальные обозначения приводились выше. Если в секции есть анкерная жесткая двухрядная опора, вводятся следующие изменения   в) Определение усилий от изменения температуры пролетного строения. Так как пролетные строения не могут перемещаться на опорах, изменения их длины при колебаниях температуры вызывают изгиб и горизонтальные перемещения верха опор, величина которых определяет величину изгибающих моментов в стойках (рис. 123, б). Горизонтальное смещение верха какой-либо опоры будет тем больше, чем дальше опора находится от нулевой точки, т. е. от точки на ригеле рамы секции, которая остается неподвижной. Горизонтальное смещение определяют по формуле  причем Σkixi — геометрическая сумма, с учетом знаков xi по каждой опоре. Тогда момент по месту заделки для любой опоры будет  Здесь Т1t — горизонтальная реакция по верху свай от изменения температуры, соответствующая деформации Δti, hi — высота данной опоры (см. выше). г) Определение усилий от эксцентричной нагрузки на пролетном строении. При несимметричном загружении пролетного строения секции (см.рис. 123, в) в сваях промежуточных опор возникают изгибающие моменты, равные по верху опоры  д) Определение продольных усилий в сваях. Продольные усилия в сваях (стойках) определяют как реакции от вертикальной на грузки при невыгоднейших продольной и поперечной установках временной нагрузки для следующих схем загружения: - на одном пролете, причем для автомобильной нагрузки — при максимальном числе колонн, размещающихся на проезжей части и с полным загружением толпой тротуаров, опорная реакция определяется, как было указано для случая г; - на двух пролетах (для промежуточных опор секции), но автомобильная нагрузка в две колонны, приближенные к бордюру, с загрузкой толпой одного тротуара, а специальная нагрузка придвигается к бордюру; при этом в связи с поперечной перегрузкой создаются невыгоднейшие условия для работы крайней сваи опоры. Во втором случае опорную реакцию на крайнюю сваю можно установить с некоторым запасом по методу внецентренного сжатия (рис. 124)  Так как сечение свай и их число в опоре принимают одинаковыми для всех гибких опор секции, рассчитывать следует те из них, которые находятся в худших условиях. При расчетах по материалу в худших условиях работают береговые опоры и крайние промежуточные опоры секции (при числе секций моста более одной): - при расчетах на несущую способность по грунту — какая-либо из промежуточных опор секции, но не крайняя. Для расчетных проверок определяют суммарные действия нагрузок при следующих сочетаниях.  Для крайней (береговой) опоры: - первое сочетание — постоянная вертикальная нагрузка, нагрузка от горизонтального давления земли при временной нагрузке на призме обрушения. Сочетание основное для расчетных проверок по материалу свай; - второе сочетание — те же нагрузки, но временная нагрузка автомобильная, расположенная также и на пролетном строении одной колонной без перегрузки, торможение в сторону реки при загрузке всех пролетов, влияние деформаций при отрицательной температуре. Сочетание дополнительное для расчетных проверок по материалу свай; - третье сочетание — постоянная нагрузка, временная вертикальная несимметричная (сдвинутая к бордюру) нагрузка, перегружающая крайние сваи. Сочетание основное, для расчетов сваи по грунту. Для промежуточной опоры: - первое сочетание — постоянная вертикальная нагрузка, нагрузка от горизонтального давления земли при временной нагрузке на призме обрушения (для опоры крайней секции), эксцентричная временная автомобильная нагрузка на одном пролете, торможение при загрузке части пролетов секции, влияние колебания температуры по абсолютно большему его значению. Сочетание дополнительное для расчетов по материалу сваи; - второе сочетание — те же нагрузки и, кроме них, ледовая нагрузка (если она имеется), горизонтальные поперечные удары подвижной нагрузки. Сочетание дополнительное для расчета сваи по материалу на совместное действие горизонтальных нагрузок в двух направлениях; - третье сочетание — постоянная вертикальная нагрузка и несимметричная временная вертикальная нагрузка на двух пролетах, с перегрузкой крайней сваи. Сочетание основное для расчета сваи по грунту; - четвертое сочетание — те же нагрузки и горизонтальные поперечные удары, ледовая нагрузка (если она имеется). Сочетание дополнительное для расчетов сваи по грунту. При нагружении промежуточных опор поперечными горизонтальными силами (поперечные удары и т. д.) их воздействие на сваи выражается в дополнйтельной моментной нагрузке, изгибающей сваи в поперечном направлении, а также в перегрузке крайних свай. Первый вид воздействия учитывают при втором сочетании, второй — при четвёртом сочетании нагрузок. Изгибающий момент в каждой свае приближенно можно определить по формуле (рис. 125)  Расчеты свай по грунту заключаются в проверке их несущей способности по грунту по первому предельному состоянию, т. е. при расчетных нагрузках. При расчетах свай динамический коэффициент принимают равным единице.  Сваи (стойки) рассчитывают по материалу на прочность и трещиностойкость по техническим условиям для конструкций из обычного или предварительно напряженного железобетона, при внецентренном сжатии с большим или малым эксцентриситетом. Расчет свай по грунту ведется на продольную силу, как для свай свайных фундаментов, с использованием эмпирического метода определения расчетной несущей способности сваи. Общая формула достаточности несущей способности сваи:   |
