ПОДПОРНАЯ СТЕНА — РАСЧЁТ И СТРОИТЕЛЬСТВО На этой интернет страничке речь пойдёт о моём опыте расчёта и строительства подпорной стены. И сразу же хочу оговориться — здесь написано лишь о конкретном (моём) случае. Я не являюсь специалистом строителем, поэтому все мои мысли хорошо бы перепроверять. Также, я могу быть неточен в формулировках и строительных понятиях. 1. Справочное пособие к СНиП «Проектирование подпорных стен и стен подвалов», Москва 1990
Для наглядности сравнения материальных затрат на работы по возведению подпорной стены различного вида, прикрепляю рисунки: Конечно же, при различных условиях (в отдельных случаях) получится различная стоимость строительства. Ещё надо учесть необходимость создания дренажа за подпорной стеной. В связи с этим появляется «ступенька» на тыльной стороне стены. В моём случае ещё было выгодно сделать наклон передней грани стены — связано с тем что тогда можно использовать небольшую площадь дороги ниже участка, не создавая при этом помехи транспорту. В книге Г.К. Клейна рекомендуется принимать уклон стены 3:1 (т.е. на 3м высоты стены, горизонтальное её смещение составляет 1м). В итоге, с учётом вышесказанного, я составил продольный профиль подпорной стены для расчёта (смотреть рисунок справа). Нужно также заметить, что высоту перепада отметок в 1400мм я также принял исходя из условия минимального заглубления подошвы (600мм) и рекомендуемой общей высоты стены в этом случае 2м (смотреть пункт 10.4 Пособия и рисунок слева), отсюда и принятый перепад составил 1400мм. Нужно заметить, что в расчёте массивной стены можно было бы учесть вес грунта на той площадке, что я оставил для осуществления дренажа (230мм), в этом случае стена получается немножко устойчивее сдвигу. Нормативные показатели грунта Итак, мы определились с исходными данными, приступаем к расчёту. Я выполнял расчёт в программной среде MathCAD, но это не имеет никакого значения. С помощью калькулятора и бумаги с ручкой абсолютно так же можно выполнить весь расчёт. Первым делом, принятые нормативные значения грунта пересчитываем на расчётные значения, для расчёта подпорной стены по первому и второму предельному состоянию (не пугайтесь ужасных слов, фактически — это просто ввод коэффициентов запаса). Вот эти расчётные параметры грунта (все формулы приведены в Пособии): Расчётные показатели грунта Далее я разбиваю тыльную поверхность стены на два характерных участка (смотри поясняющий рисунок) — участок АВ вертикальный, это обусловлено удобством установки опалубки и участок ВС — наклонённый под углом 17° к вертикали, это обуславливается тем, что строго вертикальный откос грунта не удержится (котлован может осыпаться) а при указонном уклоне грунт может сам держаться на время проведения работ. Коэффициент активного давления грунта В моём случае строительство подпорной стены ведётся в районе с сейсмичностью 8 баллов. Поэтому, необходимо ввести коэффициент на активное горизонтальное давление грунта, согласно отдельному разделу Пособия. И нахожу интенсивность горизонтального активного давления грунта в точке В: Интенсивность горизонтального активного давления грунта Далее аналогично участку АВ, нахожу все необходимые расчётные значения для участка ВС. И в итоге строю график зависимости интенсивности горизонтального активного давления грунта от глубины. Красной линией отображена зависимость для участка АВ. В верхней части графика есть «нереальная» отрицательная зависимость активного давления грунта — это за счёт того, что связный грунт (как суглинок) на определённую некоторую глубину может быть устойчив за счёт собственных связных сил (этот момент разобран в книге Г. Расчёт участка ВС И вот, на следующем этапе расчёта мы получаем некоторое понятное и несущее смысл значение. Это сдвигающая сила. Кстати, надо упомянуть, что я принял распределённую нагрузку выше стены равную нулю (т.е. принято, что выше стены никаких грузов не лежит). Но, забегая вперёд, хочу сообщить, что я произвёл расчёт своей стены также и без учёта сейсмики отдельно и получил вот какие результаты: при землетрясении в 8 баллов стена устойчива при отсутствии распределённой нагрузки (т.е. если выше стены не будет ничего складироваться), а при отсутствии землетрясения (нормальные условия) стена устойчива даже при наличии распределённой нагрузки 500 кг на квадратный метр поверхности выше стены. Это довольно приличное значение. Сдвигающая сила от массы грунта |
После долгих поисков примеров расчёта в интернете выявилась информация двух направлений. Первое направление — это сайты садово-огородной тематики и ландшафтного дизайна. Основная мысль там была такая:»для высоты стены менее 1м достаточно просто заглубить её на 1/3 высоты. Стены высотой более 1м можно делать только после расчётов специалистов (проектировщиков)«. Второе направление — это сайты, на которых предлагались различные программы для расчёта подпорных стен, книги, СНиПы. Меня не устраивали ни советы дачников (часто предлагающих совершенно разные принципы расчёта подпорных стен), ни программы (ведь всем понятно, что доверять программе нельзя, пока точно не поймёшь, как она работает).
И в конечном итоге, я решил строить подпорную стену в соответствии с нормативной литературой. Существует СНиП 2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий», в котором есть раздел 2 «Подпорные стены». Но в СНиП-е очень сухая и скудная информация для расчётов. К счастью, существует «Справочное пособие к СНиП «Проектирование подпорных стен и стен подвалов» и именно это пособие позволило мне рассчитать подпорную стену (кстати, по этому же пособию считают проектировщики и пишутся многие программы).
ru в разделе Download. Первые две книги необходимо скачать в формате djvu, ВСН мне удалось найти только в формате doc.
В вашем случае, возможно, будет дешевле стена уголкового профиля. Уточню, что оба вида профиля (что представлены в таблице выше) имеют одинаковый запас устойчивости (т.е. рассчитаны на одинаковую нагрузку). Также надо иметь ввиду, что стена уголкового профиля более требовательна к качеству работ — бетон в такой конструкции должен быть уложен очень аккуратно, уплотнён вибратором, необходимо сохранить защитный слой арматуры, сложности с установкой арматурного каркаса, опалубки. Вобщем, в моём случае дешевле и проще обходилось строительство массивной подпорной стены. Поэтому далее я расскажу про расчёт и строительство именно массивной бетонной подпорной стены.
Также в выборе именно этой высоты сыграла роль размера стандартного листа фанеры — 1525х1525мм. Итак, я определился с перепадом отметок — 1400мм.
3 Пособия).
Но в связи с тем, что эта площадка (230мм) очень мала, я не учитываю её в расчёте. Забегая вперёд хочу отметить, что в любом случае, считать подпорные стены приходится методом подбора (т.е. задаваться геометрическими размерами стены — считать её — если стена неустойчива — то увеличивать размеры стены и снова считать. Если стена устойчива с большим запасом — то уменьшать размеры и пересчитывать). В своём случае я варьировал массу стены (и её устойчивость) за счёт подбора выступающей передней подземной части стены (т .е. варьировал размер 300мм на этой картинке). В итоге, стена оказалась устойчивой при минимальном запасе именно при данном окончательном продольном профиле. И поэтому расчёт ниже приводится уже для окончательно принятого профиля стены.
Остаётся определиться со свойствами грунта. И вот здесь самая главная проблема. Дело в том, что проектные организации отказываются рассчитать стену, если нет свойств грунта (т.е. результатов инженерно-геодезических изысканий). Эти самые свойства грунта (показатели грунта, инженерно-геодезические изыскания (ИГИ), параметры грунта) делаются отдельными организациями с помощью взятия проб грунта бурильными установками на месте предполагаемого строительства. Короче говоря, это дорогостоящее и трудоёмкое дело. Поэтому я сразу решил, что заказывать ИГИ для меня слишком дорого. Как же поступать в этом случае? Возможно, ваш сосед по земельному участку заказывал геодезические изыскания — тогда можно узнать у него свойства грунта (хотя, они могут и отличаться). Я же воспользовался рекомендациями из книги Яковлев «Технология ТИСЭ. Универсальный фундамент» и принял, что у меня на участке грунт представляет собой суглинок. Далее мы обращаемся к Таблице 2 Пособия и находим для своего случая необходимые нормативные свойства грунта.
Всё же надо отметить, что неправильно принятые свойства грунта (завышенные) могут плохо повлиять на результаты расчёта (стена может оказаться неустойчива на реальном грунте). Поэтому лучше занизить свойства, чем завысить (т.е. лучше принять грунт с более низким значением угла внутреннего трения грунта). Принятые мною параметры грунта выделены в красный прямоугольник:
Итак, на участке АВ вычисляю коэффициент горизонтального давления грунта. Затем угол наклона плоскости скольжения и учёт того, что суглинок является связным грунтом и имеет некоторое трение по плоскости скольжения, что увеличивает устойчивость стены:
К. Клейна). Синяя линия — зависимость активного давления грунта от глубины на участке ВС:
|
При слабых грунтах матрацы в основании также укладываем вдоль, далее устанавливаем ярус габионов 1,5х1х1 поперек линии стенки и завершающий ярус 2х1х0,5 вдоль линии стены. В поперечнике получаем пирамиду, с фасадной стороны с выступами 8-10см со смещением в сторону обратной засыпки и хвосты габионов с обратной стороны в теле засыпки. В частности, для подпорной стенки высотой 1,5м и длиной 12м при слабых грунтах нужно купить матрацы Рено 3х2х0,17 — 4шт, габионы 1,5х1х1 — 12шт, габионы 2х1х0,5 — 6шт.
Для стенки высотой 2,5м: в основании также оставляем матрацы 3х2х0,23, уложенные поперек, далее ярус габионов 2х1х1 поперек, 1,5х1х1 поперек, 2х1х0,5 вдоль. Таким образом, для подпорной стенки высотой 2,5м и длиной 12м потребуются матрацы Рено 3х2х0,23 — 6шт, габионы 2х1х1 — 12шт, габионы 1,5х1х1 — 12шт и габионы 2х1х0,5 — 6шт.
В таких случаях можно заменить отсутствующие конструкции аналогичными по высоте и ширине. К примеру: габион 3х1х1 можно заменить на 2шт 1,5х1х1. Или габион 3х2х0,5 можно заменить на 2шт 3х1х0,5. Цена на габионы в этом случае не сильно изменится, тем более, что вы сможете приступить к работам сразу после прибытия машины на стройплощадку. Также иногда требуются нестандартные конструкции. К примеру, нам нужен матрац 2х2х0,17. Его можно изготовить на площадке из матраца 3х2х0,17 отрезав бокорезами лишний метр, в данном случае диафрагма матраца будет играть роль его боковой стенки. Имея бокорезы и умелые руки, на стройплощадке можно изготовить конструкции любой формы, включая трапеции и сегменты. И пусть Ваши знания и опыт помогут построить такие подпорные стенки, которые простоят не один десяток лет, выполняя функции по сдерживанию грунта!
ruРабочий пример: конструкция подпорной стенки
структурный мир
4 марта 2019 г.
46 комментариев
В нашей предыдущей статье, Подпорная стенка: подход к проектированию , обсуждается принцип и концепция, а также когда и где учитывать подпорную стенку в нашем проекте. Мы узнали, что при проектировании следует учитывать различные проверки на предмет отказа подпорной стенки. Чтобы лучше понять разработанный подход, вот рабочий пример конструкции подпорной стены.
Этот пример предназначен для легкого расчета вручную, хотя доступно множество структурных электронных таблиц и программное обеспечение, такое как Prokon.
Цель этой статьи состоит в том, чтобы читатель полностью понял принцип, лежащий в основе этого.
Рисунок A.1 — Поперечное сечение подпорной стены
Рассмотрим консольную подпорную стену с поперечным сечением, показанным на рисунке A.1 выше, которая удерживает грунт на глубине 2 м с уровнем грунтовых вод на уровне -1,0 м.
Расчетные параметры:
- Несущая способность грунта, кв все : 100 кПа
- Коэффициент трения о грунт, ф: 30 °
- Удельный вес грунта, ɣ s : 18 кН/м 3
- Удельный вес воды, ɣ w : 10 кН/м 3
- Удельный вес бетона, ɣ c : 25 кН/м 3
- Надбавка, ω: 12 кН/м 2
- Уровень грунтовых вод: -1 м с 0,00 уровня
- Высота надбавки, h: 0,8м
- Высота стены: 2,0 м
- f’c: 32 МПа
- лет: 460 МПа
- бетонное покрытие: 75 мм
1.
Аналитическая геометрия и переменные
Прежде чем мы приступим к проектированию, проектировщику важно знать геометрические переменные и параметры подпорной стены. См. рисунок A.2 ниже.
Рисунок A.2 — Геометрические переменные подпорной стенки
где:
- H: Высота подпорной стены
- L: Ширина основания
- D: Толщина основания
- B: Ширина носка
- C: Толщина штока внизу
- T: Толщина штока вверху
2. Приблизительные пропорции консольной подпорной стены
Следующее, что нужно рассмотреть, это предположения, которые мы можем сделать в отношении геометрии проектируемой подпорной стены. Учитывая высоту H подпорной стены, мы можем предположить или проверить, что наши первоначальные расчетные соображения должны соответствовать, по крайней мере, следующим геометрическим пропорциям:0006
- Ширина основания: L= 0,5H до 2/3H
- Толщина основания: D= 0,10H
- Толщина штока внизу: C=0,10H
- Ширина носка: B= от 0,25L до 0,33L
- Толщина штока вверху: t=250 мм (минимум)
Исходя из приведенных выше приблизительных геометрических пропорций, примем следующие параметры, которые будут использоваться в нашей конструкции:
- Ширина основания: L= 1,5 м
- Толщина основания: D= 0,25 м
- Толщина ствола: C=t =0,25 м
- Ширина носка: B= 0,625 м
3.
Аналитическая модель
Эскизы сил подпорной стены следует учитывать, чтобы правильно различать различные силы, действующие на нашу подпорную стену, как описано в предыдущей статье Подпорная стена: подход к проектированию . Основываясь на нашем примере на Рисунке A.1, мы должны учитывать силы из-за давления грунта, из-за воды и дополнительной нагрузки. Рисунок A.3 ниже, скорее всего, является нашей аналитической моделью.
Рисунок A.3-Диаграмма сил подпорной стенки
Рассматривая рисунок A.3, мы можем вывести следующее уравнение для активного давления Pa и пассивного давления Pp. Обратите внимание, что давления, действующие на стенку, эквивалентны площади (треугольнику) диаграммы распределения давления. Следовательно,
- Па 1 =1/2 ɣK a H 2 → ур. 1, где H – высота удерживаемого грунта
- Па 2 =1/2 ɣH w 2 →уравнение 2, где Hw – высота уровня грунтовых вод
- Па 3 =ωK a h → уравнение 3, где h – высота надбавки
Пассивное давление, Pp будет:
- Pp=1/2 ɣkpH p 2 → уравнение 4
Значения коэффициента давления, ka и kp
По формуле Ренкина и Кулона уравнение для расчета коэффициента давления:
Ka= (1-sin ф)/(1+sin ф)
Ka= 0,33
Kp= (1+sin ф)/(1-sin ф)
Kp= 3
Подставляя значения, получаем следующие результаты: 9 0006
- Па 1 =1/2 мкГн 2 = 11,88 кН
- Па 2 =1/2 ɣH w 2 = 5 кН
- Па 3 =ωk a h= 3,17 кН
- Pp=1/2 ɣkpH p 2 = 9,72 кН
3.
Проверка устойчивости:
Существуют две проверки устойчивости подпорной стены. Одна проверка на опрокидывающий момент, а другая проверка на скольжение. Вес подпорной стены, включая гравитационные нагрузки внутри нее, играет жизненно важную роль при проверке устойчивости. См. рисунок A.4 для расчета массы или веса.
Рисунок A.4 — Компоненты веса подпорной стены
Компонент собственного веса подпорной стены следует уменьшить или умножить на коэффициент уменьшения веса (0,9) для учета неопределенности, поскольку в данном контексте они являются «стабилизирующими». . Следовательно,
- Вес из-за почвы: Ш 1 = 18 кН/м 3 x 0,6 м x 0,625 м x 1,0 м = 6,75 кН
- Вес за счет основания: Ш 2 = 0,9 x 25 кН/м 3 x 0,25 м x 1,5 м x 1,0 м = 8,44 кН
- Масса стены: Ш 3 = 0,9 x 25 кН/м 3 x 0,25 м x 2,0 м x 1,0 м = 11,25 кН
- Вес из-за грунта: Ш 4 = 18 кН/м 3 x 0,625 м x 2,0 м x 1,0 м = 22,5 кН
- Вес из-за воды: Ш 5 = 10 кН/м 3 x 0,625 м x 1,0 м x 1,0 м = 6,25 кН
- Вес за дополнительную плату: W s = 12 кН/м 2 x 0,625 м x 1,0 м = 7,5 кН
- Общий вес, Ш Т = 62,69 кН
3.
1 Проверка опрокидывающего момента:
где:
- RM: Восстанавливающий момент от веса подпорной стены
- OM: Опрокидывающий момент из-за бокового давления грунта
Ссылаясь на диаграмму на Рисунке А.4 и принимая момент в точке, P консервативно пренебрегая эффектом пассивного давления, следовательно:
- RM= Вт 2 (0,75) + Вт 3 (0,75) + Вт 4 (1,19) + Вт 5 (1,19) + Вт s 9003 0 (1,19) = 57,91 кН·м
- OM= Па 1 (0,67) +Па 2 (0,33) +Па 3 (0,4) = 10,88кНм
RM/OM = 5,32 > 2,0 , , следовательно, БЕЗОПАСНО в момент опрокидывания!
3.2 Проверка на скольжение
Для обеспечения устойчивости к скольжению должно действовать следующее уравнение:
где:
- РФ: сила сопротивления
- SF: Сила скольжения
Проверку на скольжение следует проводить со ссылкой на диаграмму на рисунке А.
4 и с учетом суммирования вертикальных сил для силы сопротивления и горизонтальных сил для силы скольжения при консервативном пренебрежении пассивным давлением, следовательно:
- RF= W 1 +В 2 +В 3 +В 4 +W 5 + W с = 55,94 кН
- SF= Па 1 +Па 2 +Па 3 = 20,05 кН
RF/SF = 2,79 > 1,5, , следовательно, БЕЗОПАСНО для скольжения!
4. Проверка толщины стенки на сдвиг
Номинальный сдвиг равен боковым силам, действующим на подпорную стенку, без учета влияния пассивного давления, что дает нам:
- Номинальный сдвиг, V n = 20,05 кН
- Предельный сдвиг, В u = 1,6Vn = 32,08 кН
Чтобы толщина стены была безопасной при сдвиге, предельный сдвиг, V u , должен быть меньше допустимого сдвига, V допускается , как рекомендовано кодом ACI 318.
В c = 0,17√fc’b w d
где: ф=0,75
b w =1000 мм 900 06
г= 250мм-75мм-6мм = 169мм
V c = 0,17√fc’b w d = 162,52 кН
V позволяют = 121,89 кН
90 002 Поскольку V u < V позволяет , следовательно, БЕЗОПАСНО при сдвиге !
5. Расчет стержня стены на изгиб
- Номинальный момент, M n = 10,88 кН·м
- Предельный момент, М u = 1,6Mn = 17,40 кН·м
Mu =φ fc’ bd 2 ω (1- 0,59ω)
17,40×10 6 = 0,90 x 32 x 1000 x 169 2 ω (1-0,59 ω)
ω = 0,0216 9000 6
ρ = ω fc’/fy= 0,00150
As= ρbd = 0,00150x1000x169 = 254 мм 2
As мин = ρ мин bt = 0,002 x 1000 x 250 = 500 мм 2 9 0006
Требуемая вертикальная полоса: попробуйте T10-200; Действуйте как = 392 мм 2 x 2 стороны = 785,4 мм 2
Необходимая горизонтальная перекладина: попробуйте T10-250; Как акт = 314 мм 2 x 2 стороны = 628,32 мм 2
Следовательно: используйте T10-200 для вертикальной перекладины и T10-250 для горизонтальной перекладины.
6. Проверка несущей способности фундамента
Несущая способность фундамента обычно определяет конструкцию стены. Грунт, особенно под носком фундамента, очень тяжело сопротивляется вертикальным опорным нагрузкам, сдвигу скольжения и оказывает пассивное сопротивление скольжению. Несущая способность грунта должна рассчитываться с учетом действия одновременных горизонтальных нагрузок, приложенных к фундаменту от давления грунта.
Чтобы основание было безопасным при давлении грунта, максимальное давление грунта при рабочей нагрузке должно быть меньше допустимой несущей способности грунта. Максимальное давление на грунт под фундаментом с учетом полосы шириной 1 м составляет:
где:
- P= 62,69 кН
- А= (1×1,5) м 2
- М=10,88 кНм
- б= 1 м
- г=1,5 м
Подстановка значений выше даст нам:
q max = 70,81 кПа < q все = 100 кПа, следовательно, OK!
Решение для предельного давления в подшипнике:
где:
- P= 1,6x 6,75 + 1,4×8,44 +1,4×11,25 +1,6x 22,5 +1,6×6,25 +1,6×7,5= 96,37 кН
- А= (1×1,5) м 2
- М=17,40кНм
- б= 1 м
- г=1,5 м
Подстановка приведенных выше значений даст нам:
- q umax = 110,65 кН
- q umin = 17,85 кН
7.
Проверьте требуемую длину основания
Если q umin находится в натянутом состоянии, проверьте требуемую длину, в противном случае игнорируйте, если оно находится в сжатом состоянии. Поскольку наше q umin равно растяжению (+), значение L должно быть рассчитано следующим образом:
0006
Из рисунка A.5:
Расчет эксцентриситета:
e=M/P = 0,181
900 02 где:
- а=длина давления
- qe= qu макс.
- b=полоса 1 метр
- а= 1,74 м
L= 2(e+a/3) = 1,52, скажем, 1,6 м
8. Проверка достаточности толщины основания для сдвига широкой балки
Рис. A.6 – Диаграмма давления при сжатии
8.1 Когда qu min находится в сжатии
Решение для y с помощью подобного треугольника: см.
рис. A.6 выше
y/1,044 = (112,24-19,44)/1,5; y = 64,59 кПа
q c = 19,44 + 64,59 = 84,03 кПа
- L’= (1,5–1,044 м) = 0,456 м
- B= полоса 1 м
- qu макс. =112,24 кПа
Vu= 44,75 кН
8.2 Когда qu мин находится в напряжении
qc=y
Решение для y с помощью подобного треугольника: (см. рис. A.6 выше, L=a=1,75)
y/1,244= 112,24/1,75; y = 79,79 кПа
qc=79,79 кПа
Vu= 1/2 (q c + qu max ) L’b
- L’= (1,6 м-1,244 м) = 0,356 м
- B= полоса 1 м
- qu макс. =112,24 кПа
Vu=34,18 кН
Следовательно, используйте: Vu=44,75 кН
В разрешить = фВ с
В c = 0,17√fc’b w d
где:
- ф=0,75
- b w = 1000 мм
- д= 250мм-75мм-6мм = 169мм
V c = 0,17√fc’b w d = 162,52 кН
V позволяют = 121,89 кН
900 02 Поскольку V u < V позволяет , следовательно, БЕЗОПАСНО при сдвиге!
9.
Проверка толщины стенки на изгиб
Рис.0029 мин находится в сжатии
Нахождение y с помощью подобного треугольника: (см. рис. A.7 выше)
y/0,875 = (112,24–19,44)/1,5; y = 54,13 кПа
q c = 19,44 + 54,13 = 73,57 кПа
Mu= (73,57×0,625) х (0,625/2) + (38,67×0,625) (1/2 ) x (2/3) (0,625) → (площадь трапеции x плечо рычага)
Mu=19,40 кНм 9
q c = qu мин + y
Решение для y подобным треугольником: (см. рис. A.7 выше. L=a= 1,75)
г/1,075 = 112,24/1,75; y = 68,95 кПа
qc=19,44 + 68,95= 88,39 кПа
Mu = (88,39×0,75) x (0,75/2) + (23,85×0,75) (1/2) x (2/3) ( 0,75 ) → (площадь трапеции x плечо рычага)
Mu= 19,40 кНм
Следовательно, используйте Mu=29,33 кН·м
Mu =φ fc’ bd 2 ω (1- 0,59 ω)
29,33×10 6 = 0,90 х 32 х 1000 х 169 2 ω (1-0,59 ω)
ω = 0,0364
ρ = ω fc/fy= 0,002532
As= ρbd = 0,002532x1000x169 = 428 мм 2 900 40
As мин = ρ мин bt = 0,002 x 1000 x 250 = 500 мм 2
Требуемая вертикальная планка: попробуйте T10-200 ; Как действие = 392 мм 2 x 2 стороны = 785,4 мм 2
Необходимая горизонтальная перекладина: Попробуйте T10-250 ; То же, что и = 392 мм 2 x 2 стороны = 628,32 мм 2
10.
Детали усиления подпорной стены
90 002
Представленные выше расчеты на самом деле слишком утомительны, чтобы выполнять их вручную, особенно если вы делаем дизайн методом проб и ошибок. Благодаря конструктивному исполнению , программному обеспечению и электронных таблиц , доступных в настоящее время, наша жизнь проектирования будет проще.
Наша команда разработала удобную электронную таблицу для проекта консольной подпорной стенки на основе приведенного выше расчета. Возьмите свою копию здесь !
Что вы думаете об этой статье? Расскажите нам свои мысли! Оставьте комментарий в разделе ниже. Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних сообщений, или следите за нами на наших страницах в социальных сетях по значкам ниже.
Авторские права защищены Digiprove © 2019-2021 The Structural World
Рекламные объявления
Нагрузки и силы, действующие на подпорную стенку, и их расчет [PDF]
🕑 Время считывания: 1 минута
Различные типы нагрузок и силы действуют на подпорную стенку, и их расчет необходим для ее проектирования.
Эти силы на подпорной стене зависят от множества обсуждаемых факторов.
Комплектация:
- Нагрузки и силы, действующие на подпорную стену
- 1. Боковое давление грунта, действующее на подпорную стену
- 2. Дополнительные нагрузки, действующие на подпорную стену
- 3. Осевые силы, действующие на подпорную стену
- 4. Силы ветра на выступающий ствол 900 31
- 5. Ударные нагрузки, действующие на подпорную стену
- Часто задаваемые вопросы
Нагрузки и силы, действующие на подпорную стену
Существуют различные типы нагрузок и сил, действующих на подпорную стену, а именно:
- Боковое давление грунта
- Дополнительные нагрузки
- Осевые нагрузки
- Ветер на выступающий ствол
- Ударные силы
- Сейсмическое давление грунта
- Сейсмические силы собственного веса стены
Конструкция подпорной стенки может включать любую или все нагрузки и силы, которые объяснены в следующих разделах:
1.
Боковое давление грунта, действующее на подпорную стену
Основной целью конструкции подпорной стены является удержание грунта; Вот почему боковое давление грунта на грунт является серьезной проблемой при проектировании. Теория скользящего клина грунта является основой для большинства теорий, с помощью которых рассчитывается боковое давление грунта.
Теория клина предполагает, что треугольный клин грунта соскользнет вниз, если подпорная стена будет удалена внезапно, и стена должна поддерживать этот клин грунта. На рис. 1 показаны боковые силы свободного тела, действующие на подпорные стенки.
Рис. 1: Свободное тело боковых сил, действующих на подпорную стенку
Уравнения Кулона и Ренкина — две основные формулы, которые используются для расчета бокового давления грунта:
Кулоновский метод расчета бокового давления грунта
Это уравнение учитывает наклон заднего засыпки, угол трения на поверхности стены, угол плана разрыва и угол внутреннего трения:
Где:
Ka : Коэффициент активного давления
: Угол внутренней флэк
: Угол откоса обратной засыпки
: Угол трения между грунтом и стеной (предполагается от 2/3 до 1/2)
: Угол наклона стены, измеренный от горизонтали (равный 90 градусам для вертикальной стены)
Кроме того, в случае грунта обратной засыпки с плоским уровнем, учитывая нулевое трение на границе раздела грунт-стена и вертикальный грунт-бок, уравнение Кулона сводится к следующему:
Метод Ренкина для расчета бокового давления грунта
Это уравнение, полученное Уильямом Рэнкином, является развитием формулы Кулона.
Метод Ренкина не учитывает трение между стеной и грунтом.
Это делает его консервативным способом проектирования подпорных стен. Уравнение бокового давления Ренкина на грунт одинаково как для нулевого трения о стенки, так и для ровного грунта обратной засыпки:
Где:
: Угол наклона обратной засыпки
: Угол внутреннего трения грунта
Уравнение Ренкина преобразуется, когда засыпка ровная, как:
2. Дополнительные нагрузки, действующие на подпорную стенку 1077
Дополнительные нагрузки, действующие на подпорные стенки – это дополнительные вертикальные нагрузки, которые используются для засыпки грунта выше верха стены. Это могут быть как постоянные нагрузки, например, наклонная засыпка выше уровня стены, так и временные нагрузки, которые могут возникнуть от автомагистрали или парковки, мощения или прилегающего основания.
Прибавка к временной нагрузке учитывается при воздействии транспортных средств на поверхность грунта засыпки на расстоянии, равном или меньшем высоты стены от тыльной стороны стены.
Активное давление от равномерной дополнительной нагрузки показано на рисунке 2.
Рис. 2: Активная нагрузка от равномерной дополнительной нагрузки на подпорную стенку
Где:
: плотность грунта
W : равномерная дополнительная нагрузка
H : высота стены
P 1 =K a WH —> Уравнение 7
P 2 =0,5K a H 2 —>Уравнение 8
Существуют различные типы дополнительных нагрузок, таких как:
- Доплата за дорогу
- Доплата за уплотнение обратной засыпки
- Доплата за примыкающее основание
3. Осевые силы, действующие на подпорную стенку
Сопротивление опрокидыванию подпорной стенки обеспечивается осевыми нагрузками. Различные типы осевой нагрузки будут обсуждаться в следующих разделах:
a) Вертикальные нагрузки на шток
Эти нагрузки могут возникать в результате реакции балки, перемычки или ложа и воздействовать непосредственно на шток.
Для большинства критических условий нет необходимости рассматривать постоянную нагрузку отдельно от статической нагрузки, поскольку осевая временная нагрузка на шток увеличивается из-за моментов сопротивления и давления на грунт.
Точечные вертикальные нагрузки на стены считаются распределенными вниз с уклоном от двух вертикальных до одной горизонтальной. Следовательно, сжимающие напряжения в основании стены будут довольно низкими; реакция балки на стены является примером точечной вертикальной нагрузки.
Кроме того, напряжения смятия, возникающие непосредственно под реакцией фермы или балок, должны быть проверены в дополнение к учету эксцентриситета по отношению к осевой линии стержня, поскольку он влияет на устойчивость и конструкцию стержня.
Наконец, стоит отметить, что неконсервативные результаты могут быть получены при воздействии динамических нагрузок с отрицательным эксцентриситетом в сторону обратной засыпки.
b) Вес грунта
Вес грунта над носком и пяткой подпорной стены.
c) Вес конструкции
Включает вес фундамента и стойки, которые увеличивают опорное давление грунта и обеспечивают устойчивость против скольжения и опрокидывания.
d) Вертикальная составляющая активного давления
Другая вертикальная нагрузка; результирующая линия действия давления грунта проходит под углом к горизонтали при условии наклона грунта засыпки.
Угол равен углу откоса обратной засыпки по формуле Ренкина и равен углу трения грунта о ствол по формуле Кулона. Это наклонное активное давление имеет две составляющие: горизонтальную и вертикальную.
Последний используется в качестве дополнительного сопротивления скольжению, снижения давления на почву и повышения устойчивости к опрокидыванию.
4. Силы ветра, воздействующие на выступающий ствол
Давление ветра создает опрокидывающую силу, когда подпорная стенка открыта и выступает над уровнем земли. Общая формула, используемая для расчета давления ветра, выглядит следующим образом:
F=0,0026 В 2 —> Уравнение 9
Где:
F : давление ветра
V : скорость ветра
В соответствии с ASCE 7 расчетное давление ветра (F) рассчитывается по следующей упрощенной формуле:
F=q z GG 9002 9 ф — -> Уравнение 10
Где:
G : коэффициент порыва ветра (можно использовать 0,85)
G f : Обычно принимается равным 1,2 9087 6 q z : скоростное давление на средней высоте и может быть рассчитан по следующей формуле:
q z =0,613K z K zt K d V 2 —> Уравнение 11
Где:
K z : фактор направления ветра , можно определить в разделе 26.
6 ASCE 7-10
K zt : Коэффициент воздействия скорости и давления, можно определить в разделе 26.6 ASCE 7-10
K d : Топографический фактор см. раздел, можно быть определено 26.6 ASCE 7-10
V : Базовая скорость ветра в м/с
5. Ударные нагрузки, действующие на подпорную стенку
Расчет подпорной стенки для автомобильного бампера может потребоваться, когда стена возвышается над уровнем земли, а парковка расположена близко к этому. Если подпорная стенка рассчитана на ударные нагрузки, шток следует проверять в точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга по длине штока сверху вниз, так как ударная нагрузка распространяется на большую длину штока. Кроме того, используйте наклон от двух вертикалей к одной горизонтали для распределения ударной нагрузки.
Силы, связанные с землетрясением, учтены в сейсмическом расчете подпорной стены.
Часто задаваемые вопросы
1.
Какие существуют типы нагрузок и сил, действующих на подпорную стену?
Различные виды нагрузок и сил, действующих на подпорную стенку:
1. Боковое давление грунта
2. Дополнительные нагрузки
3. Осевые нагрузки
4. Ветер на выступающем стволе
5. Ударные силы
6. Сейсмическое давление грунта
7. Сейсмические силы собственного веса стены
2. Какие существуют различные типы дополнительных нагрузок , действующих на подпорную стену?
Различные типы дополнительных нагрузок, действующих на подпорную стенку:
1. Дополнительные нагрузки на шоссе
2. Дополнительные нагрузки на уплотнение обратной засыпки
3. Дополнительные нагрузки на фундамент
3. Уравнение для кулоновского метода бокового давления грунта ?
Уравнение для кулоновского метода бокового давления Земли имеет вид
Где:
Ka : Коэффициент активного давления
: Угол внутреннего трения
: Угол откоса засыпки
: Угол трения между грунтом и стеной (предполагается от 2/3 до 1/2)
: Угол наклона стены, измеренный от горизонтали (равный 90 градусам для вертикальной стены)
4.