CC BY
329
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
| 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
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)
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
^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.
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)
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.
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,
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.
