МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Согласовано  Генеральный директор Генеральной дирекции государственного заказчика В. В. Аристархов «26» марта 2001 г.

Утверждаю  Первый заместитель Министра транспорта Российской Федерации В.В.Рукша «26» марта 2001 г.

РУКОВОДСТВО
ПО УЧЕТУ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МОРСКИХ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
ТИПА «БОЛЬВЕРК»

РД 31.3.06-2000

Заместитель Генерального директора
ОАО «Дальневосточный научно-
исследовательский, проектно-изыскательский
и конструкторско-технологический институт
морского флота»

Е.М.Новосельцев

МОСКВА 2001

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА МОРСКОГО ФЛОТА

Министерства транспорта Российской Федерации

РАСПОРЯЖЕНИЕ

20.04.2001 г. Москва № ВР-40-р

О введении в действие РД 31.3.06-2000 «Руководство по учету сейсмических воздействий при проектировании морских гидротехнических сооружении типа «Больверк»

В целях обеспечения сейсмостойкости проектируемых и эксплуатируемых причальных сооружений типа «больверк» для сейсмических районов ПРЕДЛАГАЮ:

1. Ввести в действие с 01.04.2001 г. утвержденное «Руководство по учету сейсмических воздействий при проектировании морских гидротехнических сооружений типа «больверк» РД 31.3 06-2000.

2. Возложить издание, тиражирование и рассылку документа в подведомственные организации на ОАО «Дальневосточный научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт морского флота»

Первый заместитель

Министра транспорта России,

Руководитель государственной

службы морского флота В. В. Рукша

Предисловие

1. РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Дальневосточный научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт морского флота» (ОАО «ДНИИМФ»)

Руководитель темы, ответственный исполнитель, доктор транспорта, кандидат технических наук

Л. Ф. Штанько

Исполнитель

З. П. Андреева

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением Минтранса России от 20.04.2001 №ВР-40-р. Первый заместитель Министра транспорта России, Руководитель государственной службы морского флота

В. В. Рукша

3. ВВОДИТСЯ ВЗАМЕН РД 31.31.26-81

СОДЕРЖАНИЕ

РУКОВОДСТВО ПО УЧЕТУ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МОРСКИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ТИПА «БОЛЬВЕРК»

РД 31.3.06-2000

Дата введения 01.04.2001г.

1 Область применения

Настоящее Руководство следует соблюдать при проектировании морских причальных сооружений типа больверк, возводимых в районах с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. Сейсмичность района устанавливается по картам сейсмического районирования территории России согласно СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».

2 Нормативные ссылки

В настоящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. - М.: ГУП ЦПП, 2000, - 44 с. + прил. 2:10 карт.

СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 32 с.

СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 48 с.

СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений/ Минстрой России - М.: ГПЦПП, 1995. - 48 с.

РД 31.31.55-93. Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений/ Минморфлот, М., 1993. - 259 с.

РД 31.3.3-97. Руководство по техническому контролю гидротехнических сооружений морского транспорта/ Минтранс, М., 1997. - 185 с.

РД 31.3.4-97. Положение об организации технического контроля гидротехнических сооружений морского транспорта/ Минтранс, М., 1997. - 50 с.

РД 31.35.08-84. Ведомственное положение о проведении планово-предупредительного ремонта производственных зданий и сооружений на морском транспорте/ Минморфлот, М., 1984. - 68 с.

РД 31.35.06-81. Руководство по установлению норм эксплуатационных нагрузок на причальные сооружения распорного типа путем их испытания опытными статическими огрузками/ Ленморниипроект, Л., 1983. - 70 с.

РД 31.31.29-82. Руководство по проектированию илоцементных оснований и фундаментов портовых сооружений/ НИИ оснований им. Н. М. Герсеванова, М.: В/О «Мортехинформреклама», 1983. - 16 с.

РД 31.31.34-85. Инструкция по проектированию причальных сооружений распорного типа на слабых грунтах/ Ленморниипроект, М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986. - 103 с.

Р 31.3.02-98. Рекомендации по проектированию морских портовых гидротехнических сооружений в сейсмических районах при наличии в основании слабых грунтов (Пособие к РД 31.31.55-93)/ ДНИИМФ, Владивосток, 1998.- 50 с.

П 01-72. Методические рекомендации по определению динамических свойств грунтов, скальных пород и местных строительных материалов. Л. «Энергия», 1972. - 35 с.

3 Определения

В настоящем документе применены следующие термины с соответствующими определениями.

Сейсмическое воздействие - подземные удары и колебания земной поверхности, вызванные внутриземными процессами (главным образом тектоническими).

Сейсмичность - вероятная интенсивность землетрясения в баллах по шкале MSK-64.

Сейсмичность района (исходная сейсмичность) - сейсмичность в баллах сейсмической шкалы MSK-64, установленная согласно картам сейсмического районирования территории России.

Сейсмичность площадки строительства (уточненная сейсмичность) - сейсмичность в баллах сейсмической шкалы MSK-64, установленная по результатам сейсмического микрорайонирования или с учетом расположения в основании сооружения грунтов различной категории по сейсмическим свойствам.

Расчетная сейсмичность - сейсмичность в баллах сейсмической шкалы MSK-64, принятая для расчета проектируемых зданий и сооружений в зависимости от их степени ответственности и сейсмичности площадки строительства.

Сейсмическое районирование - разделение территории, подверженной землетрясениям, на районы с одинаковой сейсмической опасностью.

Сейсмическое микрорайонирование - уточнение сейсмичности на некоторой территории сейсмического района в зависимости от её геологических и гидрологических условий. Интенсивность землетрясений возрастает с уменьшением плотности грунта и увеличением его обводнения.

Сейсмические нагрузки - силы инерции, возбуждаемые массой сооружения вследствие её колебаний. Сейсмические силы при заданном законе движения основания зависят от динамических характеристик сооружения (периодов и форм собственных колебаний сооружения, демпфирования и т.д.).

Спектральный метод расчета - метод, основанный на разложении результирующего колебания сооружения при землетрясении в ряд по формам собственных колебаний.

Динамическая расчетная схема - упрощенная схема сооружения, включающая жесткостные и инерционные элементы, которые позволяют описать условия деформации конструкции и силовых воздействий в виде математических выражений для колебательных процессов.

Сейсмостойкость - способность сооружения противостоять сейсмическим воздействиям при сохранении работоспособности.

Уровень сейсмостойкости сооружение - оценка сейсмостойкости сооружения в баллах сейсмической шкалы.

Требуемый уровень сейсмостойкости сооружения - уровень сейсмостойкости, регламентируемый нормативными документами в зависимости от ответственности сооружения и срока его службы.

Проектный уровень сейсмостойкости сооружения - уровень сейсмостойкости, принятый в проекте.

Аналитический уровень сейсмостойкости сооружения - уровень сейсмостойкости, установленный расчетом при проектных (или фактических с учетом износа) параметрах сооружения.

Фактический (оценочный) уровень сейсмостойкости сооружения - уровень сейсмостойкости, установленный на основании комплексного анализа данных об аналитическом уровне сейсмостойкости, эксплуатационной надежности и техническом состоянии.

Эксплуатационная надежность сооружения - свойство сооружения выполнять заданные функции, характеризуется совокупностью сведений о его техническом состоянии, работоспособности, включая данные об экстремальных воздействиях, и повреждениях, имевших место в период эксплуатации.

Техническое состояние сооружения - совокупность свойств сооружения, характеризующих данные об его исправности и работоспособности.

Дефицит сейсмостойкости сооружения - расхождение между требуемым и фактическим (оценочным) уровнями его сейсмостойкости в баллах сейсмической шкалы.

Коэффициент сейсмичности - расчетное ускорение сейсмических колебаний грунтов основания сооружения, выраженное в долях ускорения свободного падения.

Эффективный коэффициент сейсмичности - расчетное ускорение сейсмических колебаний элемента сооружения, выраженное в долях ускорения свободного падения.

4 Общие положения

4.1 Проектирование больверков для сейсмических районов необходимо производить согласно СНиП 2.06.01-86, СНиП 2.02.02-85, РД 31.31.55-93, РД 31.31.34-85, Р 31.3.02-98 с учетом дополнительных указаний настоящего Руководства.

4.2 Расчеты больверков на сейсмические воздействия должны включать:

- оценку сейсмичности площадки строительства;

- выбор динамической расчетной схемы сооружения (раздел 5);

- определение сейсмических нагрузок в узлах концентрации масс сооружения (раздел 6);

- определение бокового давления грунта на стенку (раздел 7);

- определение внутренних усилий в элементах конструкции и проверки прочности (раздел 8);

- проверки общей устойчивости сооружения (раздел 9).

4.3 Сейсмичность площадки строительства в баллах устанавливается по СНиП II-7-81* (или территориальным строительным нормам) в зависимости от сейсмичности района и уточняется по данным сейсмического микрорайонирования или в зависимости от категории грунтов (по сейсмическим свойствам), залегающих в основании сооружения.

4.4 В проектах сооружений следует предусматривать выполнение контрольно-исследовательских работ согласно Р 31.3.02-89, а также предсдаточных контрольных испытаний, состав которых приведен в разделе 13.

4.5 Примеры расчета на сейсмостойкость больверков приведены в приложениях А, Б, В, Г, а упрощенный алгоритм предварительного расчета - в приложении Д. Перечень рекомендуемых вычислительных программ приведен в приложении Е.

5 Динамические расчетные схемы

5.1 Динамические расчетные схемы больверков, используемые для определения сейсмических нагрузок, формируются по методу конечных элементов (МКЭ). В них должны быть представлены конструктивные основные элементы: лицевая, экранирующая и анкерная стенки; анкерные тяги; грунты основания и засыпки. При расположении на территории причала массивных высотных конструкций (портальные краны, вышки), последние, для оценки их сейсмостойкости, также следует представить в динамической расчетной схеме.

5.2 Рекомендуемое положение границ динамической расчетной схемы сооружения приведено на рис. 5.1.

Рисунок 5.1 - Положение границ и граничные условия в расчетной схеме больверка

Положение нижней границы динамической расчетной схемы рекомендуется принимать совпадающей с кровлей грунтов категорий I и II по сейсмическим свойствам.

Если указанные грунты находятся от поверхности причала на расстоянии, превышающем двойную высоту стенки Н, то положение нижней границы расчетной схемы допускается принимать от поверхности дна у причала на расстоянии, равной двойной глубине забивки стенки Н3 = Н2. Слой слабого грунта в основании сооружения следует включать в расчетную схему, увеличивая при необходимости расстояние Н1 до нижней границы.

5.3 Гибкие элементы сооружения: лицевые и анкерные стенки, козловые анкерные опоры, анкера, экранирующие стенки больверков следует представлять стержневыми элементами, а грунты основания и засыпки - континуальными (рис. 5.2, 5.3, 5.4).

Анкерные тяги в расчетной схеме соединяются в двух точках: в месте крепления с лицевой стенкой и в месте крепления с анкерной стенкой (плитой).

5.4 Массы сооружения в динамической расчетной схеме по МКЭ концентрируются в избранных узлах. Узлы концентрации масс следует размещать чаще в зонах характерных смещений грунта (зоны активного и пассивного давления) и реже у границ расчетной схемы. К узлу следует относить массу с площади, ограниченной: по горизонтали - половинами расстояний между смежными вертикалями сосредоточения масс, по вертикали - половинами расстояний между смежными узлами.

Масса грузов на причале сосредотачивается в верхних узлах расчетной схемы по правилу грузовых площадей.

В расчетных схемах МКЭ массы должны иметь одну степень свободы - перемещение в горизонтальном направлении.

5.5 При определении сейсмических нагрузок от грунтов, расположенных ниже уровня воды в акватории, в расчетах необходимо принимать массу водонасыщенного грунта (массу грунта с учетом массы воды в порах). Массу водонасыщенного грунта (плотность) следует определять по формуле

, (5.1)

где rs - плотность минеральных частиц скелета грунта, т/м3;

e - коэффициент пористости;

rs - плотность воды, т/м3.

1, 2, 3, 4 - стержневые элементы;

5, 6 - континуальные элементы

Рисунок 5.2 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) больверка

1, 2, 3, 4, 5, 6 - стержневые элементы;

7, 8 - континуальные элементы

Рисунок 5.3 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) экранированного больверка

1, 2, 3, 4, 5 - стержневые элементы;

6, 7 - континуальные элементы

Рисунок 5.4 - Разрез (а) и динамическая расчетная схема (б) взаимозаанкеренного больверка

5.6 Инерционное влияние воды, контактирующей с лицевой стенкой со стороны акватории, следует учитывать в виде присоединенной массы воды Величина присоединенной массы воды, приходящаяся на единицу площади поверхности стенки, определяется согласно СНиП II-7-81* по формуле

, (5.2)

где h - глубина воды у сооружения, м;

m - безразмерный коэффициент присоединенной массы воды;

? - коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый равным единице.

Примечание. Коэффициент m для заанкеренного больверка рекомендуется принимать, как для сооружения с вертикальной напорной гранью, совершающего горизонтальные сдвиговые колебания при соотношении ускорений в верхней части сооружения к ускорению основания равном двум.

5.7 Динамические модули деформации песчаных и глинистых грунтов в первом приближении допускается определять по Методическим рекомендациям П 01-72 или формуле

, (5.3)

где Ест - статический модуль деформации грунта, принимаемый согласно СНиП 2.02.01-83*, кПа.

После определения периодов собственных колебаний сооружения принятые модули деформаций грунтов подлежат корректировке с целью приближения рассчитанного периода первого тона колебаний с полученным экспериментально (экспериментально полученные периоды основного тона колебаний заанкеренных больверков из стального шпунта с глубинами 9 - 12 м составляют 0,4 - 0,6 с). Корректировка модулей деформаций производится, если соотношение указанных периодов составляет более 1,2. При корректировке следует учитывать, что периоды собственных колебаний больверков обратно пропорциональны .

6 Определение сейсмических нагрузок

6.1 Сейсмические нагрузки для заанкеренных больверков необходимо рассчитывать при горизонтальном сейсмическом воздействии поперечного направления. Необходимо учитывать, что при сейсмическом воздействии происходят деформативные колебания сооружения, вследствие чего на каждый элемент сооружения действуют дополнительные сейсмические силы пропорциональные массе элемента и ускорению его сейсмических колебаний, а в элементах конструкции возникают дополнительные внутренние усилия.

6.2 Сейсмические нагрузки определяются по динамическому спектральному методу в виде разложения результирующего сейсмического колебания в ряд по главным (собственным) формам колебаний.

При определении сейсмических нагрузок необходимо учитывать: массы конструктивных элементов сооружения; массы полезных грузов на причале; массы грунтов основания и засыпки, включенных в динамическую расчетную схему (для водонасыщенных грунтов учитывается масса воды в порах грунта); присоединенную массу воды к лицевой стенке со стороны акватории.

6.3 Расчетная сейсмическая нагрузка Sik (кН), действующая в точке k динамической расчетной схемы и соответствующая i-му тону собственных колебаний сооружения, определяется по формуле

, (6.1)

где K1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружений, значение которого принимается согласно СНиП II-7-81* (для причальных сооружений K1 = 0,25);

K2 - коэффициент, учитывающий конструктивные решения сооружения, значение которого принимается согласно СНиП II-7-81* (для причальных сооружений K2 = 1);

Мk - масса сооружения, отнесенная к точке k динамической расчетной схемы, определяемая согласно разделу 5, т;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Ar - расчетное ускорение в основании сооружения в долях g (коэффициент сейсмичности), определяемое согласно п. 6.4;

bi - коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний сооружения, принимаемый по СНиП II-7-81*;

K? - коэффициент диссипации, принимаемый для больверков равным 0,7 при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов, и 0,65 - при расчетной сейсмичности 9 баллов;

hik - коэффициент распределения сейсмических сил по сооружению, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону (коэффициент формы колебаний), определяемый по п. 6.5.

Примечание - Мk?g=Qk вес сооружения, отнесенный к точке k.

6.4 Расчетное ускорение в основании сооружения Аt определяется в зависимости от расчетной сейсмичности и нормативного (остаточного) срока службы сооружения по формуле

, (6.2)

где А - коэффициент сейсмичности, значения которого согласно СНиП II-7-81* принимаются равными 0,1; 0,2 и 0,4 для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов;

Кt - коэффициент, учитывающий нормативный или остаточный срок службы сооружения t (в годах), принимаемый по табл. 6.1.

Таблица 6.1

t, годы	?10	15	20	30	40	50	60	70	80	?100
Кt	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4

Примечания

1 Расчетная сейсмичность для гидротехнических сооружений принимается равной сейсмичности площадки. При определении сейсмических нагрузок сейсмичность площадки принимается согласно табл. 1 СНиП II-7-81* в зависимости от категории грунта по сейсмическим свойствам, расположенного в основании расчетной схемы. Для сооружении повышенной ответственности расчетное ускорение А, соответствующее сейсмичности площадки, принимается с коэффициентом 1,2.

2 Для промежуточных значений t величина Кt в таблице 6.1 принимается равной большему значению из интервала.

6.5 Значение коэффициента hik следует определять по формуле

, (6.3)

где Cik и Cij - относительные смещения сооружения при собственных колебаниях по i-му тону в рассматриваемой точке k и во всех точках j, где в соответствии с динамической расчетной схемой его масса принята сосредоточенной;

Mj - масса сооружения, сосредоточенная в точке j динамической расчетной схемы, т.

7 Определение бокового давления грунта на стенку

7.1 Интенсивность горизонтальной составляющей активного Psa и пассивного PsP остаточных давлений грунта на стенку при сейсмическом воздействии, кПа, определяются по формулам

, (7.1)

, (7.2)

где lsа и lsР - коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного давления грунта при учете сейсмического воздействия, определяемые по п. 7.2;

qs - интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности причала, кПа;

qz - интенсивность вертикального давления грунта, определяемая в соответствии с РД 31.31.55-93, кПа;

т - коэффициент, определяемый согласно РД 3 1.31.55-93;

С - удельное сцепление грунта, кПа;

lac и lpc - коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного давлений грунта от сил сцепления, определяемые в соответствии с РД 31.31.55-93.

Примечание - Учет равномерно распределенной нагрузки на поверхности причала допускается производить в двух вариантах:

1 qs = q (q - расчетная нагрузка на поверхности причала), при этом значение коэффициента сочетания нагрузок gic, по РД 31.31.55-93 принимается равным 0,9,

2 qs = 0,5q, при этом значение коэффициента сочетания нагрузок gic = 1.

7.2 Коэффициенты горизонтальной составляющей активного и пассивного остаточных давлений грунта при сейсмическом воздействии определяются по формулам

, (7.3)

, (7.4)

где Аэа и Аэр - эффективные коэффициенты сейсмичности соответственно для зон активного и пассивного давлений, определяемые по п. 7.3;

eа и eр - углы отклонения от вертикали равнодействующих сил веса и сейсмических сил для зоны активного и пассивного давлений, определяемые по п. 7.4, град.

7.3 Эффективные коэффициенты сейсмичности для зон активного Аэа и пассивного Аэр давлений, учитывающие динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, определяются по формулам

, (7.5)

, (7.6)

где Gk - вес сооружения, сосредоточенный в точке k динамической расчетной схемы (для грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории принимается с учетом взвешивающего действия воды), кН;

na и np - количество сосредоточенных масс динамической расчетной схемы, расположенных соответственно в призме распора (активного давления) и выпора (пассивного давления), границы которых определяются приближенно по расчету без сейсмических воздействий;

v - число учитываемых форм колебаний сооружения (от 5 до 10).

Для предварительных расчетов заанкеренных больверков допускается принимать

, (7.7)

, (7.8)

где К1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружения, принимаемый согласно п. 6.3;

Аr - коэффициент сейсмичности, значения которого принимаются согласно п. 6.4;

Ка, Кр - коэффициенты увеличения эффективной сейсмичности для массивов сдвигаемого грунта, соответственно в зонах активного и пассивного давлений, учитывающие динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, принимаемые Ка = 2,7; Кр = 2,2.

7.4 Углы отклонения от вертикали равнодействующих сил веса и сейсмических сил для зон активного и пассивного давлений определяются по формулам

, (7.9)

, (7.10)

7.5 Интенсивность горизонтальной составляющей силосного давления грунта, расположенного между лицевой и экранирующей стенками экранированного больверка, с учетом сейсмического воздействия определяется по формуле

, (7.11)

где qz,сил - интенсивность вертикального давления грунта между стенками, определяемая согласно РД 31.31.55-93, кПа;

lsа - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта определяемый по формуле (7.3);

mсил - коэффициент, определяемый согласно РД 31.31.55-93.

7.6 При замене слабого грунта в основании перед лицевой стенкой больверка отпор от отсыпанной призмы следует определять как наименьший из расчетов: либо пассивного давления в предположении бесконечной длины отсыпанной призмы (при условии прорезания отсыпанной призмы) с использованием формулы (7.2), либо сопротивления сдвигу отсыпанной призмы по основанию с использованием формулы (7.12)

, (7.12)

где Еsp1 - сопротивления сдвигу прямоугольного элемента призмы, обусловленная внутренним трением грунта, кН;

Еsp2 - сила сопротивления сдвигу треугольного элемента призмы, обусловленная внутренним трением грунта, кН;

d - угол трения материала отсыпки по плоскости восприятия отпора лицевой стенкой, град;

j0 - угол внутреннего трения грунта основания, град;

С0 - сцепление грунта основания, кПа;

b1 , b2 , h - размеры прямоугольного и треугольного элементов отсыпанной призмы грунта (рисунок 7.1,а).

Силы сопротивления сдвигу Esp1 и Esp2 определяются по формулам

, (7.13)

, (7.14)

где G1 и G2 - веса соответственно прямоугольного и треугольного элементов отсыпанной призмы грунта с учетом водонасыщенности грунта, кН;

Q - угол наклона откоса котлована, который следует назначать меньшим угла выпора грунта основания при сейсмическом воздействии, град.

Эпюра пассивного давления по высоте призмы принимается треугольной (рисунок 7.1,б).

Рисунок 7.1 - Схема расчета сопротивления сдвигу элементов отсыпанной призмы грунта (а) и эпюра пассивного давления грунта (б)

8 Определение внутренних усилий в элементах конструкций

8.1 При проверке прочности элементов конструкции больверков необходимо учитывать две составляющие внутренних усилий - остаточную и флуктуационную. Остаточная составляющая обусловлена действием остаточного бокового давления грунта, вызванного необратимыми смещениями и уплотнением грунта, накапливающимися в процессе сейсмических колебаний. Флуктуационная составляющая обусловлена деформативными псевдоупругими колебаниями грунта и конструкции. Результирующие внутренние усилия и перемещения определяются суммированием остаточной и флуктуационной составляющих.

8.2 Расчетные значения внутренних усилий в элементах конструкции с учетом сейсмического воздействия (изгибающие моменты в лицевой, экранирующих и анкерной стенках, растягивающие усилия в анкерных тягах и др.) определяются по формуле

, (8.1)

где Nост - остаточные внутренние усилия в элементах конструкции от действия остаточного бокового давления грунта, определяемые по п. 8.3;

Nф - флуктуационные внутренние усилия в элементах конструкции от действия сейсмических сил, определяемые по п. 8.4.

8.3 Остаточные усилия в элементах конструкции, возникающие в результате действия остаточного бокового давления грунта на стенку (формулы (7.1), (7.2) и (7.11)), следует определять согласно РД 31.31.55.93 по программе BOLVERK (приложение E).

8.4 Флуктуационные усилия в элементах конструкции, возникающие при землетрясении в результате деформативных сейсмических колебаний сооружения, следует определять по формуле

, (8.2)

где Nф,i - флуктуационное (изменяющееся по направлению при землетрясении) усилие в рассматриваемом сечении от действия сейсмических нагрузок, определяемых по формуле (6.1), приложенных в местах концентрации масс динамической расчетной схемы.

Флуктуационные усилия Nф,i определяются в результате динамического расчета при использовании вычислительных программ ЛИРА, МИРАЖ и др., реализующих метод конечных элементов и имеющих блок по определению сейсмических нагрузок (приложение Е).

Для предварительных расчетов флуктуационные усилия допускается определять по приложению Д.

9 Проверки общей устойчивости

9.1 Для заанкеренных больверков необходимо выполнить следующие виды проверок устойчивости:

- на поворот лицевой стенки больверка вокруг точки крепления анкера;

- на анкерующую способность массива грунта перед анкерными плитами или стенками (сдвиг анкерной плиты);

- на глубинный сдвиг по круглоцилиндрическим или ломанным поверхностям скольжения.

При проверке устойчивости на глубинный сдвиг следует рассмотреть и другие возможные формы сдвига грунтовых массивов с учетом реального расположения слоя слабого грунта в основании сооружения, например, сдвиг по смешанным, поверхностям (комбинации прямолинейных и криволинейных участков поверхностей) или комбинированным круговым (рис. 9.1).

9.2 При проверке устойчивости на поворот лицевой стенки вокруг точки крепления анкера, активное и пассивное давления грунта на лицевую стенку принимаются с учетом действия сейсмических нагрузок по формулам (7.1), (7.2) и (7.12). Согласно РД 31.31.55.93 расчет следует выполнять по программе BOLVERK.

Рисунок 9.1 - Возможная форма сдвига грунтового массива при наличии слоя слабого грунта

9.3 При проверке устойчивости анкерной плиты на сдвиг активное и пассивное давления грунта на плиту принимаются с учетом действия сейсмических нагрузок согласно формулам (7.1) и (7.2). Анкерная реакция принимается по результатам расчета лицевой стенки согласно п. 8.2.

9.4 Горизонтальная сейсмическая сила, действующая на массив сдвигаемого j-го участка грунта при расчетах общей устойчивости по круглоцилиндрическим или ломаным поверхностям скольжения определяются по формуле

, (9.1)

где Gj - вес сдвигаемого j-го участка грунта (для грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории, принимается с учетом взвешивающего действия воды);

Аэу - эффективный коэффициент сейсмичности, принимается осредненным для сдвигаемого массива и определяется по п. 9.5.

9.5 Эффективный коэффициент сейсмичности для расчета общей устойчивости определяется по формуле

, (9.2)

где Gk - вес сооружения, сосредоточенный в точке k динамической расчетной схемы (для грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории принимается с учетом взвешивающего действия воды), кН;

nу - количество сосредоточенных масс динамической расчетной схемы, попадающих в сдвигаемую часть грунтового массива.

Для предварительных расчетов устойчивости Аэу допускается определять по формуле

, (9.3)

где Ку - коэффициент увеличения эффективной сейсмичности для сдвигаемого массива грунта, учитывающий динамический характер сейсмического воздействия и водонасыщенность грунта, принимаемый равным 2,4.

9.6 Момент от сдвигающих сейсмических сил относительно центра вращения, используемый при проверке общей устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения, определяется по формуле

, (9.4)

где yj - ордината центра масс j-го сдвигаемого участка грунта (j-го вертикального элемента) относительно центра вращения;

п - количество участков грунта (вертикальных столбцов), на которые условно разделен сдвигаемый массив грунта.

9.7 Проверку общей устойчивости сооружения на глубинный сдвиг по круглоцилиндрическим или ломанным поверхностям скольжения рекомендуется выполнять по вычислительным программам, в которых предусмотрен учет сейсмических сил. При использовании вычислительных программ, в которых учет сейсмических сил не предусмотрен, допускается использовать приближенный способ поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол ey, в результате чего становится вертикальной равнодействующая веса и сейсмической силы.

Примечание - Далее в тексте основные положения расчета по указанному приближенному способу изложены применительно к расчету устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. При расчете устойчивости по плоским ломаным поверхностям изложенный прием учета сейсмических сил аналогичен.

9.8 Согласно способу поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол производится переформирование расчетной схемы сооружения и корректировки характеристик грунтов и грузов на причале. Дальнейший расчет производится по вычислительной программе для изменённой расчетной схемы. При использовании для проверки общей устойчивости вычислительной программы KREJ, разработанной Ленморниипроектом, лицевая стенка в переформированной расчетной схеме условно принимается вертикальной.

Поверхности причала и дна, а также слои грунтов получают по сравнению с исходным положением дополнительный наклон на сейсмический угол ey (рисунок 9.2), определяемый по формуле

, (9.5)

где Аэу - осреднённый по массиву сдвигаемой части сооружения эффективный коэффициент сейсмичности, определяемый в соответствии с п. 9.5.

Допускается принимать дополнительный угол наклона для дна и слоев грунта перед стенкой равным eр (формула (7.10)), а для слоев грунта за стенкой равным eа (формула (7.9)).

Веса грунтов и грузов на причале корректируются по формуле

, (9.6)

Допускается в формуле (9.6) вместо eр использовать eа.

Рисунок 9.2 - Схема к расчету общей устойчивости при повороте расчетной схемы на сейсмический угол eу; а) исходный разрез; б) переформированный (повернутый на угол eу) разрез (лицевая стенка условно принята вертикальной)

Дополнительно производится уменьшение углов внутреннего трения грунтов, обусловленное снижением сопротивления сдвигу при динамических воздействиях: для расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов - на 1°; для расчетной сейсмичности 9 баллов - на 2°.

Длина участка аq (см. рис. 9.2), на котором при оценке устойчивости нагрузка на причале не учитывается, принимается согласно РД 31.31.55-93 по формуле

; (9.7)

где r - радиус поверхности скольжения, м;

j - угол внутреннего трения грунта по поверхности скольжения под прикордонным участком, град;

а - расстояние от вертикали, проведенной от центра поверхности скольжения, до лицевой стенки причала, м.

10 Особенности расчета реконструируемых больверков

10.1 Положения настоящего раздела распространяются на расчет причальных сооружений, реконструкция которых осуществляется путем забивки шпунтовой оторочки перед существующей стенкой с последующим заполнением пространства между стенками грунтом. Особенность изложенного метода расчета на сейсмические воздействия в учете истории загружения сооружения в течение его предыдущей эксплуатации и в учете последовательности строительства реконструированного сооружения.

10.2 Перед разработкой проекта реконструкции необходимо произвести подводное обследование существующего больверка. Состав и объем обследований принимаются по РД 31.3.3-97 и должны включать:

- визуальный контроль всей поверхности стенки;

- инструментальные измерения толщины металла (по лобовой и боковой поверхностям) с шагом измерений по длине стенки не более 20 м и по высоте стенки в трех уровнях (в зоне переменного уровня воды, посередине высоты и у дна);

- освидетельствование и инструментальные измерения степени коррозии анкерных тяг;

- уточнение физико-механических характеристик грунтов в теле сооружения и перед сооружением (при необходимости).

Массив данных результатов измерений должен быть подвергнут статистическому анализу, в результате чего должны быть определены с обеспеченностью 0,9 фактические изгибающие моменты в стенке, остаточная толщина шпунта и анкерных тяг, а также скорости коррозии шпунта и анкерных тяг.

При расчетах момент сопротивления старой шпунтовой стенки и площадь сечения анкерных тяг принимаются с учетом коррозионного износа с обеспеченностью 0,9.

10.3 Последовательность расчета на сейсмостойкость реконструируемого причального сооружения соответствует последовательности расчета экранированного больверка, т.е. вначале формируется динамическая расчетная схема как для экранированного больверка. Затем определяются сейсмические силы в местах концентрации масс, флуктуационные изгибающие моменты в лицевой Мф,л и экранирующей Мф,э стенках, флуктуационные усилия в анкерных тягах Rф,л и Rф,э. Определяются эффективные коэффициенты сейсмичности и коэффициенты остаточного бокового давления грунта на стенки с учетом сейсмического воздействия.

Рекомендуемая последовательность дальнейших расчетов с использованием программы BOLVERK, согласованная с этапами возведения (состояния) сооружения, следующая.

Этап I - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке в эксплуатационном режиме до реконструкции.

Лицевая стенка существующего больверка после реконструкции будет экранирующей. Определяются остаточное боковое давление грунта на стенку, изгибающие моменты в стенке МэI и усилия в анкерных тягах RэI, которые сформировались в течение срока эксплуатации сооружения до реконструкции. Учитываются расчетные эксплуатационные нагрузки на поверхности причала и сейсмические воздействия, имевшие место при эксплуатации. Изгибная жесткость стенки EI определяется с учетом коррозионного износа. Вычисленные значения изгибающих моментов в стенке сопоставляются с изгибающими моментами, полученными после обработки материалов обследований и инструментальных измерений. Эффективные коэффициенты сейсмичности на этом этапе расчета допускается принимать по приближенным формулам, приведенным в разделе 6 настоящего РД.

Этап II - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке перед реконструкцией.

Отсутствует эксплуатационная нагрузка на причале и сейсмическое воздействие. Определяются остаточное боковое давление, изгибающие моменты в стенке МэII и усилия в анкерах RэII. Разность результатов расчета I и II этапов дает степень преднапряжения лицевой стенки и тяг перед реконструкцией.

Этап III - Определение внутренних усилий в экранированном больверке в строительный период.

Забита шпунтовая оторочка, пространство между стенками заполнено грунтом. Определяется силосное давление грунта без учета сейсмического воздействия, и вызванные его действием:

- изгибающие моменты в оторочке (новой лицевой стенке) МлIII и усилия в анкерных тягах RлIII, соединяющих оторочку со старой стенкой;

- изгибающие моменты преднапряжения в экранирующей стенке (старой лицевой стенке) МэIII и усилия преднапряжения в тягах RэIII.

Этап IV - Определение внутренних усилий в экранированном больверке без учета сейсмического воздействия и эксплуатационной нагрузки.

Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках MлIV, МэIV и усилия в анкерных тягах RлIV, RэIV.

Этап V - Определение внутренних усилий в экранированном больверке с учетом сейсмического воздействия и расчетной эксплуатационной нагрузки.

Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Сейсмическое воздействие учитывается изменением бокового давления грунта. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках MлV, МэV и усилия в анкерных тягах RлV, RэV.

Разность усилий на этапах V и IV дает приращение внутренних усилий от эксплуатационной нагрузки и сейсмического воздействия.

Этап VI - Определение результирующих значений остаточных внутренних усилий.

, (10.1)

, (10.2)

, (10.3)

, (10.4)

, (10.5)

Полученные значения остаточных изгибающего момента Мэ в экранирующей стенке и усилий в основных анкерных тягах RэS сопоставляются с соответствующими усилиями этапа I расчета. Для дальнейших расчетов принимаются большие значения.

Этап VII - Определение расчетных значений внутренних усилий в элементах конструкций.

Расчеты выполняются согласно формуле (8.1).

11 Особенности расчета эксплуатируемых больверков

11.1 Оценку сейсмостойкости эксплуатируемых причальных сооружений необходимо производить при их паспортизации на основании поверочных расчетов (аналитический и фактический (оценочный) уровень сейсмостойкости) в соответствии с настоящим Руководством с учетом данных об эксплуатационной надежности и техническом состоянии сооружений. Оценка сейсмостойкости сооружения оформляется в виде «Заключения о сейсмостойкости» по форме, приведенной в приложении Ж, и включается в пополняемую часть паспорта причала составляемого согласно РД 31.3.4-97.

11.2 Данные об эксплуатационной надежности причала должны включать следующие сведения за время его строительства и эксплуатации:

- об аварийных ситуациях, связанных с повреждениями несущих элементов конструкции, с указанием даты, характера и причин повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом;

- о происшедших землетрясениях с указанием даты и интенсивности землетрясений, характера имевших место повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом.

11.3 Данные о техническом состоянии причала должны устанавливаться на основании его комплексного обследования в соответствии с РД 31.3.3-97. Для заанкеренных больверков из стального шпунта в обязательном порядке должны быть измерены:

- фактические глубины перед стенкой в пределах 20-метровой полосы;

- деформации (прогибы и наклоны) лицевой стенки по высоте;

- остаточные толщины шпунта лицевой стенки, а, при возможности, и анкерных тяг;

- деформации в плане железобетонного оголовка причала.

Отмеченные измерения должны быть выполнены в объеме, указанном в РД 31.3.3-97.

При анализе результатов измерения глубин необходимо указывать о наличии или отсутствии признаков дефектов, обусловленных нарушением общей устойчивости сооружения (выпучины грунта перед стенкой), увязывая их с наличием наклонов стенки.

При обследовании шпунтовой стенки необходимо отражать наличие или отсутствие поперечных трещин.

При невозможности обследования анкерных тяг необходимо указывать сведения о наличии или отсутствии косвенных признаков их обрыва или ослабления натяжения согласно РД 31.3.3-97 с учетом результатов измерений деформаций оголовка в плане.

11.4 Аналитический уровень сейсмостойкости причального сооружения устанавливается на основании расчетов, выполненных в соответствии с настоящим Руководством. При расчетах необходимо учитывать степень коррозионного износа несущих элементов конструкции.

11.5 Расчетную сейсмичность (расчетные сейсмические ускорения основания сооружения), используемые в расчетах сейсмостойкости, для эксплуатируемых причальных сооружений допускается уточнять по формуле (6.2) в зависимости от остаточного срока службы сооружения t.

11.6 Остаточный срок службы сооружения т в первом приближении допускается определять по формуле

, (11.1)

где Tn - срок службы сооружения в годах по нормам амортизационных отчислений, определяемый согласно РД 31.35.08-84 (допускается принимать равным 50 годам);

Tф - фактический срок эксплуатации сооружения в годах, исчисляемый с года ввода сооружения в эксплуатацию до года составления «Заключения о сейсмостойкости» (приложение Ж).

Допускается изменять (увеличивать или уменьшать) остаточный срок службы сооружения, вычисленный по формуле (11.1), в зависимости от физического состояния сооружения на дату обследования, а также результатов расчета его на сейсмостойкость с учетом средней скорости коррозии основных несущих элементов конструкции.

11.7 При расчетах прочности конструктивных элементов эксплуатируемого заанкеренного больверка в обоснованных случаях (безаварийная эксплуатация сооружения, отсутствие горизонтальных деформаций оголовка, незначительные прогибы стенки и др.) допускается учитывать явления, связанные с выравниванием усилий в анкерных тягах и уплотнением грунтов засыпки, и вносить коррективы в соответствующие коэффициенты, предусмотренные в РД 31.31.55-93:

- при расчете анкерных тяг коэффициент Ка, учитывающий неравномерность натяжения анкерных тяг и перераспределение давления грунта по высоте стенки, допускается принимать равным 1,3 (вместо 1,5 предусмотренного в РД 31.31.55-93);

- при расчете лицевой стенки к коэффициенту снижения изгибающих моментов, учитывающему перераспределение давления грунта на стенку за счет ее деформации и перемещения, допускается применять дополнительный понижающий коэффициент, равный 0,85.

12 Антисейсмические конструктивные мероприятия и указания по строительству.

12.1 Конструкции причальных сооружений типа «больверк» в сейсмических районах следует принимать в соответствии с требованиями СНиП II-7-81*, СНиП 2.06.01-86, РД 31.31.55-93 и указаний настоящего раздела.

12.2 При наличии в основании заанкеренного больверка слабых грунтов необходимо предусматривать мероприятия по уменьшению деформаций основания как при обычных условиях эксплуатации, так и при землетрясении. Указанные мероприятия следует принимать по СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.02 -85, СНиП II-7-81*, а также Р 31.3.02-98.

Слабые грунты должны быть полностью или частично заменены на более качественные крупнообломочные грунты, либо закреплены. Необходимость замены или закрепления грунтов устанавливается на основании расчетов прочности и устойчивости с учётом сейсмических воздействий. Грунт замены либо закрепленный грунт рекомендуется располагать на плотных подстилающих грунтах за лицевой стенкой и перед ней. Ширина участка замены или закрепления грунта устанавливается расчетами устойчивости сооружения с учетом сейсмических воздействий. За лицевой стенкой рекомендуется слабый грунт заменять или закреплять до анкерной стенки.

Закрепление слабых грунтов буросмесительным или вибрационным способом с введением в толщу грунта отвердителя и перемешиванием его с грунтом следует выполнять согласно РД 31.31.29-82.

12.3 Способ строительства заанкеренного больверка (последовательность отсыпки грунта) должен исключать смещение оставляемых слабых грунтов при работах по засыпке пазухи причала и скопление их у лицевой стенки. Для этого необходимо отсыпку грунта производить со стороны стенки вглубь территории. Целесообразно также предусматривать уплотнение отсыпаемых грунтов перед лицевой стенкой.

12.4 Для засыпки за стенку рекомендуется применять малосжимаемые грунты (разработанный скальный грунт, щебень, гравийно-галечниковый и песчано-гравийный грунт, пески крупные и средней крупности). Не рекомендуется устройство засыпок из мелкозернистых несвязных грунтов, вследствие опасности их разжижения при землетрясении. Рекомендуется предусматривать послойную засыпку грунта за стенку с уплотнением.

Внимание! Это не полная версия документа. Полная версия доступна для скачивания.