Железобетонная подпорная стена уголкового профиля

PS_PZ.docx

Исходные данные для проектирования 3
Инженерно-геологические условия площадки 5
Грунт засыпки (супесь) 6
Глубина заложения стены 6
Определение активного давления грунта от действия веса грунта засыпки . 7
1. Определение типа призмы обрушения 7
2. Определение составляющих активного давления от действия
веса грунта засыпки 7
3. Определение составляющих активного давления от внешней
Расчет устойчивости стены на сдвиг ..9
1. Плоский сдвиг по подошве стены 9
2. Плоский сдвиг по подошве подушки .12
3. Глубинный сдвиг при 3 .14
4. Глубинный сдвиг при 4 ..14
Расчет на общую устойчивость грунтового основания стены . ..16
1 Стена расположена на щебеночной подушке 16
2. Стена расположена на грунте основания ..17
Расчет основания по деформациям 18
1. Стена расположена на щебеночной подушке 18
2. Стена расположена на грунте основания ..19
Расчет прочности элементов подпорной стены 22
1. Армирование сечения 1-1 .. .23
2. Армирование сечения 2-2 . ..25
Список литературы 29
Исходные данные для проектирования
Требуется рассчитать железобетонную подпорную стену уголкового профиля в монолитном исполнении длиной 10м при следующих исходных данных:
Высота подпора грунта Н = 3 м.
Нормативное значение временной нагрузки на поверхности обратной засыпки q = 20 кПа.
Класс ответственности сооружения – повышенный.
Место строительства – Магнитогорск.
Грунт основания – песок мелкий (табл. 1).
Грунт засыпки – супесь (табл. 1).
Уровень грунтовых вод от поверхности планировки с низовой стороны – отсутствует.
Предварительно назначенные габаритные размеры всех элементов стены (рис. 1):
глубина заложения подошвы d = 900 мм;
ширина подошвы стенки b = 2700 мм;
вылет передней консоли Δb = 600 мм;
толщина стены t = 300мм;
толщина плиты Δt = 160 мм.
Рис. 1 а) б) Габаритные размеры подпорной стены
Инженерно-геологические условия площадки
Исходная планировочная отметка строительной площадки соответствует указанному на рис. 1 уровню грунта с низовой стороны. Ниже на значительную глубину залегает грунт основания. Грунт обратной засыпки располагается с тыльной стороны стены от ее верхнего обреза до уровня подошвы. Показатели физико-механических свойств грунтов приведены в табл. 1. Предполагается что все характеристики определены для естественного состояния грунтов прямыми испытаниями.
Показатели физико-механических свойств грунтов
Грунт основания Песок мелкий
Грунт засыпки Супесь
Удельный вес грунта кНм3
Природная влажность w д.е.
Влажность на границе раскатывания wp д.е.
Влажность на границе текучести wL д.е.
Показатель текучести грунта IL д.е.
Угол внутреннего трения φII град.
Угол внутреннего трения φI град.
Удельная сила сцепления cII кПа
Удельная сила сцепления cI кПа
Модуль деформации Е МПа
Показатель текучестиIL д.е. определяют по формуле ммммммммммммммммм IL =
где – естественная влажность грунта %.
IL = д.е. – супесь пластичная.
Грунт засыпки (супесь)
При проектировании основания потребуются расчетные значения трех характеристик этого грунта как по первой так и по второй группе предельных состояний. В зависимости от высоты подпора грунта вводятся дополнительные ограничения для расчетных характеристик грунта.
= 095 = 095 2195 = 2085 кНм3;
= 09 φI = 09 21 = 189о;
= 05cI = 05 16 =8 кПа ≤ 5 кПа (005 кгссм2) принимаем = 5 кПа;
= 095 = 095 2087 = 1983 кНм3;
= 09 φII = 09 24 = 216о;
= 05cII = 05 22 = 11 кПа ≤ 7 кПа (007 кгссм2) принимаем = 7 кПа.
Глубина заложения стены
Расчетное сопротивление грунта основания определяется по
Коэффициенты условий работы принимаем = 13 = 11;
= 1 так как прочностные характеристики грунта определены прямыми испытаниями;
= 211 944 = 108 при φII = 38о;
= 1 так как b ≤ 10 м b = 27 м;
= 1842 кНм3; = 1983 кНм3; = 3 кПа; d = 09 м.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта
где = 028 для мелких песков.
Для Магнитогорска среднемесячная отрицательная температура
= 164 + 159 + 65 + 14 = 528.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта
Учитывая все факторы влияющие на глубину заложения подошвы подпорной стены и требованиям модульности примем глубину заложения = 09 м. Чтобы исключить действие сил морозного пучения грунта основания примем щебеночную подушку толщиной 600 мм с расчетными характеристиками = = 21 кНм3 φI = φII = 40о cI = cII = 0.
Определение активного давления грунта от действия веса засыпки
1.Определение типа призмы обрушения
Назначаем направление расчетной плоскости ab на основании геометрических размеров стены
следовательно угол = 232 о.
Определяем коэффициенты активного давления при ρ = 0 и для супесей = 189 о.
Вычисляем угол наклона плоскости скольжения к вертикали
Так как то принимается несимметричная форма призмы обрушения и значения параметров считаются окончательно установленными.
2.Определение составляющих активного давления от действия веса грунта засыпки
Интенсивность горизонтальной составляющей активного давления грунта (рис.)
Равнодействующая горизонтальной составляющей активного давления (рис. 2)
Интенсивность вертикальной составляющей активного давления грунта
Равнодействующая вертикальной составляющей активного давления (рис. 2)
Высота вертикального откоса
Рис. 2. Схема к определению активного давления от действия веса грунта засыпки
3.Определение составляющих активного давления от внешней нагрузки
Интенсивность горизонтально составляющей давления грунта на стену
Равнодействующая горизонтальной составляющей
Интенсивность вертикальной составляющей давления грунта на стену
Равнодействующая вертикальной составляющей определяется выражением
Рис. 3. Схема к определению активного давления от внешней нагрузки
Расчет устойчивости стены на сдвиг
1.Плоский сдвиг по подошве стены
Доля пассивного отпора для рассматриваемой конструкции подпорных стен в общей совокупности нагрузок невелика (особенно вертикальная составляющая) поэтому в расчетах учитывается только горизонтальная составляющая.
При расчете на плоский сдвиг вводятся следующие ограничения: сI ≤ 5 кПа φI ≤ 30о λП = 1.
Прочностные характеристики грунта основания с учетом ограничений: сI = 0 кПа φI = 30о.
Интенсивность пассивного отпора
Рис. 4. Схема к расчету устойчивости стены на плоский сдвиг (1=0) при b=27м
Равнодействующая пассивного отпора
Вычисляем объем стены на участок длины 1 п.м.
Определяем вес стены
Gст = γжб Vст = 25 189 = 4725 кН.
Объем грунта на задней консоли стены
Вес грунта на задней консоли стены
Объем грунта на передней консоли стены
Вес грунта на передней консоли стены
Находим сумму проекций всех действующих на стену сил на вертикальную плоскость
Проверка условия устойчивости на сдвиг
Условие выполняется.
Плоский сдвиг по подошве подушки
Рис. 6. Схема к расчету устойчивости стены на плоский сдвиг (2=0) при dn=06м.
При расчете на плоский сдвиг по подошве подушки вводятся ограничения: сI ≤ 5 кПа φI ≤ 30о λП = 1.
Прочностные характеристики грунта основания с учетом ограничений: сI = 2 кПа φI = 30о.
Равнодействующая пассивного отпора
Вычисляем объем подушки
Определяем вес подушки
Р3 = γn Vп = 21 198 = 4158кН.
Находим сумму проекций всех действующих на стену сил на вертикальную плоскость
Условие выполняется.
2.Глубинный сдвиг при
Коэффициент пассивного отпора
Вычисляем объем подушки в пределах контура СС’ММ’
Определяем вес подушки
GСС’ММ’ = γп VСС’ММ’ = 21 136= 2856 кН.
Вычисляем объем клина в пределах контура CMN
Определяем вес клина в пределах контура CMN
GCMN = γI VCMN = 1931 078 = 151 кН.
Проверка условия устойчивости на сдвиг
3.Глубинный сдвиг при
Рис. 8. Схема для расчета на глубинный сдвиг при 3=340
При сI = 2 кПа φI = 34о коэффициент пассивного отпора
Вычисляем объем клина в пределах контура CMF
Определяем вес клина в пределах контура CMF
GCMF = γI VCMF = 1931 172 = 332 кН.
Расчет на общую устойчивость грунтового основания стены
1.Стена расположена на щебеночной подушке
Рис. 9. Схема для определения суммы моментов всех внешних сил относительно оси О
Угол наклона вертикали равнодействующей всех внешних нагрузок приложенных в плоскости подошвы стены
Необходимо выполнить расчет на общую устойчивость.
Сумма моментов всех внешних сил относительно оси О проходящей через центр тяжести подошвы стены равна
МО = 39 195 12 – 35217 0514 12 + 53216 1067 115 – 4808 0893
5 – 782 03 09 – 6422 0184 115 + 3753 1215 09 + 20 055 09 + 2725 0245 09 = 8977 кН м.
Эксцентриситет приложения равнодействующей всех внешних сил действующих на подпорную стену относительно продольной вышеуказанной оси
Приведенная ширина подошвы стены
Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания
Проверка условия на общую устойчивость
2.Стена расположена на грунте основания
Расчет на общую устойчивость допускается не выполнять.
Расчет основания по деформациям
Характеристиками грунта являются характеристики грунта подушки кПа.
Расчетное сопротивление грунта подушки
= 246 = 1085 = 1173 при φII = 40о;
= 21 кНм3; = 1983кНм3; = 0 кПа; d = 09 м.
Среднее давление под подошвой
Сумма моментов всех внешних сил относительно оси О проходящей через центр тяжести подошвы стены (см рис. 9 табл. 2)
МО = 39 195 – 35217 0514 + 53216 1067 – 4808 0893 – 782 03 –
– 6422 0184 + 3753 1215 + 20 055 + 2725 0245 = 7986 кН м.
Так как то имеет место случай больших экцентриситетов.
Нагрузки от подпорной стены и подушки передаются на грунтовое основание т.е. подушка рассматривается как элемент подпорной стены составляя с ней условный фундамент.
Характеристики грунта основания = 1842 кНм3 кПа.
Коэффициенты условий работы принимаем = 14 = 12;
= 211 = 944 = 108 при φII = 38о;
= 1 так как b ≤ 10 м b = 33 м;
Рис. 10. Схема для определения суммы моментов всех внешних сил относительно оси О’
Сумма моментов всех внешних сил относительно оси О’ проходящей через центр тяжести подошвы стены (см рис. 10 табл. 3)
МО = 39 225 – 35217 0514+ 53216 1667 – 4808 0893 – 2172 05 –
–6422 0184 + 3753 1215 + 20 055 + 2725 0245 = 11498кНм.
Расчет прочности элементов подпорной стены
Принимаем бетон класса В15 с МПа коэффициент условий работы арматура класса А400 с МПа. Расчетная схема приведена на рис. 11.
Рис. 11. Расчетная схема подпорной стены
1.Армирование сечения 1-1
Интенсивность горизонтальной составляющей активного давления грунта в сечении 1-1
Равнодействующая горизонтальной составляющей активного давления грунта
Интенсивность горизонтальной составляющей давления грунта на стену
Рис. 12. Схема для расчета армирования в сечении 1-1
Плечи равнодействующих до сечения 1-1 м
Расчетное значение изгибающего момента в расчетном сечении 1-1 от внешних нагрузок
Высота плиты в расчетном сечении
Ширина расчетного сечения
Толщина защитного слоя
Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для расчета по предельным состояниям первой группы с учетом коэффициента условий работы
Расчетное сопротивление стержневой арматуры растяжению для расчета по предельным состояниям первой группы МПа.
Полезная высота сечения
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона
– принимается для тяжелого бетона и кратковременной нагрузки.
Граничное значение коэффициента
Расчетное значение коэффициента
Проверка выполняется рекомендуемый нормами пластический характер разрушения обеспечен. Сжатая арматура по расчету не требуется.
По значению коэффициента определяем расчетное значение относительной высоты сжатой зоны бетона по формуле
Требуемая суммарная площадь поперечного сечения растянутой арматуры
Минимальная площадь сечения растянутой арматуры исходя из минимально допустимого значения допустимого процента армирования сечения
Полученный в ходе расчета площади сечения растянутой арматуры достаточно.
Принимаем продольную арматуру 518 А400 с шагом200 мм и площадью
2.Армирование сечения 2-2
Так как стена сборная то армирование сечения 2-2 будет аналогично армированию сечения 3-3.
Находим сумму проекций всех действующих на стену сил на вертикальную плоскость с учетом коэффициентов надежности по нагрузке
Определим давление под подошвой стены с учетом коэффициентов надежности по нагрузке (см. Рис.10 табл.3)
5 – 782 03 09 – 6422 0184 115 + 3753 1215 09 + 20 055
+ 2725 0245 09 = 8977 кН м.
Интенсивность вертикальной составляющей активного давления грунта в сечении 1-1
Равнодействующая вертикальной составляющей активного давления грунта
Равнодействующая вертикальной составляющей
Вычисляем объем задней консоли стены на длине 1 п.м.
Р4 = γжб V4 = 25 059= 1475 кН.
Рис. 14. Схема для расчета армирования в сечении 3-3
Плечи равнодействующих до сечения 2-2 м
Расчетное значение изгибающего момента в расчетном сечении 2-2 от внешних нагрузок
Граничное значение относительной сжатой зоны бетона и граничное значение коэффициента см. п. 9.1.
Сжатая арматура по расчету не требуется.
Полученной в ходе расчета площади сечения растянутой арматуры достаточно.
Принимаем продольную арматуру 512 А400200 мм и площадью
СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»
СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»
СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»
СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»
Долматов Б. И. «Механика грунтов оснований и фундаментов»
Фёдоров В. К. Методические указания «Проектирование подпорных стенок уголкового профиля»

ПС.dwg

Железобетонная подпорная стена
расчетная схема стены
НГАСУ (Сибстрин) 429гр.
Сечение стенки М1:75
Условные обозначения:
- 1. Грунт засыпки-супесь пластичная
средне деформируемая
%; - 2. Грунт основания-песок мелкий
%; - 3. Дренажный коллектор из щебня (15мм) - 4. Песок средней крупности (0
мм) - 5.Дренажная труба d=50мм
Место строительства - г. Казань; 2. Расчетная глубина промерзания грунта df=2
м; 3. За относительную отметку ±0
0 принята низовая отметка грунта; 4. Общая длина подпорной стены 10м; 5. Класс бетона В15
класс арматуры А400; 6. По способу изготовления подпорная стенка является сборной. Стык лицевой и фундаментой плиты решен как щелевой.
Опалубочная схема М1:50
дренажное отверстие d=50мм
Защитный слой бетона принят равным а=40 мм. 2. Приварку ограждений к заклодным деталям выполнять электродами Э42 по ГОСТ 9467-75*. 3. После приварки ограждения все поврежденные сваркой места должны быть зачищены и снова огрунтованы грунтовкой ГФ-021 по ГОСТ 25129-82* 4. Все наружные поверхности стены
соприкасающиеся с гунтом должны быть защищены от коррозии путем нанесения горячего битума БН по ГОСТ 6617-76* за 2 раза по холодной грунтовке - раствору битума в солярке.
дренажная труба d=50мм
Место строительства - г.Магнитогорск; 2. Расчетная глубина промерзания грунта df=2
Сечение стенки М1:50
Расчетная схема стены М1:50
Железобетонная подпорная стена уголкового профиля
НГАСУ (Сибстрин) 429 гр
Спецификация арматуры каркасов
Спецификация арматуры сеток