23. Расчёт линейных грунтовых анкеров (постоянн…


Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра ГиСПСРеферат
На тему: «Расчет линейных грунтовых анкеров (постоянных)»
Тема № 23
Выполнил: ст.гр. 320281 Филиппов С.В.
Проверил: Копылов С.И.
Тула – 2011
Содержание
Введение 3
Анкер грунтовый 4
Расчет грунтового анкера 5
Список литературы 13
Введение
Стены котлованов подвергаются воздействию физических и геотехнических факторов, вследствие которых может произойти их обрушение. Такими факторами являются активное и пассивное давления грунта, гидростатическое давление воды, технологические нагрузки на бровке и дне котлована. Для котлованов необходимо устройство ограждающих конструкций стен и их усиление.
В настоящее время существует много способов крепления стен котлованов: дискретно расположенные забивные и буровые сваи, стена в грунте, шпунтовые стенки различных конструкций, струйная цементация, нагели, армирование грунта, набрызг-бетонные стены и т.д. Эффективность применения тех или иных конструкций в каждом конкретном случае зависит от градостроительных, геологических, гидрогеологических, технологических и других условий строительной площадки.
Конструкции усиления ограждений котлованов можно условно поделить на две группы: внутренние и внешние.
Анкер грунтовый
Именно к внутренним конструкциям усиления ограждений котлованов относят грунтовые анкеры, на которых мы остановимся.
Анкер грунтовый - крепёжное геотехническое устройство в виде прочного линейного элемента (стержня, трубы, каната и т.п.), способного воспринимать растягивающие усилия. Он компенсирует опрокидывающий момент, действующий со стороны грунта на конструкцию. Соединяет стену ограждения котлована, подпорную стенку, фундамент или иные части строительной конструкции с грунтом, обеспечивая высокую прочность и устойчивость.
Грунтовые анкеры применяют в промышленном, гражданском, транспортном и гидротехническом строительстве. Их используют для возведения причальных сооружений типа «больверк» закрепления ограждений котлованов, стеноподземных сооружений, днищ доков и опускных колодцев, подпорных стен и стен подземных сооружений, оползневых откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт и башен, фундаментов высоких сооружений и т.д. Широкое использование грунтовых анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения.
Анкерное крепление обладает рядом существенных преимуществ: оно высвобождает внутреннее пространство котлованов, облегчая ведение работ открытым способом; снижает материалоемкость строительства за счет устранения стальных распорок; повышает безопасность производства работ; сводит к минимуму опасность осадок.
Расчет постоянных грунтовых анкеров
Мы рассмотрим расчет постоянных анкеров (предназначенные для работы в течение всего срока службы сооружения).
При проектировании анкеров рассчитывают:
общую устойчивость сооружения;
несущую способность анкера в целом по грунту и материалу;
прочность отдельных элементов (оголовок, замок, упорная труба, цементный камень, закрепление замка в корне, заделка тяги в манжетной трубе или пяте и т.д.),входящих в состав анкера.
При проектировании сооружений, закрепленных постоянными анкерами, следует предусматривать мероприятия по осуществлению контроля за напряженно-деформированным состоянием как самой конструкции, так и грунтовых анкеров.
Периодический контроль как во время строительства, так и при эксплуатации должен включать измерение нагрузок на анкеры, деформации и смещения закрепленной анкерами конструкции.
Постоянные анкеры не следует применять в грунтах, обладающих сильной и очень сильной агрессивностью к бетону.
Постоянные анкеры, как правило, следует конструировать со свободной тягой в заделке (тип II), так как в этом случае при работе анкера цементный камень в заделке работает на сжатие, что исключает появление трещин в цементном камне и, как следствие, предохраняет анкерную заделку от коррозии.
Постоянные анкеры по всей длине должны иметь равнозначную по надежности антикоррозионную защиту, степень которой следует назначать в зависимости от продолжительности эксплуатации и уровня агрессивности среды.
Антикоррозионная защита оголовка всех постоянных анкеров включает в себя: защитный гидроизоляционный колпак и антикоррозионный состав, заполняющий свободное пространство скважины и колпака.
Коэффициенты надежности для постоянных анкеров по материалу и грунту g при расчете по первому предельному состоянию следует принимать равными: =2 и g=2,5.
3082290222885
Коэффициент надежности по нагрузке

принимается равным для постоянных анкеров - 1,5.
Расчет устойчивости ограждений котлованов и подпорных стен, закрепленных грунтовыми анкерами.
Оптимальное положение анкера в грунте подбирают в процессе расчета устойчивости системы "стена - грунт - анкер" на опрокидывание вокруг низа анкеруемой стенки исходя из условия, что прочность грунтов на сдвиг в системе преодолена и образуется "глубокая линия скольжения" (метод Кранца).
За "глубокую линию скольжения" принимают (рис. 1) прямую между точкой
поворота анкеруемой стенки и точкой С, расположенной посередине длины заделки анкера.
Рис. 1. Расчетная схема определения устойчивости ограждающей стенки по "глубокой линии скольжения" (метод Кранца)
13099753586096
Построенный из условия равновесия заштрихованной призмы силовой многоугольник abce включает в себя вес грунта G, равнодействующую активного давления Eа на анкеруемое сооружение, силу реакции Rs, несущую способность анкера Ра и равнодействующую активного давления грунта E′а на фиктивную анкерную стенку. Решение силового многоугольникf позволяет определить горизонтальную проекцию Рах несущей способности анкера, которая приводит заштрихованную призму в состояние предельной устойчивости.
Коэффициент устойчивости К системы "стена-грунт-анкер" на опрокидывание определяют из отношения:
K = Pax/Pwx g
Вес грунта G вычислисляется по формуле:
G = ср× S ×T
где S – площадь призмы обрушения;
T – толщина призмы обрушения, принимаемая равной 1 м;
ср - усредненный объемный вес грунта.
Для нахождения равнодействующей силы суммарного активного давления на анкеруемую стенку вычислим значения активного давления:
σha =σa + σw +σq
где σa - активное давление грунта;
σw - гидростатичекое давление воды на шпунт;
σq - составляющя активного давления от нагрузки на повераности.
σа =za –c(1–a )/tg ,
где a - коэффициент активного давления грунта, рассчитываемый по формуле:
a = tg 2(45°–/2)
σw = hв,
где h - высота водяного столба;
в - удельный вес воды.
σq =qa
где q принимаем равным 2,0 т/м2.
Силу реакции массы грунта Rs над глубокой линией скольжения вычислим поформуле:
Rs=G/cos.
Задаем коэффициент запаса устойчивости, и вычисляем горизонтальную составляющую расчетной рабочей нагрузки на анкер:
Pwx = Pax /K.
Устойчивость на опрокидывание многократно заанкерованных конструкций проверяют по "глубоким линиям скольжения", соответствующим расположению анкеров.
Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения (КЦПС)
Данная методика состоит в предположении сдвига однородного массива грунта с прочностными характеристиками и с по круглоциллиндрической поверхности скольжения. Расчетная схема представлена на рис. 2. Неизвестными в данной схеме являются положение поверхности скольжения, суммарная сила трения R грунтового основания, распределение напряжений по дуге, описывающей поверхность скольжения. Проверка устойчивости выполняется сравнением моментов удерживающих и сдвигающих сил с учетом коэффициента запаса.
Рис. 2. Расчетная схема по КЦПС

Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения целесообразно применять, когда откос сложен однородными грунтами. Метод предполагает, что сползание грунта может произойти лишь в результате вращения оползающего массива вокруг центра О. Следовательно, поверхность скольжения ВВ в данном случае будет представлена дугой некоторого круга с радиусом R, очерченного из центра О. Оползающий массив рассматривается при этом как некоторый твердый блок, всеми своими точками участвующий в одном общем движении.
Степень устойчивости откоса оценивается различными методами («метод площадей», «метод круга трения» и т.д.). Принципиально наиболее простым из них и одновременно наиболее распространенным в нашей стране является так называемый метод моментов, сущность которого заключается в следующем.
Оползающий массив находится под воздействием двух моментов: момента
Mвр, вращающего массив, и момента Mуд, удерживающего массив. Коэффициент
устойчивости склона Kу определяется отношением этих моментов, т.е:
Kу = Mуд/MврТеория предельного равновесия.
Все раннее рассмотренные методы расчетов устойчивости подпорных стенок, ограждений котлованов с анкерами, откосов грунтовых массивов основывались на эмпирических или полуэмпирических приемах на использовании отдельных теоретических предпосылок.
Общая теория, охватывающая все основные случаи силового взаимодействия грунтов и инженерных сооружений и базирующаяся на основополагающих законах теории сплошной среды, строительной механики и механики грунтов, создана В.В. Соколовским (1942, 1954, 1960).
По Соколовскому условие прочности, обеспечивающее отсутствие на любой
площадке грунта соскальзывания, имеет вид:

где H=cctg – предел прочности равномерному всестороннему сжатию.
На основе преобразованной системы уравнений равновесия грунтовой среды Соколовский разработал обще численное приближенное решение по методу конечных разностей, составил рекуррентные формулы и указал пути
решения основных краевых задач, охватывающих все многообразие проблемы сопротивляемости грунтов сдвигу при их взаимодействии с сооружениями:
· несущей способности и устойчивости оснований;
· несущей способности и устойчивости откосов;
· давления грунтов (активное и пассивное) на подпорные стенки;
· устойчивости подпорных стенок.

Во всех случаях форма граничной линии скольжения определяется без какихлибо дополнительных условий, но расчеты разностным методом для приемлемой точности требуют достаточно густой сетки линий скольжения. Решения с таким объемом могут эффективно использоваться только с применением ЭВМ.
В то же время, решения Соколовского имеют ограничения: невозможно строго учесть действие сосредоточенных сил, ступенчатую нагрузку, сложный с переломами контур поверхности массива и поверхностей сооружений, сложное взаимодействие упругих и предельных зон и ряд других условий натурных задач.
Итак, теория предельного равновесия создает основу для задач, требующих
определения активного и пассивного давлений грунта на ограждение котлованов.
Но существующие ограничения затрудняют ее применение в чистом виде бездополнительных допущений, сводящих расчеты к приближенным методам,
описанным выше.
Метод конечных элементов.
В строительной механике, как науке о прочности и жесткости деформируемых твердых тел, данный метод прочно обосновался и в настоящее время занимает лидирующее положение среди численных методов анализа напряженно-деформированного состояния конструкций различного класса и назначения.
Основные идеи МКЭ были заложены еще в 50-е годы. С тех пор метод значительно изменился, получил солидное теоретическое обоснование и развитие.
Одновременно с самим методом развивались и средства вычислений, а также и средства программного обеспечения, без которых невозможна реализация МКЭ.
Для МКЭ характерна четкая, физически наглядная инерпретация основных идей, многие из которых, в том или ином виде использовались ранее в инженерных задачах. По своей математической сущности МКЭ совпадает с широко известными вариационными методами решения задач механики деформируемых тел и его можно интерпретировать как своеобразную разновидность вариационно- разностных методов. Это создало основу для строгого математического обоснования МКЭ и решения таких вопросов, как сходимость и точность.
С применением метода конечных элементов возможно производить комплексные расчеты по 1-му и 2-му предельным состояниям. Однако в рассмотренных источниках отсутствует описание специфики моделирования
ограждений котлованов и анкерного крепления при помощи МКЭ.
При создании расчетных моделей для решения геотехнических задач встает
вопрос об использовании той или иной модели грунта.
Линейная упругая модель представляет закон Гукa о изотропной линейной
упругости. Модель включает два постоянных параметра жесткости: модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
Упругопластичная модель Мора-Кулона требует задания пяти основных параметров, а именно: модуля Юнга, коэффициента Пуассона, сцепления, угла трения, и угла дилатансии. Дилатирующей средой является среда, в которой проявляются процессы дилатансии. Дилатансия - это изменение объема материала, вызванное деформациями сдвига. В основу модели положен критерий прочности Мора-Кулона.
Существует, еще ряд более сложных моделей, описывающих физически нелинейную работу грунта, учитывающих дилатацию, уплотнение, различную сопротивляемость на растяжение и сжатие. Стандартные инженерно-геологические изыскания не позволяют использовать данные модели, необходимо производить более сложные лаборатоные испытания образцов. С математической точки зрения метод конечных элементов при решении нелинейных геотехнических задач изложен в трудах С.Ф. Клованича.
Геометрическая нелинейность, как правило, раскрывается шаговым или шагово-итеррационными методами расчета.
Расчет несущей способности анкеров.
Расчетная нагрузка на анкер по несущей способности основания Pd должна устанавливаться из условия
Pd Pw n,
Где n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным:
1,4 - для постоянных анкеров.
Несущую способность инъекционных анкеров по грунту основания определяют по формуле
Pd = Dk ik (1+sins)( tg +cr)Kpc
Dk – диаметр заделки (корня) анкера;
s и cr - - расчетные средневзвешенные значения по длине заделки: угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта соответственно;
σ0g - усредненное по боковой поверхности заделки анкера природное напряжение грунта;
Kr - коэффициент, зависящий от отношения диаметра скважины Dc к диаметру заделки Dk , природного напряжения, прочностных и деформационных характеристик грунта, находящегося в зоне заделки
c - коэффициент условий работы, принимаемый для песчаных грунтов равным 0,72, для пылевато-глинистых - 0,64.
Величину определяют по формуле
σ0g=0,5(rhk+q)( +(cos2+02sin2))
где r- средневзвешенное значение по глубине удельного веса грунта с учетом взвешивающего действия воды;
hk - глубина заложения центра заделки анкера от поверхности грунта;
0- коэффициент бокового давления грунта в природном состоянии (покоя), принимаемый для песков и супесей равным0=0,43; для суглинков 0=0,55; для глин0=0,72;
q- приведенная к равномерно-распределенной в уровне центра заделки нагрузка на поверхности и от соседних фундаментов зданий;
- угол наклона анкера к горизонтали.
Величину Kr определяют по формуле
Kr=1,01-(Dc/Dk)2/1,01-Al2/(1+A2l)3
Где Al=E0/(1+v0)(σ0g+csctgs)sins
E0 , v0 - средневзвешенные значения по длине заделки модуля деформации грунта и коэффициента Пуассона соответственно.
Для определения величины Dk отношением Dc/Dk равным 0,9; 0,6 и 0,3. По этим значениям Dc/Dk и заданному значению ik определяются величины Pd.
Составляют график зависимости Pd от Dc/Dk. По этому графику зная величину Pd, находят отношение Dc/Dk и по нему величину Dk, которая должна быть обеспечена нагнетанием необходимого объема цементного раствора в скважину.
Необходимый объем цементного раствора, нагнетаемого в скважину для анкеров с пакером или манжетной трубой, определяют по формуле
Vl=0,5(Dk2-d2l)(1+3,1n)lkn = В/Ц - весовое водоцементное отношение;
dl- тяги или манжетной трубы в зоне заделки анкера.
V2=0,5(Dk2-d2c)(1+3,1n)lkРасчет несущей способности грунтовых анкеров с разбуренным уширением следует определять по формуле
Pdy=Dclkfk+(a1cs+a2lhk)0,25(Dy2-Dc2)cy
Где fk=0ytgl+cl
a1 и a2 коэффициенты, определяемые по табл. 9 СНиП 2.02.03-85;
cy- коэффициент условной работы, принимаемый равным для пылевато-глинистых грунтов - 0,7, для текучепластичных - 0,6.
Dy –диаметр уширения.Расчет прочности материала тяг анкеров
Площадь сечения тяги анкера Fa должна удовлетворять условию для постоянных анкеров:
Fa 1,58Pk/l
Список литературы
СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.
ВСН 506-88/Минмонтажспецстроя СССР. Проектирование и устройство
грунтовых анкеров. – М., 1989.
«Метод расчета устойчивости борта котлована, укрепленного гибкой подпорной стеной и анкерами» А.Г. Малинин, П.А. Малинин, С.А.Чернопазов.

Приложенные файлы

  • docx 7000455
    Размер файла: 161 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий