Расчет подпорной стены

• Название: Расчет подпорной стены
• Дата: 05.04.2023
• Размер: 209.38 Kb.
• Имя файла: Chernika_MG.docx
• Тип: Курсовая; #1038674

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Основания и фундаменты»
Специальность «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Механика грунтов»

на тему: «Расчет подпорной стены»

Форма обучения – очная
Вариант: 4940

Выполнил обучающийся Курс III Группа МТ-009 Черников Александр Александрович подпись, дата Ф.И.О. полностью Руководитель Сливец Константин Владимирович подпись, дата Ф.И.О. полностью

Санкт-Петербург

2022

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Основания и фундаменты»
Специальность «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты»

Задание на выполнение курсовой работы

по дисциплине «Механика грунтов»

Черников Александр Александрович
Ф.И.О. обучающегося
Тема: «РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ»

Вариант: 4940

Срок сдачи обучающимся законченной работы: 20 года

Размеры стены

Грунт засыпки

Грунт под подошвой

Нагрузка

а

м

1,6

γзас

кН/м3

18

γ

кН/м3

19,0

q

кПа

20

b

м

5,5

φ

град

36

w

-

0,19

Н

м

10

δ

град

9

γs

кН/м3

26,5

d

м

3

α

град

-8

wL

-

-

ε

град

4

wP

-

-

Дата выдачи задания: __ _________ 20__ года

Руководитель: Сливец Константин Владимирович

Подпись Ф.И.О.

Задание принял к исполнению: Черников Александр Александрович

Подпись Ф.И.О.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Основания и фундаменты»
Специальность «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты»


Календарный план выполнения и защиты курсовой работы

по дисциплине «Механика грунтов»

Черников Александр Александрович

Ф.И.О. обучающегося

Тема: «Расчет подпорной стены»

№ п/п	Наименование этапов	Планируемая дата	Фактическая дата	Подпись руководителя	Примечание
1	Выдача задания на курсовую работу
2	Сдача курсовой работы на первую проверку
3	Сдача курсовой работы на повторные проверки при необходимости
4	Допуск к защите курсовой работы
5	Защита курсовой работы

Руководитель

(подпись) Ф.И.О.
«» 20 г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Основания и фундаменты»

Специальность «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты»

Оценочный лист на курсовую работу

по дисциплине «Механика грунтов»

Черников Александр Александрович

Ф.И.О. обучающегося

Тема: «Расчет подпорной стены»

Оценка курсовой работы

№ п/п	Материалы оценки знаний, умений и навыков		Показатель оценивания	Критерии оценивания		Шкала оценивания		Полученные баллы
1	Пояснительная записка к курсовой работе		Соответствие исходных данных выданному заданию	Соответствует		10
				Не соответствует		0
			Обоснованность принятых технических решений, подтвержденная расчетами	Решения обоснованы		30
				Частично обоснованы		20
				Не обоснованы		0
			Использование современного программного обеспечения	Использовано		10
				Не использовано		0
Итого максимальное количество баллов по п. 1						50
2	Графические материалы		Соответствие чертежей пояснительной записки	Соответствует		10
				Не соответствует		0
			Соответствие чертежей требованиям ГОСТ	Соответствует		5
				Не соответствует		0
			Использование средств автоматизации проектирования	Использовано		5
				Не использовано		0
Итого максимальное количество баллов по п. 2						20
ИТОГО максимальное количество баллов						70
Защита курсовой работы		получены полные ответы на вопросы – 23-30 баллов; получены достаточно полные ответы на вопросы – 17-22 баллов; получены неполные ответы на вопросы или часть вопросов – 10-16 баллов; не получены ответы на вопросы или вопросы не раскрыты – 0 баллов.			30
Итоговая оценка		«Отлично» - 86-100 баллов «Хорошо» - 75-85 баллов «Удовлетворительно» - 60-74 баллов «Неудовлетворительно» - менее 59 баллов (вкл.)

Заключение: рецензируемая курсовая работа соответствует требованиям основной образовательной программы:

специальность «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» специализация «Мосты».
Итоговая оценка Руководитель

(подпись) Ф.И.О.

«» 20 г.

Оглавление

1.Исходные данные и цели расчёта 7

2.Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены 8

3.Определение активного и пассивного давления на подпорную стену 9

Определение активного и пассивного давления на подпорную стену 9

4.Определение активного давления графическим способом (построение Ж.В. Понселе) 11

Определение активного давления графическим способом (построение Ж.В. Понселе) 11

5.Определение напряжений, действующих на подошве фундамента 12

6. Проверка положения равнодействующей 14

7.Расчёт устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента 15

8.Выводы о применимости заданной конструкции стены и рекомендации по её изменению 16

1. 
   Исходные данные и цели расчёта
   

Размеры стены:

• 
  ширина по верху а = 1,6 м;
  
• 
  ширина подошвы стены b = 5,5 м;
  
• 
  высота Н = 10 м;
  
• 
  высота фундамента d = 3 м;
  
• 
  угол наклона задней грани к вертикали ε = 4°.
  

Грунт засыпки:

• 
  песок крупный, удельный вес γ_зас = 18 кН/м³;
  
• 
  угол внутреннего тренияφ = 36°;
  
• 
  угол трения грунта засыпки о заднюю грань стены δ= 9°;
  
• 
  угол наклона поверхности засыпки к горизонту = -8°;
  

Грунт под подошвой фундамента (Песок крупный):

• 
  удельный вес γ = 19,0 кН/м³;
  
• 
  влажность = 0,19;
  
• 
  удельный вес твердых частиц γ_s = 26,5 кН/м³;
  

Нагрузка на поверхности засыпки

• 
  q = 20 кПа.
  

Цели расчета. Рассчитать давление грунта на подпорную стену, сделать поверочные расчеты, дать заключение о соответствии (или несоответствии) конструкции подпорной стены требованиям расчета по первой и второй группам предельных состояний, обосновать рекомендации по необходимым изменениям.

2. 
   Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены
   

Последовательно определяем:

удельный вес сухого грунта



пористость



коэффициент пористости



Коэффициент пористости , следовательно песок средней плотности. Условное расчетное сопротивление песка крупного средней плотности R₀ = 350 кПа.

Определяем расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента стены:

,

где

.

Второе слагаемое принимаем равным 0, так как d=3,0 м.

3. 
   Определение активного и пассивного давления на подпорную стену
   

Заменим равномерно распределенную нагрузку q= 20 кПа слоем грунта приведенной высоты:



Рассчитаем коэффициент активного давления:





Найдем ординаты эпюры интенсивности активного давления:

на уровне верха стены

е_а1 = γ_зас h_пр ξ_a = 18 ∙ 1,1 ∙ 0,251 = 4,97 кН/м²;

на уровне подошвы

е_а2 = γ_зас ∙ (h_пр + Н) ∙ ξ_a = 18∙(1,1 + 10) ∙ 0,251 = 50,15 кН/м².

Тогда активное давление



Горизонтальная и вертикальная составляющие интенсивности активного давления следующие:

е_аг1= е_а1 ^. cos (ε+δ) = 4,97 ^. cos (4 + 9)° = 4,84 кН/ м²:

е_аг2= е_а2 ^. cos (ε+δ) = 50,15 ^. cos (4 + 9)° = 48,86 кН/ м²;

е_ав1= е_а1 ^. sin (ε+δ) =4,97 ^. sin (4 + 9)° = 1,12кН/ м²;

е_ав2= е_а2 ^. sin (ε+δ) = 50,15 ^. sin (4 + 9)° = 11,28 кН/ м².

Соответственно горизонтальная и вертикальные составляющие активного давления:





Интенсивность пассивного давления на отметке подошвы фундамента

е_п= γ_зас ^. d ^. tg² (45 +φ/2)° = 18 ^. 3 ^. tg² (45 + 36/2)°= 208 кН/ м².

Пассивное давление, действующее на переднюю грань стены:



С учетом соображений, высказанных в разделе 3, снижаем величину отпора

Е_п = 0,33 ^. 312= 102,96 кН/м.

Эпюры интенсивности активного и пассивного давления приведены далее на рисунке 1.

Равнодействующая активного давления будет приложена к задней поверхности стены в точке, отстоящей по вертикали от подошвы на расстоянии:

4. 
   Определение активного давления графическим способом (построение Ж.В. Понселе)
   

Построение Ж.В. Понселе выполняем с целью проверки правильности нахождения активного давления аналитическим способом.

В результате построения (Рис. 2) получен треугольник площадью



Активное давление, действующее на стену высотой Н + h_пp,



Для определения доли давления, приходящегося на стену высотой Н, находим ординаты эпюр интенсивности активного давления, найденного графически, на уровне подошвы фундамента и верха подпорной стены:





Тогда активное давление, найденное графически,


Расхождение с давлением, найденным аналитически, составляет



Что допустимо

5. 
   Определение напряжений, действующих на подошве фундамента
   

Рассчитываем напряжения, действующие по подошве фундамента, по формулам (4.1) - (4.3). Расчеты представляем в табличной форме (табл. 1).

- высота приложения равнодействующей активного давления от подошвы фундамента
Таблица 1

Нормативная сила, кН	Расчетная сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм
		0,65	-383,797
		0,03	12,819
		3,63	1173,395
		2,52	-188,062
		1	-102,960

В табл. 1 γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке к весу стены;

γ_f = 1,2 – то же, к активному давлению грунта.

Моменты вычисляем относительно осей, проходящих через центр тяжести подошвы фундамента (точка О на рис. 5.3). Равнодействующие активного и пассивного Е_пдавления прикладываем к стене на уровне центра тяжести эпюр интенсивности давления. Вес стены и фундамента – в центре тяжести соответствующего элемента.
Плечи сил допускается брать в масштабе по чертежу или находить аналитически.

Сумма расчетных вертикальных сил



Сумма моментов расчетных сил



Площадь и момент сопротивления подошвы фундамента стены по формулам (4.4) и (4.5):



Тогда





,

Эпюра напряжений по подошве фундамента представлены на Рис.3.

Сопоставим найденные напряжения с расчетным сопротивлением:






Все условия выполняются

6. Проверка положения равнодействующей

Расчет М_II и N_II и ведется по формуле при коэффициентах надежности по нагрузке γ_f =1с использованием данных по табл. 1.

Эксцентриситет









Условие не выполняется.

7. 
   Расчёт устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента
   

Расчет устойчивости против опрокидывания выполняем в соответствии с формулой (4.7). Удерживающие и опрокидывающие моменты вычисляем в табличной форме (табл. 2).

В табл. 2 моменты вычислены относительно передней грани фундамента стены (точка О₁ на рис. 3), γ_f = 0,9 – коэффициент надежности по нагрузке к весу стены.



т.е. условие выполняется.

Расчет устойчивости стены против сдвига по подошве фундамента выполняется в соответствии с формулой (4.8) с использованием данных таблиц 1 и 2.

Таблица 2

Нормативная сила, кН	Расчетная сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм
			удерживающих сил Мz1	опрокидывающих сил Мu1
= 536,78		3,4	1642,54
Gф= 388,45		2,72	950,92
		3,63	-	1173,39
		5,27	-	-393,28
		0,66	67,95
			2661,41	780,10

Сдвигающая сила



Удерживающая сила



Здесь Ψ = 0,4 – коэффициент трения кладки по грунту (табл. Б8):

0,82 т.е. условие выполняется.

7. Выводы о применимости заданной конструкции стены и рекомендации по её изменению

Выполненные проверки показали, что приведенная в задании подпорная стена не отвечает большинству требований, предъявляемых строительными правилами. Стену необходимо перепроектировать.

Обоснование необходимых изменений должно вытекать из анализа факторов, обусловливающих невыполнение проверок. В рассмотренном примере все они фактически связаны с видом эпюры напряжений по подошве фундамента, а именно с большими растягивающими напряжениями под задним ребром подошвы. Это определяет возможность отрыва части подошвы от грунта основания с ростом напряжений под ребром передней грани, крен стены и в конечном счете – ее опрокидывание.

Анализируя структуру составляющих момента М1 по табл. 1, замечаем, что основной вклад в него дает активное давление Е_а; оно же определяет невыполнение проверок на опрокидывание и сдвиг, а также недопустимый эксцентриситет равнодействующей.

Следовательно, нужно уменьшить активное давление. Требуемый порядок снижения при прежних размерах стены оценивается по предельно допустимому моменту из условия , то есть при р_min = 0:
M₁ = N₁ ∙ =

При плече 2,85 м получаем, что активное давление должно быть понижено до значения Е_а = = 128,75 кН, то есть в 2,8 раза. Теперь обращаемся к формулам:


^{Коэффициент зависит от трех факторов} ξа: углы φ, δ, ε. Возможность их изменения.

1. Угол внутреннего трения засыпки; по заданию в примере φ = 30º (мелкий песок). Известно, что с увеличением крупности песка угол внутреннего трения увеличивается. При выборе значений φ для уменьшения активного давления засыпки рекомендуется принимать для пылеватых песков φ = 30…34º ; для мелких φ = 32…36º ; для песков средней крупности φ = 35…38º; для крупных и гравелистых φ = 38…40º. Для рассматриваемого примера при засыпке гравелистым песком можно принять φ = 40º.

2. Угол трения грунта засыпки о стену. В примере задано δ = 3º, то есть трение почти отсутствует. В то же время с ростом δ активное давление уменьшается. Практически для обычных массивных стен можно принять δ = 0,5 φ = 20º. При специальной обработке поверхности задней грани можно принять предельное значение δ = φ.

3. Угол наклона задней грани ε существенно влияет на активное давление, причем наклон в сторону засыпки (ε < 0) снижает его.