Моделирование сечения для расчета прочности шпунта Л6-23НТ в лицевой стенке причала методом конечных элементов.
Краткая информация об объекте строительства
- Морской порт в г. Санкт-Петербург;
- Существующие конструкции причала:
- железобетонный шпунт сечением 50х45 см длиной 17,5 м;
- анкерная тяга Ø70 мм с шагом 1,56 м;
- железобетонная анкерная плита 2,92х2,4х0,65 м с шагом 3,12 м.
- Выполняется капитальный ремонт 2-х причалов;
- Предусматривается усиление существующих конструкций путем устройства оторочки причала в виде заанкеренного больверка из шпунта Л5-УМ:
- стальной шпунт Л5-УМ из стали С345 длиной 19,0 м;
- анкерная тяга Ø80 мм с шагом 2,0 м;
- анкерная стенка сплошная из шпунта Л5-УМ из стали С345 длиной 8,0 м.
- Климатический район II, подрайон IIВ по СП 131.13330;
- Расчетная толщина ровного льда принята равной hd1% = 0,9 м.
Цель работы — оптимизировать металлоемкость по устройству оторочки в виде заанкеренного больверка за счет применения более легкого шпунта Л6-23НТ.
Последовательность капитального ремонта причала
- Устраивается проектируемая оторочка на причале, выполняемая из сплошного ряда стального шпунта Л5-УМ по ТУ 24107-008-00186269-2021 из стали С345.
- Проектируемая анкерная система состоит из стальных анкерных тяг сечением Ø80 мм, установленных с шагом 2,0 м и анкерной стенки из сплошного ряда стального шпунта Л5-УМ.
- Пространство между шпунтом оторочки и существующим железобетонным шпунтом заполняется щебнем твёрдых пород.
- Верхнее строение (оголовок) объединяет оторочку из стального шпунта с существующим ЖБ-шпунтом и выполняется в виде монолитной железобетонной конструкции из бетона класса прочности на сжатие B25, марки по водопроницаемости W8, марки по морозостойкости F100.
- Вдоль причала в погружаемом шпунте устраиваются дренажные устройства из стального швеллера с шагом около 5 м.
Описание проделанной работы
Моделирование расчета производилось с учетом импортирования dwg-файла с начерченным сечением в виде отрезков, в котором заранее были учтены проектные отметки конструкций и инженерно-геологическое напластование грунтов в SiO 2D.
В SiO 2D реализовано шпунтовое ограждение с выбором профилей (рисунок 1).
Данное решение упрощает инженеру-проектировщику задание необходимых жесткостных характеристик рассчитываемых профилей шпунта.
Рисунок 1 — U-образные шпунты, реализованные в SiO 2D
Далее был выполнен расчёт сечения лицевой причальной стены из шпунта Л6-23НТ из стали S355GP для подтверждения гипотезы о снижении металлоемкости несущих конструкций.
В поверочном расчёте приняты следующие основные технологические равномерно-распределенные нагрузки (рисунок 2):
- 3,0 тс/м2 в прикордонной зоне «А» шириной 6,5 м на расстоянии 5,2 м от линии кордона;
- 4,0 тс/м2 в переходной зоне «Б» шириной 6,0 м на расстоянии 15,7 м от линии кордона;
- 6,0 тс/м2 в тыловой зоне «В» на расстоянии 21,7 м от линии кордона.
Рисунок 2 — Общий вид расчетной модели
Результат расчета
Рисунок 3 — Эпюра горизонтальных перемещений оторочки
Рисунок 4 — Эпюра изгибающего момента оторочки
Расчёт показал следующее:
- Горизонтальные перемещения — 35 мм, что меньше 100 мм в соответствии с п. 6.1.7 по СП 381.1325800.2018;
- Изгибающий момент в сечении оторочки — 136 кН*м/м;
- Продольная сила в сечении оторочки — 180 кН/м.
Проверка прочности сечения шпунтовых стен производится на основании раздела 9 СП 16.13330.2017 как для сжато-изгибаемого элемента по формуле:
\sigma = \frac{N}{A} + \frac{M}{W} < [\sigma]
A — площадь поперечного сечения 1 пог. м шпунтовой стенки;
W — момент сопротивления 1 пог. м шпунтовой стенки.
[\sigma] = \frac{R_y \cdot \gamma_c}{\gamma_{lc} \cdot \gamma_n} — допускаемые напряжения в шпунтовой стенке.
[\sigma] = \frac{\left( \frac{355}{1{,}05} \cdot 1 \right)}{1 \cdot 1{,}15} = 294\, \frac{\text{Н}}{\text{мм}^2} = 294000\, \frac{\text{кН}}{\text{м}^2}
\sigma = \frac{180}{0{,}01853} + \frac{136}{0{,}002252} = 70104{,}7\, \frac{\text{кН}}{\text{м}^2} < 294000\, \frac{\text{кН}}{\text{м}^2}
Условие выполняется, прочность сечения лицевой шпунтовой стенки под воздействием нагрузок обеспечена.
Сравнение металлоёмкости шпунтов
| ∆т* | ∆% т | |
|---|---|---|
| Разница в объеме металла, исходного и рассматриваемого вариантов | -324 | -20% |
Выводы
Полученные результаты расчёта подтверждают, что применение шпунта Л6-23НТ при реконструкции причала с точки зрения прочностных и деформационных характеристик возможно. Выбор данного сечения шпунта позволит снизить металлоемкость материала для устройства оторочки.
