Ściany oporowe -Wykład.pdf

(661 KB) Pobierz
Microsoft Word - Sciany-oporowe.doc
5. ŚCIANY OPOROWE
Ściany oporowe – są to konstrukcje, których głównym zadaniem jest podpieranie uskoków
naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych, a głównym obciążeniem jest parcie podpieranego
gruntu.
Do konstrukcji oporowych zaliczamy:
1) Ściany lub mury oporowe
2) Ścianki szczelne i szczelinowe
3) Obudowy wykopów
ŚCIANY OPOROWE
Podział ścian oporowych
Ze względu na materiał:
- murowane (z cegły lub kamienia)
- betonowe
- żelbetowe
Ze względu na konstrukcję i kształt przekroju poprzecznego:
- masywne (najczęściej murowane lub betonowe) – ściany tego typu utrzymują stateczność
(przejmują parcie gruntu) dzięki swojej dużej masie. Kształty: prostokątny, schodkowy, trapezowy,
złożony (rys. 5.1)
H
H
H
H
H
B=(0.5 ÷ 0.7)H
B=(0.5 ÷ 0.7)H
B=(0.5 ÷ 0.7)H
B=(0.5 ÷ 0.7)H
B=(0.5 ÷ 0.7)H
Rys. 5.1. Rodzaje kształtów ścian oporowych masywnych.
- półmasywne z elementami odciążającymi (betonowe lub żelbetowe) – ściany tego typu
utrzymują stateczność częściowo dzięki masie, częściowo dzięki redukcji parcia gruntu przez
elementy odciążające. Konstrukcje: ściany z jednym lub dwoma wspornikami, ściany z płytą
odciążajacą (rys. 5.2).
37
160651721.019.png 160651721.020.png
ψ≤ 0.8 φ
H
H
ψ≤ 0.8 φ
H
H
ψ≤ 0.8 φ
B=(0.5 ÷ 0.7)H
B= ∼ 0.5H
B= ∼ 0.5H
B= ∼ 0.5H
Rys. 5.2. Rodzaje ścian oporowych półmasywnych z elementami odciążającymi.
- lekkie (wyłącznie żelbetowe) – ściany te zachowują stateczność dzięki ciężarowi gruntu
zalegającego na wewnętrznej odsadzce fundamentowej. Konstrukcje: ściany płytowo-kątowe,
ściany płytowo-żebrowe, płytowe z elementami kotwiącymi (rys. 5.3).
H
H
H
H
B=0.6 ÷ 0.7H
B=0.6 ÷ 0.7H
B=0.6 ÷ 0.7H
B= ∼ 0.4H
Rys. 5.3. Rodzaje ścian oporowych lekkich.
Zastosowanie ścian oporowych:
- podparcie tarasów pod zabudowę lub parkingi
- podparcie nasypów drogowych lub kolejowych na zboczach i dojazdach do wiaduktów
- podparcie skarp przy wjazdach do tuneli
- inne
Obliczanie i projektowanie ścian oporowych
Zbieranie obciążeń pionowych i poziomych
Na ściany oporowe działają różnorakie obciążenia, które rozdziela się na obciążenia pionowe
i poziome. Głównym obciążeniem jakie oddziaływuje na ściany oporowe jest parcie gruntu, które
w zależności od sposobu liczenia może być ukośne lub poziome. Ponadto na ścianę działają
obciążenia pionowe od ciężaru własnego jej elementów, ciężaru gruntu zasypowego
spoczywającego na odsadzkach fundamentowych oraz od dodatkowego obciążenia naziomu p .
A) Sposób I
B) Sposób II
C) Sposób III (uproszczony)
p
p
E 1
p
P
E 1
E 2 v
E 1 v
δ a1 = φ /2
.
E 2
E 1 h
G 3
E
G 3
G 2
G 1
G 3
E 2 h
.
δ a2 = φ
G 2
δ a1 = φ
G 2
.
E 3
G 1
E 2
δ a2 = φ/2
G 1
δ a3 = φ /2
0
0
0
45 ° + φ /2
Rys. 5.4. Sposoby zbierania obciążeń na ściany oporowe masywne i lekkie.
38
160651721.021.png 160651721.022.png 160651721.001.png 160651721.002.png 160651721.003.png 160651721.004.png
P
p
P
p
G 5
E 1
G 5
E 1
G 3
R p
G 4
R p = (G 4 +G 5 +P)/2
φ
G 2
ϑ =45 ° + φ /2
G 2
G 3
E 2
E 2
G 4
ϑ =45 ° + φ /2
G 1
G 1
0
0
Rys. 5.5. Przyjmowanie obciążeń działających na ściany oporowe z elementami odciążającymi.
Zagadnienie parcia gruntu na ściany oporowe
Parcie i odpór gruntu jest oddziaływaniem, którego wartość zależy od przemieszczeń
i odkształcalności konstrukcji oporowej. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń
konstrukcji oporowej można przedstawić graficznie, jak na rysunku poniżej.
E
E p
E II
E 0 – parcie spoczynkowe – gdy δ =0 (przem. zablokowane)
E a – parcie graniczne – gdy δ ≥ δ a (ruch od gruntu)
E p – odpór graniczny – gdy δ ≥ δ p (ruch do gruntu)
E I – parcie pośrednie – gdy 0 < δ I < δ a
E II – odpór pośredni – gdy 0 < δ II < δ p
strefa parcia
strefa odporu
E 0
E I
E a
δ ( od gruntu)
δ a
δ I
0
δ II
δ p
δ ( do gruntu)
Rys. 5.6. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń ściany oporowej.
Przyjęcie odpowiedniej wartości parcia w przypadku ścian oporowych nie jest sprawą oczywistą,
gdyż wartość ta zależy od przemieszczeń ściany, a przemieszczenia te z kolei są wynikiem miedzy
innymi parcia gruntu. Projektowanie ścian oporowych na parcie spoczynkowe (E 0 ) jest zbyt
asekuracyjne i raczej niewłaściwe. Parcie takie przyjmuje się dla konstrukcji, które nie ulegają
żadnym przemieszczeniom – np. ściany tuneli lub dużych kolektorów i rurociągów. Projektowanie
z kolei na parcie graniczne (E a ) może być zbyt ryzykowne, gdyż jest ono najmniejsze ze wszystkich
parć i występuje dopiero przy znacznych i nieskrępowanych przemieszczeniach ściany.
Ściany oporowe powinno się projektować na parcie pośrednie, przyjmowane w przybliżeniu
E I = ( E a + E 0 )/2 lub E I = (2 E a + E 0 )/3 , bądź ustalane dokładniej na podstawie obliczeń iteracyjnych.
Ustalanie wartości parcia pośredniego według normy PN-83/B-03010
Wa r t ość parcia pośredniego działającego na ścianę oporową ustala się w zależności od
przemieszczeń uogólnionych ściany z wykorzystaniem przybliżonego wykresu, podanego poniżej.
E
E p
E II
strefa parcia
strefa odporu
E 0 , E a , E p , E I , E II – jak na rys. 6
E 0
E I
E a
ρ ( od gruntu)
ρ a
ρ I
0
ρ II
ρ p
ρ ( do gruntu )
0.5 ρ a
0.5 ρ p
Rys. 5.7. Uproszczona zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń uogolnionych.
39
160651721.005.png 160651721.006.png 160651721.007.png 160651721.008.png 160651721.009.png
Przemieszczenia uogólnione oblicza się na podstawie przemieszczeń rzeczywistych ściany
oporowej: osiadań i przechyłki fundamentu oraz przesunięć poziomych (patrz rys. 5.8 poniżej).
f 2
f 1
f B =f 1 +f 2
B
f B
B
B’
B’
ρ A
+
=
H
H
ρ B
A
A
s 2
A’
s 0 ϕ
A’
s 1
f A =f 1
f A
Rys. 5.8. Wyznaczanie przemieszczeń uogólnionych ściany oporowej.
Przemieszczenia uogólnione oblicza się według wzorów:
ρ [rad]
f B
ρ [rad]
B =
f A
(1)
H
H
a całkowite przemieszczenie uogólnione jest sumą obu katów:
ρ +
I
=
ρ
A
ρ
B
[rad]
(2)
Gdy przemieszczenie uogólnione ρ I jest większe od połowy wartości przemieszczenia granicznego
(ρ I ≥ 0.5ρ a ), to przyjmuje się, że działa parcie graniczne: E = E a .
Natomiast w przypadku gdy 0 < ρ I < 0.5ρ a – to występuje parcie pośrednie, które oblicza się
następująco:
E
=
E
−
ρ
E
0
−
E
a
(3)
I
0
I
0
ρ
a
W bardzo podobny sposób należy wyznaczać odpór pośredni gruntu, jeśli zachodzi taka potrzeba.
Wa r t ości uogólnionych przemieszczeń granicznych dla parcia ρ a oraz dla odporu ρ p odczytuje się
z nomogramów przedstawionych poniżej na rys. 5.9.
ρ a
ρ p
0.012
0.12
0.010
0.10
0.008
φ (n) =10 °
0.08
φ (n) =10 °
0.006
0.004
φ (n) =20 °
0.06
0.04
φ (n) =20 °
φ (n) =30 °
φ (n) =40 °
φ (n) =30 °
φ (n) =40 °
0.002
0.02
0.000 0
0.00
0
5
10
15
20
25
5
10
15
20
H [m]
25
H [m]
Rys. 5.9. Nomogramy do wyznaczania przemieszczeń granicznych ρ a i ρ p .
Można na nich zauważyć, że wartości ρ p są około 10-krotnie większe od wartości ρ a .
40
A =
160651721.010.png 160651721.011.png 160651721.012.png 160651721.013.png 160651721.014.png 160651721.015.png 160651721.016.png 160651721.017.png
Wa r t ość jednostkową parcia spoczynkowego gruntu wyznacza się ze wzoru:
e
0
=
σ
z
⋅
K
0
=
(
p
+
γ
⋅
z
)
⋅
K
0
[kPa]
(4)
Współczynnik K 0 oblicza się ze wzorów:
a) dla gruntów rodzimych:
K
0
=
ξ
1
⋅
ξ
2
⋅
ξ
3
⋅
(
−
sin
φ
)
⋅
(
+
0
tg
ε
)
(5)
b) dla gruntów zasypowych:
[
] )
K
0
=
0
−
ξ
4
+
(
0
+
2
ξ
4
)(
5
I
s
−
4
15
)
ξ
5
(
+
0
tg
ε
(6)
W powyższych wzorach:
ξ 1 ÷ ξ 5 – współczynniki odczytywane z tablic 5 do 9 normy PN-83/B-03010
ε – kąt nachylenia naziomu za ścianą (dla naziomu poziomego ε = 0)
I s – wskaźnik zagęszczenia gruntu zasypowego.
Dla piasków drobnych i średnich można wykorzystać przybliżoną, empiryczną formułę na I s
w stosunku do I D , opracowaną przez Borowczyka i Frankowskiego (1981):
0 (7)
Parcie spoczynkowe działa zawsze poziomo i jego rozkład oraz wypadkową E 0 wyznacza się jak
pokazano na rys. 5.11b.
Wa r t ość jednostkową parcia granicznego gruntu wyznacza się ze wzoru:
I
s
=
845
+
0
188
⋅
I
D
e
a
(
z
)
=
σ
z
⋅
K
a
−
2
c
K
a
=
(
p
+
γ
⋅
z
)
⋅
K
a
−
2
c
K
a
[kPa]
(8)
Współczynnik K a dla przypadku ogólnego oblicza się ze wzoru:
cos
2
(
β
−
φ
)
K
=
(9)
a
2
sin(
φ
+
δ
)
⋅
sin(
φ
−
ε
)
cos
2
β
cos(
β
+
δ
)
1
+
a
a
cos(
β
+
δ
)
⋅
cos(
β
−
ε
)
a
Wielkości (kąty) podane we wzorze (9) wraz z odpowiednimi znakami podano poniżej na rys. 10.
ε ( +)
β (+)
E a
δ a (+)
.
Rys. 5.10. Oznaczenia kątów występujących we wzorze (9) wraz z przyjętą konwencją znaków.
W przypadku ściany pionowej i gładkiej oraz poziomego naziomu (δ a = β = ε = 0) wzór (9)
sprowadza się do dużo prostszej i ogólnie znanej postaci:
K a
=
tg
2
45
o
−
φ
(10)
2
W ścianach oporowych do zasypu najczęściej stosuje się grunty niespoiste, dla których wartość
spójności c , występującej we wzorze (8) równa jest zero ( c = 0).
41
160651721.018.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin