Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Расчет по ПС второй группы завершает построение изогнутой оси шпунтовой подпорной стенки и определение горизонтального перемещения в узле опирания пролетного строения на устой (с совмещенными функциями) мостового сооружения для каждого сочетания нагрузок.

Расчеты по ПС конструкций из трубошпунта в составе устоев мостовых сооружений и дорожных подпорных стенок включают следующие проверки, выполняемые в соответствии с современными сводами правил (СП 35.13330, СП 24.13330 и др.)

По ПС первой группы:

расчет поперечных сечений на изгиб или внецентренное сжатие (если шпунтовая стенка воспринимает кроме горизонтального давления продольную силу);

расчет сечений трубы на поперечную силу путем сравнения расчетных и предельных касательных напряжений;

расчет прочности при сложном напряженном состоянии точек в сечениях трубы, в которых одновременно действуют нормальные и касательные напряжения;

расчет прочности круглых сечений железобетонного заполнения на изгиб, внецентренное сжатие и поперечную силу;

проверка трубошпунтовой сваи по несущей способности грунта основания.

По ПС второй группы:

проверка конструкций деформационных швов и опорных частей на способность восприятия горизонтальных перемещений устоев в сопряжениях со шкафными стенками и узлах опирания пролетных строений мостовых сооружений.

сравнение горизонтального перемещения верхнего конца дорожной подпорной стенки с предельным значением.

3. Пример расчета. На рис. 8 показаны сечение стенки из ШТС, расчетная схема при последнем смещении уровня заделки и результаты расчета подпорной стенки общей длиной 23 м с высотой надземной части 6,7 м, удерживающей грунт в дорожной выемке глубиной 10 м. Марка трубошпунта — ШТС-820×13 ЗСГ1, внешний диаметр труб — 820 мм, толщина стенки — 13 мм, геометрические характеристики:

Мпред = 1798 кНм/м, по поперечной силе Qпред = 2727 кН/м.

Расчеты выполнялись дважды: по ПС первой — по прочности (второй — по перемещениям) группы с применением расчетных (нормативных) значений нагрузок и механических характеристик грунтов (табл.). В соответствии с изложенным выше расчеты выполнены методом последовательных приближений с пошаговым смещением границы защемленной части шпунтовой подпорной стенки. На первых шагах расчетов граница защемленной части устанавливалась на уровне планировочной поверхности.

116

В расчете по прочности потребовались 5 ступеней понижения границы защемления, после чего она определилась на уровне 9,0 м от планировочной поверхности и 7,3 м от нижнего конца ШТС. В расчете по перемещениям граница защемления была получена на планировочной поверхности на первом шаге расчета.

Результаты расчета представлены на рис. 8б, в: эпюры контактных давлений, моментов (горизонтальных перемещений) по результатам расчетов по ПС первой (второй) группы. Горизонтальное перемещение (32 мм) верхнего конца стенки из ШТС не превысило 0,01 высоты надземной части.

Рис. 8. Схема и результаты расчета дорожной подпорной стенки: а) сечение стенки из ШТС, выемки и основания;

б) расчетная схема при расчетном (конечном) положении уровня заделки ШТС; в) результаты расчета; 1 — конструкции ШТС; 2 — заполнение песчано-цементной смесью; 3 — грунтовое ядро;

4 — эпюра активного давления и узловые силы Fai в надземной части подпорной стенки; 5 — погонная нагрузка Рпред и ее замена узловыми силами Fпред, i;

6 — эпюра коэффициента постели Сz = KzО; 7 — контактное давление рz = Сz уz; 8 — планировочная поверхность; 9 — граница защемления;

10 — эпюра изгибающих моментов М; 11 — изогнутая ось шпунтовой стенки

Выводы. На основе известных решений теории механики грунтов разработан инженерный метод расчетов однорядных трубошпунтовых систем в составе дорожных подпорных сооружений (мостовых устоев, ограждений земляного полотна и др. объектов), включающий описание нагрузок, инженерную схематизацию силового взаимодействия с грунтовой средой, комплекс проверок по предельным состояниям. Полученные решения и их алгоритмизация могут быть применены к другим разновидностям изгибаемых подпорных стенок шпунтового типа.

Библиографический список

1.Гончаров, В. В. Конструктивно-технологические решения подпорных стен из сварного трубчатого шпунта для транспортного строительства: дис. … канд. техн. наук: 05.23.11 / Гончаров Виктор Викторович. — М., 2011. — 158 с.

2.Гончаров, В. В. Новые конструктивно-технологические решения подпорных стен из сварного трубчатого шпунта / В. В. Гончаров // Транспортное строительство. — 2010. — № 1. — С. 28—31.

3. Завриев, К. С. Расчеты фундаментов мостовых опор глубокого заложения / К. С. Завриев, Г. С. Шпиро. — М.: Транспорт, 1970. — 215 с.

117

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

4.Инновации в развитии береговой инфраструктуры для нефтегазовой отрасли с применением шпунта трубчатого сварного // Сфера. Нефть и газ. — 2015. — № 2. — С. 90—99.

5.Королев, К. В. Расчет несущей способности сваи на горизонтальную и моментную нагрузки / К. В. Королев, А. Г. Полянкин // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. —

2010. — № 23. — С. 34—39.

6.Мельничук, Н. Н. Трубошпунт в дорожном строительстве / Н. Н. Мельничук // Автомобильные дороги. — 2015. — № 7. — С. 10—14.

7.Механика грунтов, основания и фундаменты: учебник / С. Б. Ухов [и др.]. — М.: АСВ, 1994. —

524 с.

8. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. В. А. Ильичева и Р. А. Мангушева. — М.: АСВ, 2014. — 728 с.

9.Стандарт организации 01393674-001-2013. Проектирование и возведение транспортных, промышленных и гражданских зданий и сооружений с использованием электросварных прямошовных и спиральношовных труб с наружным диаметром 530—1420 мм производства Волжского трубного завода. — М.: ОАО ЦНИИС, 2013. — 49 с.

10.Цернант, А. А. Эффективные конструкции шпунтов трубчатых сварных — опыт и перспективы применения в строительстве / А. А. Цернант, Н. А. Ефремов, В. В. Гончаров // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 2013. — № 2. — С. 29—32.

11.Цытович, Н. А. Механика грунтов / Н. А. Цытович. — 4-е изд., вновь перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1963. — 636 с.

12. Шапиро, Д. М. Применение трубчатых сварных шпунтов в дорожном строительстве / Д. М. Шапиро, Н. Н. Мельничук // Автомобильные дороги. — 2016. — № 9. — С. 12 — 16.

13.Шапиро, Д. М. Метод конечных элементов в строительном проектировании / Д. М. Шапиро. — М.: АСВ, 2015. — 176 с.

14.Шапиро, Д. М. Теория и расчетные модели оснований и объектов геотехники / Д. М. Шапиро. — Воронеж: Научная книга, 2012. — 164 с.

15.Шапиро, Д. М. Теория и расчетные схемы мостовых устоев и дорожных подпорных стенок из трубошпунта / Д. М. Шапиро // Тезисы докладов II симпозиума по трубошпунту. — 2016. — С. 85.

16.Fourie, A. B. Comparison of Finite Tlement and Limiting Equilibrium Analyses for an Embedded Cantilever Retaining Wall / A. B. Fourie, D. M. Pots // Geotechnique. — 1989. — Vol. 39, Issue 2. — P. 175— 188.

17.Kort, D. A. Sheet Pile Walls in Soft Soil / D. A. Kort // Doctoral Thesis. Delft University. — 2002. —

304 p.

18.Omer, Bilgin. Numerical Studies of Anchored Sheet Pile Wal Behaviorconsructed in Cut and Fill Conditions / Omer Bilgin // Computers and Geotechnics. — 2010. — Vol. 37, Issue 3. — P. 399—407.

19.Sivkular, Babu G. L. Optimum Design of Cantileber Sheet Pile Walls in Sandy Soils Using Inverse Reliability Approach / G. L. Sivkular Babu, B. Munwar Basha // Computers and Geotechnics. — 2008. — Vol. 35, Issue 2. — P. 134—143.

20.Wand, Huai-hong. Application and Advansment of Steel of Steel Tubular Pile in Baosleet Project / Wand Huai-hong, Wang Fa // Chinese Journal of Underground Space and Engineering. — 2009. — P. 2.

References

1.Goncharov, V. V. Konstruktivno-tekhnologicheskie resheniya podpornykh sten iz svarnogo trubchatogo shpunta dlya transportnogo stroitel'stva: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.11 / Goncharov Viktor Viktorovich. — M., 2011. — 158 s.

2.Goncharov, V. V. Novye konstruktivno-tekhnologicheskie resheniya podpornykh sten iz svarnogo trubchatogo shpunta / V. V. Goncharov // Transportnoe stroitel'stvo. — 2010. — № 1. — S. 28—31.

3. Zavriev, K. S. Raschety fundamentov mostovykh opor glubokogo zalozheniya / K. S. Zavriev,

G.S. Shpiro. — M.: Transport, 1970. — 215 s.

4.Innovatsii v razvitii beregovoi infrastruktury dlya neftegazovoi otrasli s primeneniem shpunta trubchatogo svarnogo // Sfera. Neft' i gaz. — 2015. — № 2. — S. 90—99.

№23. — S. 34—39.

6.Mel'nichuk, N. N. Truboshpunt v dorozhnom stroitel'stve / N. N. Mel'nichuk // Avtomobil'nye dorogi. — 2015. — № 7. — S. 10—14.

7.Mekhanika gruntov, osnovaniya i fundamenty: uchebnik / S. B. Ukhov [i dr.]. — M.: ASV, 1994. — 524 s.

8. Spravochnik geotekhnika. Osnovaniya, fundamenty i podzemnye sooruzheniya / pod obshch. red. V. A. Il'icheva i R. A. Mangusheva. — M.: ASV, 2014. — 728 s.

118

9.Standart organizatsii 01393674-001-2013. Proektirovanie i vozvedenie transportnykh, promyshlennykh i grazhdanskikh zdanii i sooruzhenii s ispol'zovaniem elektrosvarnykh pryamoshovnykh i spiral'noshovnykh trub s naruzhnym diametrom 530—1420 mm proizvodstva Volzhskogo trubnogo zavoda. — M.: OAO TsNIIS, 2013. — 49 s.

10.Tsernant, A. A. Effektivnye konstruktsii shpuntov trubchatykh svarnykh — opyt i perspektivy primeneniya v stroitel'stve / A. A. Tsernant, N. A. Efremov, V. V. Goncharov // Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka. — 2013. — № 2. — S. 29—32.

11.Tsytovich, N. A. Mekhanika gruntov / N. A. Tsytovich. — 4-e izd., vnov' pererab. i dop. — M.: Stroiizdat, 1963. — 636 s.

12. Shapiro, D. M. Primenenie trubchatykh svarnykh shpuntov v dorozhnom stroitel'stve / D. M. Shapiro,

N.N. Mel'nichuk // Avtomobil'nye dorogi. — 2016. — № 9. — S. 12 — 16.

13.Shapiro, D. M. Metod konechnykh elementov v stroitel'nom proektirovanii / D. M. Shapiro. — M.: ASV, 2015. — 176 s.

14.Shapiro, D. M. Teoriya i raschetnye modeli osnovanii i obˈektov geotekhniki / D. M. Shapiro. — Voronezh: Nauchnaya kniga, 2012. — 164 s.

15.Shapiro, D. M. Teoriya i raschetnye skhemy mostovykh ustoev i dorozhnykh podpornykh stenok iz truboshpunta / D. M. Shapiro // Tezisy dokladov II simpoziuma po truboshpuntu. — 2016. — S. 85.

16.Fourie, A. B. Comparison of Finite Tlement and Limiting Equilibrium Analyses for an Embedded Cantilever Retaining Wall / A. B. Fourie, D. M. Pots // Geotechnique. — 1989. — Vol. 39, Issue 2. — P. 175—188.

17.Kort, D. A. Sheet Pile Walls in Soft Soil / D. A. Kort // Doctoral Thesis. Delft University. — 2002. —

304 p.

18.Omer, Bilgin. Numerical Studies of Anchored Sheet Pile Wal Behaviorconsructed in Cut and Fill Conditions / Omer Bilgin // Computers and Geotechnics. — 2010. — Vol. 37, Issue 3. — P. 399—407.

19.Sivkular, Babu G. L. Optimum Design of Cantileber Sheet Pile Walls in Sandy Soils Using Inverse Reliability Approach / G. L. Sivkular Babu, B. Munwar Basha // Computers and Geotechnics. — 2008. — Vol. 35, Issue 2. — P. 134—143.

20.Wand, Huai-hong. Application and Advansment of Steel of Steel Tubular Pile in Baosleet Project / Wand Huai-hong, Wang Fa // Chinese Journal of Underground Space and Engineering. — 2009. — P. 2.

THEORY AND DESIGN SCHEME

OF ROAD ENGINEERING STRUCTURES FROM PIPE GROOVE

D. M. Shapiro, A. P. Tyutin, V. A. Rodionov

Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh, tel.: +7-910-344-73-34, e-mail: davshap@mail.ru

D. M. Shapiro, D. Sc. in Engineeting, Prof. of the Dept. of Structural Mechanics

Ltd. «Center-Dorservis»

Russia, Voronezh, e-mail: cds@cds.vrn.ru

A. P. Tyutin, PhD in Engineering, Leading engineer

V. A. Rodionov, Leading engineer

Statement of the problem. Designing a welded tubular pile is a new competitive variety of retaining walls used in modern construction. Developing calculation method for designing and investigating such systems is an important issue.

Results. The article provides a description and algorithms of the developed method of calculating engineering structures from pipe groove within road engineering structures. The theoretical basics, description of design diagrams, sequence of the calculation by means of the finite element method, a set of tests to limit state are presented. A calculation example is given.

Conclusions. The solution of practical problems and algorithmization of calculation tribosphenic systems within the road engineering structures is obtained. The results of the study are suitable for use in calculations of other designs of flexible retaining walls of groove type.

Keywords: welded tubular pile, calculation, design, road retaining walls, bridge foundations.

119

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

УДК 625.7/691.16

ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ АСФАЛЬТОГРАНУЛЯТА

ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОКРЫТИЙ И ОСНОВАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

М. Н. Паневин, Ю. И. Калгин

ООО «Автодорис»

Россия, г. Воронеж, e-mail: panevinn@mail.ru

М. Н. Паневин, инженер Воронежский государственный технический университет

Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 236-18-89, e-mail: kalgin36@yandex.ru

Ю. И. Калгин, д-р техн. наук, проф. кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог

Постановка задачи. Рассматривается задача разработки органоминеральных смесей, отличающихся использованием асфальтогранулята в минеральной части, для устройства конструктивных слоев дорожных одежд.

Результаты. Показаны результаты эксперимента и их математический анализ по определению физико-механических свойств органоминеральных смесей. Проведѐн анализ физикомеханических, эксплуатационных и технологических свойств органоминеральных смесей с различным содержанием асфальтогранулята в минеральной части. Показана роль асфальтогранулята в повышении качества строительства конструктивных слоев дорожных одежд с применением органоминеральных смесей. Приведены оптимальные составы органоминеральных смесей с использованием асфальтогранулята в минеральной части, указаны оптимальные рецептурные показатели. Выводы. Основным фактором, оказывающим влияние на характеристики органоминеральной смеси, является количество битумной эмульсии в составе комплексного вяжущего. Повышение содержания цемента в вяжущем при минимальном количестве битумной эмульсии менее значительно влияет на свойства смеси. Оптимальное содержания асфальтогранулята составляет 40 % в минеральной части смеси.

Ключевые слова: асфальтобетон, асфальтогранулят, органоминеральная смесь, битумная эмульсия.

Введение. Срок службы и транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог могут быть существенно повышены за счет применения при их строительстве, реконструкции и капитальном ремонте современных материалов и технологий [2, 5, 6, 12—15]. Органоминеральные смеси являются одними из наиболее эффективных материалов, применяемых для устройства конструктивных слоѐв дорожных одежд [3, 7, 10, 11]. Использование органоминеральных смесей в дорожном строительстве имеет несомненные технологические, экономические и эксплуатационные преимущества [17—19], такие как высокая технологичность процесса приготовления материала, возможность обеспечения требуемой ровности и шероховатости покрытия, эффективность и сжатые сроки проведения дорожно-ремонтных работ, эксплуатационная надѐжность, возможность использования местных материалов и вторичных ресурсов дорожной отрасли, в первую очередь асфальтогранулята.

Асфальтогранулят — сыпучий материал, состоящий из минеральных компонентов и органического вяжущего, позволяющий получить хорошие результаты при их правильном вторичном использовании. Наибольший экономический эффект может достигаться при использовании асфальтогранулята для приготовления асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Применение гранулята старого асфальтобетона в дорожном строительстве России позволяет уменьшить спрос на минеральные и вяжущие материалы, снизить суммарную сто-

© Паневин М. Н., Калгин Ю. И., 2016

120