Расчёт причальной стенки морского порта в Санкт-Петербурге
Моделирование сечения для расчёта прочности шпунта Л6-23НТ в лицевой стенке причала методом конечных элементов
Санкт-Петербург
Шишарин Александр Сергеевич
Ведущий инженер блока инженерной поддержки продаж
ООО «Евраз ТК»
+7 965 184-38-92
Aleksandr.Shisharin@evraz.com
Описание проекта
Цель работы
Оптимизировать величину металлоёмкости в ходе устройства оторочки в виде заанкеренного больверка за счёт применения более лёгкого шпунта Л6-23НТ.
В ходе капитального ремонта двух причалов предусматривается усиление существующих конструкций причала путём устройства оторочки в виде заанкеренного больверка из шпунта Л5-УМ:
- стальной шпунт Л5-УМ из стали С345 длиной 19 м
- анкерная тяга Ø80 мм с шагом 2 м
- анкерная стенка сплошная из шпунта Л5-УМ из стали С345 длиной 8 м
Существующие конструкции причала
- железобетонный шпунт сечением 50х45 длиной 17,5 м
- анкерные тяги Ø70 мм с шагом 1,56 м
- железобетонная анкерная плита 2,92×2,4×0,65 м с шагом 3,12 м
Район строительства
Климатический район II, подрайон IIВ по СП 131.13330. Расчётная толщина ровного льда принята равной 0,9 м.
Особенности выполнения работ
- Проектируемая оторочка выполняется в виде сплошного ряда 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 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 железобетонным шпунтом и выполняется в виде монолитной железобетонной конструкции из бетона B25 W8 F100.
- Вдоль причала в погружаемом шпунте устраиваются дренажные устройства из стального швеллера с шагом около 5 м.
Использование SiO 2D
Расчётная схема
Моделирование расчётной ситуации производилось с использованием функции импорта геометрии из dxf-формата. В файле импорта заранее были учтены проектные отметки конструкций и инженерно-геологическое напластование грунтов.
Моделирование шпунта
В SiO 2D реализованы встроенные сортаменты профилей для шпунтовых ограждений. Данное решение упрощает задачу инженера-проектировщика и позволяет автоматически учесть необходимые жесткостные характеристики рассчитываемых конструкций.
Нагрузки
В поверочном расчёте приняты следующие основные технологические равномерно-распределённые нагрузки:
- 3 тс/м² в прикордонной зоне «А» шириной 6,5 м на расстоянии 5,2 м от линии кордона
- 4 тс/м² в переходной зоне «Б» шириной 6 м на расстоянии 15,7 м от линии кордона
- 6 тс/м² в тыловой зоне «В» на расстоянии 21,7 м от линии кордона
Особенности расчёта
Расчёт сечения лицевой стенки из шпунта Л6-23НТ из стали S355GP выполняется для подтверждения гипотезы о снижении металлоёмкости несущих конструкций.
Результаты расчёта
| Параметр для сравнения | ||
| Горизонтальные перемещения оторочки | 35 мм | |
| Изгибающий момент в сечении оторочки | 136 кНм/м | |
| Продольная сила в сечении оторочки | 180 кН/м |
Проверка прочности сечения
σ = N / A + M / W < [σ]
где
- N и M — величины продольной силы и изгибающего момента при наиболее неблагоприятном их сочетании
- A — площадь поперечного сечения 1 п. м. шпунтовой стенки
- W — момент сопротивления 1 п. м. шпунтовой стенки
[σ] = 294 000 кН/м²
σ = 180 / 0,01853 + 136 / 0,002252 = 70 104,7кН/м²
Условие прочности сечения лицевой шпунтовой стенки при заданных нагрузках обеспечена.
Сравнение металлоёмкости шпунтов
| ∆, тонн | ∆, % | ||
| Разница между исходным и рассматриваемым вариантом | −324 | −20 |
Выводы
Величина горизонтальных смещений оторочки не превышает 100 мм в соответствии с СП 381.1325800.2018. Прочность шпунта в соответствии с СП 16.13330.2017 обеспечена.
Полученные результаты расчёта и проверки деформационных и прочностных характеристик сечения подтверждают возможность применения шпунта Л6-23НТ при реконструкции причала. Использование данного сечения позволить снизить металлоёмкость материала для устройства конструкций оторочки на 20%.