SPIS TREŚCI:
I OPIS TECHNICZNY Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
II OBLICZENIA STATYCZNE Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
2. Przyjęcie konstrukcji i wymiarów ściany oporowej. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
3. Zebranie obciążeń działających na ścianę oporową. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
III Obliczenia dla wariantu I – posadowienie bezpośrednie ściany. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
7. Sprawdzenie warunków stanów granicznych nośności (SGN). Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
III Obliczenia dla wariantu II – posadowienie ściany na palach. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
8. Przyjęcie układu pali. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
11. Oszacowanie osiadań fundamentu palowego. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
IV ZAŁĄCZNIKI. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 1 : Przekrój geotechniczny (wariant I) Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 2: Przekrój geotechniczny (wariant II) Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 4: Plan palowania (sekcja dylatacyjna). Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 5: Szczegół połączenia pala wciskanego z fundamentem. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 6: Szczegół połączenia pala wyciąganego z fundamentem. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Zał. NR 7: Interpolacja liniowa oporów {q,t}. Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.
Warunki geometryczne sprawdzono wg:
J. Kobiak W. Stachurski ’Konstrukcje żelbetowe’ Tom 3, Arkady, Warszawa 1989, str.244
K. Grabiec ’Konstrukcje betonowe’ Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1992, str.401
c) Parametry przekrojowe
pole przekroju w zworniku
Ac = ar ⋅ h1
A = 2,25 ⋅ 0,10 = 0,225 m 2
moment bezwładności w zworniku
pole przekroju w wezgłowiu
Ar = ar ⋅ h2
A = 2,25 ⋅ 0,13 = 0,2925 m 2
moment bezwładności w wezgłowiu
równanie osi łuku
równanie pochodnej osi łuku
|
|
---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W dalszych obliczeniach obciążenie wiatrem pominięto z uwagi na fakt, że daje ono na większości obszarów działanie ssące (odciążające łuk).
Średni współczynnik obciążenia dla ciężaru własnego i śniegu:
Przyjęto oparcie łuku na dwóch brzegowych belkach wieńczących (wezgłowiowych), o wymiarach poprzecznych 0,2 x 0,5 m. W przekroju każdej z w/w belek żelbetowych wyprofilowano od strony zewnętrznej gzyms o wysięgu 0,32 m i grubości 0,10 m.
Obciążenie od gzymsu:
płyta żelbetowa 0,10 x 0,32 x 2,25 x 25,00 = 1,80 x 1,1 = 1,98 kN
śnieg na gzymsie 0,72 x 0,30 x 2,25 = 0,49 x 1,4 = 0,69 kN
--------------------------------------
razem = 2,29 kN 2,67 kN
Moment obliczeniowy od gzymsu:
M d = −2,67 ⋅ 0,5 ⋅ (0,20 + 0,32) = −0,69 kNm
e) Schemat statyczny i geometria łuku
Łuk pracuje jako element prętowy wolnopodparty (z przegubami na obu podporach), o szerokości pasma odpowiadającego rozstawowi ściągów (2,25 m).
Dokonano podziału łuku na 21 węzłów (co daje 20 prętów), przy czym ściąg jest dodatkowym
21 prętem o charakterze cięgna (przenoszącym tylko rozciąganie). Parametry geometryczne łuku
w wybranych punktach podziału przedstawiono w poniższej tabeli:
Węzeł | x [m] | y [m] | tan fi | fi [deg] | Pręt | tan fi | fi [deg] | sin fi | cos fi |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0 | 0 | 1,319618 | 53,1427 | |||||
1 | 1,427466 | 54,98714 | 0,819023 | 0,57376 | |||||
2 | 0,738 | 0,517 | 1,535314 | 56,83159 | |||||
2 | 1,643162 | 58,67603 | 0,854241 | 0,519876 | |||||
3 | 1,507 | 0,985 | 1,773848 | 60,48687 | |||||
3 | 1,904535 | 62,29771 | 0,885375 | 0,464877 | |||||
4 | 2,305 | 1,404 | 2,079665 | 64,19023 | |||||
4 | 2,254795 | 66,08274 | 0,914132 | 0,405417 | |||||
5 | 3,128 | 1,769 | 2,477238 | 67,8787 | |||||
5 | 2,699681 | 69,67465 | 0,937735 | 0,34735 | |||||
6 | 3,973 | 2,082 | 3,028829 | 71,5456 | |||||
6 | 3,357977 | 73,41655 | 0,958405 | 0,285411 | |||||
7 | 4,836 | 2,339 | 3,863068 | 75,26103 | |||||
7 | 4,368159 | 77,10551 | 0,974783 | 0,223156 | |||||
8 | 5,714 | 2,54 | 5,270885 | 78,95233 | |||||
8 | 6,173611 | 80,79916 | 0,987134 | 0,159896 | |||||
9 | 6,603 | 2,684 | 8,241978 | 82,62968 | |||||
9 | 10,31034 | 84,46021 | 0,995329 | 0,096537 | |||||
10 | 7,5 | 2,771 | 20,67241 | 86,30733 | |||||
10 | 31,03448 | 88,15444 | 0,999481 | 0,032206 | |||||
11 | 8,4 | 2,8 | 0 | 0 | |||||
11 | -31,0345 | -88,1544 | -0,99948 | 0,032206 | |||||
12 | 9,3 | 2,771 | -20,6724 | -86,3073 | |||||
12 | -10,3103 | -84,4602 | -0,99533 | 0,096537 | |||||
13 | 10,197 | 2,684 | -8,24198 | -82,6297 | |||||
13 | -6,17361 | -80,7992 | -0,98713 | 0,159896 | |||||
14 | 11,086 | 2,54 | -5,27089 | -78,9523 | |||||
14 | -4,36816 | -77,1055 | -0,97478 | 0,223156 | |||||
15 | 11,964 | 2,339 | -3,86307 | -75,261 | |||||
15 | -3,35798 | -73,4166 | -0,95841 | 0,285411 | |||||
16 | 12,827 | 2,082 | -3,02883 | -71,5456 | |||||
16 | -2,69968 | -69,6747 | -0,93774 | 0,34735 | |||||
17 | 13,672 | 1,769 | -2,47724 | -67,8787 | |||||
17 | -2,25479 | -66,0827 | -0,91413 | 0,405417 | |||||
18 | 14,495 | 1,404 | -2,07966 | -64,1902 | |||||
18 | -1,90453 | -62,2977 | -0,88538 | 0,464877 | |||||
19 | 15,293 | 0,985 | -1,77385 | -60,4869 | |||||
19 | -1,64316 | -58,676 | -0,85424 | 0,519876 | |||||
20 | 16,062 | 0,517 | -1,53531 | -56,8316 | |||||
20 | -1,42747 | -54,9871 | -0,81902 | 0,57376 | |||||
21 | 16,8 | 0 | -1,31962 | -53,1427 |
f) Siły wewnętrzne
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń statycznych (z uwzględnieniem obciążenia ciężarem własnym, śniegiem oraz gzymsem) uzyskano następujące wartości ekstremalnych sił wewnętrznych w newralgicznych przekrojach łuku:
- w zworniku (kluczu)
Mmax = 9,3 kNm Nodp=160,1 kN
Nmax = 160,3 kN Modp=7,8 kNm
- w ¼ rozpiętości
Mmax = -5,7 kNm Nodp= 178,3 kN
Nmax = 178,3 kN Modp= -5,7 kNm
- w węzgłowiu
Mmax = -4,7 kNm Nodp= 189,1 kN
Nmax = 195,4 kNm Modp= -0,7 kN
- reakcja podporowa
V= 112,1 kN
- siła w ściągu
H= 160,0 kN
g) Wymiarowanie
Płyta łuku
METODA 1
- parametr łuku
$\alpha = \frac{f}{l} = \frac{2,8}{16,8} = 0,167$
-długość łuku
$s = \frac{l}{8*\alpha}\left\lbrack \sqrt{16*\alpha^{2}*\left( 1 + 16*\alpha^{2} \right)} + \ln\left( 4*\alpha + \sqrt{1 + 16*\alpha^{2}} \right) \right\rbrack = 17,977\ m$
-długość obliczeniowa łuku (dwuprzegubowego)
l0 = 0, 6 * s = 0, 6 * = 10, 79 m
$I = \frac{I_{k} + I_{w}}{2} = \frac{0,000188 + 0,000412}{2} = 0,0003m^{4}$
$l_{k} = \frac{1}{2}s = \frac{17,977}{2} = 8,99\ m$
$N_{\text{dop}} = \frac{\pi^{2}}{3}\frac{E_{\text{cm}}*I}{{l_{k}}^{2}} = \frac{\pi^{2}}{3}\frac{30*1000000*0,0003}{{8,99}^{2}} = 365,762\ kN > \ N_{\frac{1}{4}\text{rozp}} = 178,3\ kN$
η = 1, 0 dla wszystkich przekrojów łuku żelbetowego.
Zbrojenie w kluczu
h=10 cm
a1=1,9 cm
d=h-a1=10-1,9=8,1 cm
b=2,25 m
zakładamy wstępnie η=1,1
Mmax = 9,3 kNm Nodp=160,1 kN
ea=max{h/30 ; 10mm}=10mm= 1cm
ee=$e_{e} = \frac{\text{Msd}}{\text{Nsd}} = \frac{4,3}{163,4} = 0,0263\ m = 2,63cm$
e0=ea+ee=3,63cm
etot= η*e0=3,99cm
es1=h/2+etot-a1=7,09 cm
es2=etot-h/2+a2=0,89 cm
Nmax = 160,3 kN Modp=7,8 kNm
ea=max{h/30 ; 10mm}=10mm= 1cm
ee=$e_{e} = \frac{\text{Msd}}{\text{Nsd}} = \frac{9,3}{160,1} = 0,05808m = 5,808cm$
e0=ea+ee=6,808 cm
etot= η*e0=7,489 cm
es1=h/2+etot-a1=10,589 cm
es2=etot-h/2+a2=4,389cm
Zbrojenie w ¼ rozpiętości
Zbrojenie w wezgłowiu
Belka wezgłowiowa
Belka wezgłowiowa w najbardziej ogólnym przypadku jest zginana w dwóch płaszczyznach: w płaszczyźnie pionowej – reakcją pionową od płyty łuku, w płaszczyźnie poziomej – reakcją poziomą od płyty łuku, czyli jego rozporem.
Ponieważ w analizowanym przykładzie zastosowano łuk płytowy ze ściągiem – tenże ściąg w płaszczyźnie poziomej jest reakcją podporową, której odpowiada zastępcze oddziaływanie poziome.
Belka w płaszczyźnie pionowej
Obliczeniowe obciążenie równomierne wynosi:
$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ q}_{v} = \frac{V}{a_{r}}$$
$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ q}_{v} = \frac{112,1}{2,25} = 49,82\ kN/m$$
gdzie V jest reakcją pionową od łuku, natomiast ar jest przyjętym rozstawem ściągów.
Przyjmując, że słupy konstrukcji wsporczej łuku są usytuowane w odległościach odpowiadających podwójnym rozstawom ściągów, schemat statyczny belki wezgłowiowej w płaszczyźnie pionowej jest belką pięcioprzęsłową (założono, że długość rozpatrywanego obiektu znacznie przekracza wielkość odpowiadającą założonej rozpiętości łuku) o rozpiętościach przęseł wynoszących 4,50 m:
Ekstremalne siły wewnętrzne
Mprz = 0,0781*49,82*4,502 = 78,79 kNm (pierwsze przęsło)
Mpodp = -0,105*49,82*4,502 = -105,93 kNm (druga podpora)
Vpodp = 0,606*48,98*4,5 = 135,86 kN (druga podpora z lewej)
Wymiarowanie
bw = 0,35 m h = 0,55 m d = 0,52 m
Przęsło – zginanie
$$\mu_{c} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{b_{w}*d^{2}*f_{\text{cd}}}$$
$$\mu_{c} = \ \frac{78,79}{0,35*{0,52}^{2}*13300} = 0,062$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*\mu_{c}}}{2}$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*0,062}}{2} = 0,97$$
$$A_{s1} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{f_{\text{yd}}*\xi*d}$$
$$A_{s1} = \ \frac{78,79}{310000*0,97*0,52} = 5,03*10^{- 4}m^{2} = 5,03\ cm^{2}$$
minAS1 = minρ1 * bw * d
minAS1 = 0, 0013 * 35 * 52 = 2, 37 cm2 < 5, 03 cm2
przyjęto 5Ø12 mm o AS1 = 5,65cm2
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d}$$
$$\rho_{1} = \ \frac{5,65}{35*52}*100\% = 0,31\%$$
Podpora – zginanie
$$\mu_{c} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{b_{w}*d^{2}*f_{\text{cd}}}$$
$$\mu_{c} = \ \frac{105,93}{0,35*{0,52}^{2}*13300} = 0,084$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*\mu_{c}}}{2}$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*0,084}}{2} = 0,96$$
$$A_{s1} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{f_{\text{yd}}*\xi*d}$$
$$A_{s1} = \ \frac{105,93}{310000*0,96*0,52} = 6,84*10^{- 4}m^{2} = 6,84\ cm^{2}$$
minAS1 = minρ1 * bw * d
minAS1 = 0, 0013 * 35 * 52 = 2, 37 cm2 < 6, 84 cm2
przyjęto 7Ø12 mm o AS1 = 7,92cm2
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d}$$
$$\rho_{1} = \ \frac{6,84}{35*52}*100\% = 0,37\%$$
Podpora – ścinanie
Sprawdzenie konieczności zbrojenia na ścinanie
k = 1,6 – d > 1
k = 1,6 – 0,52 = 1,08 > 1
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d} < 0,01$$
$$\rho_{1} = \ \frac{6,84}{35*52} = 0,0037 < 0,01$$
VRd1 = 0,35*k*fctd*(1,2+40ρ1)*bw*d
VRd1 =0,35*1,08*1000*(1,2+40*0,0037)*0,35*0,52 = 96,31kN < 135,86 kN
zbrojenie poprzeczne potrzebne obliczeniowo
długość odcinka ścinania
$$c_{S} = \ \frac{V_{\text{Sd}} - V_{Rd1}}{q_{V}}$$
$$c_{S} = \ \frac{135,86 - 96,31}{49,82} = 0,79m$$
dla zbrojenia poprzecznego w postaci pionowych strzemion czterociętych Ø8
$$A_{sw1} = m*\frac{\pi*\phi^{2}}{4}$$
$$A_{sw1} = 4*\frac{3,14*{0,8}^{2}}{4} = 2,01cm^{2}$$
minimalny stopień zbrojenia poprzecznego
$$\rho_{w,min} = \frac{0,08*\sqrt{f_{\text{ck}}}}{f_{\text{yk}}}$$
$$\rho_{w,min} = \frac{0,08*\sqrt{20}}{355} = 0,001$$
maxymalny rozstaw strzemion
$$s_{1,max} = \ \frac{A_{sw,1}}{b_{w}*\rho_{w,min}}$$
$$s_{1,max} = \ \frac{2,01}{35*0,001} = 57,73cm$$
maxymalny rozstaw strzemion (konstrukcyjne)
s1,max = 0,75*d < 40cm
s1,max = 0,75*52 = 39,0 cm < 40cm
Sprawdzenie betonowych krzyżulców ściskanych (θ = 45°, cotθ = 1,0)
$$\upsilon = 0,6*(1 - \frac{f_{\text{ck}}}{250})$$
$$\upsilon = 0,6*\left( 1 - \frac{20}{250} \right) = 0,55$$
$$V_{Rd2} = \upsilon*f_{\text{cd}}*b_{w}*0,9*d*\frac{\text{cotθ}}{1 + cot^{2}\theta}$$
$$V_{Rd2} = 0,55*13300*0,35*0,9*0,52*\frac{1}{1 + 1^{2}} = 1198,197kN > 135,86kN$$
warunek spełniony
Wyznaczenie zbrojenia poprzecznego
$$V_{\text{Sd}} < V_{Rd3} = \frac{A_{sw1}*f_{ywd1}}{s_{1}}*0,9*d*cot\theta$$
$$s_{1,max\ } = \frac{A_{sw1}*f_{ywd1}}{V_{\text{Sd}}}*0,9*d*cot\theta$$
$$s_{1,max\ } = \frac{2,01*10^{- 4}*21*10^{4}}{135,86}*0,9*0,52*1 = 0,145m = 14,5cm$$
Przyjęto S1 = 14,0cm < 39cm
< 40cm
< 57,73cm
Belka w płaszczyźnie poziomej
Zastępcze obliczeniowe obciążenie równomierne wynosi:
$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ q}_{v} = \frac{H}{a_{r}}$$
$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ q}_{v} = \frac{160}{2,25} = 71,11\ kN/m$$
gdzie H jest reakcją poziomą od łuku, natomiast ar jest przyjętym rozstawem ściągów.
Schemat statyczny belki wezgłowiowej w płaszczyźnie poziomej jest belką pięcioprzęsłową o rozpiętościach przęseł wynoszących 2,25 m (odpowiadających założonemu rozstawowi ściągów stalowych):
Ekstremalne siły wewnętrzne
Mprz = 0,0781*71,11*2,252 = 28,11 kNm (pierwsze przęsło)
Mpodp = -0,105*71,11*2,252 = -37,80 kNm (druga podpora)
Vpodp = 0,606*71,11*2,25 = 96,96 kN (druga podpora z lewej)
Wymiarowanie
bw = 0,55 m h = 0,35 m d = 0,32 m
Przęsło – zginanie
$$\mu_{c} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{b_{w}*d^{2}*f_{\text{cd}}}$$
$$\mu_{c} = \ \frac{28,11}{0,55*{0,32}^{2}*13300} = 0,037$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*\mu_{c}}}{2}$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*0,037}}{2} = 0,98$$
$$A_{s1} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{f_{\text{yd}}*\xi*d}$$
$$A_{s1} = \ \frac{28,11}{310000*0,98*0,32} = 2,89*10^{- 4}m^{2} = 2,89\ cm^{2}$$
minAS1 = minρ1 * bw * d
minAS1 = 0, 0013 * 55 * 32 = 2, 29 cm2 < 2, 89 cm2
przyjęto 3Ø12 mm o AS1 = 3,39cm2
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d}$$
$$\rho_{1} = \ \frac{3,39}{55*32}*100\% = 0,20\%$$
Podpora – zginanie
$$\mu_{c} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{b_{w}*d^{2}*f_{\text{cd}}}$$
$$\mu_{c} = \ \frac{37,8}{0,55*{0,32}^{2}*13300} = 0,050$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*\mu_{c}}}{2}$$
$$\xi = \ \frac{1 + \sqrt{1 - 2*0,05}}{2} = 0,97$$
$$A_{s1} = \ \frac{M_{\text{Sd}}}{f_{\text{yd}}*\xi*d}$$
$$A_{s1} = \ \frac{37,8}{310000*0,97*0,32} = 3,93*10^{- 4}m^{2} = 3,93\ cm^{2}$$
minAS1 = minρ1 * bw * d
minAS1 = 0, 0013 * 55 * 32 = 2, 29 cm2 < 3, 93 cm2
przyjęto 4Ø12 mm o AS1 = 4,52cm2
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d}$$
$$\rho_{1} = \ \frac{4,52}{55*32}*100\% = 0,26\%$$
Podpora – ścinanie
Sprawdzenie konieczności zbrojenia na ścinanie
k = 1,6 – d > 1
k = 1,6 – 0,32 = 1,28 > 1
$$\rho_{1} = \ \frac{A_{S1}}{b_{w}*d} < 0,01$$
$$\rho_{1} = \ \frac{4,52}{55*32} = 0,0026 < 0,01$$
VRd1 = 0,35*k*fctd*(1,2+40ρ1)*bw*d
VRd1 =0,35*1,28*1000*(1,2+40*0,0027)*0,55*0,32 = 103,13kN > 96,96 kN
zbrojenie poprzeczne obliczeniowo zbędne
dla zbrojenia poprzecznego w postaci pionowych strzemion dwuciętych Ø8
$$A_{sw1} = m*\frac{\pi*\phi^{2}}{4}$$
$$A_{sw1} = 2*\frac{3,14*{0,8}^{2}}{4} = 1,00cm^{2}$$
minimalny stopień zbrojenia poprzecznego
$$\rho_{w,min} = \frac{0,08*\sqrt{f_{\text{ck}}}}{f_{\text{yk}}}$$
$$\rho_{w,min} = \frac{0,08*\sqrt{20}}{355} = 0,001$$
maxymalny rozstaw strzemion
$$s_{1,max} = \ \frac{A_{sw,1}}{b_{w}*\rho_{w,min}}$$
$$s_{1,max} = \ \frac{1,00}{55*0,001} = 18,18cm$$
maxymalny rozstaw strzemion (konstrukcyjne)
s1,max = 0,75*d < 40cm
s1,max = 0,75*32 = 24,0 cm < 40cm
Sprawdzenie betonowych krzyżulców ściskanych (θ = 45°, cotθ = 1,0)
$$\upsilon = 0,6*(1 - \frac{f_{\text{ck}}}{250})$$
$$\upsilon = 0,6*\left( 1 - \frac{20}{250} \right) = 0,55$$
$$V_{Rd2} = \upsilon*f_{\text{cd}}*b_{w}*0,9*d*\frac{\text{cotθ}}{1 + cot^{2}\theta}$$
$$V_{Rd2} = 0,55*13300*0,55*0,9*0,32*\frac{1}{1 + 1^{2}} = 579,35kN > 135,86kN$$
warunek spełniony
Przyjęto S1 = 18,0cm < 18,18cm
< 24cm
< 40cm