Расчет причального сооружения в виде тонкой стенки

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 

 
 
 
 
Костин И.В. 
 
РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ  
В ВИДЕ ТОНКОЙ СТЕНКИ  

 
Методические рекомендации 
 
 
 
 

 
 
 
 
АЛЬТАИР–МГАВТ 
МОСКВА 

2014 
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Костин И.В. 
 
РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ  
В ВИДЕ ТОНКОЙ СТЕНКИ  

 
Методические рекомендации 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
АЛЬТАИР–МГАВТ 
МОСКВА 
2014 

УДК 627.21; 627.22; 627.23 
 
Костин И. В. Расчет причального сооружения в виде тонкой стенки. 
Методические рекомендации.—  М.: Альтаир–МГАВТ, 2014— 44 с. 
 
 
Методические рекомендации являются дополнением теоретического курса 
учебной дисциплины «Гидротехнические сооружения водного транспорта», 
часть II «Причальные сооружения». 
Для студентов заочной формы обучения направления подготовки 270800.62 
«Строительство», профиль «Гидротехническое строительство» и 27110103.65 
«Строительство уникальных зданий и сооружений», специализация «Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности». 
 
Рецензент—доцент А. Ю. Володина. 
 
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ. 
 
Рассмотрены и рекомендованы к использованию в учебном процессе на заседании кафедры «Водных путей и портов» (протокол №83 от 3 декабря 2013 г.). 
 
 
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать 
материалов несут авторы и кафедра академии, выпускающие учебнометодические материалы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© МГАВТ, 2014 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© Костин И. В., 2014 

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ 
5

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
6

2 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ НА ПРИЧАЛ 
10 

2.1 НАГРУЗКИ ОТ СКЛАДИРУЕМЫХ ГРУЗОВ 
10 

2.2 НАГРУЗКИ ОТ ПОРТАЛЬНЫХ КРАНОВ 
11 

3 СУДОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ПРИЧАЛ 
15 

3.1 НАГРУЗКА ОТ СТАТИЧЕСКОГО НАВАЛА ПРИШВАРТОВАННОГО СУДНА 
15 

3.2 ШВАРТОВНАЯ НАГРУЗКА 
16 

3.3 ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА ПРИ ПОДХОДЕ СУДНА К ПРИЧАЛУ 
18 

4 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПРИЧАЛА 
20 

4.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ 
20 

4.2 РАСЧЕТ ЛИЦЕВОЙ ШПУНТОВОЙ СТЕНКИ 
20 

4.3 РАСЧЕТ АНКЕРНОЙ СИСТЕМЫ 
26 

4.4 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ПОЯСА 
30 

ЛИТЕРАТУРА 
32

ПРИЛОЖЕНИЯ 
33

Введение 
 
 
Методические рекомендации написаны в соответствии с рабочей программой 
дисциплины «Гидротехнические сооружения водного транспорта» и предназначены 
для студентов гидротехнической специальности заочной формы обучения, выполняющих курсовой проект по второму разделу дисциплины «Причальные сооружения». В рекомендациях изложенаметодика определения нагрузок на причальные сооружения типа больверк; основные положения расчета причальных набережных в 
виде тонкой стенки из металлического шпунта с одним анкером; в приложении приведен пример расчета.Приложение также содержит необходимые справочные материалы для выполнения расчетов, а также основные характеристики морских судов. 
 
В рамках курсового проектирования студентом в соответствии с индивидуальным заданием выполняется расчет тонкостенной набережной. Курсовой проект состоит из пояснительной записки, выполненной на листах формата А4, и листарасчетных чертежей, выполненных в масштабе и с соблюдением правил оформления 
строительных чертежей.Графоаналитический расчет лицевой стенки, а также схемы к 
расчету анкерной системы (анкерной плиты или стенки) выполняются на листе формата А2. Пояснительная записка кроме основных расчетов должна включать введение, содержание и заключение.  
 
 
 
 

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

В настоящее время строительные конструкции и основания рассчитываются на 
нагрузки и воздействия по методупредельных состояний. При расчете по этому методу четко устанавливаются предельные состояния конструкций и вводится система 
расчетных коэффициентов, благодаря которым конструкция гарантируется от наступления этих состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших возможных значениях прочностных характеристик материалов. 
 
Под предельным состоянием сооружения понимается такое его состояние,при наступлении которого оно перестает удовлетворять предъявляемым кнему в 
процессе эксплуатации или привозведении требованиям, т. е. сооружение теряет 
способность сопротивлятьсявнешним силовым воздействиям или получает недопустимые деформации, илиместные повреждения. 
 
Конструкции и основания должныудовлетворять требованиям расчета подвум 
группам предельных состояний.Предельные состояния первой группыопределяют 
исчерпание несущей способности или полную непригодность кэксплуатации конструкций или оснований. Предельные состояния второй группы определяют непригодность сооружения к нормальной эксплуатации,при которой затрудняется нормальнаяэксплуатация конструкций или оснований. Под нормальной эксплуатациейподразумевается эксплуатация без ограничений в соответствии с предусмотренными 
в нормах или заданиях напроектирование технологическими илииными условиями. 
 
К предельным состояниям первойгруппы относят потерю устойчивостиположения; потерю устойчивости формы; разрушение сооружения любогохарактера, вызванное хрупким, пластичным или усталостным разрушениемматериала самого сооружения или основания; разрушение от совместного действия силовых факторов и 
неблагоприятных влияний внешней среды (воздействие агрессивной среды, действиепопеременного замораживания и оттаивания и т. п.); состояния, при которыхвозникает необходимость прекращенияэксплуатации вследствие опасных подвижек сооружения или основания. 
 
К предельным состояниям второйгруппы относят недопустимые вертикальные 
осадки, горизонтальные перемещения и крены сооружения; недопустимые деформации конструкций врезультате прогиба, углов поворота,колебаний конструкции; образование илинедопустимое раскрытие трещин в железобетонных и каменных конструкциях. 
 
В процессе эксплуатации портовые гидротехнические сооружения подвергаются воздействию нагрузок от технологических процессов (причаливание,швартовка судов, перегрузочные работы и т. д.), от различных природныхфакторов (ветер, волны, 
землетрясенияи т. п.), а также от веса самого сооружения. 

Установленное нормами среднестатистическое или номинальное значениенаибольшей нагрузки, позволяющей нормально эксплуатировать сооружение, называется нормативной нагрузкой. 
 
В процессе эксплуатации сооружениявозможны некоторые изменения нагрузок из-за случайных отступлений отсредних условий нормальной эксплуатации. Возможность отклонения нагрузки в неблагоприятную для сооружениясторону учитывается введением коэффициента надежности по нагрузке
 (Таблица 1.1).При этом разные категории нагрузокимеют разный коэффициент надежности по нагрузке. 
 
Нагрузка, равная по значению произведению нормативной нагрузки накоэффициент надежности по нагрузке,называется расчетной нагрузкой. Например, 

. 
 

ТАБЛИЦА 1.1 

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НАДЕЖНОСТИ ПО НАГРУЗКЕ  

Нагрузки и воздействия 

Собственный вес элементов сооружения
1,05 

Вес грунта (вертикальное давление от веса грунта)
1,1 

Нагрузки от перегрузочных и транспортных средств
1,2

Нагрузки от складируемых грузов (кроме навалочных) на территории грузовых причалов в пределах крановых путей, пассажирских служебных и других причалов 
1,2 

То же за пределами крановых путей
1,3

Нагрузки от навалочных грузов
1,3 

Фильтрационное (гидростатическое) давление воды
1,0

Ледовые нагрузки
1,0

Волновые нагрузки
1,1

Нагрузки от судов
1,2

Нагрузки, вызванные изменением температуры
1,1

Сейсмические нагрузки
1,0

Нагрузки от стационарного технологического оборудования
1,2

Нагрузки от предварительного напряжения конструкции
1,0

Нагрузки от людей
1,3

Нагрузки, нормативные значения которых устанавливаются на основе статистической 
обработки многолетнего ряда наблюдений, экспериментальных исследований, фактического измерения и определяемые с учетом коэффициента динамичности 

1,0 

 
 
Несущая способность любой конструкции зависит от способности материала 
этой конструкции сопротивляться силовым воздействиям. 
 
Нормы устанавливают предельное значение напряжений в материале, которое 
называют его нормативным сопротивлением
Значения нормативных сопротивлений принимают по наименьшейконтролируемой или браковочной характеристике в 
соответствии с действующими стандартами на материалы. Обеспеченность значений 
нормативных сопротивлений принимается не менее 95%. 

Возможность отклонения прочностныххарактеристик материалов в неблагоприятную сторону от их нормативныхзначений учитывается коэффициентомнадежности по материалу (грунту) 
 (
). При расчете несущей способностиконструкции (основания) в формулахпринимается не нормативное сопротивление материала, из которого выполненаконструкция, а его наименьшее возможное значение, называемое 
расчетным сопротивлением материала. 
 
Расчетное сопротивление материала(расчетная характеристика грунта) равно 
нормативному сопротивлению, деленному на коэффициент надежности поматериалу 
(грунту). Например, 

 

 
 
Численные значения коэффициентовнадежности по материалам устанавливаются соответствующими нормативными документами по проектированию сооружений, их конструкций и оснований. 
 
Расчет по предельным состояниям первой группы. Этим расчетом 
гарантируется общая устойчивость и прочность системы «сооружение – основание», 
прочность отдельных элементов сооружений на протяжении всего срока эксплуатации сооружения с учетом возможной изменчивости нагрузок в невыгодную для конструкции сторону (учитывается коэффициентом надежности по нагрузке 
) и прочностных характеристик материалов в меньшую сторону (учитывается коэффициентом 
надежности по материалу 
). При этом должно быть выполнено условие, обеспечивающее недопущение наступления предельных состояний:  

(1.1)

где
— коэффициент сочетания нагрузок;

F—расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), 
по которому производится оценка предельного состояния; 
R— расчетное значение обобщенной несущей способности сооружения и основания, 
определяемое по расчетным прочностным характеристикам материалов и грунтов; 

— коэффициент условий работы, учитывающий тип сооружения, конструкции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем и другие факторы; 

— коэффициент надежности по ответственности (назначению) сооружения. 

 
Коэффициент сочетания нагрузок 
 в расчетных формулах учитывает вид сочетания нагрузок (основное или особое) и принимается равным для основного сочетания 1,0; для особого сочетания — 0,9; для сочетания нагрузок на период строительства — 0,95. 
 
Коэффициент условий работы 
 оценивает неблагоприятные и благоприятные 
условия работы конструкции илиотдельных материалов конструкции, неучитываемые 

в расчете прямым путем.Этим коэффициентом оцениваются условия, характер и стадия работы элемента, способы его изготовления и закрепления, размеры сечения, 
специфика конструкции или сооружения, влияние температуры, агрессивности, 
влажности среды и длительности воздействия, приближенность расчетных схеми т. д. 
Коэффициент, учитывающий благоприятные условия работы, большеединицы, а неблагоприятные условияработы— меньше единицы. 
 
Коэффициент надежности по ответственности сооружения 
 учитывает капитальность и значимость последствий при наступлении тех или иных предельных состояний. Все портовые гидротехнические сооружения в зависимости от их размеров, 
действующих на них нагрузок и последствий нарушения их эксплуатации делят на 
классы (Таблица 1.2). При расчетах по предельным состояниям первой группы значение коэффициента надежности 
 принимается равным для I класса сооружений —
1,25; для II класса — 1,20; для III класса — 1,15; для IV класса — 1,10. 
 

ТАБЛИЦА 1.2 
КЛАССЫ ОСНОВНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ МОРСКИХ ПОРТОВ 

Сооружения 
Показатели, определяющие 

класс сооружения 

Класс 

сооружения 

Причальные сооружения основного назначения 

Глубина у сооружения, м:
более 25 
20…25 
менее 20 

I 
II 
III 

Внешние оградительные сооружения 

Глубина у сооружения, м:
более 25 
5…25 
менее 5 

I 
II 
III 

Внутренние оградительные сооружения; берегоукрепительные сооружения пассивной защиты 

Высота сооружения, м:
более 15 
15 и менее 

II 
III 

Второстепенные причальные сооружения
IV

 
 
Расчет по предельным состояниям второй группы. Наступление 
предельных состояний по второй группе, как правило, не приводит к таким опасным 
последствиям, как исчерпание несущей способности. Поэтому расчеты гидротехнических сооружений по предельным состояниям второй группы производят, принимая 
значения всех коэффициентов в формуле (1.1) равными 1,0, за исключением случаев, 
установленных в СНиП на проектирование отдельных видов сооружения, их конструкций и оснований. 
 
 
 
 

2 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ НА ПРИЧАЛ 

2.1 Нагрузки от складируемых грузов 

 
В курсовом проекте рассматривается причальное сооружение, расположенное 
в морском порту.Эксплуатационные нагрузки от грузов, складируемых на причале, 
принимают равномерно распределенными (Рис. 2.1). В зависимости от рода грузов и 
назначения причалов с учетом перспективы развития порта эксплуатационные нагрузки разбиты на категории от 0 до 3. 
 

 
РИС. 2.1 СХЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА ТЕРРИТОРИИ МОРСКОГО ПРИЧАЛА 
а – с учетом давления прикордонной ноги крана; б – в случае отсутствия крана на причале 
 
 
Причал и примыкающая к причалу территория порта делятся на три зоны: прикордоннуюА+Б, переходнуюВ и тыловуюГ. Прикордонная зона простирается от кордона причала до тыловой ноги портального крана плюс 2 м за тыловую нитку подкранового пути. Протяженность переходной зоны равна 6 м. Протяженность тыловой зоны не ограничивается.Деление территории, примыкающей к причалу, на зоны привязано к ширине колеи портального крана bcr независимо от того, проектируется крановое оборудование причала или нет. Однако, если кран не проектируется, протяженность равномерно распределенной нагрузки в прикордонной зоне несколько меняется. Ширина колеи портального крана bcr может составлять либо 10,5 м для случая 

проектирования в прикордонной зоне причала двух железнодорожных путей, либо 
15,3 м в случае проектирования в прикордонной зоне причала трех железнодорожных путей. 
 
Крановая сосредоточенная нагрузка Рcr заменяется эквивалентной qe, распределенной на длину подкрановой шпалы или ширину подкрановой балки b подкранового пути. Рассчитывают крановую нагрузку только от прикордонной ноги крана, принимая давление от тыловой ноги равным равномерно распределенному прикордонной зоны. Расчет крановых и железнодорожных нагрузок рассматривается в следующем подразделе.Значения эксплуатационных нагрузок в каждой из зон зависит от 
принятой ранее категории нагрузок на причал (Таблица 2.1). 
 
ТАБЛИЦА 2.1 
 НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ НАГРУЗОК ОТ СКЛАДИРУЕМЫХ ГРУЗОВ НА ПРИЧАЛ, КПА 
Категория  
нагрузок 

Прикордонная зона
Переходная зона 
В 
Тыловая зона 
Г 
А
Б

0
19,6
39,2
117,6
196,0

1
19,6
39,2
58,8
98,0

2
14,7
29,4
39,2
58,8

3
7,35
14,7
19,6
19,6

2.2 Нагрузки от портальных кранов 

Нагрузки от портальных кранов передаются на причальное сооружение через 
колеса крановых тележек и являются сосредоточенными нагрузками (Рис. 
2.2).Маркировка кранов расшифровывается следующим образом: «грузоподъемность, т — вылет стрелы, м — база крана, м». Например, для портального крана КПМ 
(см. рис. 2.2, е) его маркировка расшифровывается, как кран портальный монтажный, 
грузоподъемность при вылете стрелы 17 м составляет 32 т, при вылете стрелы 30 м— 
16 т, база крана —10,5 м. 
 При расчете нагрузки от крана рассматриваются три положения его стрелы 
(Рис. 2.3). Соответственно этим положениям стрелы возникает различная сила воздействия ноги крана на рельс. Максимальное усилие на колесо возникает при III положении стрелы крана, т. е. когда стрела направлена на угол крана. Следовательно, 
при этом на причал передаются максимальные усилия от ноги портального крана 
(Таблица 2.2). Силы давления ноги портального крана на рельс при различных положениях стрелы и ветре, действующем в плоскости стрелы, имеют соответственно разные значения. 
Если причал оборудован двумя кранами, то при их сближении наиболее невыгодные для причала условия создаются при I положении стрелы в обоих кранах. При 
таком положении возникает максимальная нагрузка от действия двух ног соседних