Сейсмическое проектирование подпорных стен - Строительство и ремонт

Сейсмическое проектирование подпорных стен является значительно сложной задачей, в которой необходимо учитывать допущения, чтобы сделать неопределенный вопрос решаемым с помощью теории статики и дифференциального исчисления.
Расчет каждого статического и динамического давления, действующего на подпорную стену, требует дополнительных исследований, а выбор площадки становится все более кодифицированным. Отчеты по площадке предоставляют только пиковое ускорение грунта, и использование этой информации остается на усмотрение проектировщика.

Когда требуется сейсмическое проектирование подпорной стены?

Код или стандарт, которому следует проектировщик, играет важную роль в принятии решения о необходимости сейсмического проектирования подпорной стены. Необходимость сейсмостойкого проектирования оспаривается некоторыми.
Это объясняется тем, что, за исключением подпорных стен, где существует вероятность разжижения, и стен, неудовлетворительно спроектированных для статических нагрузок, свидетельства повреждения или ухудшения состояния подпорной стены приблизительно отсутствуют, если стена спроектирована идеально.
Кроме того, поскольку подпорные стены не являются жилыми, следовательно, не представляют риска для безопасности жизни, за исключением подпорных стен, поддерживающих здания.
Однако, Международные строительные нормы и правила 2009 года в разделе 1613 говорится, что каждое сооружение и его часть, включая неструктурные компоненты, которые постоянно прикреплены к сооружениям, а также их опоры и крепления, должны быть спроектированы и построены для сопротивления воздействию землетрясений в соответствии с ASCE 7. Это, очевидно, требует проектирования всех конструкций на сейсмические нагрузки.
Наконец, проектировщику рекомендуется проверить действующие кодексы штата, в которых предусмотрены конкретные сейсмические требования.

Анализ давления Земли по Мононобе-Окабе

Уравнение Мононобе-Окабе является модификацией уравнения Кулона и учитывает сейсмические силы. Последняя формула используется для расчета бокового давления грунта на подпорные стены, но она не может быть использована для расчета внутренней силы, с которой грунт засыпки воздействует на подпорные стены во время землетрясения.
Формула Мононобе-Окабе решает проблему уравнения Кулона, принимая во внимание горизонтальные и вертикальные ускорения грунта, и обеспечивает сейсмические коэффициенты для пассивного (KPE) и активного (KAE) давления.

Горизонтальная составляющая имеет вид
где:
KAE: коэффициент активного давления грунта, статическое + сейсмическое
: : наклон подпорной стены к горизонтали (90o используется для вертикальной поверхности)
: уклон грунта обратной засыпки
: Угол трения стены
:Угол внутреннего трения грунта
: Угол, тангенс которого равен ускорению грунта и вычисляется по следующему уравнению:

Kh: Горизонтальное ускорение грунта
Когда лицевая сторона стены вертикальна и считается равным уравнение-1:

Общая сила (активная и землетрясения) может быть рассчитана по следующему уравнению:

: Плотность грунта
H: Высота подпорной стены
Кроме того, в случае, если ускорение грунта равно нулю, KAE становится известным уравнением Кулона KA.
Коэффициент пассивного давления грунта KPE выражается как:

Следует отметить, что коэффициент пассивного давления уменьшается при сейсмических условиях.
KAE состоит из двух компонентов: статического и сейсмического. Сейсмическая часть (KAE – KA) предполагается как перевернутая треугольная или трапециевидная диаграмма давления с результирующей силой, действующей на 0,6H. Кроме того, (KA) – хорошо известное треугольное распределение, действующее на (H/3).
Кроме того, расположение комбинированной результирующей силы можно определить с помощью следующего уравнения:

Предполагается, что направление приложения силы согласно уравнению Кулона наклонено на угол, равный углу трения на задней поверхности стены (), который принимается равным поэтому горизонтальная составляющая принимается равной:

Коэффициент безопасности для скольжения и опрокидывания при землетрясении равен 1,1.

Определение Боковое сейсмическое давление на грунт (Kh)

Боковое сейсмическое давление на грунт, действующее на подпорную стену, рассчитывается по формуле Мононобе-Кобе с использованием горизонтального ускорения грунта (Kh).
Это значение является расчетным ускорением и является менее сильным по сравнению с теми ускорениями, которые могут возникнуть на площадке. От одной трети до половины пикового ускорения грунта используется, если не используется произвольное уменьшенное значение (Kh).
Отправной точкой является определение пикового ускорения грунта по таким нормам, как Международные строительные нормы и правила (IBC) 2009 и Американское стандартное общество гражданских инженеров (ASCE) 7-10 оба имеют схожие графики.
Для 0,2 секунды выберите максимальное рассматриваемое землетрясение (MCE) из контуров, спектральное ускорение при 5 процентах критического демпфирования, с 2 процентами вероятности превышения за 50 лет, обратите внимание, что подпорные стены (короткий период), поэтому выбор 0,2 секунды.
Читать далее: Нагрузки и силы, действующие на подпорную стену, и их расчеты

Читайте далее: