close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2734.РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СИЛОСОХРАНИЛИЩ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ П.А.КОСТЫЧЕВА»
НЕКРАШЕВИЧ В.Ф., РЕВИЧ Я.Л.,
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ И ОПТИМИЗАЦИЯ
ПАРАМЕТРОВ ЗАГЛУБЛЕННЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СИЛОСОХРАНИЛИЩ
ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ
г. РЯЗАНЬ,
2013
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 624.022.7: 69.04
ББК 38.78
Рецензенты: директор ВНИИМС, доктор технических наук, профессор Макаров В.А.;
профессор кафедры «Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины» ФГБОУ
ВПО РГАТУ имени П.А. Костычева, доктор технических наук, профессор Угланов М.Б.
Некрашевич В.Ф. Ревич Я.Л., «Расчет конструкций и оптимизация
параметров заглубленных железобетонных силосохранилищ для фермерских
хозяйств. Монография. – Рязань, 2012. – 133с.
ISBN 978-5-98660-119-9
В монографии изложены актуальные вопросы комплексного проектирования и
расчета конструкций заглубленных железобетонных силосных траншей, возведенных с
использованием современной строительной технологии «Стена в грунте». Обоснованы
оптимальные параметры заглубленных силосохранилищ, размеры и сечения основных
несущих конструкций силосных траншей в соответствии с требованиями прочности,
устойчивости и деформативности от различного вида нагрузок и их сочетаний.
Предложены дополнительные меры крепления несущих стен с помощью ан керных
креплений. Данные методы расчета, технология и механизмы для строительства могут
быть использованы не только для строительства новых, но и для ремонта имеющихся
силосных траншей. Монография предназначена для научных работников и конструкторов,
занимающихся проектированием, расчетами конструкций заглубленных железобетонных
силосных траншей и других мелкозаглубленных сооружений, а также будет полезна
преподавателям, аспирантам и студентам агротехнологических и строительных вузов.
© Некрашевич В.Ф., Ревич Я.Л.,
2012
ISBN 978-5-98660-119-9
© ФГБОУ ВПО РГАТУ 2012
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Область исследований данной научной работы - разработка методов
повышения
надежности
и
эффективности
функционирования
производственных процессов хранения кормов для КРС для фермерского
хозяйства.
Как известно молочно-товарная ферма представляет собой единую
строительно-технологическую совокупность, включающую в себя основные
и подсобные производственные, складские и вспомогательные постройки и
сооружения.
К основным производственным постройкам и сооружениям относятся
коровники, телятники, здания для содержания молодняка различного
возраста, родильные отделения, выгульные и выгульно-кормовые площадки,
доильные помещения, пункты искусственного осеменения, кормоцехи.
К подсобным сооружениям относятся объекты для санитарно-ветиринарного
обслуживания животных, автовесы, системы водоснабжения, канализации,
электро- и теплоснабжения, внутренние проезды с твёрдым покрытием и
ограждения.
Складские сооружения включают склады кормов, подстилки, инвентарь,
навозохранилища, площадки или навесы для хранения техники.
К вспомогательным сооружениям относятся служебные и бытовые
помещения: конторы, гардеробные, умывальники, душевые, туалеты.
В монографии рассматриваются специальные вопросы разработки
комплексного подхода к проектированию и строительству силосных траншей
для фермерских хозяйств. Разработаны основные критерии оптимизации
параметров силосохранилищ, которые являются основой комплексного
подхода к проектированию и строительству силосных траншей для
силосования и хранения кормов. Технология строительства и конструкция
заглубленных монолитных железобетонных силосных траншей выполнены
по современной строительной технологии «Стена в грунте». Ранее, в
строительстве силосохранилищ этот метод «стена в грунте» не применялся.
Рассматриваются актуальные вопросы проектирования и теории
расчета подпорных стен, теории
давления грунтов. В процессе
геотехнических расчетов широко использованы современные программные
комплексы «Лира» и «Мономах», компьютерное моделирование , вопросы
создания геометрических моделей, конечно-элементных расчетных схем и
выбора модели грунта.
На основе требований СНиП и других нормативных документов
обоснованы оптимальные параметры, размеры и сечения основных несущих
конструкций силосных траншей в соответствии с требованиями прочности и
устойчивости от различного вида нагрузок и их сочетаний. Запроектированы
и обоснованы дополнительные меры крепления несущих стен с помощью
анкерных креплений. Данные методы расчета, технологии и механизмы для
строительства могут быть использованы не только для строительства новых,
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но и для ремонта пришедших в негодность, уже имеющихся
силосохранилищ.
Все эти вопросы недостаточно освещены в современной научной и
учебно-методической литературе по проектированию силосных сооружений.
Настоящая монография имеет целью, в определенной мере, восполнить
указанный пробел и оказать помощь специалистам, научным работникам,
аспирантам, инженерам–проектировщикам, занимающимся проектированием
железобетонных заглубленных сельскохозяйственных и других сооружений.
А также может использоваться в дипломном проектировании студентов
инженерных специальностей строительных и агротехнологических вузов.
Авторы выражают признательность и благодарность рецензентам:
директору ВНИИМС, доктору технических наук, профессору Макарову
В.А., профессору
кафедры «Сельскохозяйственные, дорожные и
специальные машины» ФГБОУ ВПО РГАТУ имени .П.А. Костычева,
доктору технических наук, профессору Угланову М.Б. за ценные замечания и
предложения, направленные на улучшение качества рукописи монографии.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Кормопроизводство, кормовая база являются основой устойчивого
развития высокопродуктивного животноводства, и играет ведущую роль в
сельском хозяйстве России. Только создание единой эффективной системы
животноводства и кормопроизводства позволит реализовать генетический
потенциал породистого скота, обеспечить его высокую и устойчивую
продуктивность. Однако за последние десятилетия поголовье скота в России
сократилось в 2-3 раза. Основная причина в слабой кормовой базе, которая
характеризуется недостаточным производством кормов и низким их
качеством. Общее количество грубых и сочных кормов за последние 20 лет
снизилось в 4 раза, а за последние 5 лет - на 20% с 23 до 18,2 млн. тонн
кормовых единиц [32].
Восстановление
отечественного
животноводства
должно
сопровождаться приоритетным развитием кормовой базы в разных регионах
страны. Самая затратная статья животноводства - это корма. В структуре
затрат на производство животноводческой продукции 50-60% и более
составляют затраты именно на корма. Сокращение затрат на корма в 2-3 раза
увеличат рентабельность молочного и мясного скотоводства в 1,5-2 раза.
Комбикорма и кормосмеси, приготовленные из отечественных
сельскохозяйственных культур (рапса, гороха, вики, люпина, кормовых
бобов и др.), по питательности и кормовой ценности не уступают дорогим
импортным кормам, а по стоимости в 2-3 раза дешевле[33].Развитие
кормопроизводства в Российской Федерации должно стать стратегическим
направлением в ускоренном развитии растениеводства, земледелия,
животноводства, в целом всего сельского хозяйства. От уровня научнотехнического прогресса в кормопроизводстве зависит многое в дальнейшем
развитии всего сельского хозяйства, укреплении продовольственной
безопасности страны.
Кормопроизводство сегодняшнего дня должно быть совершенно иным.
Надо ориентироваться на более высокий уровень продуктивности скота,
более высокий уровень рентабельности, ресурсо- и энергосбережения. К
кормам нельзя относиться как к отходам, они должны быть
высококачественными. К ним должны предъявляться особые требования.
Чем выше продуктивность скота, тем выше требования к кормам.
22 августа 2012г. Россия вступила в ВТО и стала её 156 членом. Сегодня
необходимо решать несбалансированность проблем связанных с вступлением
России в ВТО и конкурентоспособностью
наших сельхозтоваров.
Восстановление
отечественного
животноводства
и
его
конкурентоспособность на мировом рынке сельхозтоваров должны
сопровождаться приоритетным развитием кормовой базы в разных регионах
страны.
Научные исследования последних лет и практика передовых сельских
хозяйств доказали, что для повышения качества получаемого силоса и его
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
питательности при силосовании необходимо переходить от открытого
заготовления силоса в буртах и ямах к закладке зеленой силосной массы в
специальные сооружения такие как облицованные траншеи. Доказано, что
потери питательных веществ, при заготовке силоса
в капитальных
сооружениях не более 10-14%; а при открытом буртовании в курганах они
составляют от 32 до 45%. В этой связи проектирование и строительство
современных хранилищ кормов, в т.ч. силосных траншей, приобретают
важнейшее значение.
Сложившаяся экономическая и институциональная система сельского
хозяйства в России свидетельствует о необходимости дальнейшего развития
как крупных, так и малых форм хозяйствования. Министерством сельского
хозяйства Российской Федерации разработана
Целевая Программа
«Развитие семейных животноводческих ферм на базе крестьянских
(фермерских) хозяйств на 2012-2014 годы». Начиная с 2013 года Программа
будет реализовываться как часть Государственной программы развития
сельского хозяйства и регулирования
рынков сельскохозяйственной
продукции, сырья и продовольствия на 2013 –2020 годы. На данном этапе
должны быть созданы 450 животноводческих фермерских хозяйств. На
реализацию программы выделяется на 2012-2014 годы – 16 330,0 млн. руб.
В частности, Целевой программой предусмотрена разработка типовых
проектов и каталогов проектов семейных животноводческих ферм на базе
КФХ, исходя из следующих основных принципов:
• возможность строительства животноводческих ферм от 20 до 100 и выше
голов крупного рогатого скота;
• использования при строительстве ферм местных строительных материалов;
• максимально возможное удешевление себестоимости строительства;
• использование зарубежного опыта и технологий проектирования и
строительства компактных животноводческих ферм;
• гибкой адаптации проекта в зависимости от природно-климатических,
геодезических и иных особенностей местности.
Должны активно вестись строительство, реконструкция или
модернизация существующих животноводческих ферм в РФ.
Задача, решению которой посвящена данная научная работа разработка и оптимизация параметров, конструкции и объема заглубленной
монолитной железобетонной силосной траншеи многократного применения,
для семейных животноводческих ферм на базе среднего крестьянского
(фермерского) хозяйства на 70 голов КРС. Разработанный проект силосной
траншеи может быть использован как элемент каталога типовых проектов
для КФХ.
В данной работе впервые в проектировании сельскохозяйственных
сооружений - силосных траншей, применяется современная строительная
технология «Стена в грунте», которая позволяет строить заглубленные
силосные траншеи, без ограничения в любых видах грунтов, в т.ч. с высоким
УГВ (уровнем грунтовых вод).
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Разработаны параметры оптимизации размеров и объема силосохранилища
для фермерских хозяйств молочного направления, исходя из потребности в
силосе и сенаже для кормления определенной численности коров. На
основании результатов оптимизации и нормативных требований приняты
размеры и объем силосохранилища для среднего фермерского хозяйства на
70 голов КРС.
Основную часть товарной животноводческой продукции получают с
весны до осени, т.е. в пастбищный период, продолжительность которого в
Рязанской области длится примерно 137 дней. Поэтому в это время
необходимо предпринять все меры для рационального, обильного кормления
животных и правильного их содержания и обслуживания. В зимний период,
который длится в Рязанской области примерно 210дней, важно сохранить
поголовье и здоровье животных, не допускать снижения их массы. И здесь
большую роль играют силосохранилища для силосования и хранения силоса
и сенажа.
Разработана принципиальная расчетная схема сооружения силосохранилища,
как подпорной стены с консольной защемленной нижней частью и
дополнительным анкерным креплением стен силосохранилища.
Произведены исследования, анализ и расчет нагрузок на стены и днище
заглубленного силосохранилища и по расчетным нагрузкам выполнены
расчеты на прочность, несущую способность и устойчивость ограждающих
конструкций стен и днища силосохранилища в ручном режиме и с
использованием современных компьютерных технологий – программных
комплексов «ПК-Лира и Мономах».
Строительство силосных сооружений и других объектов крестьянских
фермерских хозяйств окажет положительное влияние на развитие местной
строительной индустрии и мультипликативный эффект на смежные отрасли
и подотрасли АПК (производство кормов, переработка молока, мяса и
другой
продукции
животноводства,
обслуживание
и
ремонт
сельскохозяйственной техники).
Развитие семейных животноводческих ферм на базе малых форм
хозяйствования, позволит увеличить производство отечественной
животноводческой продукции, увеличить поголовье крупного рогатого скота
молочных и мясных пород, повысят уровень жизни и обеспечат занятость
сельского населения, а также позволит распространить передовой опыт
организации животноводства, относящихся к приоритетным целям развития
АПК России, на достижение которых направлена деятельность Министерства
сельского хозяйства Российской Федерации.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 1. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАГЛУБЛЕННЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СИЛОСОХРАНИЛИЩ ДЛЯ ФЕРМЕРСКОГО
ХОЗЯЙСТВА.
1.1. В результате теоретических исследований разработаны восемь
основных критериев оптимизации параметров силосохранилищ для
силосования и хранения кормов - как основы комплексного подхода к
проектированию и строительству силосных траншей для фермерских
хозяйств.
Основными критериями оптимизации параметров заглубленных
железобетонных силосохранилищ следует считать:
1. Анализ опыта функционирования отечественных и зарубежных
молочных фермерских хозяйств и, на этой основе, определение типа
фермерского хозяйства и оптимального количества голов КРС для
данного хозяйства;
2. Потребность в кормах для кормления принятого количества КРС;
3. Определение объема и размеров силосохранилища из расчета
потребности в кормах;
4. Нормативные и экологические требования
к строительству
силосохранилищ;
5. Анализ типов, планировочных решений и обоснование принятого
варианта силосохранилища;
6. Требования технологического процесса силосования и хранения ,
предъявляемые к силосным и сенажным сооружениям ;
7. Геологические, гидрогеологические условия и климат места
строительства силосохранилища.
8. Возможность гибкой адаптации проекта в зависимости от природноклиматических, геологических и иных особенностей местности.
Разработанные основные восемь критериев оптимизации параметров
силосохранилищ для фермерского хозяйств
являются основой
комплексного подход к проектированию и строительству силосных
траншей для силосования и хранения кормов.
1.1.1 Анализ опыта функционирования зарубежных и отечественных
молочных фермерских хозяйств.
В результате проведенного анализа организации и работы зарубежных
молочных фермерских хозяйств и фермерских хозяйств Рязанской области
молочного направления необходимо отметить:
1. Зарубежные молочные фермерские хозяйства
Средняя численность поголовья коров и земли в хозяйствах:
 Канада – 98% имеют по 52-60 коров, с годовым удоем более 9тыс.
Европа 10-60 голов.
 Германия – типичная малая ферма 28-35 коров, со средним годовым
удоем 7309 кг. Земельные угодья 13,5- 17 га.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 Швеция – 110 тыс. ферм с земельной площадью- 40 га. Считается
целесообразно иметь 25- 38 коров продуктивностью 6,5- 7 тыс.кг.
Отработана технология ведения хозяйства, при которой на 100 га.
выращиваемых зерновых культур приходится 50 коров или 1тыс. свиней.
Типичная средняя ферма – 50 дойных коров и 25 телят.
Крупные фермы - 70 дойных коров и молодняк.
 Финляндия – Мелкие фермы - 10 га земли и 30га аренда, 10 коров.
Средние фермы- 35 коров, 16 га и 8га земли аренда.
 Дания- 50 га земли и в среднем - 50 коров, с годовым удоем 7,5тыс. кг.
Всего 2 млн. коров, из них 700тыс. молочные, дающие 4,5.млн. молока в год.
Одна из самых передовых стран по молочному животноводству
 Голландия - КРС-5,4 млн. голов, годовой надой коровы более 9тыс.
кг. За последние годы в Голландии наметилось укрупнение молочного
производства. С 1982 по 2010 г. количество фермеров снизилось почти
вдвое, а надои повысились до 9200 кг на одну корову. Средний размер
фермы увеличился с 30...40 до 120... 130 голов. Показатели развития
молочного животноводства в Голландии приведены в таблице 1.
Таблица 1.Показатели развития молочного животноводства в Голландии
Показатели
1982г.
2010 г.
65
33
2200
1300
Надой на одну
корову, л
4300
9200
Средний размер
фермы, голов
30... 40
120.. .130
Количество
фермеров, тыс. чел.
Поголовье, тыс.
голов
Голландским
институтом
психологии
КРС
рекомендована
среднестатистическая ферма- 120 молочных коров и 40-50голов молодняка.
Коровы дают за год - 1 млн. литров молок, из которого производится 100 т.
сыра в год.
Тенденция на укрупнение ферм в Европе наметилась в 80-х годах, как
следствие введения в 1980 г. квот на производство молока. Неэффективные
производители молока разорялись и отдавали свои квоты эффективным
фермерам. Те, в свою очередь, серьезно задумывались о том, как увеличить
производство молока, не увеличивая при этом поголовья, что требовало бы
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
расширения пастбищ, которое крайне проблематично с учетом стоимости
европейской земли. По мнению голландских экспертов, эта тенденция будет
только продолжаться, и к 2015 г. размер среднего стада может достичь 500
голов. Следовательно, можно ожидать и увеличения эффективности
производства[29].
Анализ развития молочной отрасли в европейских странах свидетельствует,
что применение современных систем содержания стада, рациональное
решение вопросов кормления, забота о здоровье животных позволяют
достичь максимальных результатов.
Современные животноводческие комплексы, предназначенные для
эффективного производства качественного молока, должны соответствовать
нескольким ключевым требованиям. Именно эти аспекты ведения хозяйства
получат максимальное развитие в близком будущем:
 конструирование молочной фермы, исходя из климатических
особенностей региона;
 интерьер молочной фермы, система вентиляции животноводческого
комплекса,
 системы содержания стада;
 техническое оборудование, сервисная поддержка;
 кормовая база;
 ветеринарное обеспечение.
2. Анализ ситуации и потенциала развития АПК и семейных
животноводческих ферм на базе КФХ Рязанской области в
2010-2012 г.
Климатические условия, влияющие на строительство и хранение силоса.
Климат Рязанской области умеренно-континентальный, характеризуется
довольно теплым летом, умеренно-холодной зимой. Агроклиматические
условия неоднородны, они изменяются как при продвижении с севера на юг,
так и под влиянием рельефа, ландшафта, типа почвы и других природных и
местных особенностей рельефа.Территория представляет собой равнину,
слегка всхолмленную, изрезанную сетью ветвящихся балок и оврагов.
Абсолютный максимум температур достигает + 40оС, а минимум -43оС.
Средняя продолжительность зимнего периода – 210 дней. Глубина
промерзания грунта – 1,40. Устойчивый снежный покров - 135 дней при
мощности покрова 30-35 см. В год выпадает 450-550 мм осадков. В зимние
месяцы преобладают южные и юго-западные ветры, в летние – западные и
северо-западные. Скорость ветра, в среднем, равна 3,6 м/с.
Полезные ископаемые, которые возможно использовать для строительства
силосных траншей - залежи песка, известняка и строительного камня.
Водные ресурсы, для учета грунтовых вод при строительстве и
проектировании силосных траншей. Основной гидрографической единицей
является река Ока, протекающая на севере. Имеются более мелкие речки. В
поймах рек располагается большое количество озер.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Почвы для кормовых угодий. Район относится к лесостепной зоне
почвообразования и представлен, в основном, темно-серыми, черными и
светло-серыми лесными почвами. Содержание гумуса в пахотном слое
составляет 1,6-3,2%, мощность гумусового горизонта колеблется в пределах
19-20 см.
Производство продуктов животноводства имеет важнейшее значение для
продовольственной безопасности страны. Таким образом, качественные
изменения в производстве продуктов животноводства могут стать
катализатором
положительных
качественных
изменений
всей
сельскохозяйственной отрасли в целом, рынков сельскохозяйственной
продукции.
Общая ситуация в животноводстве в последнее время значительно
изменилась. Значительную роль сыграла реализация национального проекта
Развитие АПК и Госпрограммы развития сельского хозяйства и
регулирования рынков
сельскохозяйственной продукции, сырья и
продовольствия на 2008-2012 годы. Предпринятые меры по ускоренному
развитию
животноводства позволили приостановить процесс
дестабилизации отечественного скотоводства и создать условия для роста
молочного скотоводства и других видов животноводства.
Сложившаяся экономическая система сельского хозяйства в России
свидетельствует о необходимости дальнейшего развития, как крупных форм
хозяйствования, так и малых форм хозяйствования. В рамках данной
Программы под семейной животноводческой фермой подразумевается
ферма, находящаяся в собственности и/или пользовании КФХ, созданного в
соответствии с Федеральным законом от 11.06.2003 № 74-ФЗ
О крестьянском (фермерском) хозяйстве, члены которого связаны родством
и/или свойством и совместно осуществляют в сфере сельского хозяйства
производственную и иную хозяйственную деятельность, основанную на их
личном участии.
В целом сектор малых форм хозяйствования представлен, по данным
Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2006 г., 285,2 тыс. КФХ и
индивидуальных предпринимателей (общая площадь земли 29,8 млн. га) и
17,4 млн. личных подсобных хозяйств (общая площадь земли 11 млн. га).
В этом секторе используется 9 % общей земельной площади.
В последние годы наметилась устойчивая тенденция увеличения
производства сельскохозяйственной продукции в КФХ. Это происходит
преимущественно за счет укрупнения самих КФХ (с 42,5 га земли в 1995 г.
До
104,6 га в 2006 г.), повышения их технической оснащенности,
совершенствования технологии и других факторов. В результате за 2000 2010 гг. объем производства молока в КФХ увеличился с 567,7 тыс. тн. до 1
484,3 тыс. тн. (в 2,6 раза), а мяса в живом весе с 128,2 тыс. тн. до 347,8 тыс.
т. ( в 2,7 раза) [1].
Вместе с тем, сектор КФХ имеет определенный потенциал для развития
животноводства. Спрос на сырое отечественное молоко и другие виды
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сельскохозяйственного
производства
со
стороны
российских
перерабатывающих заводов по мере углубления переработки продукции
будет возрастать, а КФХ, работающие в отличие от крупных корпоративных
структур без лишнего управленческого бюрократического аппарата,
способны наладить управление небольшими семейными животноводческими
фермами, расположенными по
кластерному принципу. Кроме того,
поддержка развития КФХ во многом будет способствовать освоению
территорий Российской Федерации, частичному уменьшению безработицы,
снятию социального напряжения в обществе, улучшению демографического
положения на селе и повышению качества жизни сельского населения.
Для повышения привлекательности КФХ как малой формы хозяйствования и
самозанятости для сельских жителей, а также дальнейшего тиражирования
опыта эффективных КФХ, целесообразно осуществление мероприятий по
созданию новых животноводческих ферм на основе разработанных проектов
(в том числе повторного применения) от 20 до 100 и более голов крупного
рогатого скота.
По данным Рязаньстата и
Министерства сельского хозяйства и
продовольствия Рязанской области в 2011году расходы бюджета области
составили 39,135 млрд. рублей из них финансовая поддержка
агропромышленного сектора составила 3 млрд. рублей, половину из которых
выделил областной бюджет. Удельный вес агропромышленного комплекса в
валовом региональном продукте составляет около 20%. В АПК области
сегодня работает более 32 тыс. человек. Общий земельный фонд
сельхозпредприятий,
организаций
и
граждан,
занимающихся
сельскохозяйственным производством, составляет 2861,4 тыс. га, из них
пашня — 1488,1 тыс. га, кормовые угодья — 818,6 тыс. га. Площадь
сельхозугодий в фермерских хозяйствах — 110,5 тыс. га (в среднем по 43,9 га
на одно хозяйство), в том числе 95,2 тыс. га пашни. Удельный вес продукции
крестьянских (фермерских) хозяйств в общем объеме производства
составляет: зерновых — 6,1%, сахарной свеклы — 14,6%, скота и птицы —
0,5%, молока — 0,8%.
Сельское хозяйство области специализировано на производстве
продукции животноводства, главным образом молока и мяса,
кормопроизводстве. Пока главными производителями зерна, молока, мяса,
яиц являются сельскохозяйственные предприятия, картофеля и овощей –
личные подсобные хозяйства граждан. В области функционируют 289 тысяч
ЛПХ. Производство валовой сельскохозяйственной продукции в 2011 году
сократилось до 34,9 млрд. рублей. Индекс физического объема продукции
сельского хозяйства к 2010 году составил 124,1%.
В общем объеме произведенной продукции удельный вес продукции
животноводства в 2011 году – 50,8%, растениеводства – 49,2%.
По итогам 2011 года прибыль составила более 1,4 млрд. рублей. Уровень
рентабельности – 10,8%. Валовое производство продукции сельского
хозяйства представлено на диаграмме (рисунок 1).
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1. Валовое производство продукции сельского хозяйства,
млн. рублей
По итогам I квартала 2012 года индекс физического объема продукции
сельского хозяйства к соответствующему периоду прошлого года
104,1
Развитие АПК области
Растениеводство. Под урожай 2012 года посеяно 774,4 тысяч гектар,
под кормовыми культурами 300,6 тыс. га. Растениеводство ориентировано на
обеспечение животноводства кормами и выращивание зерновых культур.
Применяется новая технология заготовки кормов — сенаж в упаковке.
Животноводство. За первый квартал 2012 года в сельскохозяйственных
предприятиях произведено скота и птицы на мясо 14,4 тыс. тонн, что
составляет 109,2% к уровню прошлого года. Молока произведено 76,0 тыс.
тонн, или 111,2%, к уровню 2011 года. Средний надой молока на одну корову
в сельхозпредприятиях составил 1218 кг и увеличился на 126 кг (+11,5%) к
уровню прошлого года.
В области продолжается работа по улучшению состояния племенного дела в
животноводстве. Созданный генетический потенциал животных позволяет
ежегодно увеличивать продуктивность всех видов скота и птицы. На
территории области функционируют 29 племенных хозяйств. Племенная база
молочного скотоводства представлена 5 племзаводами и 13
племрепродукторами; мясное скотоводство – 1 племрепродуктором;
В рамках Госпрограммы ведется строительство крупных объектов
молочного скотоводства, рассчитанных в общей сложности на 11000 коров.
Введены в эксплуатацию мега-фермы на 1200 голов дойного стада в
Рязанском и Захаровском районах. Завершение строительства других
планируется в 2012-2013 годах, а выход на полную мощность – к 2014 году.
Ввод в действие этих объектов позволит увеличить производство молока на
66 тысяч тонн в год. Производство основных видов продукции
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
животноводства в сельхозпредприятиях Рязанской области за 2011 год
предчставлено на диаграмме (рисунок 2).
Рисунок 2. Производство основных видов продукции животноводства в
сельхозпредприятиях Рязанской области за 2011 год
АПК в районах Рязанской области
В таблице 2 представлена характеристика земель и поголовья КРС,
количество фермерских и других типов хозяйств по районам Рязанской
области за 2009- 2011годы.
Таблица 2. Характеристика земель и поголовья КРС, количество фермерских и других
типов хозяйств по районам Рязанской области за 2009- 2011годы
Захаровский
Всего земель, в
т. ч пашня,
сенокосы,
пастбища, га
18249,61;
9835; 611983;
3909
61130; 40810
Кадомский
99717
Район
Клепиковский
Касимовский
Милославский
115,8тыс.; 98,6
тыс. 17 тыс.
Поголовье
КРС
в т.ч.
коровы,
голов
Число фермерских и др.
хозяйств
1246
479
-
12324
4577
четыре СПК и тридцать
КФХ, ИП
18сельскохозпредприятий
различных форм собственности, 3 крестьянскофермерских хозяйства,
13900 личных подсобных
хозяйств (ЛПХ)
18 сельхозпредприятий
различных форм собствен
-ности, 16 фермерских
хозяйств, 5 подсобных
хозяйств.
601
10388
4514.,
валовой
надой –
13790кг.
1641
537
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Михайловский
55329
12276
4818
Новодеревенский
71,8 тыс.;62,8
тыс;7,6 тыс.
16795
6334
Пителенский
Путятинский
Рязанский
Рыбновский
Сапожковский
Сараевский
Сасовский
-
4707,5; 1704;
1374
В КФХ
КРС - 25
11
3 крестьянских
(фермерских) хозяйств и
4447 ЛПХ. молочнотоварный комплекс ООО
«ОКА- Агро». 1057 голов
КРС, в том числе 525
коров, из них 331 –
симментальской породы.
11809
105,9 тыс.; 69,6
тыс.; 21,1 тыс.;
12,1 тыс.
1341
581
-
17940
8395
-
87049; 7049
71225; 40817
– 2012; 28073
163000; 10522
7454
3607
-
4084
3294
1783
1371
171 974
1926
657
85,5 тыс; 13491
13990
5881
2028
678
132
-
Скопинский
Старожиловский
Ухоловский
Чучковский
Продолжение таблицы 2.
12600 личных подсобных
хозяйств.
2430
18
1052
Произведено молока –
1925 тонн, мяса – 116
тонн. Надоено молока на
1 корову – 2704 кг ;Из них
1,2 % -продукция
крестьянских
(фермерских) хозяйств
12 сельхозпредприятий,
7 подсобных хозяйств,
11 крестьянско фермерских хозяйств,
6729 лЛПХ
Надой на 1 голову4438 кг
10 обществ с
ограниченной
ответственностью,
8 – крестьянско-фермерских хозяйств,
3060 – личных подсобных
хозяйств. В 2011 году
произведено 2840 тонн
молока. На 1 фуражную
корову надоено 3038 кг
молока.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Шацкий
в с. Большое
Агишево.
Комплекс включает
в себя:
Шиловский
79 тыс.
2485
1116
15,3тыс.;
0,6 тыс.; 4,тыс.
8,8 тыс.
3,8 тыс
Продолжение таблицы 2.
племрепродуктор с
полностью компьютерным
программным
обеспечением, откормочную
площадку для молодняка и
комбикормовый цех.
-
Основные этапы развития животноводства и кормопроизводства в
АПК Рязанской области
В животноводстве области сохраняется тенденция сокращения поголовья
скота. В таблице 3 представлены показатели заготовки кормов и поголовья
КРС Рязанской области за 2003- 2005годы.
Таблица 3.Показатели заготовки кормов и поголовья КРС Рязанской области за
2003- 2005годы.
Годы
Показатели
2003
2005
во всех категориях
хозяйств КРС в т.ч.
Коров
Надой
Заготовлено грубых
и сочных кормов на
1 усл. голову в т.ч
328,2 тыс. голов
150,5 тыс. голов
2580кг.
93тыс.
2865 кг.
18,9 корм. ед.
Сенаж- 331 тыс.т.
Силос- 931тыс.т.
20,7корм.ед.
Сенаж- 198,4 тыс.т.
Силос- 922,7тыс.т.
В ближайшие 10—15 лет объемы продукции животноводства могут возрасти
на 80—90% (по сравнению с уровнем 2003 года), а валовое производство
продукции сельского хозяйства в целом — на 50—60%. В таблице 4
представлены показатели численности поголовья КРС Рязанской области за
2009- 2010 годы в хозяйствах всех категорий.
Таблица 4.Показатели численностити поголовья КРС в Рязанской области за
2009- 2010годы. в хозяйствах всех категорий
Доля в общем
2009г.
2010г.
объеме поголовья,
Наименование
%
Крупный рогатый скот
205,6
196,1
100,0
сельхозорганизации
173,7
165,7
84,5
хозяйства населения
30,0
28,3
14,5
фермерские хозяйства
1,9
2,1
1,0
в том числе коровы
85,5
79,8
100,0
сельхозорганизации
69,7
65,2
81,7
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 4.
хозяйства населения
15,1
13,9
17,5
фермерские хозяйства
0,7
0,7
0,8
В таблице 5 представлены показатели обеспеченности скота кормами в
сельскохозяйственных организациях Рязанской области за 2009- 2010годы
Таблица 5.Показатели обеспеченности скота кормами в сельскохозяйственных
организациях Рязанской области за 2009- 2010годы
2010г. в % к
Наименование
2009г.
2010г.
2009г.
Наличие кормов, тыс. тонн
к. ед.
265,2
267,5
100,9
в т. ч. концентрированных
80,7
86,3
106,9
11,7
10,9
93,2
В расчете на 1 условную
голову крупного рогатого
скота, ц. к. ед.
В 2010 году в крестьянских (фермерских) хозяйствах поголовье крупного
рогатого скота увеличилось на 6,9% по сравнению с соответствующим
периодом прошлого года. На индивидуальных подворьях населения
численность крупного рогатого скота по сравнению с соответствующей
датой прошлого года уменьшилась на 5,4%, в том числе коров – на 7,9%.
В таблице 6 представлены показатели производства основных видов
продукции животноводства в хозяйствах всех категорий Рязанской области
за 2009- 2010годы.
Таблица 6. Показатели производства основных видов продукции
животноводства в хозяйствах всех категорий Рязанской области за 2009- 2010годы
Доля в
Показатели
общем
Справочно
2010г. 2010г. в % к производ- 2009г. в %
2009г.
стве,
к 2008г.
в%
Производство мяса скота и птицы
на убой в живой массе, тонн
13389
107,8
100,0
104,3
сельхозорганизации
население
фермерские хозяйства
Валовой надой молока, тонн
сельхозорганизации
население
фермерские хозяйства
8481
4872
36
53091
42096
10483
512
116,0
96,0
93,9
105,1
108,3
94,1
97,8
63,3
36,4
0,3
100,0
79,3
19,7
1,0
107,3
100,4
102,7
96,4
98,4
90,0
92,3
К началу марта 2010 года в сельхозорганизациях Клепиковского района
имелось более 30 центнеров кормовых единиц в расчете на условную голову
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
крупного рогатого скота, в сельхозорганизациях Новодеревенского,
Пронского и Спасского районов имелось более 20 центнеров.
Несмотря на засуху в 2010 -2011годах, областное правительство отмечает
положительную динамику развития АПК. Так, по итогам 2010 года
произведено скота и птицы на убой в живом весе во всех категориях хозяйств
- 80,3 тыс. т., что на 6,3 тыс. т. больше прошлогоднего. Основными
производителями молока в области остаются сельскохозяйственные
предприятия. Несмотря на аномальную жару 2010 года, в них произведено
284,6 тыс. т. – это на 1,1 тыс. т. (100,4%) больше, чем в 2009 году, в личных
подсобных хозяйствах населения 78,7 тыс. т. (98,3%). Впервые в области
сразу в 3-х хозяйствах произведено более 10 тыс. т. молока в год. Это ООО
«Авангард» Рязанского района – 17,5 тыс. т., ЗАО «Рассвет» Рязанского
района – 13,7 тыс. т., колхоз им. Ленина Касимовского района – 10,4 тыс. т.
Выросла продуктивность животных. Надой молока на фуражную корову за
2010 год в сельхозпредприятиях составил 4455 кг, Продуктивность коров в
племенных хозяйствах зарубежных стран колеблется от 6000 до 9000 кг, а
жирность молока — от 3,75 до 4,1%. В таблице 7 представлены типы и
количество хозяйств молочного животноводства Рязанской области в 20102012годы.
Таблица 7. Типы и количество хозяйств молочного животноводства Рязанской
области в 2010- 2012годы
годы
№
Наименование показателя
3квартал
п/п
2010
2012
Общее кол-во
сельхозсельхозпредприятий
1
различных форм
579
деятельности в АПК
области
2
3
4
5
6
Количество крупных и
средних хозяйств
379
Количество крестьянских
фермерских хозяйств
2516
Поголовье скота, в т.ч.
коров
В хозяйствах АО
В фермерских хозяйствах
Количество коров в одном
фермерском хозяйстве
( среднее)
Производство молока в т.ч.
62300
700
10-50
В хозяйствах АО
284,6 тыс.
т
76,0 тыс. т.
В фермерских хозяйствах
1 484,3
тыс. тн.
78,7 тыс. т
Удой на одну корову в т.ч.
В хозяйствах АО
В фермерских хозяйствах
4455 кг
3000
1218 кг
1800
21
.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Численность скота в фермерских хозяйствах – 700коров, в среднем 10-50
коров в хозяйстве.
Рост производства зафиксирован в животноводческой отрасли Рязанской
области по итогам полугодия, сообщает региональное министерство
сельского хозяйства и продовольствия. На 1 июля 2012 года в Рязанской
области в сельскохозяйственных организациях насчитывалось около 152
тысяч голов крупного рогатого скота, в том числе 62,3 тысячи коров. С
начала года поголовье КРС выросло на 500 голов.
Некоторые выводы по определению необходимой численности скота
в АПК Рязанской области:
Поголовье КРС в России сегодня - 8 млн.голов. Эксперты ООН
предполагают, что Россия может стать вторым в мире экспортером говядины,
после Бразилии, имея для этого все необходимые условия. Но для этого нам
нужно для начала увеличить объем поголовья с имеющихся 8 млн. до
100 млн. голов, которыми в настоящее время обладает Бразилия.
Но нужны ли такие советы АПК России?
Самая богатая страна мира США, с населением 300 млн. человек, имеет 96
млн. голов КРС. Но содержит лишь 9 млн. молочных коров с удоем 9 тыс. кг
в год, т. е. одна корова - на 30 американцев[25].
В Белоруссии одна корова - на 7 человек. На душу населения в Беларуси
производится по 600 кг молока. Больше в Европе получают только Дания
(854 кг) и Нидерланды (646 кг). Среднегодовой удой от коровы в этих
государствах 8-9 тыс. кг.
В России, с населением 145 млн. чел. 8 млн. голов КРС, но с удоем 3,5-4,5
тыс.кг. в год, т. е. одна корова на 20 россиян.
В Рязанской области, с населением 1200 тыс. чел.- 62 тыс. коров, т.е. одна
корова на 20 рязанцев, с годовым удоем до 3- 4,5 тыс. кг.
Неслучайно в странах входящих в ВТО и США имеют ограниченное
поголовье молочных коров. Оно там по сравнению с 1980 годом сократилось
вдвое, потому что содержание коров обходится очень дорого. Правда в два
раза выросла и продуктивность. Наряду с закупочными ценами, которые в
два раза превышают российские сельхозпроизводителям оказывается
несравнимая с нашей страной государственная поддержка. Чтобы сократить
дотирование за счет бюджета экспорта, устанавливаются квоты на
производство молока. За перепроизводство применяются серьезные санкции.
А мясо от выбраковки молочных коров вообще считается побочной
продукцией. У нас почти 35-40 % говядины - это мясо выбракованных коров.
Ее производство требует более высоких затрат кормов. Поэтому в
европейских странах преимущество отдается менее затратным отраслям мясному скотоводству, свиноводству и птицеводству. Удельный вес
говядины в общем балансе мяса в Европе составляет около 20%, а в мире 24%, а у нас - 42%.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В нашей стране на производство молока и говядины расходуется на 4 млн.
тонн больше кормов, чем это предусмотрено нормативами. Основная
причина - низкое их качество из-за несоблюдения технологии заготовки, а
также невысокая обеспеченность кормов белком и сахаром. В свою очередь
низкое
качество
кормов
получаем
из-за отсутствия шлейфа
специализированных машин для заготовки, что приводит к нарушению
технологии закладки. Отсутствуют соответствующие технологические
режимы и отечественные консерванты.
Сколько коров необходимы АПК России? Сегодня генетический
потенциал коров по молочной продуктивности достиг 7-7,5 тыс. кг в год и
продолжает расти, что может обеспечить реальный удой от коровы на уровне
6-7 тыс. кг в год. Необходимо решить проблему кормопроизводства и уйти от
патриархальных технологий содержания.
По данным международного продовольственного комитета, в ближайшее
время душевое потребление молока и молокопродуктов не превысит 270-280
кг. в год[26]. Это мировая тенденция. Лишь отдельные страны потребляют
молока больше.
Следовательно, для обеспечения населения России -145 млн. чел.
понадобиться примерно 46 млн. т. молока. При реальной продуктивности
даже 6 тыс. кг. в год, необходимо иметь не более 7,7 млн. молочных коров. А
уже сегодня у нас 8 млн. голов КРС. Это поголовье необходимо обеспечить
высококачественными кормами и получить указанную выше продуктивность
при сокращении до 30 проц. расхода кормов на единицу продукции.
Оказывается, в нашей стране достаточно молочных коров, но на их
содержание необходимы огромные средства. Для поддержания только
физиологического состояния одной коровы весом 550 кг, в день нужно
затратить 6 кг полноценных кормовых единиц фуража, а в год - это 2,2 тонны
кормовых единиц. На поддержание жизни одного миллиона голов
потребуется 2 млн. тонн кормовых единиц, что стоит не менее 500 млрд.
рублей. Следовательно, на 8 млн. КРС – 16 млн. кормовых единиц или около
4 трл. рублей! А на этих кормах можно вырастить до 8 млн. т. птицы или 5,6
млн. т. свинины. Вот что говорят цифры затрат на предложения экспертов
ООН!!!
Для Рязанской области:
 Население - 1200 тыс. человек.
 Годовая норма потребления - 280 кг. молока (прогнозируемая средняя
величина).
 Годовое потребление молока населением области – 336 тыс. т.
 Проектируемый надой на 1голову - 6тыс. кг.
 Необходимое количество коров для АПК Рязанской области –
56 тыс. коров. (336тыс.т./6тыс.кг.)
 Необходимое количество кормовых единиц на 1 корову в год –2,2 т.к.е.
(6кг. х 365)
 Количество кормовых единиц на 56 тыс. коров в год – 123,2 тыс.т.к.е
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 Стоимость кормов – 30 млрд. рублей.
Вот такое количество кормовых единиц и их стоимость необходимы
АПК Рязанской области для кормления 56 тыс. коров.
Сегодня, в 2012 году, в АПК Рязанской области – уже 62 тыс. коров,
т.е. 6 тыс. коров лишних.
Хотя в настоящее время считается, что этого количества коров недостаточно
и необходимо увеличивать поголовье!!!
Необходимо увеличивать не
количество коров с малой продуктивностью, а кормовую базу и надои
молока на одну голову, хотя бы до 6 тыс. кг. в год.
По мнению заместителя директора Рязанского НИИ сельского хозяйства
С.Полянского[2], в условиях отсутствия паритета цен на энергоносители и
сельскохозяйственную
продукцию
работники
агропромышленного
комплекса должны применять такие агротехнические приемы, выращивать
такие культуры, которые дают большой выход продукции, сохраняют и
повышают плодородие почвы, удешевляют производимую продукцию.
В частности, было отмечено, что для эффективного севооборота в хозяйстве
кормовые культуры должны занимать 35% площадей и более.
Снижает себестоимость кормов и использование прогрессивных технологий
их заготовки. Речь идет и о новой технике, и о применении эффективных
агроприемов. Особое внимание должно уделяться
инновационным
агротехническим приемам. Впервые на Рязанщине продемонстрирован
трактор «Джон-Дир 830», оборудованный системой спутниковой навигации
AMS. Работу в поле ведёт компьютерная программа, задающая маршрут с
помощью GPS-навигации. В рязанских сельхозпредприятиях такие трактора
могут появиться уже в ближайшее время. Кроме того, компания «Эко Нива»
представила в работе телескопический погрузчик «JCB 531-70 Agri», трактор
«Джон - Дир 8285R» с дискатором, кормоуборочный комбайн «Джон-Дир
7300», самоходную косилку «Джон - Дир R450», самоходный опрыскиватель
«Джон-Дир 4730» и трактор «Джон-Дир 6130D» с прицепным
опрыскивателем «Джон-Дир 735». ООО «Старожиловоагроснаб»
представило линейку кормоуборочной техники заводов «Гомсельмаш» и
«Брянсксельмаш», в том числе кормоуборочный комплекс КГ-6К-40 с
жаткой. ЗАО «Рязаньагроснаб» представило технику завода «Ростсельмаш»:
кормоуборочный комбайн RSM 1401, косилку самоходную КСУ-150,
опрыскиватель РХ-850.
В Рязанской области есть успешный опыт получения дешевых кормов.
В частности, в СПК «Вышгородский». Уже многих лет хозяйство
приобретает суперсовременную технику. Это позволило резко сократить
сроки уборки кормов и повысить их качество. Себестоимость литра молока в
хозяйстве, по словам директора – всего 5 рублей 80 копеек. А в
«Вышгородском» – 700 коров, около 1300 голов КРС.
Обеспечение высокопродуктивного крупного рогатого скота
питательными высококачественными кормами является важным фактором
эффективности их выращивания. Максимально реализовать генетический
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
потенциал высокопродуктивного крупного рогатого скота позволяет
правильно организованное кормление кормами высокого качества и
соблюдение условий содержания животных.
Кормление, организованное по детализированным нормам,
разработанным с учетом физиологического состояния, обеспечивает
получение запланированного выхода продукции (удоев у коров, прироста у
молодняка). Рационы групп стада – коров, нетелей, телят до года и старше
одного года, быков-производителей – нормируются по содержанию
кормовых единиц, обменной энергии, сухого вещества (СВ), переваримого
протеина (ПП), сырой клетчатки , микроэлементов и витаминов и др. [35].
Основу рационов высокопродуктивного крупного рогатого скота составляют
объемистые корма – сено, силос, сенаж.
Полноценное сбалансированное кормление высокопродуктивных коров
можно обеспечить только при включении в рационы объемистых кормов
высокого качества. Показатели высококачественного сена, силоса, сенажа,
зеленых кормов, выраженные через обменную энергию, сырой протеин,
сахар приведены в таблице 8 [42].
Таблица 8.Показатели качества кормов, обеспечивающие потенциал
Наименование
корма
Сено
Силос
высокопродуктивных коров
Годовой удой, тыс. кг.
Показатель
5
6
7
8
Обменная
энергия МДж
Сырой
протеин, г
Сахар, г
Обменная
энергия МДж
Сырой
протеин, г
9
10
8,83
8,89
8,97
9,03
9,10
9,16
120
124
128
132
136
140
33
35
38
40
42
45
9,00
9,19
9,37
9,56
9,74
9,91
125
135
143
149
157
165
Примеры суточного рациона для КРС с высокой продуктивностью
приведены в таблице 9
Таблица 9.Примеры суточного рациона для КРС с высокой продуктивностью
Вид корма
Количество
Зимний период
Сено 2-3видов
5-6
Кормовая свекла
15-20
Травяная резка
2-3
Бобово-злаковый сенаж
12-15
Силос кукурузы
15-20
Мелласса
1,5
Дерть ячменная или кукурузная
4-6
Летний период
Зеленая масса
50-60
Свежее сено
3-4
Концетраты
8-12
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Система кормовых рационов для высокопородных коров приведена в
таблице 10.
Таблица 10. Система кормовых рационов для высокопородных коров
Корма и
При суточном удое, кг
подкормки
20-24
25-29
30-34
35-39
40 и выше
Зимний период
Сено
2
2
2
2
2
Силос
20
25
25
30
30
Комбикорм
4,5
5
6
7
8
Ячмень
1
1,5
2
2,5
3
плющенный
Отруби
1
1,5
1,5
2
2
пшеничные
Пивная
4
6
6
8
8
дробина
Патока
1
1,2
1,2
1,5
1,5
Жом сухой
2
25
3
3,5
3,5
Поваренная
0,075
0,075
0,075
0,1
0,1
соль
Минерально0,05
0,05
0,1
0,1
0,1
витаминная
подкормка
Летний период
Трава
40
40
40
40
40
пастбищная
Зеленая
10
10
10
10
10
подкормка
Сено
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Комбикорм
5
8
9
10,5
12
Ячмень
0,5
1
1,2
1,5
2
плющенный
Жом сухой
1
1,5
1,75
2
3
Патока
0,75
0,75
1
1
1,5
Поваренная
0,075
0,075
0,075
0,1
0,1
соль
Рационы дойных коров приведены в таблице 11.
Корма
Сено
Сенаж
Концентраты
Итого
Зеленый корм
Концентраты
Итого
Таблица 11. Рационы дойных коров
Масса, Сухое
ЭКЕ
Переварикг
вещест
ваемый
-во, кг
протеин, г
Зимний период
3.5
2.9
2.2
185.5
25
11,2
9,2
950
13,5
11,4
12,4
11,07
25,5
23,8
22425
Летний период
70
23,5
21
1750
7,5
6,4
6,9
615
29,9
27,9
2365
26
Сырая
клечатка,г
Крахмал
,г
Сахар,г
829
3700
1309
5838
42
350
5400
5792
101
550
270
921
728
727
1455
588
3000
3588
1540
750
1690
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для
расчёта суточной и годовой потребности в кормах принимается
сенажно-силосно-концентратный тип кормления, при котором сенаж
составляет 17%, силос 11%, сено 6%, корнеплоды 6%, концентраты 30% и
зелёные корма 30%. При этом продолжительность зимнего периода
составляет – 210. Годовой удой 6000 кг от коровы. Примерная схема
рационов для коров при силосно-концетратном содержании (ВНИИ генетики
и разведения сельхозяйственных животных) приведена в таблице 12.
Таблица 12. Примерная схема рационов для коров при силосно-концетратном содержании
(ВНИИ генетики и разведения сельхозяйственных животных)
Примерный состав рациона
Для дойных коров при среднесуточном удое, кг.
Для
Корма
40 и
стельных
15-19
20-24
25-29
30-34
35-39
более
коров
Сено злако-бобовое
8
3
3
3
3
3
3
Силос разнотравный
10
16
16
18
18
20
20
Комбикорм
3,5
5
7
9
11
13
14
Жом свекловичный,
1,5
1,5
2
2,5
3
3,5
3,5
сухой
Патока кормовая
1
1
1
1,2
1,2
1,5
1,5
Поваренная соль
0,05
0,075 0,075 0,075 0,075
0,1
0,1
Низкое качество объемистых кормов в рационах коров невозможно
компенсировать концентрированными кормами. К тому же снижение
качества заготавливаемых кормов ведет к удорожанию рационов.
Включение в рационы крупного рогатого скота в летний период зеленных
кормов позволяет получать наиболее дешевую животноводческу продукцию,
так как они имеют самую низкую себестоимость в сравнении с другими
видами кормов.
По данным И. Ю. Степочкиной [33] наиболее дешевую животноводческую
продукцию (мясо и молоко) позволяет получить оптимально рассчитанная
кормовая база, обеспечивающая выход 23,7 к.е./га кормов с обеспеченностью
протеином 110 г/к.е. Производимых кормов для животных молочного
направления должно быть достаточно для обеспечения структуры рациона:
зеленые корма – 22 %, грубые (сено) – 14 %, сенаж –29 %,
концентрированные – 28 %, корнеплоды – 7 %
Заключение и выводы
В развитых зарубежных странах размеры ферм и их содержание
определяются как природно-климатическими, так и социальноэкономическими условиями и особенностями страны.
На размер фермы по производству молока оказывает влияние и размер имеющихся в использовании земельных угодий. В большинстве ферм основная
часть кормов производится в самих хозяйствах.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основой успешного развития семейных молочных ферм являются
специальное техническое оснащение фермерских хозяйств, обеспечение их
элитными семенами и животными, которое организовано при содействии
государства. Формы обеспечения разные, но более развита кооперативная,
которая более мобильная и гибкая. Развитая инфраструктура обеспечивает
эффективное устойчивое развитие фермерских хозяйств.
С учетом вышеприведенных данных возникает вопрос: в каком тогда
направлении должна двигаться Россия, развивая семейное фермерство в то
время, когда остальной мир идет по пути укрупнения? Но для начала
необходимо определиться в понимании того, что такое «маленькая» и что
такое «большая» ферма у нас и у них. Если в Голландии ферма на 300 голов считается большой, то в России, с ее масштабами, такую ферму вполне
можно назвать маленькой и семейной. В этом контексте взятый в России
курс на развитие семейных ферм вполне оправдан, так считает большинство
зарубежных и российских экспертов. Опыт функционирования фермерских
хозяйств за рубежом свидетельствует, что наиболее успешно фермерские
хозяйства развивались в США, Канаде, Австралии, - так называемый
американский путь развития капитализма в сельском хозяйстве.
Внедряя в России новые формы хозяйствования - фермерство, необходимо
максимально использовать опыт развитых зарубежных стран, учитывая при
этом не только достижения, но и ошибки, просчеты. Нужно не копирование,
а приспособление к местным условиям, сложившимся традициям.
Обобщение теории и практики организации фермерских хозяйств показало,
что происходит процесс укрупнения фермерских хозяйств и развития
кооперативных связей между ними. Необходима разработка эффективно
функционирующей
оптимальной модели Российского фермерского
хозяйства. Модель производственной специализации фермерских хозяйств в
каждом конкретном случае должна создаваться с учетом местных и
природно-климатических условий, организационно-экономических и
социальных факторов. Исследования показывают, что при выборе модели
производственной специализации фермерских хозяйств необходимо
использовать следующие принципы:
 сравнительного преимущества;
 высокой продуктовой конкурентоспособности;
 наименьшего предпринимательского риска;
 отраслевой совместимости.
На основании проведенного анализа, сегодня перспективным и
оптимальным количеством коров на средней ферме в РФ следует
считать 70 голов.
Исходя из этой принятой численности коров фермерского хозяйства,
приняты для проектирования тип, объем, параметры и конструкция
силосохранилища.
Силосные сооружения
предназначаются для консервирования
(силосования) и хранения сочных кормов. Консервирование кормов в
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
силосных сооружениях происходит в безкислородной среде, что
благоприятствует их молочнокислому брожению. Содержащиеся в
силосуемых кормах углеводы (сахар и крахмал) под воздействием
молочнокислых бактерий превращаются в молочную кислоту, являющуюся
основным консервирующим средством в силосной массе. Для этого зеленая
масса, початки кукурузы, картофель и др. силосуемые корма должны
укладываться в сооружения, имеющие малопроницаемые для воздуха
ограждающие конструкции. При закладке силосная масса уплотняется
укаткой тракторами, автомобилями и т. п., иногда применяется
самоуплотнение под влиянием собственного веса, что менее эффективно.
Силосование кормов производится в траншеях, ямах, башнях и буртах.
Силосование – один из наиболее распространенных приемов
консервирования корма, который предусматривает регулируемое
сбраживание под действием микроорганизмов зеленой массы с высоким
содержанием воды.
Корм, полученный методом силосования, называют силосом (от испанского
silos или от греческого sires, оба слова означают «колодец или яма в земле
для хранения зерна»). Старые рисунки, найденные в Египте, раскопки в
развалинах Карфагена указывают на то, что человечество еще 1500–1000 лет
до н.э. было хорошо знакомо с силосованием. Есть исторические
свидетельства того, что и в Европе силосование было известно еще в 100 г.
н.э. Но наибольшее распространение этот способ консервирования корма
получил в конце XIX века.
Силос является главным консервированным кормом в рационах жвачных
животных для осенне-зимнего, ранневесеннего или однотипного
круглогодового кормления. На его долю приходится до 60% питательного
рациона по энергии и до 40% по протеину. Качественно приготовленный
силос по физиологическому действию на организм животных относится к
ценным молокогонным кормам с высокой степенью переваримости основных
питательных веществ и превосходной конверсией их в продукцию молока и
мяса животных. Эффективность силосования зависит как от силосуемого
материала, так и от технологии силосования и процесса ферментации.
1.1.2. Расчет объема и параметров силосохранилища в зависимости от
количества коров на ферме и потребности в кормах для этой
численности скота (с учетом отечественного и зарубежного опыта
организации и работы фермерских хозяйств)
Тип силосохранилища, его вместимость и размеры определяются в
зависимости от потребности фермы в том или ином виде корма, сроками
заготовки кормов, габаритами механизмов для загрузки и выгрузки корма,
сроками хранения кормов до их реализации.
Потребность в зеленых кормах рассчитывается по каждому виду и
половозрастной группе животных в соответствии с нормами кормления и
принятыми в хозяйстве рационами. Расчет кормов ведут в единицах массы,
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кормовых единицах, единицах обменной энергии, по конкретным
питательным веществам. С учетом того, что в 1 кг травы в среднем
содержится 0.18 корм. ед., можно считать, что стельным, сухостойным и
дающим до 8 кг молока в сутки коровам необходимо в день 40-45 кг, коровам
с продуктивностью от 10 до 20 кг молока – соответственно удоям от 45 до 80
кг травы. Высокопродуктивным коровам, как правило, дополнительно
необходимо
скармливать
концентрированные
корма.
Установив
среднесуточную потребность животных в зеленом корме, определяют
потребность их в этом виде корма по декадам (иногда по пятидневкам) и на
весь пастбищный период исходя из численности поголовья.
Среднесуточная потребность в силосе
У разных видов и половозрастных групп коров потребность в кормах
неодинакова и выглядит примерно следующим образом:
 для молочных коров на сутки требуется примерно 30 - 40 кг на голову;
 для телят старше 6-месячного возраста — 10 кг;
 для телок случного возраста и нетелей — 20 кг в сутки.
Продолжительность зимнестойлового содержания в Рязанской области, в
течение которого скармливается силос, около 210 дней. Примерная масса
силоса, содержащаяся в 1 м3 - 650-700 кг.
На зимне-стойловый период на корову требуется 10—11 т силоса, на 1
голову молодняка 2,3—3 т. Для каждого расчетного периода целесообразно
принимать надбавку 10-15% - страховой фонд на случай неблагоприятных
погодных условий.
Номинальная вместимость хранилища определяется путем умножения
полезного объема сооружения на объемную массу корма, которую, согласно
НТП-СХ.7-65*, принимают для силоса 0,65 т/м3, для сенажа 0,5 т/м3.
Вместимость, а также допускаемые размеры хранилищ силоса и сенажа
устанавливаются нормами технологического проектирования этих
сооружений.
Потребность в кормах для 70 коров составит - 70х11=770 т.
Вместимость хранилища для кормов определяется по формуле:
Vобщ = kз · Qгод / ρ, м3 , где:
(1)
Qгод – годовая потребность сенажа и силоса для всех групп животных -770 т;
kз – коэффициент запаса, учитывающий потери от порчи кормов при
хранении; для сенажа - 1,12…1,15 , для силоса - 1,10..1,15.
ρ – плотность кормов , т / м3 ; для сенажа - 0,5…0,6 т / м3 ,
для силоса - 0,6…0,65 т / м3 .
Объем и вместимость силосной траншеи для 770т. кормов и 10%
страхового фонда составит:
Vобщ = 1, 10 х 770 /0, 65 =5844/0,65=1298,5 м3
Принимается силосная траншея размером 12х 30 х 3,6= 1296 м3, что
соответствует расчетному объему принятой траншеи.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.1.3. Обоснование параметров силосохранилищ в соответствии с
Нормами технологического проектирования хранилищ силоса и сенажа НТП
АПК 1.10.11-001-0 Министерства сельского хозяйства Российской
Федерации
В соответствии с требованиями НТП АПК 1.10.11-001-00 [24].
Расчетные площади хранилищ кормов определяются с помощью расчетных
коэффициентов, устанавливающих необходимую площадь на 1 т. корма и
приведены в таблице 13.
Таблица 13.Расчетные коэффициенты, для определения площади силосохранилища.
Виды корма и типы хранилищ
Размер, м
Расчетный
коэффициент,
м2
на 1 т
корма
1
2
3
2,5
3,0
3,5
2,5
3,0
3,5
0,53
0,45
0,38
0,8
0,67
0,57
Силос в траншеях высотой
Сенаж в траншеях высотой:
В таблице 14 приведены рекомендуемые вместимости хранилищ силоса и
сенажа.
Таблица 14.Рекомендуемые вместимости хранилищ силоса и сенажа
Типы хранилищ
Вместимость, т
Траншеи всех типов для
250; 500; 750; 1000; 1500; 2000; 3000;
силоса
4000; 4500; 6000; 8000; 9000; 12000
Тоже, для сенажа
165; 330; 500; 660; 1000; 1300; 2600;
3000; 4000; 5300; 6000
В таблице 15 приведены нормативные (рекомендуемые) размеры хранилищ
силоса и сенажа.
Таблица 15.Нормативные (рекомендуемые) размеры хранилищ силоса и сенажа
Размеры, м
Типы хранилищ
высота
ширина
длина
стен
Траншеи для силоса и
от 6 до 18
от 9 до 63 От 3,0 до 3,5
сенажа наземные
Тоже, полузаглубленные
от 6 до 18
от 12 до 63 не менее 3,6
и заглубленные
При выборе параметров силосохранилища траншейного типа также
учитывалась необходимость использования средств механизации, т.е. при
назначении ширины траншеи учитывался радиус разворота агрегата,
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
состоящего из трактора класса 0,9-1,4 с кормораздатчиком типа КТУ-10А
или двухосным прицепом.
Выводы: В соответствии с рекомендациями норм проектирования
подтверждены принятые параметры и объем силосохранилища, которые
используются для дальнейших расчетов:
1. Ширина 12м
2. Длинна- 30м
3. Глубина 3,6 м
4. Площадь 360кв.м.
5. Объём -1296 куб.м. 6. Вместимость 1296х 0.65= 842,4т.
Кроме
вышеуказанных
требований
при
расчете
параметров
силосохранилища, учитывается, что в настоящее время закладка силоса в
крупногабаритные траншеи (более 800 т.) создает для многих
сельхозпредприятий организационные проблемы, так как для соблюдения
оптимальных агротехнических сроков требуется максимальная концентрация
техники для заполнения силосохранилища такой глубины и объема за 4-5
дней. Неизбежные поломки приводят к перебоям в работе и нарушению
технологии. Плохие погодные условия могут даже остановить процесс
заготовки. В связи с этим принята вместимость силосохранилища не более
842,4 т.
Емкость сенажного хранилища может быть несколько меньше, чем
силосного, так как в теплое время года, при плюсовых температурах,
открытый корм начинает быстро плесневеть. Но у сенажа есть большое
преимущество: он практически не промерзает.
Выбор типа силосохранилища. Научные исследования последних лет и
практика передовых хозяйств показали, что для улучшения качества силоса,
уменьшения потерь при силосовании, а соответственно и снижения
себестоимости кормовых единиц необходимо отказаться от открытого
силосования в буртах и переходить к закладке зеленой массы в капитальные
сооружения — в башни и облицованные траншеи. Установлено, что потери
питательных веществ зеленых кормов при силосовании их в башнях
составляют 8-10%; в облицованных траншеях 10—14; в буртах и курганах
32—45%. Затраты на строительство силосных сооружений окупаются в
короткий срок.
Исторически в России основным, широко используемым вариантом
хранилища для силоса являются различные траншеи. Из числа применяемых
в настоящее время хранилищ силоса и сенажа примерно 90% общей
вместимости составляют траншеи. Преимущество хранилищ траншейного
типа состоит в том, что для их строительства можно широко использовать
местные строительные материалы и достаточно простые подъемнотранспортные механизмы. Загрузку и уплотнение силосной массы, а также
выгрузку корма выполняют машины и механизмы, имеющиеся в каждом
хозяйстве. Основное же преимущество траншей - низкая стоимость
строительства. Однако траншейные хранилища имеют ряд недостатков, к
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
которым прежде всего относится значительное увеличение площади их
застройки и кормовой зоны из-за небольшой полезной высоты траншей.
Сегодня известны следующие типы траншеи - наземные, полузаглубленные и
заглубленные.
В настоящей
работе
рассматриваются
вопросы
проектирования заглубленных траншей. Возводимые сегодня заглубленные
траншеи применяются реже, чем другие силосные сооружения. Это связано с
требованием к уровню грунтовых вод и значительным объемом земляных
работ при строительстве. Силосные (сенажные) траншеи являются дешевыми
и относительно простыми по своему устройству и эксплуатации
сооружениями. Обычно они проектируются прямоугольной формы в плане с
продольными стенами и днищем с твердым покрытием. Ширину траншеи
обычно принимают равной 6, 12 и 18 м, а длину — в зависимости от
требующейся вместимости, но также кратной 6 м. Минимальную длину
траншеи принимают не менее двукратной ее ширины. Чем шире траншея и
чем больше ее вместимость, тем меньше трудовые затраты на устройство и
меньше расходуется материалов на 1т вместимости сооружения.
Как уже отмечалось, вместимость, и типы хранилищ проектируют в
зависимости от размеров комплекса или фермы, т. е. потребности в
консервированных кормах в данном хозяйстве; возможности заполнения
хранилища не более чем за 4 дня сенажем и не более чем за 5 дней силосом;
площади земельного участка, отведенного под застройку; геологических и
гидрогеологических условий участка строительства; наличия строительных
материалов и механизмов. Следует также учитывать необходимость
ежедневной выемки слоя корма не менее: в траншеях— 0,5 м, по всей
площади поперечного сечения хранилищ.
1.1.4.Требования, предъявляемые к силосным и сенажным сооружениям.
Для обеспечения необходимых условий нормального протекания
процесса силосования, получения и сохранения высококачественного корма
хранилища силоса и сенажа должны удовлетворять следующим требованиям:
 предохранять силосную массу от проникания воздуха, который
способствует
развитию
нежелательных
микробиологических
процессов, вызывающих развитие плесени и гниение корма;
 не допускать утечки выделяющегося при силосовании сока наружу
через стены и дно и защищать силосную массу от проникания в нее
воды извне; вода, попадая в корм, выщелачивает его, выносит с собой
кислоты и питательные вещества, что может сделать корм
непригодным или ухудшить его качество;
 защищать силосную и сенажную массу от промерзания, так как
выгрузка и скармливание промерзшего корма затруднены; кроме того,
процесс силосования требует сохранения в силосе положительной
температуры;
 ограждения (стены, днища) должны быть стойкими против действия
молочной и уксусной кислот с концентрацией до 2...3%, которые
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержатся в силосном соке, а материалы внутренних поверхностей
ограждений не должны влиять на вкусовые качества корма;
 иметь ровные, гладкие поверхности стен и сглаженные (закругленные)
углы, так как выступы, шероховатости и острые углы затрудняют
свободную осадку корма, вызывают его разуплотнение и образование
воздушных прослоек, способствующих загниванию силосной массы;
шероховатости и острые углы затрудняют очистку ограждений от
остатков корма, окраску и дезинфекцию хранилища;
 обеспечивать максимальную механизацию работ по загрузке и
уплотнению силосной массы, а также по выгрузке корма из хранилища;
 обеспечивать возможность складирования в хранилищах как силоса,
так и сенажа.
При закладке силоса необходимо обеспечивать определенную
технологическую последовательность или порядок. Сенажную массу
разравнивают и уплотняют гусеничными тракторами общего назначения
класса 3 , обеспечивающими удельное давление на поверхности корма 0,040,08 МПа (0,4-0,8 кг/см2). Уплотнение (трамбовку) сенажной массы в
траншее производят круглосуточно в течение всего периода загрузки
траншеи. Качество трамбовки контролируют по температуре массы. При
повышении температуры более 37°С интенсивность трамбовки увеличивают.
После заполнения траншеи утрамбованную и выровненную по поверхностям
сенажную массу тщательно герметизируют (укрывают) пологом из
полиэтиленовой пленки. Перед укладкой прочность пленки предварительно
проверяют, так как даже при незначительном проникновении воздуха сенаж
будет плесневеть и пропадет большое количество корма. Пленку, имеющую
ширину меньше ширины траншеи, склеивают в полотнища. Полог
(полотнище) должен быть на 1,5-2 м больше длины и ширины укрываемой
поверхности корма. Пленку тщательно заделывают по краям траншеи в корм
на глубину не менее 50 см и прижимают по всей длине брусьями, а по всей
поверхности - слоем земли (5-8 см), тюками соломы или слоем рассыпной
соломы (50 см). Для предотвращения повреждения пленки грызунами на неё
насыпают небольшой (0,5-1 см) слой негашеной извести. На укрытие 1 т
сенажа расходуется 1-1,5 м2 пленки. После закладки сенажная масса в
течение 10-15 дней дает естественную усадку (угар) на 10-12 %, плотность её
в траншее увеличивается и составляет 450-550 кг/м3 в зависимости от вида
сырья. Через 30 суток после герметичного укрытия массы в траншее
проводят анализ качества сенажа. Хороший сенаж при рН 4,2 должен быть
без плесени, затхлого, плесневелого и других посторонних запахов, массовая
доля масляной кислоты не должна превышать 0,1-0,2 %, питательность 1 кг
сухого вещества - 8,4-9,6 МДж обменной энергии (0,57-0,76 корм. ед.). Сенаж
в траншеях хранится, как правило, не более двух лет. Хранилище силоса и
сенажа должно надежно изолировать корм от доступа воздуха в течение
всего периода хранения. Очень серьезной проблемой является поверхностная
порча силоса, при которой от плесневения и гнили пропадает 150-200 кг
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
корма с 1 м2. Поэтому тщательная изоляция силоса от воздуха полимерными
пленками - это обязательный прием при хранении силоса.
Кроме закладки необходимо правильно организовать процесс выемки силоса
из силосного сооружения. Выгрузка сенажа из траншей должна
производиться, как правило, путем вертикальной отрезки слоя корма без
разрыхления монолита для исключения потерь его питательности за счет
вторичной ферментации. Ежедневно должен выгружаться слой корма по всей
высоте и ширине траншеи толщиной не менее 0,4 м, Сенаж должен
использоваться в течение 1-2 дней после его выгрузки из хранилища. Так,
при выемке силоса и сенажа из траншеи нельзя сразу открывать его более
чем на 1 м по длине хранилища. Нарушение принятых правил вызывает
вторичную ферментацию консервированного корма от проникновения
воздуха внутрь силосуемой массы, что приводит не только к потерям
питательных веществ, но и ухудшает качество корма.
Для заезда в траншею тракторов, автомашин и погрузчиков в ее торцах (с
одной или с обеих сторон) устраиваются пандусы с уклоном не более 1:5.
Для защиты траншеи от попадания в нее талых и дождевых вод верх пандуса
проектируется на 0,15...0,2 м выше спланированной поверхности земли у
сооружения и сопрягаться с ней наружным пандусом. В пандусах
выполняется твердое покрытие
из булыжного камня по песчаному
основанию, чтобы исключить буксование машин при гололеде и дождях.
Вдоль траншеи устраиваются открытые водоотводные лотки или канавы с
продольным уклоном не менее 0,003. Размеры площадок принимаются в
зависимости от применяемых средств механизации. Площадки имеют
уклоны для отвода поверхностных вод.
1.1.5.Влияние геологических и гидрогеологических факторов места
строительства силосохранилищ. Заглубленные траншеи представляют
собой облицованные выемки в грунте в форме вытянутой призмы с
продольными стенами. В таких траншеях силос не промерзает даже в очень
холодные зимы. Строительство заглубленных силосохранилищ не
допускается в местах с высоким уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых
вод должен быть не ближе 500 мм от подошвы фундамента и днища
траншеи. Для уменьшения давления грунта на стены траншей их делают с
наклоном к вертикали, который принимают в зависимости от плотности,
вида и угла заложения грунта: при глинистых и суглинистых — от 1 : 10 до
1 : 5, при супесчаных и влажных песчаных — от 1 :5до 1 : 3, при песчаных
сухих грунтах — от 1 : 2 до 1 : 1,3
Траншеи могут размещаться на площадке рядами, параллельно друг
другу. Расстояние между траншеями зависит от вида грунта, высоты
обвалования и габаритов транспортных средств, применяемых при загрузке и
выгрузке силоса или сенажа. Применяется также блокирование траншеи.
На выбор параметров силосохранилища траншейного типа влияет
необходимость использования средств механизации, т.е. при назначении
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ширины траншеи необходимо учитывать радиус разворота агрегата,
состоящего из трактора класса 0,9-1,4 с кормораздатчиком типа КТУ-10А
или двухосным прицепом.
Днище траншеи выполняется с уклоном в сторону торца, с которого
производится выемка силоса и сенажа, для исключения подтекания дождевой
и талой воды под монолит корма. Днище траншей всех типов выполняется из
монолитного бетона марки М 200, толщиной 150 мм по песчаной подготовке.
Поверхность днищ тщательно планируется с уклоном к приямкам для сбора
силосного сока. Приямки соединяются сокоотводными каналами с
наружными колодцами, являющимися приемниками сока.
Внутренние поверхности траншей защищаются от агрессивного
воздействия силосного сока, а также от их водонасыщения согласно
требованиям СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от
коррозии». Обычным способом герметизации и защиты конструкций
силосных и сенажных траншей является покрытие их горячим битумом за
два раза по холодной грунтовке. Для покрытий сырых конструкций
применяются битумно-водные эмульсии, которые хорошо сцепляются с
влажными поверхностями. Неровные поверхности стен перед нанесением
защитных покрытий выравниваются затиркой из плотного цементного
раствора состава от 1 : 2 до 1 : 4.
1.2. Строительство заглубленных силосных траншей с помощью
современной строительной технологии « стена в грунте»
Промерзания кормов, можно избежать при строительстве заглубленных
силосных траншей с помощью современной строительной технологии «стена
в грунте», где глубина заложения стен выполняется ниже глубины
промерзания грунта. В Рязанской области нормативная глубина промерзания
грунта – 1.40м. Силос в такой траншее, построенной методом « стена в
грунте» не промерзает, а находиться при постоянной температуре, что
способствует нормативному и качественному процессу силосования и
хранения силоса в течение долгого времени, большего, чем в
силосохранилищах других типов.
Патенты на устройство «стены в грунте» под защитой бентонитовой
суспензии впервые были получены немецкими учеными Брандтом и
Раннемом в 1912 году. В начале пятидесятых годов 20-го столетия профессор
Лоренц предложил метод изготовления «стены в грунте», применяемый в
настоящее время [60] . Сегодня этот метод широко распространён в России и
за рубежом при строительстве подземных сооружений мелкого и глубокого
заложения и используется вместо традиционных методов «открытого
котлована». Метод "стена в грунте" используется при возведении подземных
частей и конструкций промышленных, энергетических и гражданских
зданий, гидротехнических, водопроводно-канализационных инженерных
сооружений, в т.ч., емкостные сооружения для очистки воды и стоков,
противофильтрационные диафрагмы для защиты от утечки воды и стоков в
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
окружающий грунт. В отечественной практике строительства применяют
несколько разновидностей метода «стена в грунте». Один из них
траншейный, принятый в строительстве силосной траншеи, выполняется в
виде сплошной стены из монолитного бетона, которая является
одновременно ограждающей, несущей и противофильтрационной завесой.
В сельскохозяйственном строительстве силосохранилищ России
метод «стена в грунте» не применялся. С нашей точки зрения этот метод
может быть с успехом применен для проектирования и строительства
силосных траншей.
Сущность этого метода заключается в том, что первоначально возводятся
стены заглубленной силосной траншеи в узких и глубоких щелях, заранее
до начала разработки грунта внутри сооружения (Рис.3). При этом
вертикальные борта траншей удерживаются от обрушения при помощи
тиксотропной глинистой суспензии, которая, обладая малой вязкостью и
высокой глинизирующей способностью, кольматирует стенки траншей,
предотвращая избыточную фильтрацию глинистого раствора в грунтовый
массив, создает избыточное гидростатическое давление на грунт и выполняет
роль крепления траншеи, удерживая от обрушения её вертикальные откосы.
Кроме этого на стенках образуется практически водонепроницаемая пленка
из глины толщиной 2...5 мм. Глинизация стенок выемок позволяет отказаться
от таких вспомогательных и трудоемких работ, как опалубка
для
монолитного бетона, гидроизоляция котлована и водопонижение.
Значительные преимущества этого метода в том, что крепление траншей
глинистым раствором даёт возможность выполнить откосы котлована –
стены траншеи вертикальными и тем самым исключить применение
опалубки для возведения монолитных бетонных стен и существенно
(приблизительно на 25-30%) уменьшить объёмы земляных работ, снизить
трудоёмкость и повысить темпы строительства.
Рисунок 3.Глинизируемая траншея
Рисунок 4.Армирование стен
В отличие от ранее проектируемых заглубленных траншей способ «стена в
грунте» может быть использован в различных инженерно-геологических и
гидрогеологических условиях и во многих случаях позволяет отказаться от
различного рода креплений. После устройства в грунте траншей
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
необходимых размеров их заполняют арматурой (Рис.4), монолитным
железобетоном,
сборными
железобетонными
элементами
или
глиногрунтовыми материалами. В данной работе рассматривается вариант
стен из монолитного железобетона. В результате этого в грунте
формируются несущие стены заглубленной силосной траншеи даже в
грунтах повышенной влажности с близким расположением УГВ (уровня
грунтовых вод), что ранее являлось практически не возможным. Далее грунт
разрабатывается
внутри траншеи, выполняется днище траншеи и
гидроизоляция днища и стен силосохранилища. Подробная разработка и
описание принятой технологии «Стена в грунте» для строительства
силосохранилищ не входит в состав данной научной работы и является
предметом рассмотрения другой работы. Хотелось бы отметить, что
использование способа "стена в грунте" вместо традиционных методов
выполнения работ при сооружении подземных сооружений способствует
снижению сметной стоимости до 25%, подпорных стен и ограждений — до
50%.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ЗАГЛУБЛЕННЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СИЛОСОХРАНИЛИЩ
Проектирование и расчет конструкций силосохранилищ тесным образом
увязаны с технологическим процессом заготовки, приготовления и хранения
силоса и сенажа.
2.1.Технологические требования к строительным решениям хранилищ
кормов:
1. Строительные конструкции хранилищ кормов должны быть прочными,
долговечными, достаточно огнестойкими и экономичными. Они должны
быть устойчивыми к воздействию кормов, моющих и дезинфицирующих
средств, не выделять вредных веществ, а антикоррозийные покрытия и
обработка - безвредными для животных и кормов.
2. Несущие и ограждающие конструкции должны быть рассчитаны на
восприятие нагрузок от кормов, снега, ветра, трамбующих механизмов и
транспортных средств.
3. Конструкции траншей для сенажа должны позволять складировать в них
силос. Независимо от вида хранимого в них корма, их следует рассчитывать
на нагрузки от воздействия силосной массы и трамбующих механизмов.
4. Днища сооружений для хранения кормов проектируются с учетом
нагрузок от кормов, трамбующих механизмов и транспортных средств.
Днища должны иметь уклоны от 1 до 3 % для отвода атмосферных осадков,
сточных вод и сока.
5. Стены и днища заглубленных траншей и ям для силоса кроме того,
должны рассчитываться на воздействия от грунта и сока.
Наклон стен в зависимости от вида грунта следует принимать:
- глина и суглинок - 1:10-1:5;
- супесь, песок влажный - 1:5-1:3;
- песок сухой
- 1:2-1:1,3.
6. При проектировании хранилищ кормов для строительства в районах,
подверженных сейсмическим воздействиям, в районах с вечномерзлыми или
просадочными грунтами, должны соблюдаться требования нормативных
документов, учитывающие указанные условия.
7. Сооружения для хранения кормов рекомендуется проектировать с
несущими и ограждающими конструкциями из железобетона, бетона или
местных строительных материалов.
8. Конструктивные решения стенового ограждения наземных траншей для
силоса и сенажа могут быть с применением:
- контрфорсов и стеновых плит;
- Т-образных или Г-образных железобетонных элементов;
- стоек, заделанных в фундаменты, и стеновых плит;
- мелкоштучных каменных материалов.
9. Внутренние поверхности стен траншей, ям и башен должны быть
гладкими, без выступов, углублений и щелей, препятствующих осадке
силосной или сенажной массы.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Поверхности стен и днищ траншей и ям для силоса должны быть
стойкими или защищаться покрытиями против воздействия на них молочной
(до 2,5 % и масляной до 0,5 %) кислот и водородного показателя рН 3,7-4,8.
11. Температурные швы в стеновых ограждениях наземных траншей
следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП II-3-79 и с учетом
примененных материалов.
12. Температурные швы в монолитных днищах траншей всех типов
устраиваются с учетом указаний СНиП 2.03.13-88.
13 Днища в наземных траншеях должны устраиваться на 15-20 см выше
проектных отметок поверхности земли. Для сопряжения днищ с
поверхностью земли делаются наружные пандусы.
14. Перед въездами в траншеи следует устраивать площадки с твердым
покрытием. Размеры площадки должны обеспечивать нормальную работу
механизмов при загрузке и выгрузке кормов.
15. Для утепления стен наземных и полузаглубленных траншей
рекомендуется применять обваловку стен местным насыпным грунтом.
Насыпь делается по углу естественного откоса грунта и укрепляется посевом
трав.
16. Для бетонных и железобетонных конструкций стен и днищ хранилищ
силоса следует применять бетон класса не ниже В25, марки по
морозостойкости F200, марки по водонепроницаемости W6.
17. Основания днищ хранилищ силоса и сенажа следует выполнять из
уплотненного местного грунта с втрамбованным в него щебнем или гравием.
18. В стенах и днищах хранилищ для силоса, сенажа не допускается
образование трещин. Внутренние поверхности стен в зависимости от степени
агрессивного воздействия силосного сока должны иметь защитные покрытия
в соответствии с СНиП 3.04.03-85. При этом покрытия должны быть
безвредными для животных и кормов.
В отличие от существующих типов и конструкций заглубленных
силосохранилищ, стены которых не являлись подпорными стенами и не
рассчитывались на горизонтальное давление грунта, проектируемое
силосохранилище, с использованием технологии «стена в грунте»,
является подпорной стеной и рассчитывается на все виды нагрузок.
Подпорной стеной называется сооружение, удерживающее грунт от
обрушения в откосах насыпей и выемок. Подпорные стены широко
применяются
в
промышленном,
гражданском,
дорожном,
сельскохозяйственном и гидротехническом строительстве.
2.2.Анализ конструкций и материалов используемых для строительства
подпорных стен.
Классификация подпорных стен может быть проведена по различным
признакам.
1. По назначению
можно разделить подпорные стены на стены,
поддерживающие насыпи, и стены, ограждающие выемки.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. По характеру работы различают подпорные стены - отдельно стоящие и
связанные с примыкающими сооружениями. Кроме того, следует различать
подпорные стены, не подвергающиеся давлению воды, и гидротехнические.
3. По высоте подпорные стены подразделяются на низкие — высотой до 10
м, средние — высотой от 10 до 20 м и высокие — высотой более 20 м.
4. По материалу подпорные стены могут быть железобетонными,
бетонными, бутобетонными, бутовыми, кирпичными, деревянными или
металлическими.
5. По принципу работы различают подпорные стены:
 Массивные, устойчивость которых обеспечивается в основном их
собственным весом и материал (бетон, бутовая или кирпичная
кладка) испытывает преимущественно сжимающие напряжения.
 Полумассивные, устойчивость которых обеспечивается как
собственным весом стенки, так и весом грунта, лежащего на
фундаментной плите. Такие стены обычно представляют собой
конструкцию из армированного бетона, в которой растягивающие
усилия воспринимаются стальной арматурой.
 Тонкоэлементные, обычно состоящие из связанных друг с другом
железобетонных плит. Устойчивость стен этого типа обеспечивается
в основном весом грунта над фундаментной плитой и лишь в
небольшой степени собственным весом. Также устойчивость стен
обеспечивается защемлением их в основание. Для уменьшения
глубины заложения таких стенок, а также для повышения их
жесткости применяются анкеры. Данный тип стены используется для
проектирования заглубленного силосохранилища.
Массивные, полумассивные и тонкоэлементные подпорные стены в отличие
от тонких можно отнести к категории гравитационных.
6. В зависимости от наклона задней грани можно разделить подпорные
стены на крутые, пологие и лежачие. При этом крутые стены могут иметь
прямой или обратный уклон.
7. По способу возведения различают подпорные стены монолитные и
сборные.
Монолитные подпорные стены выполняются из бетона, бутобетона,
бутовой или кирпичной кладок и железобетона. Их профили могут быть
самые разнообразные: прямоугольный, трапецеидальный с наклонной
передней гранью, трапецеидальный с наклонной задней гранью,
трапецеидальный с наклонными гранями, наклоненный в сторону засыпки, с
выступающим передним нижним ребром, ломаный, ступенчатый, с
разгрузочной площадкой, уголковый. Монолитные железобетонные
подпорные стены, как правило, делаются уголкового профиля и могут быть
консольными или контрфорсными (ребристыми). Сборные подпорные стены
чаще всего выполняются из железобетона и могут выполняться из отдельных
блоков или плит, собираемых на месте.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фундаменты подпорных стен по степени их заглубления могут быть
подразделены на два основных типа — неглубокого и глубокого заложения.
Подпорные стены могут быть возведены на естественном основании —
скальном или нескальном, на искусственном основании или на сваях.
Материалы подпорных стен. Выбор материала подпорной стены и ее
фундамента зависит
от многих факторов и требований, среди которых
основными являются: высота стены, требуемые долговечность,
водонепроницаемость, сейсмостойкость и стойкость против химической
агрессии, качество основания, наличие местных строительных материалов,
условия производства работ, средства механизации и условия сопряжения с
другими сооружениями. Существенным преимуществом железобетонных
подпорных стен является возможность применения монолитных, сборных
конструкций и возведения их с непосредственной передачей давления на
слабые грунты без устройства искусственного основания.
Применяемые железобетонные тонкоэлементные подпорные стены
являются наиболее экономичными, по сравнению с массивными бетонными,
и требуют приблизительно в два раза меньше цемента при незначительном
расходе арматуры. Бетон для железобетонных подпорных стен должен быть
плотным, марки от 150 до 600. Арматурой служат стальные стержни
диаметром до 40 мм периодического профиля классов А-П и А-Ш, а для
предварительно напряженных конструкций — высокопрочная проволока.
Для монтажной арматуры, а также для нерасчетных второстепенных частей
сооружений может применяться сталь класса A-I. Для сварки стержней
арматуры применяются электроды с качественными покрытиями типа Э42,
Э42А, Э50А и Э55 по ГОСТ 9467—60.
Применение бетонных подпорных стен целесообразно только при
высокой стоимости и дефиците арматуры, так как прочность бетона в
массивных подпорных стенах используется далеко не полностью. По этой
причине применение для них высоких марок бетона нецелесообразно, однако
по условию прочности не следует применять бетон марки ниже 150. Для
уменьшения объема кладки бетонные подпорные стены могут быть сделаны
с контрфорсами. Для бетонных подпорных стен постоянного профиля
наиболее
экономичным при высоте более 1,5 м будет профиль с
разгрузочной площадкой. Применяются и профили с наклонной передней
гранью, наклоненные в сторону засыпки, с выступающим передним ребром,
с наклонной подошвой, а при высоте до 1,5 м прямоугольные.
Подпорные стены из бутовой кладки требуют меньшего расхода
цемента по сравнению с бетонными, могут быть возведены в меньшие сроки
при более простой организации работ. Применение стен из бутовой кладки
целесообразно при наличии камня на месте. Бутовая кладка должна быть
выполнена из камня марки не ниже 150—200 на портландцементном
растворе марки не ниже 25—50, а лучше 100—200. Растворы, помимо
прочности, должны обладать пластичностью и водоудерживающей
способностью, для чего в их состав рекомендуется вводить
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пластифицирующие добавки. При выборе профиля подпорной стены из
бутовой кладки следует руководствоваться теми же соображениями, что и
для бетонных стен, однако избегая его усложнения.
Кирпичные стены допускаются высотой до 3—4 м. В этом случае
рекомендуется применять контрфорсы. Чаще всего кирпичные стены
прямоугольного или ступенчатого профиля применяются для небольших
подземных сооружений (стенок каналов, колодцев и т. п.). Для наружных
подпорных стен, подвергающихся атмосферным воздействиям, кирпичная
кладка нежелательна, а для гидротехнических стен непригодна. Для
кирпичных подпорных стен применяется хорошо обожженный кирпич марки
не ниже 200, на растворе марки не ниже 25. Применение силикатного
кирпича не допускается.
Для бетона, облицовки или внешнего слоя кладки разрешается применять
материал, выдерживающий стократное замораживание. Если же сооружение
располагается в зоне, где среднемесячная температура наиболее холодного
месяца выше минус 5°С, то
материал должен выдерживать только
пятидесятикратное замораживание.
При воздействии агрессивной среды следует применять камень устойчивый
против агрессии, специальный цемент для бетона и раствора, защитные
обмазки или облицовки.
Для стен, подвергающихся воздействию воды, следует
применять
гидротехнический бетон (ГОСТ 4795—56 «Бетон гидротехнический»), а
также кладку на цементном растворе или гидроизоляцию (цементная затирка,
железнение, торкрет, асфальтировка и пр.) В сейсмических районах высокие
и средней высоты подпорные стены следует делать только железобетонными.
Толщина поверху должна быть не меньше: для железобетонных стен 0,15 м,
для бетонных стен 0,4 м, для бутовых и бутобетонных стен 0,75 м, для
кирпичных стен 0,51 м.
2.3.Производство работ по строительству подпорных стен.
Способ возведения подпорной стены оказывает влияние на условия ее
дальнейшей работы, поэтому при расчете подпорных стен необходимо знать,
как будут производиться строительные работы. Для сооружения подпорной
стены неглубокого заложения на естественном основании может
устраиваться котлован в виде сплошной продольной выемки. Ширина
котлована определяется шириной подошвы сборной конструкции в плане, а
для монолитных стен должен быть обеспечен некоторый запас, необходимый
для установки подмостей и опалубки.
Выемка грунта из котлована выполняется механизированным способом, и
только зачистка котлована и небольшие выемки в стесненных местах
производятся вручную. Для разработки грунта применяют одноковшовые
экскаваторы с прямой или обратной лопатой, драглайны и др.
Для монтажа подпорных стен из сборного железобетона применяются
самоходные стреловые краны на автомобильном, пневмоколесном и
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гусеничном ходу, а также экскаваторы, снабженные сменным крановым
оборудованием. Обратная засыпка котлована за подпорной стеной обычно
производится бульдозерами. Для обратной засыпки применяют местные
крупнообломочные грунты, пески, супеси, а иногда и суглинки, которые
уплотняются трамбовками, катками или вибраторами до достижения степени
уплотнения 0,95—0,9.
Перспективной технологией возведения монолитной железобетонной
подпорной стены является строительная технология «Стена в грунте»,
которая применена при проектировании заглубленной силосной траншеи.
2.4. Основные теории и методики расчета подпорных стен.
Теория давления грунтов и теория расчета подпорных стен получили в
последние годы
значительное развитие и уточнение в нескольких
направлениях:
 На смену старой теории давления грунтов, основанной на грубых
допущениях Кулона, появилась строгая теория В. В. Соколовского,
которая в настоящее время уже достаточно разработана и
используется во многих случаях практики.
 Установлены пределы практической применимости теории Кулона; в
тех же случаях, когда она дает недопустимые погрешности (пологие
стены и нижние грани ломаных стен), внесены необходимые
уточнения, сближающие результаты этой теории с теми, которые дает
теория В. В. Соколовского.
 Взамен старой методики расчета подпорных стен по разрушающим
нагрузкам и общему коэффициенту запаса уже не только
применяется, но и получила официальное утверждение в
Строительных нормах проектирования мостов (СН-200—62)
методика расчетных предельных состояний с расчлененным на
составные части коэффициентом запаса.
 Разработана новая методика проверок устойчивости подпорной
стены, учитывающая прочность и деформацию ее основания к
соответствующая новой трактовке коэффициента запаса.
 Взамен применяемых в настоящее время формул теории упругих тел
(теории «Сопротивления материалов») для определения напряжений
в материале подпорной стены получили широкое распространение и
официальное утверждение формулы, учитывающие пластичность
таких материалов, как железобетон, бетон и каменная кладка.
 Разработана техника подбора ширины профиля подпорной стены
исходя из существующих требований, и выявлена математическая
связь между результатами, вытекающими из различных требований.
Массивные подпорные стены, расчет которых до сих пор только и
рассматривался в курсах строительной механики, в значительной степени
вытеснены
более
экономичными
тонкоэлементными
сборными
конструкциями из железобетона. Тонкие, сохраняют устойчивость с
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
помощью защемления их в грунтовом основании и, если необходимо,
дополнительно анкеруются.
Давление, оказываемое грунтом засыпки на заднюю грань стены,
может реализоваться в разных видах и значениях, в зависимости от
конструктивных особенностей стены, от прочностных характеристик грунта
засыпки и основания, от величины и направления перемещений стенки.
При отсутствии перемещения стенки в сторону от засыпки давление
реализуется в виде давления покоя Е0 (в таком случае грунт засыпки
находится в условиях компрессионного напряженного состояния). Активное
давление грунта Еа (распор) реализуется при перемещении стенки в сторону
от засыпки и соответствует минимальному значению давления грунта.
Пассивное давление Еп (отпор стены) реализуется при перемещениях стены в
сторону засыпки и соответствует максимальному значению давления грунта.
На рисунке 5 показана кривая изменение давления грунта засыпки Е на
подпорную стену в зависимости от ее перемещения U
E
Eп
Eo
Eа
+U
-U
Рисунок 5. Изменение давления грунта засыпки Е на подпорную стену в зависимости от ее
перемещения U
Обычно в инженерных расчетах используют величину активного
давления Еа , которое реализуется при достаточно малых перемещениях
стенки. В этом случае конструкция стены получается более экономичной,
чем в расчетах с использованием давления покоя Е0 . Под воздействием
активного давления Еа стена получает обычно небольшую величину
перемещения от засыпки, которое не может, как правило, реализовать
полную величину отпора Еп. Для реализации полной величины Еп
потребуется такая величина перемещения (вследствие уплотняемости
грунта), которая не может быть допущена в условиях нормальной
эксплуатации стены.
Теоретической базой расчетов подпорных стен служит гипотеза Ш. Кулона,
основанная на следующих положениях:
1) в грунте засыпки при наступлении предельного состояния образуется
призма обрушения АВД (рисунок 6), ограниченная от остального грунта,
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
находящегося в допредельном состоянии, плоской поверхностью скольжения
- обрушения АД
D
B
Gст
n
Ea
Eп
Gф
O1


G


O
T
ли
n
n
R
ни
б
яо
ру
н
ше
ия

n
A
Рисунок 6. Призма обрушения грунта
2) угол наклона плоскости обрушения АD должен быть таким, чтобы
величина активного давления Еа была максимальной;
3) реакция R со стороны грунта, находящегося в допредельном
состоянии, отклонена от нормали к плоскости обрушения АD на угол
внутреннего трения φ в сторону, противоположную движению призмы
обрушения;
4) сила активного давления Еа (реакция активного давления),
действующая на заднюю грань стены АВ, отклоняется от нормали к ней на
угол  . Угол  является углом трения грунта засыпки по материалу стенки.
Призма обрушения находится в равновесии под действием сил G
(собственного веса) R и Еа .
Расчет подпорной стены можно вести и другими методами, используя,
например, решения теории предельного состояния сыпучей среды
(численные методы) или графоаналитические методы. Однако в силу того,
что по этим методам получаются решения, близкие к результатам расчетов
по теории Ш.Кулона, последний метод (т.е. метод Кулона), как наиболее
простой, получил наибольшее распространение при проектировании
подпорной стены.
Аналитический метод.
При прямолинейных очертаниях задней грани стены и поверхности засыпки
интенсивность активного давления еа определяется по формуле:
еа = γ зас · z · ξа ,
где γ зас - удельный вес грунта засыпки,
(2)
кН
;
м3
z – глубина залегания рассматриваемой точки, м, от поверхности засыпки
(точка В), в которой определяется величина еа;
ξа – коэффициент бокового активного давления грунта.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ξа =
1
(1  zà ) 2

cos2 (   )
,
cos2   cos(   )
(3)
где
zа =
sin(   )  sin(   )
cos(   )  cos(   )
(4)
Формулы (3,4) приведены для положительных значений углов ε и α. При
отрицательных значениях ε и α знаки перед этими углами в указанных
формулах меняются на обратные.
Расчет выполняется для 1 пог. м подпорной стены, поэтому размерность
интенсивности давления -
кН
м.
.
Величины горизонтальных еаг
и вертикальных еав составляющих
определяются по следующим формулам:
еаг = еа · cos (ε + δ);
(5)
еав = еа · sin (ε + δ);
(6)
На рисунке 7 представлены эпюры давлений еа, еаг, еав, и еп при
отсутствии пригрузки q на поверхности засыпки. Причем на рисунке 7 а,
давление показано приложенным к задней поверхности стены, а на рисунке 7
(б, в и г) – условно приведенным к вертикальной плоскости. Горизонтальную
штриховку на рисунке 7 г не следует отождествлять с направлением действия
вертикального давления. На этом же рисунке приведены равнодействующие
указанных давлений, приложенные на высоте
Величины
равнодействующих
соотношений, кН:
Еа =
Н
от подошвы стены.
3
определятся
1
· γзас · Н2 ·  а;
2
из
следующих
(7)
Еаг = Еа· cos (ε + δ);
(8)
Еав = Еа· sin (ε + δ).
(9)
В случае действия равномерно распределенной пригрузки q по поверхности
засыпки ее заменяют эквивалентным ей по весу слоем грунта высотой
hпр =
q
(10)
 зас
Тогда активное давление на уровне верха стенки определится по формуле:
еа1 = γзас · hпр ·  а ,
47
(11)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а в уровне подошвы – еа2 = γзас · (hпр + Н) ·  а ,
эп eа
эп eа
B

Ea

Eаг
Eав
ЭП
eп
(12)
эп eаг
эп
eав
Ц.Т.
Eп

eп
A
eаг2
ea2
а)
б)
в)
eав2
г)
Рисунок 7. Эпюры интенсивности давления грунта на подпорную стену
На этом же рисунке приведены равнодействующие указанных
давлений, приложенные на высоте
Н
от подошвы стены. Величины
3
равнодействующих определятся из следующих соотношений, кН:
Еа =
1
· γзас · Н2 ·  а ;
2
(13)
Еаг = Еа· cos (ε + δ);
(14)
Еав = Еа· sin (ε + δ).
(15)
В случае действия равномерно распределенной пригрузки q по
поверхности засыпки ее заменяют эквивалентным ей по весу слоем грунта
высотой
hпр =
q
(16)
 зас
Тогда активное давление на уровне верха стенки определится по
формуле:
еа1 = γзас · hпр ·  а ,
а в уровне подошвы – еа2 = γзас · (hпр + Н) ·  а ,
48
(17)
(18)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Равнодействующая трапецеидальной эпюры активного давления
определится по формуле
Еа =
еа 1  еа 2
·Н
2
(19)
Н Н  3hпр
·
3 H  2hпр
(20)
и будет приложена к задней поверхности стены в точке, отстоящей по
вертикали от подошвы на расстоянии
hо =
Вертикальная Еав и горизонтальная составляющая Еаг в этом случае
будут также определяться по формулам (14,15).
Величина интенсивности пассивного давления еп , действующего на
переднюю грань фундамента подпорной стенки высотой d, определится из
выражения
еп = γзас · z · ξп ,
(21)
где z – ордината, отсчитываемая от поверхности грунта основания, м;
ξп – коэффициент бокового давления отпора (пассивного давления ),
определяемый по формуле:
ξп = tq2 (450 +

),
2
(22)
где φ- угол внутреннего трения грунта, лежащего в пределах глубины
заложения d.
Коэффициент ξп определяется по формуле (22) при α = 0, ε = 0 и δ = 0.
Величина -
Еп =
 зас  d 2
· ξп .
2
Сила отпора приложена на высоте
(23)
d
от подошвы фундамента стены.
3
РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Расчет по первой группе предельных состояний.
Р а с ч е т п р о ч н о с ти г р у н т а о с н о в а ни я .
Расчет сводится к определению среднего рср , максимального рmaх и
минимального рmin напряжений по подошве фундамента стены, исходя из
линейной зависимости распределения контактных давлений, что
оправдывает применение формул сопротивления материалов для
центрального и внецентренного сжатия:
рср =
pmaх =
R
N1
≤
;
g
A
  R
N1
M
+ 1 ≤ с ;
g

W
49
(24)
(25)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рmin =
N1 M 1
≥ 0,

W
(26)
где N1 и М1 – соответственно сумма всех расчетных вертикальных сил в
уровне подошвы фундамента и момент всех расчетных сил относительно оси,
проходящий через центр тяжести подошвы (точка О);
W - момент сопротивления подошвы стены относительно той же оси,м3
А – площадь подошвы фундамента, м2 ;
R – расчетное сопротивление грунта основания, кПа;
γg – коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;
γс – коэффициент условий работы, принимаемый в расчете равным 1 для рср и
1,2 для pmaх.
Площадь подошвы стены (для случая плоской задачи)
A = b · 1,
(27)
где b – ширина подошвы фундамента стены, м.
Момент сопротивления W =
1  b2
, м
6
3
(28)
Расчетное сопротивление, кПа,
R = 1.7 { R0 [1 + k1 · (b – 2)] + k2 · γ · (d – 3)},
(29)
где R0 – условное расчетное сопротивление грунта, залегающего под
подошвой фундамента, принимаемое по табл. 5 – 6 прил. 2[47];
γ - расчетное значение удельного веса грунта, расположенного в пределах
глубины заложения фундамента,
кН
;
м3
d – глубина заложения фундамента, м;
k1, k2 – коэффициенты, принимаемые по СНиПам[3,17,20].
Р а с ч е т у с т о й ч ив о с т и с т е н к и п р о т и в о п р о к и д ы в а н и я .
Расчет сводится к выполнению условия
М и1
М z1
≤
m
,
п
(30)
где Мu1 – расчетный момент опрокидывающих сил относительно оси
возможного поворота (вокруг точки О 1);
Мz1 – расчетный момент удерживающих сил относительно той же оси;
m – коэффициент условий работы, принимаемый при нескальных
основаниях равным 0,8;
γn – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.
Р а с ч е т у с т о й ч ив о с т и с т е н ы п р о т и в с д в и г а .
Расчет сводится к выполнению условия
Q r1
Q z1
≤
m
n
,
(31)
где Qr1 – расчетная сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих
сил на направлении возможного сдвига;
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Qz2 – расчетная удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих
сил на направлении возможного сдвига;
m – коэффициент работы, принимаемый равным 0,9;
γn - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.
Расчет по второй группе предельных состояний
Расчет сводится к определению положения равнодействующей NII в
плоскости подошвы фундамента. Эта проверка косвенно контролирует крен
стены и выполняется при условии
е0
≤ ,

где
е0 =
М II
N II
(32)
- эксцентриситет вертикальной равнодействующей NII
относительно центра тяжести площади подошвы фундамента при моменте
М II – относительно главной центральной оси подошвы;
ρ=
W
- радиус ядра сечения площади подошвы фундамента.
A
Величина  = 0,8 (при учете только постоянных нагрузок).
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАГРУЗОК, НЕСУЩЕЙ
СПОСОБНОСТИ И ПРЧНОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ ЗАГЛУБЛЕННОГО СИЛОСОХРАНИЛИЩА
С АНКЕРНЫМ КРЕПЛЕНИЕМ
С использованием компьютерного моделирования в программном
комплексе ПК ЛИРА 9.6.
Программа, методика исследований и расчетов конструкций
силосохранилища.
3.1. Расчет стены в грунте усиленной анкерами совместно с грунтовым
массивом котлована (применение нелинейных элементов грунта).
3.2. Расчет анкерных креплений стен силосохранилища.
3.3. Расчет днища силосохранилища в ПК «Мономах»
Исходные данные для проектирования, в т.ч. расчетные характеристики
физико-механических свойств грунтов и составление расчетных схем.
Методика выполнения расчетов по двум предельным состояниям:
 Первая группа (по несущей способности) предусматривает
выполнение расчетов:
- по устойчивости положения стены против сдвига и прочности
грунтового основания;
- по прочности материала стены.
 Вторая группа (по пригодности к эксплуатации) предусматривает
проверку:
- оснований на допускаемые деформации;
- элементов конструкций на допустимые величины раскрытия трещин
3.4. Компьютерное моделирование с использованием современного
программного комплекса «ЛИРА». Результаты экспериментальных
исследований на компьютерной модели силосохранилища.
3.5. Разработка конструкции анкерного крепления стен силосохранилища и
устройства для его погружения
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
+0.700
1500
0.000
1
1
350
- 3.900
- 4.800
30
- 2.900
0.03
2
3
300
- 1.000
- 1.100
2
0.03
3
- 4.200
400
12000
400
Рисунок 8. Геометрические размеры сооружения.
В результате инженерно-геологических изысканий составлен разрез
(рисунок 9).
53
описание
грунтов
стратиграф.
грунтовая насыпь
Условное обозначение грунтов
3.1. Расчет стены в грунте усиленной анкерами совместно с грунтовым
массивом котлована (применение нелинейных элементов грунта).
Расчет монолитной железобетонной подпорной стены в грунте
силосохранилища производится, как для гибкой подпорной стены с
консольным защемлением и одним рядом анкерных креплений.
3.1.1. Исходные данные на проектирование:
 Монолитная железобетонная подпорная стена относится ко II-му
уровню надежности по ответственности, γ=0,95.
 Полная высота подпорной стены Hп = 4.9м.
 Расчетная высота H = 4.2м (задаётся от уровня нулевой отметки).
 Ширина подпорной стены по основанию B = 0.4м.
 Высота подпора грунта hп = 2.9 м.
 Глубина заложения подошвы (консольно защемленной части) hз =
1,3м (с учетом толщины днища).
 Отметка уровня подошвы стены – «-4,200».
 Днище – монолитное железобетонное.
 Толщина днища tдн= 0.3м.
 Отметка уровня верха днища – «-2,900».
 Уклон днища – i=3%.
 Плотность бетона стены и днища, учитывая низкий процент
армирования: ρж/бн= 25 кН/м3.
Геометрические размерысооружения представлены на рисунке 8.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 9. Инженерно-геологический разрез по площадке строительства.
коэффициент
пористости
показатель
текучести
абсолютная отм.
подошвы слоя, м
мощность слоя,м
глубина подошвы
слоя, м
описание
грунтов
стратиграф.
индекс
Условное обозначение грунтов
За основу залегания грунтов взяты данные расположения слоев грунта по
скважине №2 (рисунок 10).
Рисунок 10. Разрез по скважине №2.
Основные физико-механические свойства грунтов представлены в
таблице16.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 16. Расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов.
S ,
Наименование грунта
Для расчета по
Угол
3
Сло
деформациям
естественн
г см
й
Коэффици ого откоса
 II ,  II ,
Е0 ,
3
ент порис- при естестг см град. с II ,
МПа
тости «е» венной
кПа
влажности,
град.
1,8
1
Супесь пластичная
7
1
27,0
0,59
40
3
5
2
Суглинки пылеватые,
тяжелые, полутвердые и
тугопластичные,макропор
истые, просадочные
I-го типа
1,8
7
21
23
2,71
0,75
45
7,6
3
Пески мелкие, с средней
плотности
1,8
32
2
2,65
0,65
36
20
Расчет проводится для следующих этапов по мере разработки
котлована:
Этап 1. Грунт отрыт до отметки «-1,500», при которой производится установка
анкерного крепления. Расчетная схема для этого этапа представляют собой консольнозащемленную подпорную стену, показанную на рисунке 11.
q
0.000
1
qдн
- 2.900
- 3.200
- 3.900
3
- 4.200
Рисунок 11. Расчетная схема первого этапа.
Этап 2. Грунт отрыт до отметки «-3,200». Проведены работы по устройству днища.
Стены сооружения в этом случае представляют собой одноанкерную тонкую
подпорную стену. Опора (анкер) воспринимает полную нагрузку. Работа днища в
качестве распора не учитывается, т.к. бетон не набрал проектной прочности. Стена
сооружения в этом случае рассчитывается как балка на опоре и консоли, загруженная
трапецеидальной нагрузкой. Расчетная схема для этапа 2 показанна на рисунке12.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
q
0.000
- 1.000
1
- 1.100
Ra
30
350
qдн
- 2.900
2
- 3.200
- 3.900
3
- 4.200
Рисунок 12. Расчетная схема второго этапа.
Согласно [1] расчет произведен по двум группам предельных состояний:
1. Первая группа (по несущей способности)
предусматривает выполнение расчетов:
 по устойчивости положения стены против сдвига и прочности
грунтового основания;
 по прочности материала стены.
2. Вторая группа (по пригодности к эксплуатации) предусматривает
проверку:
 основания на допускаемые деформации;
 элементов конструкций на допустимые величины раскрытия трещин.
3.1.2. Расчет гибкой незаанкеренной подпорной стены (первый этап).
Устойчивость незаанкеренных тонких стен обеспечивается только
сопротивлением грунта, в котором они защемлены. При этом с наружной
стороны сооружения учитывается активное давление грунта, а с внутренней
– пассивное.
Давление грунта.
Согласно требований [1] значения характеристик грунтов природного
(ненарушенного) сложения следует устанавливать, как правило, на основе их
непосредственного испытании в полевых или лабораторных условиях и
статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20522-75.
Значения характеристик грунтов:
 нормативные - n, n и с n;.
 для расчетов конструкций оснований по первой группе предельных
состояний - I, I, и с I;
 то же, по второй группе предельных состояний - II,  II и c II.
Расчетные значения характеристик грунта ненарушенного сложения
принимаются следующими:
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
I =1,05n; II =n; I =n; II =n; сI = сn/1,5; cII = сn,
где - коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,1 для
песчаных и 1,15 для пылевато-глинистых грунтов.
Значения характеристик грунтов засыпки (,  и с), уплотненных согласно
нормативным документам с коэффициентом уплотнения ky не менее 0,95 от
их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по
характеристикам тех же грунтов в природном залегании. Соотношения
между характеристиками грунтов засыпки и грунтов природного сложения
принимаются следующие:
 II= 0,95I;  I = 0,9I; с I = 0,5сI, но не более 7 кПа (0,7 тс/м2);
 II=0,95II;  II=0,9II; с II=0,5c II, но не более 10 кПа (1 тс/м2).
Примечание. Для сооружений с глубиной заложения 3 м и менее предельные
значения удельного сцепления грунта засыпки сI, следует принимать не
более 5 кПа (0,5 тс/м2), а сII не более 7 кПа (0,7 тс/м2).
Коэффициенты надежности по нагрузке I при расчете по первой группе
предельных состояний должны приниматься по таблице 17, а при расчете по
второй группе - равными единице.
Таблица 17. Коэффициенты надежности по нагрузке I
Коэффициент
Нагрузки
надежности по
нагрузке I
Постоянные
Собственный вес конструкции
Вес грунта в природном залегании
Вес грунта в засыке
Вес насыпного грунта
Гидростатическое давление
грунтовых вод
Временные длительные
Равномерно распределенная нагрузка
Временные кратковременные
От колесной ПК-80 нагрузки
1,1
1,1
1,15
1,2
1,1
1,2
1
Активное давления грунта
Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственного
веса Р, на глубине у (рисунок 13а) следует определять по формуле:
Раh =[fh - с (К1 + K2)] y/h,
(33)
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где К1 - коэффициент, учитывающий сцепление грунта по плоскости
скольжения призмы обрушения, наклоненной под углом 0 к вертикали; К2 - то
же, по плоскости, наклоненной под углом в к вертикали.
К1 =2cos0cos/sin(0+);
(34)
K2 =  [sin (0 - ) cos (0 +)/sin 0 cos (- ) sin (0 + )] + tg, (35)
где  - угол наклона расчетной плоскости к вертикали; - то же, поверхности
засыпки к горизонту; 0 - то же, плоскости скольжения к вертикали;
 - коэффициент горизонтального давления грунта. При отсутствии
сцепления грунта по стене K2 = 0.
Коэффициент горизонтального давления грунта определяется по формуле:


  cos    / cos   1 


2
sin    sin     
  ,


cos    cos     

(36)
где  - угол трения грунта па контакте с расчетной плоскостью (для гладкой
стены  = 0, шероховатой  = 0,5, ступенчатой  = ).
а)
q
h
h
у
p
б)
hн
р
Pа
во
в)
Pп
Pq
?0
ув
h
уа
qv
а
Pqv
Рисунок 13. Схемы давления грунта.
а) – активное и пассивное давления от собственного веса грунта; б) – от сплошной
равномерно распределенной нагрузки; в) – от полосовой нагрузки.
Угол наклона плоскости скольжения к вертикали 0 определяется по
формуле:
tg 0 = (cos - cos)/(sin - sin),
(37)
где  = cos ( - )/  cos  .
При горизонтальной поверхности засыпки  = 0, вертикальной стене  =0 и
отсутствии трения и сцепления со стеной  = 0, К2 = 0 коэффициент бокового
давления грунта , коэффициент интенсивности сил сцепления К 1 и угол
наклона плоскости скольжения 0 определяются по формулам:
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»



K1  2  ,

(38)


 0  45   / 2.

При  = 0,   0,   0 значение угла наклона плоскости скольжения к
вертикали 0 определяется из условия:
tg0 = (cos -  )/sin.
(39)
2
  tg  0
Пассивное давление грунта
Пассивное давление возникает при перемещении подпорной стенки в
сторону грунта. Тогда, согласно рисунку13а, интенсивность пассивного
давления на глубине hy определяется для связного грунта (с > 0) по формуле:
Ррh =[fh ph +4с*tg(45+ф/2) ] hy/hн,
(40)
В расчетах устойчивости стен при глубинном сдвиге на нескальном ос новании на передней грани определяется пассивное давление. Во многих
случаях передняя грань представляет вертикальную плоскость. Для ограждающей вертикальной поверхности (ξ= 0) при горизонтальной отсыпке (р=0)
интенсивность пассивного давления грунта определяется по формуле:
Ррh =[fh ph +с*tg( ph-1) ] hy/hн,
(41)
где λph— коэффициент пассивного давления грунта.

ph
2

 tg ( 45   / 2)
(42)
Давление грунта от равномерно распределенной нагрузки
Интенсивность горизонтального давления грунта от равномерно
распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы
обрушения, следует определять по формулам:
при сплошном и фиксированном расположении нагрузки (рисунок 13 б)
Рq = qf;
(43)
где f=1,1 – коэффициент надежности по нагрузке.
при полосовом расположении нагрузки (рисунок 13в)
Pq = qf/( 1 + 2 tg 0уа/b0).
(44)
Расстояние от поверхности грунта засыпки до начала эпюры интенсивности
давления грунта от нагрузки уа, определяется выражением уа = a/(tg 0 +tg ).
При полосовой нагрузке (рисунок 13в) протяженность эпюры давления по
высоте yb =(b0 + 2tg0ya)/(tg + tg0), но принимается не более величины
уb  h - yа.
Временные нагрузки от подвижного транспорта следует принимать в
соответствии со СНиП 2.05.03-84 “Мосты и трубы” в виде нагрузки НК-80 - от
колесной нагрузки.
Примечания: 1. СК - условная эквивалентная равномерно распределенная
нормативная нагрузка от подвижного состава железных дорог на 1 м пути,
ширина которого принимается равной 2,7м
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. НК-80 - нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на колесном
ходу весом 785 кН (80 тс).
Нагрузки от подвижного транспорта (рис.13в) приводятся к эквивалентной
равномерно распределенной полосовой нагрузке при следующих исходных
данных: для НК-80 - b0 = 3,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа,
q = 112/(1,9 + yatg0);
(45)
Определение расчётных значений горизонтальных нагрузок.
Активные нагрузки.
Горизонтальные составляющие интенсивности активного расчётного
давления со стороны насыпи вычисляются в характерных точках по высоте
сооружения по формуле:
,
(46)
у - высота слоя, м;
где - удельный вес грунта,кг/м3;
h – высота слоя, м.
=
коэффициент активного давления, определяемый по формуле (42).
На отметке «-1,100».
2
 ah  tg ( 45  3,5)  0,6
На отметке «-3,900».
ah  tg (45  10 ,5)  0.472355
2
37.6
На отметке «-4,200».
ah  tg (45  16 )  0.30725
2
39.26 кН
Пассивные нагрузки.
Горизонтальные составляющие интенсивности пассивного расчётного
давления с внутренней стороны стены вычисляются в характерных точках по
высоте сооружения.
- коэффициент пассивного давления, определяемый по формуле (42).
На отметке «-3,900».
2
рh  tg (45  9)  2.117
95.03
На отметке «-4,200».
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рh  tg 2 (45  16)  3.254588
112.61
Равномерно распределенная нагрузка от транспорта.
На расстоянии а=1,5 м от подпорной стены приложена полосовая нагрузка
от транспорта.
Временные нагрузки от подвижного транспорта приняты в соответствии со
СНиП 2.05.03-84 “Мосты и трубы” в виде нагрузки НК-80 - от колесной
нагрузки. НК-80 - нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на
колесном ходу весом 785 кН (80 тс).
Нагрузки от подвижного транспорта (рис. 13в) приводятся к эквивалентной
равномерно распределенной полосовой нагрузке при следующих исходных
данных:
для НК-80 - b0 = 3,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа, по формуле (45)
q = 112/(1,9 + yatg0)= 112/(1,9 + 2,07tg35,94о)= 32.935кПа;
Интенсивность горизонтального давления грунта от полосовой равномерно
распределенной нагрузки от транспорта q, расположенной на поверхности
призмы обрушения, следует определять по формуле:
Pq = qf/( 1 + 2 tg (0)уа/b0)= 32,935*1,1*0,526/( 1 + 2*tg (35,94)2,07/3,5)=
10.26 кН/м2.
.
Коэффициент горизонтального давления грунта согласно формулы (42):
2

2

  tg ( 45   / 2)  tg ( 45   / 2)  0.526 ,
где <  >-осредненное значение угла внутреннего трения на контакте с
ограждением, равное:
<ϕ> = (∑ϕi*hi)/∑hi=(7*1,1+21*2,8+32*0,3)/4,2=18,12о,
0= 450- φ /2= 35,940
Расстояние от поверхности грунта засыпки до начала эпюры интенсивности
давления грунта от нагрузки уа:
уа = a/(tg 0 +tg )= 1,5/(tg35,94о +tg 0о)= 2.07м.
где =0о - угол наклона расчетной плоскости к вертикали.
Протяженность эпюры давления по высоте:
yb =(3,5 + 2tg(35,94)2,07)/(tg0 + tg35,94)=4,22м
уb =4,22м  h - yа=4,2 – 2,07=2,13м. Принимаем уb =2,13м.
Равнодействующая горизонтального давления от полосовой нагрузки:
Eq=Рq*уb=10,26*2,13=21,854кН/м
Величины активного и пассивного давлений и давления от равномерно
распределенной нагрузки на участок ограниченной поверхности определяется
как площадь составляющей эпюры интенсивности давления. Эпюры и
равнодействующие интенсивности давлений показаны на рисунке 14.
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
+0.100
0.000
1
Еа1=7,07
- 1.500
12.865
- 1.100
2
Еа2=70.65
Ер1=114,03
Еq=21.854
Еа3=11,53
10,26
37.6
39.26
- 3.900
95.03
Ер2=31,14
112.61
- 4.200
3
Рисунок 14. Схема к расчету подпорной стены на первом этапе.
Расчет устойчивости положения стены от сдвигающей
силы
производится из условия
Fsa ≤ ϒ c Fsr / ϒ n ,
(47)
где Fsa - сдвигающая сила, равная сумме проекции всех сдвигающих сил на
горизонтальную плоскость; F sr - удерживающая сила, равная сумме проекций
всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость; ус - коэффициент
условий работы грунта основания: для песков, кроме пылеватых - 1 ; для
пылеватых песков, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном
состоянии - 0 ,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном
состоянии - 0 ,85; для скальных, невыветрелых и слабовыветрелых грунтов - 1;
выветрелых - 0,9; сильновыветрелых - 0,8; ϒ n - коэффициент надежности по
назначению сооружения, принимаемый равным 1,2, 1 ,15 и 1,1 соответственно
для зданий и сооружений I , II и III класса.
Сдвигающая сила Fsa определяется по формуле:
Fsa = Fsa,у + Fsa,q=89,25+21,854=111,104кН/м ,
где Fsa,у – сдвигающая сила от собственного веса грунта равна:
Fsa,q=21,854кН/м- сдвигающая сила от распределенной нагрузки,
расположенной на поверхности призмы обрушения.
Fsa,у = ∑Еаi =7,07+70,65+11,53= 89,25кН/м,
Удерживающая сила F sr для нескального основания определяется по
формуле :
Fsr = Fv tg( ϕI - β ) + bс I + Еr.
с I=сn/1,5=20,7/1,5=13,8 кПа
с n – средневзвешенный по высоте нормативный коэффициент сцепления
грунта.
с n = (∑с ni*hi)/∑hi=(23*2,4+2*0,3)/2,7=20,7кПа
Fv - сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость.
С учетом того, что стена имеет достаточную толщину, чтобы считаться
массивной, F v определяется по формуле:
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Fv = Fsa tg( ξ + δ ) + Gст + уI tgβ*b 2/2,
ξ = 0о - угол отклонения поверхности стены, соприкасающейся с грунтом, от
вертикали.
δ = ϕI= ϕn*yϕ=22,2*1,1=24,4о - угол трения грунта на контакте с расчетной
плоскостью.
yϕ=1,1 – коэффициент надежности по грунту, для песчаных грунтов.
ϕn - средневзвешенный по высоте нормативный угол внутреннего трения
грунта.
ϕn= (∑ϕni*hi)/∑hi=(21*2,4+32*0,3)/2,7=22,2о
Расчет устойчивости подпорных стен против сдвига должен
производитьсядля трех значений угла β (для грунта основания стены) (β = 0,
β = ϕI /2 и β = ϕI).
Gст= рж/бн * tст * Нст= 25*0,4*5,3=53кН/м
уI =1,05*уn=1,05*18,6=19,53 кН/м3.
уn - средневзвешенный по высоте удельный вес грунта, кН/м3.
уn = (∑уni*hi)/∑hi=(18,7*2,4+18*0,3)/2,7=18,6 кН/м3.
Подставив данные, получаем:
Fv(β=0) = 111,104tg(24,4о) + 53 +19,53tg0*0,42/2=103,4 кН/м,
Fv(β= ϕI /2) = 111,104tg(24,4о) + 53 +19,53tg(24,4о /2)*0,42/2=103,74 кН/м,
Fv(β= ϕI) = 111,104tg(24,4о) + 53 +19,53tg(24,4о)*0,42/2=104,1 кН/м,
Удерживающая сила Fsr:
Fsr(β=0) = Fv tg( ϕI- β )+bсI+Еr =103,4* tg(24,4о - 0 )+0,4*13,8+114,03+
31,14=197,6кН/м
Fsr(β=ϕI /2) = Fv tg( ϕI- β )+bсI+Еr+Ra+Fsr,q=103,74*tg(24,4о - 24,4о/2)+
0,4*13,8+114,03+ 31,14=173,12кН/м
Fsr(β=ϕI) = Fv tg( ϕI-β)+bсI+Еr+Ra+Fsr,q=104,1*tg(24,4о - 24,4о)+
0,4*13,8+114,03+ 31,14= =150,7кН/м
111,104<0,9*150,7 / 1,15=123,3кН/м , - условие выполнено. Устойчивость
стены от сдвигающей силы обеспечена.
3.1.3. Расчет прочности грунтового основания
Расчет прочности основания производится для всех скальных и нескальных
грунтов при tg δ1 < sinϕI из условия:
Fv ≤ ус Nu / уn
(48)
Тангенс угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на
основание определяется из условия : tg δ 1= Fsa /Fv.
(49)
tg δ1= 111,104/103,4=1,07>sin24,4=0,41, т.е. прочность основания обеспечена
Расчет оснований по деформациям
При отсутствии специальных технологических требований расчет
деформации основания считается удовлетворительным, если среднее
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
давление на грунт под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не
превышает расчетного сопротивления грунта основания R , а краевые - 1,2 R.
Т.к. нагрузка Fv симметрична относительно центра тяжести, то достаточно
выполнения условия:
Р ≤ R.
Р=Fv/b=103,4/0,4=258,5 кН/м2.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формуле:
R = ( уc1 уc2 /k ) (Mу*b*уII + Mq*d*уII‘+ Mc*c II)
(50)
уc1=1,3; уc2=1 - коэффициенты условий работы, принимаемые по
таблице[2];
k - коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики
грунта ϕ и с определены непосредственными испытаниями;
Му=1,34, Мq=6,34, Мс=8,55 - коэффициенты, принимаемые по [2] в
зависимости от угла внутреннего трения ϕ=32о;
, -удельный вес грунта основания;
cII= 2 кПа, - удельное сцепление грунта основания;
b= 0,4м - ширина подошвы фундамента;
d= 2,7м - глубина заложения подошвы фундамента от нижней
планировочной отметки.
R = (1,3/1) (1,34*0,4*18+6,34*2,7*18+8,55*2)= 435.33кН/м 2
435.33 кН/м2 >258,5 кН/м2. Условие обеспечено. Продавливание грунта
под собственной массой не происходит.
3.1.4. Расчет гибкой стены с одной опорой (анкером) - второй этап.
Устойчивость
заанкеренной
подпорной
стены
обеспечивается
сопротивлением грунта, тягой анкера. При этом с наружной стороны
сооружения учитывается активное давление грунта, а с внутренней –
пассивное.
Определение расчётных значений горизонтальных нагрузок.
Активные нагрузки.
Горизонтальные составляющие интенсивности активного расчётного
давления с наружной стороны стены те же, что и в расчете первого этапа.
Пассивные нагрузки.
Горизонтальные составляющие интенсивности пассивного расчётного
давления с внутренней стороны стены вычисляются в характерных точках по
высоте сооружения.
- коэффициент пассивного давления
На отметке «-3,900».
рh  tg 2 (45  9)  2.117
27.73
На отметке «-4,200».
рh  tg 2 (45  16)  3.254588
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45.31
Горизонтальная составляющая равномерно распределенной нагрузки от
днища.
Интенсивность горизонтального давления грунта от равномерно
распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы
обрушения, при сплошном и фиксированном расположении нагрузки следует
определять по формуле:
q = ρ ж/бн * tдн.= 25* 0,3=7,5 кН/м2 –распределенная нагрузка от днища.
уf =1,1 - коэффициент надежности по нагрузке.
При горизонтальной поверхности засыпки (уклон днища не учитываем),
вертикальной стене и отсутствии трения и сцепления со стеной δ = 0, К 2 = 0
коэффициент бокового давления грунта λ, определяется по формуле:
λ =tg2(45-φ/2)
На отметке «-3,900».
2
  tg (45  10 ,5)  0.472355
Рq1=7,5*1,1* 0.472355=3,9кН/м 2
На отметке «-4,200».
2
  tg (45 16)  0.30725
Рq2=7,5*1,1* 0.30725=2,53кН/м2
Равномерно распределенная нагрузка от транспорта.
Интенсивность горизонтального давления грунта от полосовой равномерно
распределенной нагрузки от транспорта q, расположенной на поверхности
призмы обрушения та же, что и в первом этапе.
Величины всех полученных интенсивностей давлений на участок
ограниченной поверхности определяются как площадь составляющей эпюры
интенсивности давления. Эпюры и равнодействующие интенсивности
давлений показаны на рисунке 15.
+0.100
0.000
1
Еа1=7,07
12.865
- 1.000
Ra
- 1.100
3.9
15
Еа3=11,53
10,26
37.6
39.26
27.73
45.31
Ер3=11
53,3
Ер1=9,7
2.5
- 3.200
Еq1=2,73- 3.900
Еq2=0,75
65
147
106,5
Еq=21.854
15
Еа2=70.65
320
346,67
2
- 4.200
3
Рисунок 15. Схема к расчету подпорной стены на втором этапе.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определение необходимого усилия в анкерной затяжке
Система стена-грунт находится в положении равновесия и устойчивости от
сдвига относительно горизонтальной оси. Это обеспечивается:
- консольным защемлением части стены грунтом;
- анкерной тягой.
Рисунок 16. Расчет стены и эпюры продольной силы и изгибающего момента
Для определения необходимой удерживающей силы анкера используется
программа для расчета однопролетных балок BALKA-1.1. После ввода
геометрических данных и приложения нагрузок на стержень – балку,
получены результаты, показанные на рисунке 16.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Как видно из рисунка 16, необходимое усилие на анкер для восприятия
горизонтальных нагрузок на сдвиг Ra=42,48кН/м. Такое усилие необходимо
для восприятия сдвигающих сил, действующих на анкер во время второго
этапа (устройства днища котлована, когда оно не достигло необходимой
прочности для восприятия нагрузок).
Расчет устойчивости положения стены от сдвигающей силы.
Устойчивость положения стены от сдвигающей силы будет обеспечена при
выполнении условия (47) : Fsa ≤ ϒ c Fsr / ϒ n ,
где Fs a - сдвигающая сила, равная сумме проекции всех сдвигающих сил на
горизонтальную плоскость;
Fsr - удерживающая сила, равная сумме проекций всех удерживающих сил на
горизонтальную плоскость;
ус - коэффициент условий работы грунта основания: для песков, кроме
пылеватых - 1 ; для пылеватых песков, а также пылевато-глинистых грунтов
в стабилизированном состоянии - 0 ,9; для пылевато-глинистых грунтов в
нестабилизированном состоянии - 0 ,85; для скальных, невыветрелых и
слабовыветрелых грунтов - 1; выветрелых - 0,9 ; сильновыветрелых - 0,8; ϒ n
- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый
равным 1,2, 1 ,15 и 1,1 соответственно для зданий и сооружений I , II и III
класса.
Сдвигающая сила F sa определяется по формуле:
Fsa = Fsa,у + Fsa,q=89,25+21,854=111,104кН/м ,
где F sa,у - сдвигающая сила от собственного веса грунта равна:
Fsa,q=21,854кН/м - сдвигающая сила от распределенной нагрузки,
расположенной на поверхности призмы обрушения.
Fsa,у = ∑Еаi =7,07+70,65+11,53= 89,25кН/м,
Удерживающая сила Fsr для нескального основания определяется по
формуле
Fsr = Fv tg( ϕI - β ) + bсI + Еr+Ra+ Fsr,q,
где Ra – проекция силы от анкерной тяги,
Fsr,q - удерживающая сила от распределенной нагрузки, расположенной на
поверхности призмы обрушения.
Fsr,q = ∑ Еqi
с I=сn/1,5=16,7/1,5=11,13кПа
сn - осредненный нормативный нормативный коэффициент сцеплени грунта.
сn = (∑с ni* hi)/∑hi=(23* 0,7+2*0,3)/1,0=16,7кПа
Fv - сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость. Учтя, что стена
имеет достаточную толщину, чтобы считаться массивной, F v определяем по
формуле:
Fv = Fsa tg( ξ + δ ) + G ст + уI tgβ* b2/2,
ξ = 0о - угол отклонения поверхности стены, соприкасающейся с грунтом, от
вертикали.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
δ = ϕI= ϕn*yϕ = 24,3*1,1=26,73о - угол трения грунта на контакте с расчетной
плоскостью.
yϕ=1,1 – коэффициент надежности по грунту, для песчаных грунтов.
ϕn - осредненный нормативный угол внутреннего трения грунта.
ϕn= (∑ϕni* hi) / ∑hi =(21*0,7+32*0,3)/1,0=24,3
Расчет устойчивости подпорных стен против сдвига должен производиться
для трех значений угла β (для грунта основания стены) (β = 0, β = ϕI /2 и
β = ϕI).
Gст= ρ ж/бн*tст*.Нст= 25*0,4*5,3= 53 кН/м
уI=1,05*уn=1,05*18,5=19,4кН/м3.
уn - осредненный удельный вес грунта.
уn = (∑уni*hi)/∑hi=(18,7*0,7+18*0,3)/1,0=18,5 кН/м3.
Подставив данные, получим:
Fv(β=0) = 111,104tg(26,73о) + 53 +19,4tg0*0,42/2=108,95 кН/м,
Fv(β= ϕI /2) = 111,104tg(26,73о) + 53 +19,4tg(26,73о /2)*0,42/2=109,3 кН/м,
Fv(β= ϕI) = 111,104tg(26,73о) + 53 +19,4tg(26,73о)*0,42/2=109,65 кН/м,
Удерживающая сила Fsr:
Fsr(β=0)=Fvtg(ϕI-β)+bсI+Еr+Ra+Fsr,q=108,95*tg(26,73о – 0)+ 0,4*11,13+9,7+
11+ 2,73+0,75+87=170,5кН/м
о
о
Fsr(β=ϕI /2) = Fv tg(ϕI- β)+bсI+Еr+Ra+Fsr,q=109,3*tg(26,73 - 26,73 /2)+
0,4*11,13+9,7+ 11+ 2,73+0,75+87=141.6кН/м
Fsr(β=ϕI) = Fv tg(ϕI-β)+bсI+Еr+Ra+Fsr,q=109,65*tg(0)+ 0,4*11,13+9,7+ 11+
2,73+0,75+87=115,63кН/м
111,104 < 0,9*170,5/1,1=139,5кН/м - условие выполнено. Устойчивость
стены от сдвигающей силы обеспечена.
3.1.5. Расчет прочности грунтового основания
Расчет прочности основания производится для всех скальных и нескальных
грунтов при tg δ1 < sinϕI из условия
Fv ≤ус Nu / уn
Тангенс угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на
основание определяется из условия
tg δ1= Fsa /Fv.
tg δ1= 111,104 /108,95=1,019>sin26,73=0,45, т.е. прочность основания
обеспечена.
Расчет оснований по деформациям
При отсутствии специальных технологических требований расчет
деформации основания считается удовлетворительным, если среднее
давление на грунт под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не
превышает расчетного сопротивления грунта основания R , а краевые - 1,2 R.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учитывая, что условия на сдвиг обеспечены, и все горизонтальные силы
уравновешены, проверку проводим только на продавливание грунта от
собственной массы стены.
Рст= ρ ж/б н *Нст = 25*5,3=127,2 кН/м2.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формуле
R = ( уc1 уc2 /k ) (Mу*b*уII + Mq*d*уII‘+ Mc *cII)
уc1=1,3; уc2=1 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблицам
СНиП 3.02.01-87Земляные сооружения, основания и фундаменты;
k - коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики
грунта ϕ и с определены непосредственными испытаниями;
Му=1,34, Мq=6,34, Мс=8,55 - коэффициенты, принимаемые по [2] в
о
зависимости от угла внутреннего трения ϕ=32 ;
, -удельный вес грунта основания с учетом взвешивающего
действия воды;
c II=2кПа, -удельное сцепление грунта основания;
b=0,4м - ширина подошвы фундамента;
d=1,0 м - глубина заложения подошвы фундамента от нижней
планировочной отметки.
R = (1,3/1)(1,34*0,4*18+6,34*1,0*18+8,55*2) = 183.13кН/м2
183,13кН/м2 >127,2 кН/м2. Условие обеспечено. Продавливания грунта под
собственной массой не произойдет.
3.1.6. Расчет прочности по материалу стены.
Максимальный момент, как показано на рисунке 1.8., равен:
Мmax =31,82 кН*м.
Расчет подпорной стены проводим на 1п.м.
Проектные размеры —4900 х 1000 х 400 мм.
Бетон тяжелый класса В15 c характеристиками:
Rbn = 11,0 МПа, R btn= 1,15 МПа, Rb = 8,5 МПа, Rbt = 0,75 МПа,
Eb = 27 · 103 МПа.
Продольная ненапрягаемая арматура - стержни класса А-III с
характеристиками:
∅10мм, As=78,5мм2, Rsn = 470 МПа, Rs = 390 МПа, Es = 19·104 МПа.
Шаг стержней в продольном и поперечном направлении – 300мм.
Армирование стены в грунте проведено согласно [4].
Жесткость узлового сопряжения стены и днища сооружения обеспечено
соответственным расположением арматуры.
В арматурном каркасе
предусмотрены закладные детали в виде обрезков труб для пропуска тяг
анкеров, а также с задней стороны предусмотрены строповочные петли,
которые могут быть использованы как натяжные. Они соединены с
арматурным каркасом. Разбивка на захватки показана на рисунке 17.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
300
300
300
300
300
300
300
З- 1
З- 2
З- 3
З- 4
З- 5
З- 6
З- 7
З- 8
З- 9
З- 10
З- 11
З- 12
З- 13
З- 14
З- 15
З- 16
З- 17
З- 18
З- 19
З- 20
300
300
З- 23
300
З- 24
300
З- 22
300
300
З- 21
300
Рисунок 17. Схема расположения захваток.
Армирование выполнено пространственными каркасами длиной на 200 мм
менее глубины траншеи, шириной на 150 мм менее длины захватки,
защитный слой бетона а = 50 мм. Схема армирования захваток показана на
рисунке 18.
ф8, l=2900мм
17шт, шаг 300мм
4900
ф10, l=4700мм
11шт, шаг 300мм
3000
Рисунок 18. Схема армирования захваток
Полезная высота сечения h0 = h – a = 400 – 50 = 350 мм.
Расчет произведен согласно требованиям [3].
Высота сжатой зоны определяется из формулы:
x  h0  h0 
2
2 k *  n * M max
21*1,15 * 31,82
2
 0,010м  10 мм
= 0,35  0,35 
 c *  b * Rb * b
1*1,1* 8500
где γlc=1 – коэффициент сочетания нагрузок,
γn=1,15 – коэффициент надёжности по назначению сооружений,
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
γs=1,1 – коэффициент условий работы арматуры,
γс=1,0 – коэффициент, учитывающий тип сооружения, вид материала,
γb=1,1 – коэффициент условий работы бетона.
Требуемая площадь сечения растянутой арматуры:
2
As= Rb *b*x / Rs = 8,5 · 1000 · 10/ ( 390) = 218 мм .
Принимаем 3∅10 А-III в растянутой зоне с площадью As= 235,5 мм 2 и
2∅10 А - III в сжатой зоне с площадью As’= 157,0 мм 2
Так как µ = As/b h0 = 235,5 /350·1000 = 0,0006 > µ min = 0,0005,
- конструктивные требования соблюдены.
Относительная высота сжатой зоны ξ = x / h0 = 11/ 350 = 0,031.
Значение ξR определяется по формуле:
 R  /(1 +  sR / sc,u (1 - /1,1))
где
— характеристика сжатой зоны бетона, определяемая по формуле:
=0,85-13,05*0,008=0,7456
здесь α - коэффициент, принимаемый равным для тяжелого бетона 0,85.
σsR —напряжение в арматуре, МПа, принимаемое для арматуры IV класса:
σsR= Rs + 400 – σsp – Δσsp =390+400=790Мпа
σsс,u - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое для
конструкций из тяжелого равным 500 МПа.
 R  0,7456 /(1 + 790/500(1 - 0,7456 /1,1))  0,49
Проверка прочности произведена при ξ = 0,031 < ξR= 0,49 из условия
M≤ Rb bx(h0 - 0,5x)+Rsc As(h0 - a’)
x = Rs *As / (Rb *b) = 390 · 235,5/ (8,5 · 1000) = 11 мм,
Мu = Rbbx (h0 – 0,5x) +RsAs(h0 – a’) = 8,5 · 1000 ·11· (350 – 5,5)+ 390*235,5
(350 – 50) = 59,7 · 106 Н · мм > М = 31,82 · 106 Н · мм., прочностные
требования соблюдены.
3.1.7. Расчёт величины раскрытия трещин.
Согласно [20] выполняем расчет на раскрытие трещин:
a crc  a crcдоп , a crcдоп  0,5 мм
acrc   l * *  *
 s ф   s ,bg
Es
* 7(4  100 ) d
, где:
=1, для стержней периодического профиля,
=1, для изгибаемых и внецентренно-сжатых элементов,
sф – фактическое напряжение, определяемое по формуле:
sф=
M I I
, где Z – плечо,
As * Z
Z=h0- x/2=0,35-0,005=0,345 м
sф=
31,82
 391642 .92 кН / м 2
0.0002355 * 0,345
s,bg= 20 мПа– напряжение вследствие набухания бетона в воде
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Es = 19·104 МПа – модуль упругости,
=0,0006 - коэффициент армирования,
D= 10мм – диаметр арматуры,
Fl= MI-I =31,82 кН*м,
Fl – постоянная и длительная нагрузка,
Fc = Fl – полная нагрузка, включая пригрузку сверху,
Если
Fl 2
 ,
Fc 3
acrc   l * *  *
= 1,3 *1 *1 *
l=1,3
 s ф   s ,bg
Es
* 7(4  100 ) d =
391642 .92  20000
* 7(4  100 * 0,0006 ) 0,01  0,007 мм
1,9 *10 8
0,007 < 0,5 мм, что меньше нормативного, следовательно, условие
a crc  a crcдоп выполнено.
Вывод: в результате расчетов произведена проверка принятых размеров
подпорной стены и грунта по двум группам предельных состояний:
 на устойчивость положения стены против сдвига и прочности
грунтового основания;
 на прочность материала стены.
 основания на допускаемые деформации;
 элементов конструкций на допустимые величины раскрытия трещин.
Принятые размеры соответствуют нормативным требованиям СНиП.
Список используемой литературы по разделу:
1. Проектирование подпорных стен и стен подвалов. Справочное пособие
к СНиП 2.09.03-85 “Сооружение промышленных предприятий”. М:,
Стройиздат, 1990.
2. СНиП 2.02.01-83 «Основания и фундаменты».
3. СНиП 2.03.01 – 84*. Нормы проектирования. Бетонные и
железобетонные конструкции.
4. СТП 014-2001 «КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ
ТРАНШЕЙНЫХ СТЕН ВГРУНТЕ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТНОГО
СТРОИТЕЛЬСТВА». М:, КОРПОРАЦИЯ «ТРАНССТРОЙ»,2001.
5. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник
проектировщика. М:, Стройиздат, 1985.
6. Горбунов-Посадов М.И., Ильичев В.А., Крутов В.И. и др. Основания,
фундаменты и подземные сооружения. – М.: Стройиздат, 1985. – 480 с.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ КРЕПЛЕНИЙ
СТЕН СИЛОСОХРАНИЛИЩА
3.2.1. Назначение и конструкция анкерных креплений.
Анкерные конструкции для крепления ограждений котлованов
применяются с целью обеспечения их устойчивости, снижения деформаций и
внутренних усилий.
Применение анкеров позволяет использовать экономичные конструкции
креплений ограждения котлованов, создает свободное пространство для
производства работ, позволяет при неоднородном напластовании грунтов
передавать усилия на более прочные грунты.
В данном расчете анкеры устанавливаются в один ярус. Шаг анкеров,
нагрузка на анкер определяются статическим расчетом ограждающей
конструкции по прочности и устойчивости в зависимости от высоты
ограждения, геологических условий строительной площадки и конструкции
анкера.
Конструктивно анкеры состоят из оголовка, анкерной тяги и анкерной
заделки.
Оголовок - элемент анкера, передающий нагрузку от закрепляемого элемента
ограждающей конструкции на анкерную тягу. Оголовок состоит из опорной
плиты, воспринимающей нагрузку от ограждающей конструкции и
крепежных элементов (гайка, шайба, колодка, конус), передающих нагрузку
от опорной плиты на тягу.
Тяга - элемент анкера, передающий нагрузку от оголовка на заделку.
Заделка (корень) - часть анкера, передающая нагрузку от тяги на грунт.
При проектировании анкерных креплений выполняются:
 проверка общей устойчивости сооружения на сдвиг;
 расчет несущей способности анкера по грунту основания;
 расчет прочности отдельных элементов анкера (оголовок, анкерная
тяга, материал заделки).
3.2.2. Расчетная схема.
Выполнено в соответствии с ВСН 506-88 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО
ГРУНТОВЫХ АНКЕРОВ»
Оптимальное положение анкера в грунте подбирается в процессе расчета
устойчивости системы "стена - грунт - анкер" на опрокидывание вокруг низа
анкеруемой стенки исходя из условия, что прочность грунтов на сдвиг в
системе преодолена и образуется "глубокая линия скольжения" (метод
Кранца).
За "глубокую линию скольжения" принимается прямая между точкой
поворота анкеруемой стенки и точкой с, расположенной посередине длины
заделки анкера (рисунок 19).
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расчетная схема определения устойчивости ограждающей стенки по
"глубокой линии скольжения" (метод Кранца).
Предполагается, что существует глубокая линия скольжения (след
плоскости скольжения на вертикальном сечении), проходящая через начало
корня и ось анкера, так, что весь корень анкера находится в устойчивой части
массива за границей призмы обрушения.
Рассмотрим механическую систему, состоящую из предполагаемой
призмы сдвига, ограждения и анкера. Разобьем эту механическую систему
на две системы внешних уравновешивающих сил, показанные на рисунке 19.
Б)
+0.700
200
Q
0.000
+0.700
в
призма
скольжения
Rha
15°
15°
G
б
- 1.000
- 1.000
40
N
Q' v
Qv
- 2.900
Rt
30
0
Rn
Q' h
- 2.900
а
Rvp
Rhр
Рисунок 19. Система внешних уравновешенных сил, приложенных:
а) - к механической системе, состоящей из ограждения и анкера;
б) - к предполагаемой призме сдвига.
Система уравновешенных сил, приложенных к системе (рисунок 19а)
включает следующие внешние силы:
Rhp ,Rvp - главные векторы горизонтального и вертикального предельных
пассивных давлений грунтов, залегающих под дном котлована;
N - реакция грунтового массива, приложенная к корню анкера,
находящейся за границей призмы сдвига (т.е. в устойчивой части массива) и
необходимая для равновесия сил, приложенных к механической системе,
состоящей из ограждения и анкера при предельном состоянии грунта вокруг
заглубленной части ограждения;
Rо - реакция грунта в основании свай;
Qh ,Qv- горизонтальная и вертикальная силы давления призмы сдвига на
ограждение.
Система уравновешенных сил, приложенных к призме сдвига (рисунок19
б), включает следующие внешние силы:
G - главный вектор гравитационных сил, действующих на предполагаемую
призму сдвига;
Q - главный вектор нагрузок от зданий, сооружений, транспортных средств
и т.п.;
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Qh' ,Qv' - горизонтальная и вертикальная реакция ограждения на призму
сдвига;
Rha - главный вектор активного горизонтального давления справа на
призму сдвига со стороны вмещающего грунта по линии бв. Отметим, что
указанная часть границы призмы сдвига, вообще говоря, не известна.
Например, ее можно было бы представить в виде части окружности,
параболы, наклонной прямой или задать более сложной зависимостью.
Но поскольку в любом случае она будет частью линии скольжения,
силы, действующие на ней, будут удерживающими для призмы сдвига. В
методе Кранца эти силы не учитываются в запас расчетного значения
коэффициента устойчивости. Более того, эти силы заменяются на силу
Rha , «сталкивающую» неустойчивую часть массива в сторону котлована.
Rt ,Rn - главные векторы сил сцепления и нормальной реакции по
глубинной линии скольжения аб.
3.2.3. Вычисление сил
Схема к расчету анкера приведена на рисунке 20
+0.100
0.000
- 1.000
Еа1=7,07
1
Ra
12.865
- 1.100
45
15
37.03
10,26
- 3.200
15.86
21.12
30.9
Ер1=3,17
Ер2=5,55
Ер3=7,80
3.9
2.5
=2,73- 3.900
Еq1
Еq2=0,75
- 3.600
WL
65
106,5
34.945
Еа3=10,66
36.12
Еа4=10,97
73,33
166
Еq=21.854
15
Еа2=59.76
320
346,67
2
- 4.200
3
Рисунок 20. Схема к расчету анкера.
Определение Q=0 - вычисляется по заданным полосовым и равномерно
распределенным нагрузкам для призмы сдвига толщиной, равной 1 м.
Определение R ha .
Горизонтальные составляющие интенсивности активного расчётного
давления с наружной стороны стены вычисляются в характерных точках по
высоте сооружения по формуле:
γ аб λ
λ ,
φ
где γ - удельный вес грунта кг/м3;
h – высота слоя м:
λ - коэффициент активного давления, определяемый по формуле:

ah  tg 2 (45  )
2
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На отметке «-1,000».
 ah  tg 2 (45  3,5)  0,6
аб
кН м
Rha=Рah*аб/2=11,88*аб2/2=5,94аб2
Определение G - вес призмы обрушения единичной толщины
Площадь сечения призмы обрушения:
А=(1+2,9)*2/2=3,9м2,
G=А*ϒ=3,9*19,6=76,44 кН/м,
Определение Rhp ,Rvp - вычисляются для массива единичной толщины;
Rhp =∑Еpi+∑Еqi =3,17+5,55+7,8+2,73+0,75=20,0кН/м.
Rvp =0кН/м
Определение Rt - предельная сила сцепления, она равна силе трения.
Эта сила складывается из двух составляющих
Rt =Rc +Rϕ =аб⋅<C> +Rn⋅<tgϕ> ,
аб - длина глубинной линии скольжения,
<C> - средневзвешенное по длине линии скольжения значение
сцепления грунтов,
<c> = (∑с ni*hi)/∑hi=(1*0,1+23*1,8)/1,9=22,24кПа
<tgϕ> =0,78 - средневзвешенный по линии скольжения коэффициент
трения. Здесь и далее угловые скобки означают усреднение.
<tgϕ> = (∑tgϕi*hi)/∑hi=(0,12*0,1+0,384*1,8)/1,9=0,375
Получим выражение:
Rt =Rc +Rϕ =аб⋅22,24+Rn⋅0,375
Определение Qv =Q'v и вычисляются по формуле
Qv = tg(К⋅ <ϕ> )Qh,
где <ϕ> - средневзвешенный угол трения грунтов на контакте с
ограждением,
<ϕ> = (∑ϕi*hi)/∑hi=(7*1,1+21*2,8+32*0,3)/4,2=18,12о
К- коэффициент со значением от 0 до 1 в зависимости от шероховатости
поверхности стены. Для принятого случая определяется по формуле:
K= [1-<λah>]/tg(<ϕ>)=1,44. Принимаем К=1
λah= tg 2 (45     )  0,52
2
Qv = tg(1⋅ 18,12) Qh,
Силы Rn,Rϕ,N,Qh - заранее неизвестны и могут быть найдены из условия
равновесия предельных сил и условия, что силы сцепления достигают своих
предельных значений.
3.2.4. Уравнения равновесия
Сложим две неизвестные силы R n и Rϕ , и заменим их действие главным
вектором
Rf =Rn +Rϕ.
(51)
Для предельного равновесия призмы сдвига, либо при ее смещении по
глубокой поверхности скольжения силы R f ,Rc,Rhp достигают своих
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
предельных значений, чего нельзя сказать о силах R vp , Ro. Направление
линии действия предельной силы R f определяется углом φ , который
определяется равенством <tg φ> = tg< φ > . Направление предельной силы
Rf показано на рисунке 21.
б
Rf
Rn
ф
Rф
0
а=4
в
Рисунок 21. Сложение сил на глубинной линии скольжения.
Для механической системы составим уравнение равновесия сил в
проекции на ось Оx:
Nx −Qh +Rhp =0,
(52)
Nx- сумма проекций продольных сил в анкерах на ось Оx по всем ярусам
из расчета на 1 пм ограждения.
Для призмы сдвига (см. рисунок 19 б) составим два уравнения в проекциях
на оси Ох и Оу. Сумма проекций уравновешенных на ось Оx
Q' h+Rcsinα−Rah −Rf sinγ =0
(53)
и сумма проекций уравновешенных сил на ось Oy
−G+Q' v+Rfcosγ+Rccosα=0.
(54)
Дополнительные равенства
γ=π/2−ϕ−α=90-18,12-40=31,9о, Qv = tg(k⋅ <ϕ>)Qh ,
Qv =Q' v, Qh =Q' h.
(55)
Исключаем из уравнений (53) и (54) неизвестную силу Rf и используя
равенства (55) получим
γ
аб ⋅
аб
λ γ
аб
аб ⋅
Rx =Rc sinα+Rah= аб⋅22,24*0,64+5,94аб2=аб⋅14,3+5,94аб2,
Ry = −G−Rc cosα= -76,44 - аб⋅22,24*0,77= -76,44 - аб⋅17,0,
λv = tg(k⋅<ϕ>)=0.32.
Из уравнения (52) выражаем силу Nx
подставляем первую формулу из (56):
γ
λ
γ
аб ⋅
аб
77
и в полученное равенство
(57)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Возможны три типа значений искомой силы Nx, отыскиваемых по
формуле (57):
1. Nx =0. Призма сдвига совместно с ограждением удерживается в
состоянии покоя за счет пассивной реакции грунтов, залегающих ниже дна
котлована и силы сцепления по предполагаемой плоскости сдвига. Силы
находятся в состоянии предельного равновесия.
2. Nx >0. Для пребывания призмы сдвига в состоянии покоя требуется
дополнительное усилие по горизонтальной оси Оx, направленное в
противоположную сторону по отношению к предполагаемому сдвигу.
3. Nx <0. Равновесие сил предельное, но при этом действие силы Nx
направлено на сталкивание призмы по плоскости сдвига. В этом случае
реакции анкеров следует принять Nx =0.
3.2.5. Подбор длины анкера
Рассмотрим случай укрепления ограждения одним ярусом анкеров.
Перед решением задачи известно направление будущего анкера, а его длина
не известна и подлежит определению. Свободная длина анкера должна быть
такой, чтобы корень анкера находился в устойчивой (по отношению к
сдвигу) части массива. Так же неизвестна продольная сила, необходимая для
устойчивости системы «Стена – грунт – анкер» из условия устойчивости по
глубоким линиям скольжения.
Принимаем форму возможных призм сдвига такую же, как в методе
Кранца и строим множество призм, неустойчивых к сдвигу по глубокой
линии скольжения. Чтобы любая призма этого множества пребывала в
состоянии покоя, требуется приложить силу N >0 к корню анкера (или
части корня), расположенного за границей призмы сдвига. На рисунке 22
показана граница неустойчивой призмы, которая находится между
ломаными аб1в1 и аб2в2 .
+0.100
0.000
в2
в1
призма
скольжения
- 1.000
б1
°
67
б2
- 2.900
а
- 4.200
Рисунок 22. Граница неустойчивой призмы находится между ломаными
аб1 в 1 и аб2 в2 .
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предполагаемое множество неустойчивых призм показано на рисунке 22.
Для нахождения этого множества достаточно с помощью решений уравнения
(57) найти крайние точки б1 и б2 на оси η из условия устойчивости призмы N=0.
γ
λ
аб ⋅
аб
γ
,
Решаем квадратное уравнение:
D=3,72+4*5,94*27,58=669
Решая квадратное уравнение, получены следующие корни:
аб1= (3,7-√669)/(-2*5,94)=1,865м
аб2= (3,7+√669)/(-2*5,94)=2,49м
На рисунке 23 приведена схема устойчивой призмы обрушения
0.000
+0.100
140
в
призма
скольжения
100
б
- 1.000
250
- 2.900
а
- 4.200
Рисунок 23. Схема устойчивой призмы обрушения.
Далее подбирается длина корня и общая длина анкера.
Корень анкера расположен в устойчивом массиве и заведен на 1 м за
призму сдвига.
Принимаем общую длину анкера L=3,1м.
Случай, когда корень анкера расположен за границей возможных глубоких
линий
скольжения,
является
оптимальным
по
следующим
характеристикам:
• При любой ориентации глубокой линии скольжения дополнительное
усилие действует на весь корень, а не на часть корня; можно также
применять предварительное натяжение анкера для управления величиной
продольной силы в анкере и смещений ограждения при разработке
котлована.
• Независимо от длины корня продольная сила N при предельном
равновесии по любой глубокой линии скольжения приходится на часть корня
(или весь корень), расположенный в устойчивом массиве.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.6. Расчет несущей способности анкеров
Первый вариант - (грунтовый анкер).
Расчетная нагрузка на анкер по несущей способности основания Р d
устанавливается из условия
Pd≥Pwγn,
(58)
где γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимамый
равным: 1,4 – для постоянных анкеров.[10]
Pw – нагрузка на анкер от стены.
Примем шаг анкеров 1,5м, тогда нагрузка будет равна:
Pw=4,25*1,5=6,375т.
Несущую способность инъекционных анкеров по грунту основания
определяют по формуле
Pd=
,
(59)
где Dx - диаметр заделки (корня) анкера;
и c - расчетные средневзвешенные значения по длине заделки: угол
внутреннего трения и удельное сцепление грунта соответственно;
- усредненное по боковой поверхности заделки анкера природное
напряжение грунта, определяемое по формуле (24);
К - коэффициент, зависящий от отношения диаметра скважины Dс к
диаметру заделки Dx, природного напряжения, прочностных и
деформационных характеристик грунта, находящегося в зоне заделки анкера,
определяемый по формуле (25);
- коэффициент условий работы, принятый для пылевато-глинистых - 0,64.
Величину определяют по формуле:
√
=
(
)
кН м2
(60)
√
3
где =18,5 кН/м - средневзвешенное значение по глубине h удельного веса
грунта с учетом взвешивающего действия воды;
h=1,1м - глубина заложения центра заделки анкера от поверхности грунта;
E - коэффициент бокового давления грунта в природном состоянии (покоя),
принимаемый для песков и супесей равным E = 0,43; для суглинков E= 0,55.
g=0 - приведенная к равномерно-распределенной в уровне центра заделки
нагрузка на поверхности и от соседних фундаментов зданий;
a=30о - угол наклона анкера к горизонтали.
Величину К определяют по формуле
K=[(1,01-(Dc /Dx)2)/(1,01-А2/(1+ А2)]Θ , где
(61)
2
A=E0/(1+v)( +ссtg )sin = 3000/(1+0,3)(
+1сtg )sin =870,0м ;
Θ= sin7/(1+sin7)=0,1 ;
E, v- cредневзвешенные значения по длине заделки модуля деформации
грунта и коэффициента Пуассона соответственно.
Для определения величины Dх задаются отношением Dс/Dх равным 0,9; 0,6 и
0,3:
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
K(0,9)=[(1,01-(Dc /Dx)2)/(1,01-А2/(1+ А2)]0,1= [(1,01-(0,9)2)/(1,01-870,02/(1+
870,02)]0,1= 200,1 =1,35
K(0,6)= [(1,01-(0,6)2)/(1,01-870,02/(1+ 870,02)] 0,1= 650,1 =1,52
K(0,3)= [(1,01-(0,3)2)/(1,01-870,02/(1+ 870,02)] 0,1= 920,1 =1,57
По этим значениям Dс / Dх и заданному значению lк=3,1м, и Dс=0,030м
определяются величины P d по формуле :
Pd (0,9)=π
,
Pd (0,6)=π
,
Pd (0,3)=π
,
Принято Dx=35мм
Необходимый объем цементного раствора, нагнетаемого в скважину для
анкеров с пакером или манжетной трубой, определяют по формуле
V=0,5(Dх 2- dt 2)(1+3,1*n) lх ,
(62)
где n = В/Ц - весовое водоцементное отношение;
dт - диаметр тяги или манжетной трубы в зоне заделки анкера.
V=0,5(0,0352-0,0152)(1+3,1*0,5)3,1=0,004м3
Имея все данные, проводим проверку несущей способности анкеров:
Pd=0,25т <6,375*0,95=6,0 т – условие не выполняется. Применение грунтового
анкера не возможно. Необходим подбор другого типа анкера.
3.2.7. Второй вариант - плитный анкер.
Заделка (корень) анкера проектируется из плоской стальной плиты,
расположенной перпендикулярно линии действия нагрузки от стены (в
данной работе
конструкция и технология погружения анкеров не
рассматриваются). Анкерный стержень располагается под углом 30о
относительно горизонта. Нагрузка прикладывается перпендикулярно к
плоскости анкерной плиты (рисунок 26)
Характер деформации основания анкерных плит зависит не только от
глубины их заложения, но также от наклона анкерной плиты к горизонту и
вида грунта основания.
В зависимости от относительной глубины заложения d/b различают анкерные
плиты мелкого, глубокого и промежуточного заложения. При 1< d/b < 3
анкерные плиты относятся к категории мелкого заложения. При d/b>6 мы
имеем анкерные плиты глубокого заложения, а при 3<d/b < 6 промежуточного заложения. При длине анкера L=3,1м и угле наклона 30о,
величина d= 2,5м .
Приведенная классификация основана на выявленном экспериментально
различном характере деформирования песчаного и глинистого оснований.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.8. Подбор площади плиты корня анкера. Проверка несущей
способности плиты анкера.
В отличие от обычных фундаментов, передающих на основание
сжимающие нагрузки, расчет оснований анкерных фундаментов по
деформациям заключается не в определении расчетной осадки, а в
ограничении давления на грунт обратной засыпки. Это объясняется
отсутствием аналитических решений по определению деформаций от
нагрузки, приложенной внутри линейно-деформируемого полупространства,
что связано со сложностью решения задачи.
Необходимо подобрать рабочую площадь поверхности плиты корня анкера.
Зададимся начальными размерами длины и ширины 0,35 х 0,175м.
Сила предельного сопротивления основания выдергиваемого фундамента
определяется по формуле:
F= bf (Vbf- Vf ) cosβ+c(A1cos(φ -β/2)+A2 cos(φ+β/2)+ A3 cos(φ))
(63)
где V bf расчетное значение удельного веса грунта над корнем анкера;
Vbf
м куб
объем тела выпирания в форме усеченной пирамиды,
образуемой плоскостями (рисунок 25), проходящими через кромки верхней
поверхности фундамента (плиты) и наклоненными к вертикали под углами ,
β
о
равными: у нижней кромки
φ
;
у верхней кромки
у боковых кромок
φ
β
о
φ
;
;
Рисунок 24. К расчету объема выпираемого грунта
Vf - объем части фундамента, находящейся в пределах тела выпирания; для
анкерных плит принимается Vf =0; A1=3,5 м2; A2,=3,0м2; A3=5,0м2 - площади
граней призмы выпирания, имеющих в основании соответственно нижнюю,
верхнюю и боковые кромки верхней поверхности фундамента (плиты); c1 и
φ11- расчетные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения
грунта выше плиты F =18,5 (2-0) cos 60 + 7(3,5 cos (21- 60/2)+3,0
cos(21+60/2) + 5,0cos(21)) = 88,34 KH
На рисунке 25 приведена расчетная схема анкерной заделки.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 25. Расчетная схема анкерной заделки
3.2.9. Расчет оснований по несущей способности при действии на
плиту
выдергивающей нагрузки
Производится исходя из условия:
Pw - f Gcosβ≤ с F/n
где:
(64)
Pw расчетное значение выдергивающей силы;
 f  коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 0,9;
G  нормативное значение веса плиты (2,0кН); β – угол наклона
выдергивающей силы к вертикали (60о);
 c  коэффициент условий работы, принимаемый равным единице;
F сила предельного сопротивления основания выдергиваемой плиты ;
 n  коэффициент надежности по назначению (0,95)
Согласно формуле (64):
6,375 - 0,92cos 60=5,475т ≤ 8,86/0,95 = 9,32т – условие выполняется,
несущая способность достаточна.
Окончательно принята длина корня анкера 0,35м, ширину – 0,175м.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.10. Расчет прочности материала тяг анкеров.
Анкер состоит из оголовока, тяги, изолирующей пластмассовой оболочки,
заделки - корень анкера (рисунок 26).
1
7
4
2,3
6
Рисунок 26. Схема анкера
1-оголовок, 2- тяга, 3- изолирующая пластмассовая оболочка, 4- заделка (корень) анкера ,
6- стена, 7- грунт.
Площадь сечения тяги для постоянных анкеров F а, должна удовлетворять
условию:
Fa≥1,58Pw/σ,
(65)
где Pw = Nb =6,375 т – продольное усилие, действующее на анкерный
стержень.
σ = 39000т/м2 – расчетное сопротивление материала арматуры класса АIII.
Fa=1,58 * 6,375/39000=0,00026м2=260мм2=2,6см2. Принята арматура
диаметром 18мм.
Расчет крепления оголовка.
Для арматурного тела анкера. В болтовых соединениях при действии
продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения,
распределение этой силы между болтами принимается равномерным.
Расчетное усилие на растяжение Nb, которое может быть воспринято одним
болтом, определяется по формуле:
Nb = Rbt Abn.
(66)
где: Nb= Pw =6,375 т.
Rbt =3200кг/см2=3,2т/см2 - расчетные сопротивления болтовых соединений по
[3];
d - наружный диаметр стержня болта;
А = πd 2/4 - расчетная площадь сечения стержня болта;
Аbn - площадь сечения болта нетто; для болтов с метрической резьбой
значение Аbп принимается по прил. 1 к ГОСТ 22356-77*.
Выразим Abn: Abn= Nb/Rbt =6,375/3,2=2,0см2
Окончательно принимается анкер с шагом 1,5 п.м. ∅18мм. (площадь
поперечного сечения Fa=2,545см2).
Вариант для использования канатного тела анкера.
Расчет по прочности стальных канатов, применяемых, в качестве гибких
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
несущих элементов, а также напрягаемых элементов предварительно
напряженных конструкций выполняется по формуле:
γ γ
γ
,
(67)
где Rdh - расчетное сопротивление каната, определяемое по п.п. 5.2, 5.3
согласно [9];
γс =1-коэффициент общих условий работы канатного элемента, принимаемый
по табл.9 [9]( затяжки, оттяжки, обратные кабели и другие канатные элементы
предварительно напряженных конструкций. Предварительно напрягаемые
усилиями, превышающими усилия от внешних нагрузок);
γв = 0,75- коэффициент условий работы, учитывающий влияние на прочность
каната концевых анкерных закреплений и промежуточных концентраторов
напряжений, принимаемый по табл.10 [9]( для заделки концов на коуше
зажимами [10]);
γп =0,95-коэффициент надежности по назначению, учитывающий степень
ответственности и капитальности сооружения, принимаемый в соответствии с
действующими нормативными документами, заданиями и специальными
техническими условиями для конкретных сооружений.
Расчетное сопротивление R dh для витых спиральных (в т.ч. закрытых)
канатов и канатов двойной свивки с металлическим сердечником определяется
согласно [9] по формуле:
,
(68)
γ
где γm =1,6 - коэффициент надежности по материалу в соответствии с п.3.9
СНиП II-23-81*,
К=0,85 - коэффициент агрегатной прочности витого каната по табл. 11,
[9](канаты двойной свивки с металлическим сердечником).
- сумма разрывных усилий всех проволок в канате, указанная в
государственном стандарте или технических условиях.
Выражаем
для определения диаметра каната:
γ γ
γ
γ
γ
γ γ
γ
кН
Н
Окончательно по таблице 3 [9] принимается стальной канат 14-Г-1-ОЖ-Н1370 ГОСТ 3064-80. Расчетная площадь сечения F=116,89 мм2. Разрывное
усилие каната в целом
160000 Н (16т). На рисунке 28 показана система
анкерных креплений несущих стен.
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Анкеры А№1- 20, 20шт, канат ?14, l=3,10м, или стержневая арматура ?27, l=3,10м
310
310
Захватка- 2
Захватка- 22
Захватк13
Захватк12
Захватка- 24
Захватка- 20
310
Захватка- 11
150
300
Анкеры А№21- 40, 20шт, канат ?14, l=3,10м, или стержневая арматура ?27, l=3,10м
75
150
Захватка- 23
150
300
150
300
150
Захватка- 21
150
300
75
Захватка- 3
150
Захватка- 1
75
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
75
Анкеры А№41- 48, 8 шт, канат ?14,
l=3,10м, или стержневая арматура
?27, l=3,10м
Рисунок 27. Система анкерных креплений несущих стен.
Список использованной литературы по разделу:
1. «Рекомендации по выбору типов и расчету прочности стальных
канатов, применяемых в строительных металлических конструкциях».
Москва, 1991 г.
2. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции», часть II. - М.: Центральный
институт типового проектирования, 1990.
3. ВСН 506-88 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ГРУНТОВЫХ
АНКЕРОВ»
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ ПЛИТЫ
ДНИЩА СИЛОСОХРАНИЛИЩА (сплошного сечения)
Расчет плиты выполняется в подпрограмме «ПК МОНОМАХ – ПЛИТА»
Проектируется монолитная железобетонная фундаментная плита на
естественном упругом основании. Контур плиты имеет прямоугольное
очертание, размером в плане 12х30 м. Благодаря своей площади и
пространственному армированию, такое днище силосохранилища позволяет
снизить давление на грунт до 0,1 кг/см 2, а также воспринимать
знакопеременные нагрузки, которые возникают при различных нагрузках и
подвижках грунта.
Основными преимуществами плитных днищ-фундаментов можно назвать
простоту и невысокую стоимость изготовления монолитной плиты
(возможность проведения бетонирования без использования дорогостоящего
бетононасоса, прямо с выгружных лотков автобетоносмесителей); высокую
несущая способность благодаря большой площади опирания на грунт.
Гарантированная целостность стен сооружения обеспечивается общей
платформой, не подверженной локальной деформации. Монолитная плита
днища силосохранилища представляет из себя жесткую негнущуюся
площадку.
3.3.1. Краткие сведения о программном комплексе «МОНОМАХ»
Программный комплекс «Мономах» служит для автоматизированного
проектирования железобетонных конструкций сооружений с выдачей
эскизов рабочих чертежей.
Широкое использование в современном строительстве монолитнокаркасной технологии определило класс задач решаемых с помощью
программ комплекса МОНОМАХ. За последние годы ПК МОНОМАХ был
оценен проектировщиками как незаменимый инструмент расчета
конструкций зданий из монолитного железобетона.
ПК МОНОМАХ оказывает реальную помощь при принятии
проектных решений, при разработке индивидуальных проектов со
свободной планировкой сооружений, при большом объеме проектных
работ, а также при экспертной оценке выполненных проектов. Для
ускорения создания модели в программе КОМПОНОВКА предусмотрено
использование планов, созданных в AutoCAD, и моделей, созданных в
ArchiCAD.
Алгоритм - порядок и результаты расчета в ПК «Мономах»
Предварительный расчет конструкций производится в программе
«Компоновка» ПК «Мономах».
Первоначально задаются характеристики материалов, которые планируют
использовать при строительстве. Для каждого типа конструкции задается
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
марка бетона, класс арматуры как продольной рабочей, так и поперечной.
Затем задается геометрическая модель сооружения.
Порядок расчета сооружения в программе «Компоновка»:
1. Выбор характеристик сооружения и привязка сооружения к рельефу;
2. Задание осей, путем ввода координат и сочетания декартовых и
полярных сетей;
3. Ввод ограждающих конструкций: стен (с учетом привязки к осям);
4. Задание контура фундаментной плиты, её приблизительной толщины
и вылета за ограждающие конструкции;
5. Ввод параметров днища с учетом разницы в материалах и толщинах;
6. Задание отверстий в днище и ограждающих конструкциях;
7. Приложение нагрузок на конструкции;
8. Привязка сооружения к модели грунта, созданной в подпрограмме
«ГРУНТЫ»;
9. Расчет всего сооружения;
10. Расчет МКЭ(метод конечных элементов) для экспорта в ПК«ЛИРА»;
11. Экспорт конструкций в другие подпрограммные комплексы, такие
как: «Плита» и др.
12. Дальнейшие локальные расчеты и конструирование отдельных
частей сооружения.
Порядок расчета плиты днища в подпрограмме «ПЛИТА»
ПК «Мономах».
1. Экспорт задачи с ППК «КОМПОНОВКА»;
2. Перерасчет плиты днища;
3. Задание требований к армированию, граничных характеристик сеток;
4. Ввод областей армирования: нижних и верхних;
5. Вывод спецификации и предварительных чертежей армирования;
6. Обработка чертежей в AutoCad 2011 в соответствии с выбранным
масштабом и требованиями государственных стандартов.
В результате расчета в подпрограммном комплексе «Плита»
получают картины изополей плиты днища.
3.3.2. Исходные данные и методика расчета.
Плита днища толщиной 300 мм в конструктивной ячейке 12,0х30,0 м.
Расчетные пролеты: l1 = 12000 мм: l2 = 30000 мм.
Для фундаментной плиты предусмотрено задание участков с разными
характеристиками
грунта
по
инженерно-геологическому разрезу
площадки строительства.
 Формирование схемы выполняется в режиме импорта и слияния с
моделью грунта, заданной в подпрограмме ПК Мономах – Грунт
 В подпрограмме Грунт формируется пространственная модель
грунтового основания по заданным параметрам.
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 Для описания площадки строительства задается база характеристик
слоев грунта (ИГЭ), указывается расположение и отметки устья
скважин, слои грунта составляющие ту или иную скважину.
 При вводе геометрических параметров плиты автоматически
формируется конечно-элементная схема.
 Нагрузка – равномерно распределенная, приложенная к половине
плиты.
Автоматически учитывается собственный вес
конструктивных элементов. Схема плиты, сечение, нагрузки,
сведения о материалах и требования конструирования задаются или
корректируются в интерактивном графическом режиме.
 По результатам статического расчета выполняется построение
полей перемещений и усилий, а для заданного отрезка - построение
эпюр.
 Выполняется построение полей напряжений под подошвой
фундаментной плиты.
 Расчет плиты производится по первому и второму предельным
состояниям (расчет по раскрытию трещин). Определяется
необходимая площадь сечения арматуры, выполняется построение
полей расчетного армирования. Плита конструируется сетками и
стержнями. Выполняется чертеж AutoCAD, где указывается
спецификация и расположения арматуры, а также ее расход на
объект.
3.3.3. Инженерно-геологические и гидрогеологические
характеристики площадки строительства
 По инженерно-геологическим условиям площадка относится к II
категории сложности.
 По данным инженерно-геологических изысканий подземные воды на
площадке отсутствуют.
 Рельеф площадки ранее подвергался вертикальной планировке.
 В геологическом строении принимают участие техногенные,
полювиально-делювиальные, аллювиальные, флювиоглюционные
отложения, представленные насыпными грунтами, почвами
суглинистыми, суглинками полутвердыми, глинами тугопластичными.
Глубина залегания и расположение грунтов показаны на рисунках
9,10 настоящей работы.
 Нормативная глубина промерзания грунтов – 1,45 м.
В результате инженерно-геологических изысканий за основу залегания грунтов
взяты данные расположения слоев грунта по скважине №2. Расчетные
характеристики физико-механических свойств грунтов приведены в таблице16.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.3.4.Исследование и определение нагрузок и усилий в плите днища
Расчет производится в соответствии с приложением «Г» (справочное)
Норм технологического проектирования хранилищ силоса и сенажа НТП
АПК 1.10.11-001-00.
Определение давления силосуемой массы и трамбующих механизмов на
конструкции наземных силосных и комбисилосных траншей
Вертикальное нормативное давление на днище наземного траншейного
хранилища от силосуемой массы и трамбующих средств определяется по
формуле:
Pнв = (γh + q) × Kп × Kн,
(69)
где: γ - нормируемая объемная плотность силосуемой массы, принимается
равной: для силоса - 750 кгс/м3, для комбисилоса - 800 кгс/м3;
h - высота от верха силосуемой массы до уровня днища траншеи, м;
q - временная приведенная нагрузка на 1 м 2 горизонтальной поверхности
силосуемой массы от трамбующего средства, кгс/м 2.
Для траншейных хранилищ рекомендуется q = 1000 кгс/м2, что
соответствует нагрузке от гусеничного трактора массой 15 т.
Кп - коэффициент, учитывающий уменьшение давления вследствие
податливости ограждений (для стен из каменной, бетонной и
бутобетонной кладки Кп = 1, для железобетонных стен Кп = 0,9 и для
деревянных стен Кп = 0,8);
Кн - коэффициент надежности по назначению, учитывающий
ответственность сооружений согласно постановлению Госстроя СССР
№ 41 от 19 марта 1981 г., Кн = 0,9.
Горизонтальное нормативное давление на стены наземного хранилища
траншейного типа следует определять как часть вертикального давления по
формуле строительной механики сыпучих тел:
Рнг = KдРнв = Кд(γh + q)KпКн,
(70)
где: Кд - коэффициент бокового давления силосуемой массы, определяемый
по формуле:
Кd = tg2(45°-φ/2),
(71)
где: φ - нормируемый угол внутреннего трения силосуемой массы,
принимаемый равным для силоса 32°, для комбисилоса - 25°.
Расчетные значения вертикального и горизонтального давления
принимаются с учетом коэффициентов перегрузки пс = 1,4 для силосуемой
массы, пм = 1,2 для трамбующих механизмов.
Рр в = (ncγh + nнq)KпКн,
(72)
Рр г = (ncγh + nнq)KпКнКд.
(73)
При наклонных стенах силосохранилищ нормативное и расчетное
давление на поверхности наклонных стен определяют с учетом отклонения
стены от вертикали на угол  .
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При этом  принимается в пределах отклонения стены от вертикали
(i  1:10). Давление, поперечное к наклонной поверхности стены,
определяется по формуле:
Рпα = РгСоs 2α + РbSin2α.
(74)
Давление, продольное к наклонной поверхности стены, определяется по
формуле:
Рпр α = РгSin2α + РbCos 2α,
где:
(75)
Рг - горизонтальное давление нормативное и расчетное.
Рв - вертикальное давление нормативное и расчетное.
Определение давления силосной массы в заглубленных и
полузаглубленных траншеях, в которых возможно скопление силосного
сока
Вертикальное нормативное давление на днище заглубленного
полузаглубленного силосохранилища определяется по формуле:
Рнв = [γc(h - hж) + q + γжhж] Кп Кн,
и
(76)
где: γc, h, q, Кп и Кн - имеют значения, приведенные в формуле (69);
hж - высота от расчетного уровня силосного сока до поверхности днища
сооружения, принимаемая в соответствии с запроектированными
устройствами для удаления силосного сока, но не менее 0,25 высоты стен в
сооружениях для силоса, м;
γж - плотность силосного сока, принимаемая равной 1000 кг/м3.
Горизонтальное нормативное давление на стены вертикальные и
наклонные (с уклоном от вертикали в пределах до 1:10) принимается равным:
Рнн = Кд × Рнв, где:
(77)
Кд - коэффициент бокового давления силосной массы.
Рнв - вертикальное нормативное давление.
Расчетное значение вертикального и горизонтального давлений
определяется по формулам (72-73) с учетом коэффициентов перегрузки для
силосной массы (пс = 1,4), трамбующих механизмов (пн = 1,2) и силосного
сока (пж = 1,0).
Примечания:
1.При определении вместимости сооружения для силоса и сенажа
учитывается:
- поверхность массы во всех типах траншей должна иметь поперечные
уклоны от середины к продольным стенам для стока атмосферных вод;
- траншеи следует заполнять до верхнего обреза стен.
2. Полезный объем траншеи определяется:
- в пределах днища - умножением его площади поперечного
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
геометрического сечения (прямоугольника или трапеции) на длину днища,
- в пределах каждого пандуса - умножением площади этого сечения на
половину длины пандуса, считая ее по горизонтали.
При этом следует учитывать полезный объем призмы, получающейся в
результате придания поверхности силоса и сенажа поперечного уклона к
продольным стенам. Объем такой призмы определяется: в пределах днища умножением площади треугольника (с основанием, равным ширине траншеи
по верху) на длину днища, а в пределах каждого пандуса - умножением
площади треугольника на половину длины пандуса, считая по горизонтали.
- в пределах каждого пандуса - умножением площади этого сечения на
половину длины пандуса, считая ее по горизонтали.
Тогда в соответствии с выше изложенным, вертикальное нормативное
давление на днище заглубленного силосохранилища определяется по формуле:
Рнв = [γ(h - hж) + q + γжhж] КпКн, где:
q = ρ ж/бн * tдн. = 25*0,3=7,5 кН/м2 –распределенная нагрузка от днища.
γ - нормируемая объемная плотность массы, принимается равной 7,50 кН/м3
h=3,6 м - высота от верха массы до уровня днища траншеи, м;
Кп - коэффициент, учитывающий уменьшение давления вследствие
податливости ограждений (для стен из бетонной и бутобетонной кладки Кп = 1,
для железобетонных стен Кп = 0,9 и для деревянных стен Кп = 0,8);
Кн коэффициент
надежности
по
назначению,
учитывающий
ответственность сооружений согласно постановлению Госстроя СССР № 41 от
19 марта 1981 г., Кн = 0,9.
hж=0м - высота от расчетного уровня влаги до поверхности днища
сооружения, принимаемая в соответствии с запроектированными устройствами
для удаления влаги, но не менее 0,25 высоты стен в сооружениях склада, м;
γж - плотность влаги, принимаемая равной 1000 кг/м 3.
Рнв = [7,5(3,6 – 0) + 7,5 + 0]0,9*0,9=27,945кН/м2
Собственный вес плиты g  0,3 * 2,5 *10  7,5 кН м 2
Расчетная схема днища привндена на рисунке 28.
Рисунок 28. Расчетная схема днища.
3.3.5. Ввод данных в ПК «Мономах»
По результатам оценки физико-механических свойств грунтов и расчета
нагрузок, данные вводятся в ПК «Мономах». В основе метода расчета лежат
уравнения статики, модель винклеровского основания и жесткость плиты.
Расчеты основаны на следующих допущениях:
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- Реакция грунтового массива на плиту днища описывается моделью
Винклера и коэффициентом жесткости (коэффициентом постели).
- Фундаментная плита является твердым телом (изгибными деформациями
плиты пренебрегаем).
Геологические процессы в грунтовом массиве при достаточной несущей
способности основания плиты направлены на установление равновесного
состояния грунтового массива, если давление на грунт уменьшается до
величины, не превышающей расчетного сопротивления грунта R.
На первом этапе расчетов определяется осадка плитного днища. Расчет
выполняется с применением модели Винклера для жесткой плиты,
нагруженной весом сооружения. Для неконсолидированных грунтов значение
коэффициента постели «С» рассчитывается по фактическим осадкам плиты.
Для консолидированного грунта коэффициент постели определяется по
нормативным документам.
На втором этапе рассчитывается конечная осадка плиты, Грунт
считается консолидированным, коэффициент постели определяется по
нормативным документам. Характеристики материалов приведены в таблице 18
Характеристики материалов
Класс бетона
Вид бетона
Расчетное сопротивление бетона на сжатие
Модуль упругости бетона
Класс продольной арматуры (вдоль Х)
Расчетное сопротивление продольной арматуры на растяжение
Модуль упругости арматуры
Класс продольной арматуры (вдоль Y)
Расчетное сопротивление продольной арматуры на растяжение
Модуль упругости арматуры
Класс поперечной арматуры
Расчетное сопротивление поперечной арматуры на растяжение
Модуль упругости арматуры
Объемный вес
Жесткость упругого основания грунта на сжатие:
Жесткость упругого основания грунта на сдвиг:
Расстояние до центров тяжести арматуры:
от нижней грани
от верхней грани
Расчет по II предельному состоянию
Ширина раскрытия трещин:
кратковременных
длительных
Таблица 18. Характеристики материалов
93
B25
- тяжелый
1480
3.06e+006
A-III
37500
2e+007
A-III
37500
2e+007
A-I
18000
2e+007
2.5
0
0
3
3
0.4
0.3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.3.6. Задание грунтовых условий в программе ГРУНТ.
В таблица 19 приведен ввод характеристик грунтов в ПК «Мономах»
Таблица 19. Ввод характеристик грунтов в ПК «Мономах»
3.3.7. Задание скважин в ПК «Мономах» и моделирование грунта
Указывается положение скважин (рисунок 29); и на основании
геологического разреза разрабатывается модель грунта (рисунок 30).
Рисунок 29. Геологические характеристики скважин и их расположение на участке
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В результате экстраполяции и триангуляционнонной разбивки модели на
конечные элементы треугольной формы получена следующая
графическая модель грунта.
Рисунок 30. Графическая модель грунта. 1, 2, 3 – номера скважин.
3.3.8. Привязка сооружения к модели грунта
Осуществляется стыковка модели грунта с моделью сооружения в
разделе «Компоновка» ПК «Мономах» (рисунок 31). Это позволит получить
наиболее точные результаты работы плиты днища в массиве грунта.
Рисунок 31. Стыковка модели грунта с сооружением
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Задание нагрузки на плиту днища
Рисунок 32. Схема приложения нагрузки на плиту днища (тс/м2 ).
3.3.9. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПЛИТЫ ДНИЩА
СИЛОСОХРАНИЛИЩА В ПК «МОНОМАХ »
Рисунок 33. Изополя перемещений днища, мм;
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
а)
Рисунок 34. Изополя площади верхнего армирования:
а – вдоль оси Х, см2 /м2 ; б – вдоль оси Y, см2 /м2 .
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б)
Рисунок 35. Изополя площади нижнего армирования:
а – вдоль оси Х, см2 /м2 ; б – вдоль оси Y, см2 /м2
а)
б)
Рисунок 36. Изополя изгибающих моментов:
а – вдоль оси Х, тс*м
б – вдоль оси Y, тс*м.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
Рисунок 37. Изополя поперечной силы:
а – вдоль оси Х, тс; б – вдоль оси Y, тс.
Рисунок 38. Изополя момента Mxy , тс*м.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 39. Изополя: оптимальная толщина плиты, см.
Задание армирования
Используя рисунки 35- 36 по меню «Назначение зоны армирования»
раскладываются верхние и нижние арматурные сетки (рисунок 41-42)
Рисунок 40. Схема раскладки арматурных сеток нижнего пояса.
Рисунок 41. Схема раскладки арматурных сеток верхнего пояса.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Списки подобранных сеток и спецификаций арматуры, сформированные
программой
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 42. Список подобраных арматурных сеток
Вывод: проверка принятой толщины плиты и подбор арматуры,
показали, что расчеты выполнены правильно, а запроектированная
толщина плиты днища силосной траншеи – оптимальна.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТЕН
ЗАГЛУБЛЕННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СИЛОСОХРАНИЛИЩА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
«ЛИРА 9.6.»
Расчет стены в грунте усиленной анкерами совместно с грунтовым
массивом котлована (применение нелинейных элементов грунта,
моделирование предварительного натяжения анкеров, моделирование
процесса
экскавации
котлована).
Результаты
экспериментальных
исследований на компьютерной модели силосохранилища.
3.4.1. Компьютерное моделирование и использование современных
программных комплексов в геотехнических расчетах
Комплексное расчетное обоснование проектов строительства,
эксплуатации, реконструкции сооружений в т.ч. в сложных инженерногеологических условиях, стало невозможным без использования
современных компьютерных программ. При этом следует отметить, что
расчеты, по результатам которых будет принято проектное решение, следует
проводить только после серии предварительных расчетов исследовательского
характера, учитывающих влияние ряда факторов при математическом
моделировании работы геотехнической системы. Наиболее важными из них
являются вопросы создания геометрической модели, конечно-элементной
расчетной схемы и выбора модели грунта.
В современной практике геотехнических расчетов используются
математические модели грунта разной степени сложности. Преимущество
простых моделей заключается в меньшем количестве входных параметров, а
также в простоте и ясности определяющих уравнений. Однако результаты
моделирования в этом случае могут быть достаточно грубыми и плохо
согласующимися с реальными данными. Сложные, усовершенствованные
модели позволяют описать поведение грунта более точно, но они требуют
более широкого набора характеристик грунта, а также достаточной
осведомленности и опытности проектировщика- инженера при выборе
модели, ее параметров и анализе полученных результатов расчетов.
Две альтернативные модели
Используемый в строительных нормах принцип проектирования по
предельным допускаемым деформациям может быть реализован в полной
мере только при использовании упругопластических моделей грунта,
позволяющих описывать напряженно-деформированное состояние на всем
диапазоне изменения нагрузок, вплоть до предельных (разрушающих)
значений.
При
рассмотрении
двух
таких
моделей
упругоидеальнопластическая модель (модель Кулона-Мора) (Бугров, 1974) и
упругопластической модели с упрочнением (Schanz et al, 1999) возможно
провести сравнительный анализ и оценить влияние выбранной модели и ее
расчетных параметров на прогнозируемое развитие напряженнодеформированного состояния грунта. При расчетном обосновании многих
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
геотехнических проектов инженеры часто отдают предпочтение наиболее
простой из этих моделей - модели Кулона-Мора (КМ), в основном из-за
ограниченных данных инженерно-геологических изысканий. Эта модель
требует определения всего четырех расчетных параметров грунта: модуля
общей деформации Е, коэффициента Пуассона ν, сцепления с и угла трения
φ. Модель упрочняющегося грунта (УГ) является усовершенствованной
упругопластической моделью, для которой, помимо параметров прочности с
и φ, требуется определить модули деформации при первичном нагружении Е
и разгрузке Еur, одометрический модуль Еoed, а также показатель степени
зависимости жесткости грунта от уровня напряжений m. Эти входные
расчетные характеристики жесткости соответствуют определенным
эталонным напряжениям, при которых выполнены испытания грунта в
стабилометре и одометре. Реальные же характеристики жесткости
рассчитываются по достигнутым значениям напряжений с учетом развития
напряженно-деформированного состояния грунта по гиперболической
зависимости.
В данной работе для моделирования и расчета основных конструкций
заглубленного силосохранилища использован современный программный
комплекс
«LIRA 9.6». Программный комплекс ЛИРА (Научноисследовательский институт автоматизированных систем в строительстве
НИИАСС). Это многофункциональный программный комплекс для расчета,
исследования и проектирования конструкций различного назначения. Кроме
общего расчета модели объекта на все возможные виды статических
нагрузок, ПК ЛИРА автоматизирует ряд процессов проектирования:
определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение
конструктивных элементов, подбор и проверка сечений конструкций с
формированием эскизов рабочих чертежей.
ПК "LIRA" предназначен для численного исследования на ЭВМ прочности и
устойчивости конструкций, а также и для автоматизированного выполнения
ряда процессов конструирования. " LIRA " обеспечивает исследование
широкого класса конструкций: пространственные стержневые системы,
произвольные пластинчатые и оболочечные системы, мембраны, массивные
тела, комбинированные системы  рамно-связевые конструкции высотных
зданий, плиты на грунтовом основании, ребристые пластинчатые системы,
многослойные конструкции. Расчет выполняется на статические и
динамические нагрузки.
ПК " LIRA " реализует численный метод дискретизации сплошной
среды  метод конечных элементов (МКЭ). Этот метод удобен в
алгоритмизации и реализации на ЭВМ. По единой методике
рассчитываются
стержневые,
пластинчатые,
массивные
и
комбинированные системы.
Основными этапами решения задач по МКЭ являются:
 синтез дискретной расчетной схемы на основе расчленения
исследуемой системы на конечные элементы;
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 построение матриц жесткости;
 формирование системы канонических уравнений, отражающих
кинематическую совместность расчетной системы; решение системы
уравнений и вычисление значений узловых перемещений;
 определение
компонентов
напряженнодеформированного
состояния исследуемой системы по найденным значениям узловых
перемещений.
Для расчета ограждающих конструкций котлована как «стены в грунте»
или «шпунтового ограждения» расчетная модель является плоской и состоит
из грунтового массива, элементов стенового ограждения и анкерных
креплений стен. Задаются размеры грунтового массива и характеристики
грунтов в нем, размеры котлована и уровни его отрывки, нагрузки на
поверхность грунта, размеры и параметры материала и сечения стеновых
элементов и анкеров, а также силы натяжения в анкерных креплениях.
Расчет производится последовательно по стадиям. На первой стадии
производится расчет полной модели (без анкеров) на собственный вес и
заданную нагрузку. Дальнейшее количество стадий определяется
автоматически и зависит от заданных уровней выемки грунта и отметок
установки анкеров. По ходу расчета выполняется накопление перемещений в
узлах, напряжений в элементах грунта и усилий в элементах стен и анкеров
по стадиям. Результаты расчета представляются в виде изополей
перемещений и напряжений в грунте, а также усилий в стене и анкерах по
каждой стадии.
В программном комплексе ПК " LIRA " и «Мономах» реализованы
строительные нормы и правила, действующие в момент издания
настоящего руководства:
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.; Стройиздат,1986.
СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции.
М.; Стройиздат,1985.
Динамический расчет зданий и сооружений. Справочник проектировщика.
М.; Стройиздат,1984.
Инструкция по расчету несущих конструкций промышленных зданий и
сооружений на динамические нагрузки. М.; Стройиздат,1970.
Дополнения к СНиП II-7-81*, введенные в действие 26 июля 1995 г.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.
3.4.2. Программа исследований, её цели и задачи:
1. Создать модель и технологию моделирования многослойного
основания с применением теории прочности Кулона- Мора;
2. Создать и разработать расчетные схемы конструкций ограждения
котлована:
 в процессе монтажа;
 на конечном этапе возведения силосохранилища, с учетом
следующих нагрузок:
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
загружение 1 – собственный вес грунта трехслойного основания;
загружение 2– равномерно-распределенные нагрузки от
транспорта и от днища.
3. Применение технологии нелинейного расчета системы "нелинейнодеформируемое основание – линейно-деформируемые конструкции
ограждения" с учетом процесса монтажа и разработки котлована;
4. Произвести расчет с учетом модуля деформации грунта по ветви
вторичного нагружения (учет разгрузки модели грунта).
Цели и задачи:
 показать технологию моделирования многослойного основания с
применением теории прочности Кулона-Мора;
 продемонстрировать технологию построения расчетной схемы
конструкций ограждения котлована в процессе монтажа;
 показать технологию нелинейного расчета системы "нелинейнодеформируемое основание – линейно-деформируемые конструкции
ограждения" с учетом процесса монтажа и разработки котлована;
 произвести расчет с учетом модуля деформации грунта по ветви
вторичного нагружения (учет разгрузки модели грунта).
3.4.3. Методика исследований конструкций силосохранилища:
Исходные данные для исследований (рисунок 44):
1. Профиль многослойного (трехслойного основания с размерами
30 х 12 м.
1. Котлован с размерами 30 х 12 м.
2. Полная высота подпорной стены Hп = 4.9м.
3. Расчетная высота H = 4.2м (задаётся от уровня нулевой отметки).
4. Ширина подпорной стены по основанию B = 0.4м.
5. Высота подпора грунта hп = 2.9 м.
6. Глубина заложения подошвы (консольно-защемленной части)
hз = 1,3м (с учетом толщины днища).
7. Отметка уровня подошвы стены – «-4,200».
8. Днище – монолитное железобетонное.
9. Толщина днища tдн = 0.3м.
10. Отметка уровня верха днища – «-2,900».
11. Уклон днища – i=3%.
12. Плотность бетона стены и днища, учитывая низкий процент
армирования: ρж/бн= 25 кН/м3.
13. Вертикальные конструкции ограждения высотой 4,2 м.
14. Опоры анкеров длиной 3 м, анкера длиной 3,1 м, расположенные под
углом 300
107
600
-1.100
-1.000
20
-2.900
0.03
2
-3.900
-4.800
коэффициент
пористости
показатель
текучести
1
3
300
1
абсолютная отм.
подошвы слоя, м
0.000
описание
грунтов
мощность слоя,м
+0.700
1500
стратиграф.
индекс
глубина подошвы
слоя, м
грунтовая насыпь
Условное обозначение грунтов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
0.03
3
-4.200
400
12000
400
Рисунок 43. Схема конструкций ограждения котлована и нагрузок на
многослойное основание
Нагрузки: Расчет производится для сетки профиля основания с размерами
КЭ 1 х 1 м.
 загружение 1 – собственный вес грунта трехслойного основания;
 загружение 2 – постоянная равномерно-распределенная нагрузка g1 =
1 т/м, постоянная равномерно-распределенная нагрузка g2 =0.5 т/м,
приложенные на поверхность основания, собственный вес конструкций
ограждения;
 загружение 3 – предварительное натяжение анкеров F = 5 т.
3.4.4. Алгоритм- порядок выполнения расчета.
Этап 1. Создание новой задачи:
начало работы с ПК ЛИРА, команда Windows: Пуск - Программы Lira Soft - ЛИРА 9.4 - ЛИРА 9.4.
Для создания новой задачи выполнен пункт меню Файл - Новый (кнопка на
панели инструментов).
В появившемся диалоговом окне Признак схемы (рисунок 44) заданы
следующие параметры:
 имя создаваемой задачи – экспериментальное моделирование и
расчет стены в грунте усиленного анкерами совместно с грунтовым
массивом котлована;
 признак схемы – 2 – три степени свободы в узле (два перемещения
и поворот) X0Z.
После этого кнопка – Подтвердить.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 44. Диалоговое окно Признак схемы - Создание
геометрической схемы.
Этап 2. Создание геометрической схемы
1. Создание профиля основания
С помощью меню Схема - Создание - Регулярные фрагменты и сети
(кнопка на панели инструментов) вызвано диалоговое окно Создание
плоских фрагментов и сетей (рисунок 45).
В этом окне переход на четвертую закладку - Генерация балки-стенки.
Задан шаг конечно-элементной сетки вдоль первой и второй осей
Остальные параметры принимаются по умолчанию.
Кнопка – Применить.
Рисунок 45. Создание плоских фрагментов и сетей
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Создание плоских фрагментов и сетей. Смена типа конечных
элементов основания
Выполнить пункт меню Выбор - Отметка блока (кнопка на панели
инструментов).
Указать курсором на любой узел или элемент (узлы и элементы
окрашиваются в красный цвет).
Выполните пункт меню Схема - Корректировка - Смена типа конечного
элемента (кнопка на панели инструментов).
В диалоговом окне Смена типа конечного элемента (рисунок 46) с
помощью курсора выделена строка Тип 281 – физически нелинейный
прямоугольный КЭ плоской задачи (грунт). Кнопка – Применить.
Рисунок 46. Диалоговое окно Смена типа конечного элемента
Добавление конструкций ограждения котлована, анкеров и опор
анкеров
С помощью меню Схема - Корректировка - Добавить элемент (кнопка на
панели инструментов) вызвать на экран диалоговое окно Добавить элемент
(рисунок 47).
Рисунок 47. Диалоговое окно Добавить элемент
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Смена типа конечных элементов анкеров и опор анкеров
Выполняем пункт меню Выбор - Отметка и Выбор - Полигональная
отметка.
Выполнить пункт меню Схема - Корректировка - Смена типа конечного
элемента.
В диалоговом окне Смена типа конечного элемента (рисунок 46) выделить
строку Тип 1 – КЭ плоской фермы.
Кнопка – Применить.
Выделяем на расчетной схеме элементы анкеров.
В диалоговом окне Смена типа конечного элемента выделяем строку
Тип 208 – физически нелинейный специальный двухузловой КЭ для
моделирования предварительного натяжения.
Кнопка – Применить.
Выполняем пункт меню Выбор - Отметка элементов, чтобы снять
активность с операции выделения элементов.
Этап 3. Задание граничных условий
Выделение узлов нижней грани основания
Выполняем пункт меню Выбор - Отметка.
Выделяем узлы нижней грани основания (узлы окрашиваются в красный
цвет).
Задание граничных условий в узлах нижней грани основания
С помощью меню Схема - Связи (кнопка на панели инструментов) вызвать
диалоговое окно Связи в узлах (рисунок 48).
В этом окне, с помощью установки флажков, отмечаем направления, по
которым запрещены перемещения узлов (X, Z).
Кнопка – Применить (узлы окрашиваются в синий цвет).
Рисунок 48. Диалоговое окно Связи в узлах
Задание граничных условий в узлах боковых граней основания
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С помощью курсора выделяем узлы крайней левой и крайней правой
боковых граней основания. В диалоговом окне Связи в узлах отмечаем
направления, по которым запрещены перемещения узлов (X). Для этого
необходимо снять флажок с направления Z.
Кнопка – Применить.
Этап 4. Задание жесткостных параметров элементам расчетной схемы
Формирование типов жесткости
С помощью меню Жесткости - Жесткости открываем диалоговое окно
Жесткости элементов (рисунок 49).
В этом окне жмем по кнопке Добавить для того, чтобы вывести список
стандартных типов сечений.
Выбрать из списка тип сечения КЭ 281 – 284 численное.
Рисунок 49. Диалоговое окно Жесткости элементов
В диалоговом окне Численное описание для КЭ 281 – 284 (рисунок 50)
задать параметры первого слоя грунта (насыпь):
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 50. Диалоговое окно Численное описание для КЭ 281 – 284
Далее добавляем остальные слои грунта тем же способом .
На рисунке 51 приведено диалоговое окно Численное описание для КЭ 281 –
284 для остальных слоев грунта.
Рисунок 51. Диалоговое окно Численное описание для КЭ 281 – 284
После этого в диалоговом окне Жесткости элементов из списка выбираем
тип сечения КЭ 2 численное.
В диалоговом окне КЭ 2 численное (рисунок 52) задаем параметры сечения
конструкций ограждения:
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 52. Диалоговое окно КЭ 2 численное
После этого в диалоговом окне Жесткости из списка тип сечения
КЭ 1 численное.
В диалоговом окне КЭ 1 численное (рисунок 53) задаем параметры сечения
опор анкеров:
Рисунок 53. Диалоговое окно КЭ 1 численное
После этого в диалоговом окне Жесткости элементов выбераем из списка
тип сечения КЭ 208 численное.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В диалоговом окне Численное описание для КЭ 208 (рисунок 54), при
включенной радио-кнопке способа задания сечения Численное, задаем
параметры сечения анкеров:
Рисунок 54. Диалоговое окно Численное описание для КЭ 208
Назначение жесткостей элементам расчетной схемы
В диалоговом окне Жесткости элементов в списке типов жесткостей
выделяем тип жесткости 1.КЭ 281-284 численное.
Далее кнопка Установить как текущий тип (при этом выбранный тип
записывается в окне редактирования Текущий тип жесткости.).
Выполняем пункт меню Выбор - Отметка элементов.
С помощью курсора выделяем ряды конечных элементов основания, где
должен располагаться определенный тип грунта.
В диалоговом окне Жесткости элементов кнопка Назначить (с элементов
снимается выделение. Это свидетельство того, что выделенным элементам
присвоена текущая жесткость).
Далее в диалоговом окне Жесткости элементов в списке типов жесткостей
выделяем тип жесткости 2.КЭ 281-284 численное.
Кнопка - Установить как текущий тип.
С помощью курсора выделяем ряды конечных элементов основания, где
должен располагаться определенный тип грунта.
В диалоговом окне Жесткости элементов кнопка Назначить.
Далее в диалоговом окне Жесткости элементов в списке типов жесткостей
выделяем тип жесткости 3.КЭ 281-284 численное.
Кнопка - Установить как текущий тип.
С помощью курсора выделяем ряды конечных элементов основания, где
должен располагаться определенный тип грунта.
В диалоговом окне Жесткости элементов кнопка Назначить.
Затем в диалоговом окне Жесткости элементов устанавливаем текущий тип
жесткости 4.КЭ 2 численное.
Выполняем пункт меню Выбор - Отметка вертикальных элементов
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С помощью курсора выделяем все вертикальные элементы схемы.
В диалоговом окне Жесткости элементов кнопка Назначить.
Устанавливаем текущим тип жесткости 6.КЭ 208 численное.
С помощью курсора выделяем элементы анкера.
В диалоговом окне Жесткости элементов по кнопке Назначить.
Установить текущим тип жесткости 5.КЭ 1 численное.
С помощью курсора выделяем элементы анкера.
В диалоговом окне Жесткости элементов по кнопке Назначить
(назначенной жесткостью остается та, которая была назначена последней).
Этап 5. Задание нагрузок
Формирование загружения № 1
В диалоговом окне Фильтр для элементов в раскрывающемся списке По
типу КЭ выбираем строку Тип 281 – физически нелинейный
прямоугольный КЭ плоской задачи (грунт).
Кнопка – Применить.
Для задания нагрузки от собственного веса элементов основания, вызвать
диалоговое окно Добавить собственный вес (рисунок 55) с помощью меню
Нагрузки - Добавить собственный вес.
Рисунок 55. Диалоговое окно Добавить собственный вес
В этом окне включить радио-кнопку выделенные элементы и кнопку –
Применить.
Формирование загружения № 2
Сменяем номер текущего загружения, вызвав диалоговое окно Активное
загружение (рисунок 56) с помощью меню Нагрузки - Выбор загружения.
В этом диалоговом окне задаем номер загружения 2. Кнопка – Подтвердить.
Рисунок 56. Диалоговое окно Активное загружение
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С помощью курсора выделить узлы, на которые будет приложена нагрузка.
Из меню «Нагрузки - Нагрузка на узлы и элементы» открываем диалоговое
окно «Задание нагрузок».
В этом окне, при активной закладке «Нагрузки в узлах» и включенных радио
кнопках системы координат – Глобальная, направления – вдоль оси Z, по
кнопке сосредоточенной силы вызвать диалоговое окно «Параметры
нагрузки». В появившемся окне Задание нагрузок вводим значения нагрузки
(рисунок 57).
Рисунок 57. Диалоговое окно Задание нагрузок
Выполнение расчета
После задания нагрузок в главном меню выполняется Режим - Выполнить
расчет (рисунок 58)
Рисунок 58. Диалоговое окно Выполнить расчет
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.5. Результаты исследований на компьютерной модели
силосохранилища, моделирование предварительного натяжения
анкеров, моделирование процесса экскавации котлована.
От первого загружения (собственного веса грунта)
Рисунок 59. Деформированная система от первого загружения
Изополя перемещений по оси Х
Шкала перемещений
Рисунок 60. Изополя перемещений по оси Х
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изополя перемещений по оси У
Шкала перемещений
Рисунок 61. Изополя перемещений по оси У
Изополя перемещений по оси Z
Шкала перемещений
Рисунок 62. Изополя перемещений по оси Z
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эпюра продольных сил
Рисунок 63. Эпюра продольных сил
Эпюра поперечных сил
Рисунок 64. Эпюра поперечных сил
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эпюра моментов
Рисунок 65. Эпюра моментов
От второго загружения (от днища и движения транспорта).
Деформированная система
Рисунок 66. Деформированная система От второго загружения
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изополя перемещений по Х
Шкала перемещений
Рисунок 67. Изополя перемещений по Х
Изополя перемещений по У
Шкала перемещений
Рисунок 68. Изополя перемещений по У
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изополя перемещений по Z
Шкала перемещений
Рисунок 69. Изополя перемещений по Z
Эпюра продольных сил
Рисунок 70. Эпюра продольных сил
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эпюра поперечных сил
Рисунок 71. Эпюра поперечных сил
Эпюра моментов
Рисунок 72. Эпюра моментов
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Усилие в анкере
Рисунок 73. Загружение 1
Рисунок 74.Загружение 2
Нумерация узлов
Рисунок 75. Нумерация узлов
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица перемещений узлов КЭ
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 76. Таблица перемещения узлов
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЫВОД:
Моделирование состояния конструкций анкерной стены в грунте
силосохранилища от внешних воздействий и собственного веса грунта
показало, что прочностные характеристики, устойчивость, деформации и
перемещения стены в грунте, выполненные в расчетах, приняты, верно, и
соответствуют нормативным требованиям СНиП 2.02.01-83 «Основания и
фундаменты» и СНиП 2.03.01 – 84*. Нормы проектирования. Бетонные и
железобетонные конструкции.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В выполненной научной работе разработан комплексный подход к
проектированию и строительству заглубленной железобетонной силосной
траншеи для среднего фермерского хозяйства на 70 коров молочного
направления, которой состоит в следующем:
 расчет и оптимизация количества голов КРС фермерского хозяйства
на основе его рентабельности;
 расчет потребности в высококачественных кормах для данного
количества КРС;
 разработка
параметров
оптимизации
размеров
и
объема
силосохранилищ, с учетом вышеуказанных критериев;
 проектирование и строительство заглубленных силосных траншей
следует выполнять только с учетом создаваемых условий для
технологического процесса силосования и хранения силоса с
минимальными потерями кормов и их качества;
 проекты строительства силосохранилищ должны предусматривать
современные высокоэффективные и экономичные строительные
технологии, с широким использованием местных материалов;
 возможность широкого использования механизации в строительства,
в закладке и выгрузке кормов из силосохранилища;
 расчеты на прочность и устойчивость конструкций силосохранилищ от
различного вида нагрузок;
 спроектированные силосохранилища должны быть современными,
экономичными, экологически безопасными, прочными, долговечными
и выполнять свою основную функцию - силосование и хранение
высококачественных кормов для КРС;
 проект силосохранилища должен
иметь возможность гибкой
адаптации к месту строительства, в зависимости от природноклиматических, геологических и иных особенностей местности.
Все расчеты и выводы в научной работе выполнены на основе анализа
зарубежного и отечественного опыта проектирования и строительства зданий
и силосных сооружений для фермерских хозяйств.
Научная работа и её результаты в виде спроектированного заглубленного
силосохранилища из монолитного железобетона для фермерского хозяйства
на 70голов КРС, могут быть использованы в качестве составной части
типового проекта и тиражированы для каталогов проектов семейных
животноводческих ферм для крестьянских (фермерских) хозяйств;
строительства, реконструкции или модернизации, а также комплектации
животноводческих ферм по Целевой программе Министерства сельского
хозяйства РФ «РАЗВИТИЕ СЕМЕЙНЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
НА БАЗЕ КРЕСТЬЯНСКИХ (ФЕРМЕРСКИХ) ХОЗЯЙСТВ НА 2012-2014
годы».
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список используемой литературы
Используемые источники:
1. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Рязанской области;
сокращенное наименование — Минсельхозпрод Рязанской области.
Местонахождение Министерства: 390006, г. Рязань, ул. Есенина, 9.
E-mail: rokgs@stat.ryazan.ru www.stat.ryazan.ru
2. http:// www.agrohevs.ru.
3. http:// www.cbio/ru/modules.
4. http:// www.chumaci.com.
Нормативные ссылки:
1.СНиП II-97-76. Генеральные планы сельскохозяйственных предприятий.
2.СНиП II-3-79. Строительная теплотехника.
х
3. СНиП 2.01.07-85 . Нагрузки и воздействия.
4.СНиП 2.03.13-88. Полы.
5.СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и сооружений от
коррозии.
6.СНиП 2.10.02-84. Здания и помещения для хранения и переработки
сельскохозяйственной продукции.
7. ППБ 01-93. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.
8. ПУЭ. Правила устройства электроустановок.
9.ПТБ. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей.
10.ОСТ 10 029-94. Зерносенаж, Технические условия.
11.ОСТ 10 201-97. Сенаж. Технические условия.
12.ОСТ 10 202-97. Силос из зеленых растений. Технические условия.
13.ОСТ 46 170-84. Силос из зеленых растений. Приготовление и хранение.
Типовой технологический процесс.
14. ОСТ 46 202-85. Сенаж. Приготовление и хранение. Типовой
технологический процесс.
15.Единые требования к конструкции тракторов и сельскохозяйственных
машин по безопасности и гигиене труда.Об основах охраны труда в
Российской Федерации (Закон от 17 июля 1999 г. № 181-ФЗ).
16.Брытков М. Обоснование производственных типов крестьянских
(фермерских) хозяйств // АПК: экономика, управление, 1999, № 5, с.47-55.
17.СНиП 3.02.01—87 Земляные сооружения, основания и фундаменты. —
М.: Стройиздат, 1998.
18.СНиП 3.03.01—87 Несущие и ограждающие конструкции. — М.:
Стройиздат, 1988
19. СНиП 10-01—94. Система нормативных документов в строительстве. —
М.: Стройиздат, 1994.
20.СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21.СН 477-75. Временная инструкция по проектированию стен сооружении и
противофильтрацнонных завес, устраиваемых способом «стена в грунте».
22. МГСН 2.07-01. Основания, фундаменты и подземные сооружения.
23. Министерство сельского хозяйства РФ. Целевая программа ведомства
« Развитие семейных животноводческих ферм на базе крестьянских
(фермерских) хозяйств на 2012-2014 годы».
24. Постановление Госстроя СССР от 19 марта 1981 г. № 41.
Нормы технологического проектирования хранилищ силоса и сенажа:
НТП-АПК 1.10.11.001-00 (взамен ОНТП 7-85): утв. МСХ РФ
27.12.2000. –М.: 2000. –[Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.complexdoc.ru/ntdpdf /480643/nor-my_tekhnologicheskogo_
proektirovaniya_khranilishch_silosa_i_senazha.pdf, 2011.
25. РылькоД.В.В степях Миннесоты- П /Д. Рылько //Агроинвестор.-2009.-№2
26.Рубежный А.А. Организационно-производственные типы
сельскохозяйственных предприятий за рубежом /А.А. Рубежный //
Сборник научных трудов СевКав-ГТУ. Серия «Экономика». - 2005. - № 1.
27. Сахарова О.В. Новая семейная ферма - высокий уровень/ О.В. Сахарова,
А.О. Закревский // Сельскохозяйственные вести.
28. Смеянов А.С. Российские молочные реки нужны не Европе, а нам самим
/А. Смеянов // Аграрный эксперт. - 2008. - Октябрь. - С. 4-5.
29. Кокунова И.В., Куренков А.Г.Применение экологически безопасных
технологий в кормопроизводстве Псковской области - Великие Луки:
РИО ВГСХА, 2006. - 4 с.
30. Заготовка кормов: масса или качество? [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: http://gov.cap.ru, 2011.
31. Волгин В. И. Оптимизация питания высокоудойных коров /В. И. Волгин,
Л. В. Романенко, А. С. Бибикова // Животноводство России –2005. – № 3.
– С. 27-28.
32. Пути интенсификации кормопроизводства и повышения качества
кормов / под ред. И. П. Проскуры. – М.: Агропромиздат, 1986. – 335 с.
33. Степочкина И. Ю. Организационно-экономические аспекты повышения
эффективности кормопроизводства: автореф. дис. … канд.экон.наук:
08.00.05 / Степочкина Ирина Юрьевна. – Пенза, 2007. – 23 с.
34. Кутровский В. Н. Пути повышения эффективности производства
молока при интенсификации животноводства и кормопроизводства:
автореф. дис. … д-ра с.-х. наук: 06.02.04 / Кутровский Виктор
Николаевич. -Дубровицы, 2007. – 34 с.
35. Новые технологии – лучшие результаты. Заготовка силоса в пленочных
рукавах [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://stragro.
ru/index.php?option=com_content&task=view&id=15&Itemid=32, 2011.
36. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных:
справ. пособие / А. П. Калашникова [и др.]; под ред. А. П. Калашникова. –
3-е изд., доп. – М., 2003. – 456 с.
37.Хохрин С. Н. Корма и кормление животных: учеб. пособие /С. Н. Хохрин.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– СПб.: Лань, 2002. – 512с.
38. Боярский Л. Г. Технология кормов и полноценное кормление
сельскохозяйственных животных / Л. Г. Боярский // Серия: Ветеринария и
животноводство. – Ростов н/Д: Феникс, 2001. – 416 с.
39. Иванов А. Ф. Кормопроизводство / А. Ф. Иванов, В. Н. Чурзин,
В. И. Филин. – М.: Колос, 1996. – 399 с.
40. Подворок Н. И. Руководство по кормлению коров: рекомендации /
– Краснодар, 2006. –29 с.
41. Кокунова И.В., Куренков А.Г.Применение экологически безопасных
технологий в кормопроизводстве Псковской области - Великие Луки:
РИО ВГСХА, 2006. - 4 с.
42. Хазиахметов Ф. С. Практические рекомендации руководителям и
зооветспециалистам сельскохозяйственных предприятий, крестьянскофермерских хозяйств по расчету годовой потребности в кормах
/Ф. С. Хазиахметов, Т. А. Фаритов, Х. Х. Галин. –Уфа: ГУ изд-во «Мир
печати», 2008. –24 с.
43.Плющение зерна – эффективный метод приготовления высококачественного корма [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.sdexpert.ru/stats/158, 2011.
44.Сазонкин Д. А. Использование плющенного консервированного
зерна в составе кормосмесей и рационов дойных коров с включением белково-витаминной минеральной добавки и цеолита: автореф. дис. … канд.
с.-х. наук: 06.02.02 / Сазонкин Дмитрий Александрович. –Брянск,
2009. –19 с.
45.Теличенко В.И, Лапидус АЛ, Терентъев О.М., Соколовский В.В.
Технология возведения зданий и сооружений. - М.: Высшая школа, 2002.
46.Смородинов М.И. Строительство заглубленных сооружений. — М.:
Стройиздат, 1993. — 316 с.
47. Горбунов-Посадов М.И., Ильичёв В.А., Крутое ВЛ. и др. Основания,
фундаменты и подземные сооружения. Под общ ред. НА. Сорочана и Ю.Г.
Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1981.
48. Долматов Б.И., Бронин В.H.. Карлов В.Д.- и др. Основания и фундаменты.
- М.: ACВ, СПб.ГАСУ, 2002.
49. Ивахнюк В.А. Строительство и проектирование подземных и
заглубленных сооружений. М: Издательство АСВ, 1999.
50. Козлов В.В.. Чумаченко АЛ. Гидроизоляция в современном
строительстве. М.: АСВ, 2003.
51.Конюхов Д .С. Использование подземного пространства. - М.:
Архтектура-С, 2004.
52. Кочерженко В.В Технологии возведения подземных сооружений. - М:
Издательство АСВ, 2000.
53. Круглицкий И.М, Мильковицкий С.И., Скворцова В.Ф., Шейнблюм В.М.
Траншейные стенки в грунтах. - Киев: Наукова думка, 1973.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54. Лернер В.Г., Петренко Е.B. Систематизация и совершенствование
технологий строительства подземных объектов. - М.: ТИМР, 1999.
55. Марионков К.С. Основы проектирования производства строительных
работ. - М.: Стройиздат, 1968
56. Мостков В.М, Орлов В А., Степанов П.Д.- и др. Подземные
гидротехническне сооружения: Под ред. В.М. Мосткова. - М.: Высшая
школа, 1986
57. Насонов И.Д., Ресин В.И, Шуплик М.Н., Федюкин В А. Технология
строительства подземных сооружений. Специальные способы
строительства - М.: Издательство Академии горных наук, 1998.
58. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП
2.02.01-83*). Рекомендации по технологии устройства подземных
сооружений методом « стена в грунте». - М.: НИИОСП. ВНИИГС,
НИИСП, 1973.
59. Смородинов М.И. Строительство заглубленных сооружений: Справ,
пособие, - М.: Стройиздат, 1993,
60. Смородинов М.И.. Федоров B.C. Устройство фундаментов и конструкций
методом «стена в грунте». - М,; Стройиздат, 1976.
61. Смородинов М.И.., Федоров B.C. Ржаницын Н.А. и др. Основания и
фундаменты: Под общ. ред. М.И. Смородинова. М.: Стройиздат, 1983.
Тер-Мартиросян З.Г. Реологические параметры грунтов и расчеты
оснований сооружений. - М.: Стройиздат, 1990
62. Ревич Я.Л. и др. Технология строительных процессов: Учебное пособие.
-М.: Издательство АСВ,2011.- 376 с. ISBN 978-5-93093-798-5
63. Ревич Я.Л. Технология строительных процессов : Учебное пособие по
разработке курсового проекта.- Рязань: РИ(ф) МГОУ,2007.-102с.
64. Шилин А.А., Зайцев М.В., Золотарев И.А., Ляпидевская О.Б.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве
и ремонте. - Тверь: Русская торговая марка, 2003.
65. Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и
фундаментов. - М.: Стройиздат, 1980.
66.Стаценко А.С.Технология бетонных работ: Учебное пособие. Мн.: Высш.
шк., 2005.
67. В.А.Ильичев, А.Б.Фадеев.Европейские правила геотехнического
проектирования. Основания, фундаменты и механика грунтов. №6. 2002
68. А.Б.Фадеев А.Л.,Прегер .Решение геотехнических задач методом
конечных элементов Изд-воТомского университета. Томск. 1994 г . 228 с
69. А.Б.Фадеев. Метод конечных элементов в геомеханике "Недра", М.
1987г. 220 с.
70. А.Б.Фадеев, Б.З.Амусин. Метод конечных элементов при решении
задач горной геомеханики "Недра", М., 1975 г. 9,0 п.л.
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие……………………………………………………………………….3
Введение…………………………………………………………………………...5
ГЛАВА 1. Оптимизация параметров заглубленных железобетонных
силосохранилищ для фермерского хозяйства……………………………….8
1.1. Разработка основных критериев оптимизации параметров
силосохранилищ для силосования и хранения кормов - как
основы комплексного подхода к проектированию и
строительству илосных траншей для фермерских хозяйств....8
1.1.1. Анализ опыта функционирования зарубежных и
отечественных молочных фермерских хозяйств………………...8
1.1.2. Расчет объема и параметров силосохранилища в зависимости
от количества голов КРС и потребности в кормах для этой
численности скота ………………………………………………..26
1.1.3. Обоснование параметров силосохранилищ в соответствии
с Нормами технологического проектирования хранилищ
силоса и сенажа НТП АПК 1.10.11-001-0 Министерства
сельского хозяйства Российской Федерации………………….28
1.1.4. Требования, предъявляемые к силосным и сенажным
сооружениям………………………………………………………..30
1.1.5. Влияние геологических и гидрогеологических факторов
места строительства силосохранилищ…………………………..32
1.2. Строительство заглубленных силосных траншей с помощью
современной строительной технологии «стена в грунте»............33
ГЛАВА 2. Расчет конструкций заглубленных железобетонных
силосохранилищ ……………………………………………….........................36
2.1.Технологические требования к строительным решениям
хранилищ кормов ………………………………………….............36
2.2. Анализ конструкций и материалов используемых для
строительстве подпорных стен………………………………….37
2.3. Производство работ по строительству подпорных стен…….…40
2.4. Основные теории и методики расчета подпорных стен………..41
ГЛАВА 3. Исследование и расчет нагрузок, несущей способности и
прочности ограждающих конструкций заглубленного силосохранилища
с анкерным креплением
(С использованием компьютерного моделирования в Программном
комплексе ПК ЛИРА 9.6.)…………………………………………………….49
Программа, методика исследований и расчетов конструкций
силосохранилища………………………………………………………………49
3.1. Расчет стены в грунте усиленной анкерами совместно с
грунтовым массивом котлована (применение нелинейных
элементов грунта)……………………………………………………50
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.1.1. Исходные данные на проектирование………………………………50
3.1.2. Расчет гибкой незаанкеренной подпорной стены
первый этап)…………………………………………………………….53
3.1.3. Расчет прочности грунтового основания ………………………....60
3.1.4. Расчет гибкой стены с одной опорой (анкером)
второй этап……………………………………………………………61
3.1.5. Расчет прочности грунтового основания…………………………...65
3.1.6. Расчет прочности по материалу стены…………………....................66
3.1.7. Расчёт величины раскрытия трещин…………………......................68
Список используемой литературы по разделу…………………………69
3.2. Проектирование и расчет анкерных креплений стен
силосохранилища …………………………………………………….....70
3.2.1. Назначение и конструкция анкера……………………......................70
3.2.2. Расчетная схема…………………………………………...................70
3.2.3. Вычисление сил…………………………………………....................72
3.2.4. Уравнения равновесия……………………………………..................73
3.2.5. Подбор длины анкера………………………………….....................75
3.2.6. Расчет несущей способности анкеров,
первый вариант - грунтовый анкер…………………………………….77
3.2.7. Второй вариант - плитный анкер…………………..........................78
3.2.8. Подбор площади плиты корня анкера. Проверка
несущей способности плиты анкера…………………………………79
3.2.9. Расчет оснований по несущей способности при
действии на плиту выдергивающей нагрузки………………………...80
3.2.10. Расчет прочности материала тяг анкеров……………......................81
Список используемой литературы по разделу…………………………….83
3.3. Проектирование и расчет монолитной плиты днища
силосохранилища (сплошного сечения)…………………………….. 84
3.3.1. Краткие сведения о программном комплексе
«МОНОМАХ»……………………………………………………………. 84
3.3.2. Исходные данные и методика расчета……………………………85
3.3.3. Инженерно-геологические и гидрогеологические
характеристики площадки строительства………………………………….86
3.3.4. Определение нагрузок и усилий в плите днища………………….87
3.3.5. Ввод данных в ПК «Мономах»……………………………………89
3.3.6. Задание грунтовых условий в программе ГРУНТ……………….91
3.3.7. Задание скважин в ПК «Мономах» и моделирование
грунта…………………………………………………………………….91
3.3.8. Привязка сооружения к модели грунта…………….……………..92
3.3.9. Результаты расчета плиты днища силосохранилища
в ПК «МОНОМАХ»………………………………………………….93
3.4. Компьютерное моделирование стен заглубленного
железобетонного силосохранилища с использованием
программного комплекса «ЛИРА 9.4.»…………….........................101
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4.1. Компьютерное моделирование и использование
современных программных комплексов в
геотехнических расчетах……………………………………………101
3.4.2. Программа исследований, её цели и задачи……………………..103
3.4.3. Методика исследований конструкций силосохранилища……….104
3.4.4. Алгоритм- порядок выполнения расчета………………………..105
3.5. Результаты исследований на компьютерной модели
силосохранилища, моделирование предварительного
натяжения анкеров, моделирование процесса экскавации
котлована)……………………………………………………………..115
3.6. Заключение…………………………………………………………..127
Список литературы………………………………………………...........128
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ П.А.КОСТЫЧЕВА»
НЕКРАШЕВИЧ ВЛАДИМИР ФЁДОРОВИЧ, РЕВИЧ ЯКОВ ЛЬВОВИЧ,
Монография
«Расчет конструкций и оптимизация параметров
заглубленных монолитных железобетонных
силосохранилищ для фермерских хозяйств»
НАУЧНОЕ
ИЗДАНИЕ
Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная
Усл. печ. л.9
Тираж 300 экз. Заказ №855
подписано в печать 10.01.2013
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Рязанский государственный агротехнологический университет
имени П.А.Костычева»
390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1
Отпечатано в издательстве учебной литературы и
учебно-методических пособий
ФГБОУ ВПО РГАТУ
390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1
Отпечатано с оригинала макета заказчика
138
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа