СП 292.1325800.2017. 5.7 Особенности расчета мостовых сооружений при воздействии цунами

5.7.1.1

Расчет мостовых сооружений на воздействие цунами следует проводить в зависимости от степени ответственности моста, исходя из расчетного заплеска в соответствии с таблицей 5.1.

Таблица 5.1

Примечание - Здесь и далее принят тип моста в соответствии с СП 35.13330.2011 [пункт 5.7, примечание].

5.7.1.2

Объем, скорость и другие характеристики водного потока уточняются гидравлическим расчетом с учетом ЦМР. Расчет мостового сооружения на нагрузки от цунами проводят в особом сочетании при обязательном учете местного размыва русла у опор. В расчетной модели цунамистойкости мостового сооружения необходимо учитывать местный размыв русла у опор и уменьшение их несущей способности с использованием данных по оценке устойчивости грунта, подверженного гидродинамическому воздействию, по СП 38.13330.2019 (приложение В).

Аэродинамический коэффициент лобового сопротивления потоку цунами допускается принимать по СП 35.13330.2011 (приложение Н) и таблице 5.2.

5.7.1.3

При необходимости в расчете мостовых сооружений на цунамистойкость следует рассматривать дополнительные вертикальные нагрузки особого сочетания и другие расчетные ситуации, указанные в 5.4.12.

5.7.1.4

Требования к надежности, долговечности и безопасности мостовых сооружений, расположенных в ЦОТ, могут уточняться в зависимости от их назначения, степени ответственности и срока службы согласно принятым и утвержденным застройщиком (техническим заказчиком) рекомендациям организации, осуществляющей научно-техническое сопровождение проектирования и строительства данного сооружения, по СП 35.13330.2011 (пункт 5.95).

5.7.1.5

При проектировании мостовых переходов в ЦОТ необходимо обращать внимание на то, чтобы водопропускная способность рассматриваемого мостового сооружения обеспечивала надежность и безопасность его опорных элементов (устоев и русловых опор), соединительных элементов и, в конечном итоге, - пролетного строения. Проектирование мостовых сооружений в цунамиопасной зоне должно осуществляться с назначением верха отметки их проезжей части в соответствии с утвержденным застройщиком (техническим заказчиком) технико-экономическим обоснованием, в соответствии с которым, после воздействия цунами, в потоке которого могут находиться глыбы льда и плавающие вредоносные предметы, должна обеспечиваться возможность сохранения движения транспорта по мостовым сооружениям, необходимым для функционирования транспортной инфраструктуры рассматриваемого района. Потребность учета пропуска судов под мостовыми сооружениями при этом учитываться не должна.

5.7.1.6

Расчет мостов на действие цунами (и других волн) следует проводить минимум на два уровня нагрузки - проектное цунами (ПЦ) и максимальное расчетное цунами (МРЦ) в соответствии с таблицей 5.1.

5.7.1.7

При расчете на действие ПЦ требуется полное сохранение эксплуатационных свойств моста после цунами. При МРЦ допускается повреждение конструкций, не приводящих к нарушению нормальной эксплуатации.

5.7.1.8

На действие ПЦ следует оценивать:

- прочность тела опор;

- устойчивость пролетных строений от сдвига и опрокидывания.

Примечание - Сохранность ВСП следует оценивать в случаях, кода уровень подъема воды при ПЦ превысит подмостовой габарит.

5.7.1.9

При воздействии на мост МРЦ необходимо выполнить расчеты:

- основания фундаментов и опоры мостов на прочность;

- пролетные строения на скидывание их с опор;

- пролетные строения на опрокидывание.

5.7.1.10

В цунамиопасных районах рекомендуется применять безбалластное мостовое полотно. При использовании езды на балласте необходим расчет пути на сдвиг от давления набегающей волны.

5.7.1.11

При расчете балочных пролетных строений на действие МРЦ оценивается прочность их крепления к пролетному строению (прочность опорных частей). Допускается разрушение опорных частей и удар пролетного строения о стопор. Разрушение опор и сброс с них пролетного строения не допускаются. При этом стопор рассчитывается на этот удар так же, как и при сбросе пролетного строения с опорных частей при землетрясении.

5.7.2.1

Расчет на прочность пролетного строения проводят на волновые давления, возникающие при взаимодействии наката волны цунами с элементами пролетного строения.

При накате волны эти давления определяют по формулам (5.1) - (5.8). Эпюра давлений представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Эпюра волнового давления

5.7.2.2

Расчет на прочность пролетного строения на волновые давления (рисунок 5.1), возникающие при воздействии на пролетное строение бора, проводят по формулам:

- давление на лобовую грань и давление у основания пролетного строения pн, кПа, следует определять по формуле

pн = ρgd1(1 + Fr1^2/2); (5.1)

- давление pв, кПа, на высоте d* от дна бора определяют по формуле

pв = 2P0/d* - pв; (5.2)

- давление на тыльную сторону пролетного строения следует определять по формуле

p = ρg(d − z), (5.3)

где z - вертикальная координата.

Формула (5.1)

pн = ρgd1(1 + Fr1^2/2); (5.1)

pн = ρgd1(1 + Fr1^2/2) (5.1)

Формула (5.2)

pв = 2P0/d* - pв; (5.2)

pв = 2P0/d* - pв (5.2)

Формула (5.3)

p = ρg(d − z), (5.3)

где z - вертикальная координата.

p = ρg(d − z) (5.3)

где z - вертикальная координата.

5.7.2.3

Общую нагрузку Qx, кН, перпендикулярно направлению проезжей части на пролетное строение при накате волны определяют по формуле

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx, (5.4)

где cx - коэффициент лобового сопротивления преграды, принимаемый по таблице 5.2 или по результатам испытаний в аэродинамической трубе;

u1 - скорость волнового потока, м/с, определяемая по формуле

u1 = √(g(h + d));

Sx - смоченная площадь проекции пролетного строения на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси x;

h - высота волны;

d - глубина акватории в свободном состоянии;

χ - угол между направлением потока и продольной плоскостью пролетного сечения;

Kпрx - коэффициент проницаемости (отношение непроницаемой части площади Sx к общей площади).

Направления осей x, y, z см. на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Направление осей

Формула (5.4)

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx, (5.4)

где cx - коэффициент лобового сопротивления преграды, принимаемый по таблице 5.2 или по результатам испытаний в аэродинамической трубе;

u1 - скорость волнового потока, м/с, определяемая по формуле

u1 = √(g(h + d));

Sx - смоченная площадь проекции пролетного строения на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси x;

h - высота волны;

d - глубина акватории в свободном состоянии;

χ - угол между направлением потока и продольной плоскостью пролетного сечения;

Kпрx - коэффициент проницаемости (отношение непроницаемой части площади Sx к общей площади).

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx (5.4)

где cx - коэффициент лобового сопротивления преграды, принимаемый по таблице 5.2 или по результатам испытаний в аэродинамической трубе;

u1 - скорость волнового потока, м/с, определяемая по формуле

u1 = √(g(h + d));

Sx - смоченная площадь проекции пролетного строения на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси x;

h - высота волны;

d - глубина акватории в свободном состоянии;

χ - угол между направлением потока и продольной плоскостью пролетного сечения;

Kпрx - коэффициент проницаемости (отношение непроницаемой части площади Sx к общей площади).

Таблица 5.2

Примечание - Для опор, состоящих по высоте из нескольких ярусов, имеющих различные конструктивные формы, нагрузку от давления воды необходимо определять для каждого яруса отдельно с учетом соответствующего аэродинамического коэффициента.

5.7.2.4

Общую нагрузку Qy, кН, вдоль направления проезжей части на пролетное строение при накате волны определяют по формуле

Qy = cyρu1^2Sy·cos 2χ/2·Kпрy. (5.5)

В формуле (5.5) обозначения те же, что и в формуле (5.4), но применительно к оси y.

Формула (5.5)

Qy = cyρu1^2Sy·cos 2χ/2·Kпрy. (5.5)

Qy = cyρu1^2Sy·cos 2χ/2·Kпрy (5.5)

5.7.2.5

Общую нагрузку от бора на пролетное строение определяют по формулам:

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx·Kдин, (5.6)

Qy = cyρu1^2Sy·cos^2χ/2·Kпрy·Kдин. (5.7)

где u1 - скорость набегающего потока, определяемая по формуле

u1 = Fr1√(gd1).

Значение Fr1 определяют по формуле (8.2) или по графику на рисунке 8.4.

Kдин - коэффициент динамичности, определяемый по графику на рисунке 9.2.

Формула (5.6)

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx·Kдин, (5.6)

Qx = cxρu1^2Sx·sin^2χ/2·Kпрx·Kдин (5.6)

Формула (5.7)

Qy = cyρu1^2Sy·cos^2χ/2·Kпрy·Kдин. (5.7)

где u1 - скорость набегающего потока, определяемая по формуле

u1 = Fr1√(gd1).

Значение Fr1 определяют по формуле (8.2) или по графику на рисунке 8.4.

Kдин - коэффициент динамичности, определяемый по графику на рисунке 9.2.

Qy = cyρu1^2Sy·cos^2χ/2·Kпрy·Kдин (5.7)

где u1 - скорость набегающего потока, определяемая по формуле

u1 = Fr1√(gd1).

Значение Fr1 определяют по формуле (8.2) или по графику на рисунке 8.4.

Kдин - коэффициент динамичности, определяемый по графику на рисунке 9.2.

5.7.2.6

Общую вертикальную нагрузку Qz (при накате волны и при боре) на пролетное строение находят по формуле

Qz = ρV, (5.8)

где ρ - усредненная плотность водного потока (с учетом находящихся в нем частиц);

V - объем замкнутых коробчатых металлических и железобетонных пролетных конструкций.

Формула (5.8)

Qz = ρV, (5.8)

где ρ - усредненная плотность водного потока (с учетом находящихся в нем частиц);

V - объем замкнутых коробчатых металлических и железобетонных пролетных конструкций.

Qz = ρV (5.8)

где ρ - усредненная плотность водного потока (с учетом находящихся в нем частиц);

V - объем замкнутых коробчатых металлических и железобетонных пролетных конструкций.

5.7.3.1

На опоры моста действуют следующие нагрузки:

- силы Qx, Qy, Qz, вычисляемые в соответствии с требованиями 7.2;

- изгибающий момент, создаваемый горизонтальной силой Qx;

- давления, возникающие при воздействии на опоры при непосредственном воздействии на них наката волны или бора.

5.7.3.2

Момент, опрокидывающий пролетное строение вокруг оси y, определяется формулой

My = Qx·L, (5.9)

где L - вертикальное расстояние от точки приложения силы Qx до уровня соединения пролетного строения с опорами.

Точкой приложения силы Qx является центр тяжести проекции пролетного строения на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси x.

Формула (5.9)

My = Qx·L, (5.9)

где L - вертикальное расстояние от точки приложения силы Qx до уровня соединения пролетного строения с опорами.

My = Qx·L (5.9)

где L - вертикальное расстояние от точки приложения силы Qx до уровня соединения пролетного строения с опорами.

5.7.3.3

Нагрузки, возникающие при непосредственном воздействии на опоры наката волны или бора, определяются в соответствии с указаниями 7.2.1.

5.7.4.1

Расчет опор моста на прочность при воздействии ПЦ проводят на основе допущения, что опоры моста работают лишь в упругой зоне.

5.7.4.2

Расчет опор моста на действие МРЦ ведут с учетом пластических свойств опоры моста и грунтового основания. В первом приближении допускается их учет введением в расчетные формулы (5.5), (5.6), (5.7) и (5.8) коэффициента предельных состояний (редукции) K1 = 0,25.

5.7.5.1

Устойчивость положения конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле

My <= 0,9·Mпред, (5.10)

где My - момент опрокидывающих сил, определяемый по формуле (5.9);

Mпред - нормированный предельный момент в сочленении пролетного строения с опорами, обеспечивающий надежность соединения;

0,9 - коэффициент надежности.

В соответствующих случаях необходимо учитывать уменьшение веса конструкции вследствие взвешивающего действия воды, т.е. силу Qz.

Формула (5.10)

My <= 0,9·Mпред, (5.10)

где My - момент опрокидывающих сил, определяемый по формуле (5.9);

Mпред - нормированный предельный момент в сочленении пролетного строения с опорами, обеспечивающий надежность соединения;

0,9 - коэффициент надежности.

My <= 0,9·Mпред (5.10)

где My - момент опрокидывающих сил, определяемый по формуле (5.9);

Mпред - нормированный предельный момент в сочленении пролетного строения с опорами, обеспечивающий надежность соединения;

0,9 - коэффициент надежности.

5.7.5.2

Устойчивость положения конструкций против сдвига следует оценивать по выражению

Qсд <= Qпр, (5.11)

где Qсд - сдвигающая сила, определяемая по формуле

Qсд = √(Qx^2 + Qy^2), (5.12)

где Qx, Qy - определяются формулами (5.4), (5.5), (5.6) и (5.7);

Qпр - нормированная удерживающая сила, обеспечивающая надежное соединение пролетного сооружения с опорами.

Нормирование выполняется в соответствии с указаниями пункта 5.41 СП 35.13330.2011.

Формула (5.11)

Qсд <= Qпр, (5.11)

где Qсд - сдвигающая сила, определяемая по формуле

Qсд <= Qпр (5.11)

где Qсд - сдвигающая сила, определяемая по формуле

Формула (5.12)

Qсд = √(Qx^2 + Qy^2), (5.12)

где Qx, Qy - определяются формулами (5.4), (5.5), (5.6) и (5.7);

Qпр - нормированная удерживающая сила, обеспечивающая надежное соединение пролетного сооружения с опорами.

Qсд = √(Qx^2 + Qy^2) (5.12)

где Qx, Qy - определяются формулами (5.4), (5.5), (5.6) и (5.7);

Qпр - нормированная удерживающая сила, обеспечивающая надежное соединение пролетного сооружения с опорами.

5.7.6.1

Стопорные устройства следует предусматривать для защиты пролетного строения от сброса. На каждое пролетное строение следует устанавливать минимум пять стопоров: один против продольного смещения, два против поперечного смещения и два - против поворота пролетного строения.

5.7.6.2

Стопоры следует выполнять упругопластическими и устанавливать одним из двух способов:

а) вплотную (с нулевым зазором) к пролетному строению;

б) за пределами расчетных смещений пролетного строения относительно опоры.

Стопоры должны обеспечивать перемещение подвижного конца пролетного строения от изменений температуры и прохода подвижной нагрузки в процессе эксплуатации.

5.7.6.3

Допустимую нагрузку Q на стопор определяют по формуле

Q = K·[S]·√(1 − α^2), (5.13)

где K = 2 - коэффициент запаса;

[S] - несущая способность крепления пролетного строения к опоре;

α = m·k·√(2Δ·g·f)/[S], (5.14)

здесь k - частота основного тона колебаний опоры с пролетным строением, Гц;

Δ - зазор между пролетным строением и ограничителем перемещений, м;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

f - коэффициент трения при движении пролетного строения к ограничителю, при отсутствии данных принимается f = 0,1;

m - масса пролетного строения, кг.

Формула (5.13)

Q = K·[S]·√(1 − α^2), (5.13)

где K = 2 - коэффициент запаса;

[S] - несущая способность крепления пролетного строения к опоре;

Q = K·[S]·√(1 − α^2) (5.13)

где K = 2 - коэффициент запаса;

[S] - несущая способность крепления пролетного строения к опоре;

Формула (5.14)

α = m·k·√(2Δ·g·f)/[S], (5.14)

α = m·k·√(2Δ·g·f)/[S] (5.14)

5.8.1

Обеспечение надежности системы "сооружение-основание" должно быть обосновано результатами расчетов по методу предельных состояний их прочности (в том числе фильтрационной), устойчивости, деформаций и смещений.

Расчеты необходимо проводить по двум группам предельных состояний:

- по первой группе (потеря несущей способности и (или) полная непригодность сооружений, их конструкций и оснований к эксплуатации) - расчеты общей прочности и устойчивости системы "сооружение-основание", общей фильтрационной прочности оснований и грунтовых сооружений, прочности отдельных элементов сооружений, разрушение которых приводит к прекращению эксплуатации сооружений; расчеты перемещений конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружений в целом, и др.;

- по второй группе (непригодность к нормальной эксплуатации) - расчеты местной, в том числе фильтрационной, прочности оснований и сооружений, перемещений и деформаций, образования или раскрытия трещин и строительных швов; расчеты прочности отдельных элементов сооружений, не относящиеся к расчетам по предельным состояниям первой группы.

5.8.2

Расчеты устойчивости (несущей способности) системы "сооружение-основание" следует проводить для сооружений всех классов по предельным состояниям первой группы; расчеты устойчивости склонов (массивов) следует проводить в зависимости от последствий их разрушения по предельным состояниям либо первой, либо второй группы.

5.8.3

Расчет оснований и фундаментов мостовых сооружений на воздействие цунами проводят в соответствии с требованиями СП 22.13330.2016 (раздел 5), СП 24.13330 с учетом дополнительных требований, изложенных в СП 35.13330.2011 (раздел 11), и, при необходимости, с использованием методики проверки несущей способности по грунту фундамента из свай или опускного колодца как условного фундамента мелкого заложения по СП 35.13330.2011 (приложение 3).

(в ред. Изменения N 1, утв. Приказом Минстроя России от 16.07.2021 N 477/пр)

5.8.4

Для обеспечения выполнения требований устойчивости морских портовых ГТС необходимо рассматривать следующие мероприятия:

- применение конструкций, обеспечивающих наиболее благоприятное направление усилий и воздействий на основание и береговые примыкания сооружения;

- анкеровку секций сооружения и береговых примыканий при наличии достаточно прочных грунтов в основании;

- инъекционное укрепление грунтов основания при достаточно развитой трещиноватости массива при отсутствии глинистого заполнителя трещин.

5.8.5

Обеспечение надежности оснований против негативного влияния волн цунами осуществляется прежде всего достигаемым в результате проведения инженерных мероприятий эффективным сопряжением сооружения с основанием, что выполняется в соответствии с СП 23.13330.2018 (раздел 14).

(в ред. Изменения N 1, утв. Приказом Минстроя России от 16.07.2021 N 477/пр)

5.9.1

При эксплуатации причальных сооружений должен быть организован контроль за их смещениями, просадками территории и за размещением как генеральных, так и сыпучих грузов. Отступления от правил размещения грузов и размывы дна основания причальных стен, снижающие устойчивость причалов, не допускаются.

5.9.2

При эксплуатации отстойников и хранилищ жидких отходов необходимо осуществлять контроль:

- за состоянием ограждающих устройств, превышением гребня ограждений над уровнем жидкости;

- системой перехвата и отвода дождевых и талых вод;

- противофильтрационными устройствами (экранами, стенками);

- работой контрольно-измерительной аппаратуры, отслеживающей возможность проникновения жидких отходов за пределы территорий отстойников и хранилищ.

Следует принимать меры по срочной ликвидации выявленных нарушений эксплуатации и состояния сооружений, а также по предупреждению и недопущению их в дальнейшем.

5.9.3

Технические освидетельствования проводятся комиссией собственника (эксплуатирующей организацией) в сроки в соответствии с нормативными документами, но не реже одного раза в пять лет и обязательно сразу же после цунами, с привлечением, при необходимости, специалистов проектных и (или) научно-исследовательских специализированных организаций.

(п. 5.9.3 в ред. Изменения N 1, утв. Приказом Минстроя России от 16.07.2021 N 477/пр)

5.10.1

Железнодорожное полотно, насыпи и водопропускные коллекторы подлежат расчету в случае наличия таких требований в задании на проектирование. При наличии таких требований расчет и проектирование осуществляются как для ГТС класса IV.

5.10.2

На ЦОТ рекомендуется применять трубопроводы с подземной прокладкой. Надземные трубопроводы допускается применять только для таких видов транспортируемых веществ, для которых риски возникновения экологической катастрофы в случае нарушения целостности трубопровода в результате цунами минимальны.

5.10.4

При надземной прокладке трубопровода должны быть обеспечены его прочность, целостность при воздействии цунами.

5.10.3.1

Расчет трубопроводов при подземной прокладке следует проводить при наличии технического задания застройщика (технического заказчика). Элементы подземных трубопроводов должны быть пригружены от всплытия.

5.10.3.2

Расчет и проектирование трубопроводов с надземной прокладкой следует вести с учетом пропускной способности пространства под трубопроводом, с учетом требований 5.7.2.4, 5.7.2.5 и таблицы 5.2.

5.10.5

В ЦОТ при подземной прокладке ЛЭП, сопутствующих трубопроводам или дорожному полотну, их следует прокладывать кабелем в подземных каналах.

5.10.6

При надземной прокладке расчет и проектирование опор ЛЭП, сопутствующих трубопроводам, следует вести с учетом требований 5.7.3.2, 5.7.3.3 и таблицы 5.2.