СТО Газпром 2-3.7-30-2005

  Главная      Учебники Газпром     

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  ..

 

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “ГАЗПРОМ”


 

image


 

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ


 

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ГРАВИТАЦИОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ ЛЕДОСТОЙКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ

С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ КАК

НА ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАТФОРМЫ, ТАК И НА ПЕРИОД УСТАНОВКИ


 


 

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

Издание официальное


 

image

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “ГАЗПРОМ”


 

Общество с ограниченной ответственностью

“Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ”


 

Общество с ограниченной ответственностью “Информационно-рекламный центр газовой промышленности”


 

Москва 2005

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

Предисловие


 

1 РАЗРАБОТАН


 

  1. ВНЕСЕН


     

  2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ


     

  3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Обществом с ограниченной ответственностью “Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий – “ВНИИГАЗ”


 

Управлением промысловой геологии и разработки морских месторождений Департамента по добыче газа, газового конденсата и нефти ОАО “Газпром”


 

Распоряжением ОАО “Газпром” от 25 апреля 2005 г. № 61 с 12 августа 2005 г.


 


 

© ОАО “Газпром”, 2005

© Разработка ООО “ВНИИГАЗ”, 2005

© Оформление ООО “ИРЦ Газпром”, 2005


 

Распространение настоящего стандарта осуществляется в соответствии с действующим законодательством и с соблюдением правил, установленных ОАО “Газпром”


 


 

II

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

Содержание

Введение IV

  1. Область применения 1

  2. Термины, определения, обозначения и сокращения 1

  3. Общие положения по расчету грунтовых оснований ЛСП 2

  4. Расчет несущей способности основания

    и общей устойчивости ЛСП 4

  5. Определение контактных напряжений 7

  6. Расчет оснований по деформациям 8

  7. Условия установки ЛСП 10

Библиография 15


 

III

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

Введение


 

Необходимость разработки Методики расчета гравитационных фундаментов ледостойких стационарных платформ с определением напряженно-деформированного состояния грунтового основания как на период эксплуатации платформы, так и на период установки обосновывается остутствием соответствующей нормативной документации, учитывающей особенности конструкции ледостойких стационарных платформ (ЛСП) гравитационного типа с фундаментами ребристой конструкции, которые существенно улучшают условия взаимодействия фундамента с водонасыщенным грунтовым основанием и упрощают технологию установки платформ на естественное основание.

Методика составлена Д.А. Мирзоевым, С.И. Шибакиным, Д.А. Онищенко, С.Н. Хахалиной, Р.С. Шибакиным, Г.С. Земляковой.


 


 

IV

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 


 

  • при наличии в основании сооружения наброски в виде каменной “постели” или “постели” из других материалов, имеющих прочностные характеристики, превышающие характеристики естественных грунтов основания, – по плоскостям, проходящим по контакту сооружения с “постелью” и “постели” с грунтом; при заглублении “постели” в грунт следует рассматривать также наклонные поверхности внутри “постели”;

  • при наличии в основании горизонтальных или слабонаклонных слоев грунта – по плоскости, проходящей по поверхности раздела слоев грунта.

      1. Расчет устойчивости ЛСП по схемам смешанного и глубинного сдвига производят по СНиП 2.02.02-85*(пункты 3.9-3.12) [2] только для однородных грунтовых оснований.

        При неоднородном грунтовом основании допускается использование метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения в соответствии со СНиП 2.02.02.-85* (приложение 8) [2].

      2. Переход от решений плоской задачи к пространственной производят для ЛСП

        image

        image

        1

        image

        с соотношением сторон или при заглублении hp  исходя из следующих рекомендаций:

  • при расчете методами, определяющими (или принимающими) расчетную поверхность разрушения – учетом сил трения и сцепления по боковым поверхностям сдвигающего массива; при этом давление на боковые поверхности принимают, как правило, равным давлению покоя, определяемому по СНиП 2.06.07-87 (пункт 3 приложения 9) [6];

  • при расчете методами, использующими аналитические зависимости (например, по

трехчленной формуле К. Терцаги) – введением коэффициентов формы фундамента  

 q

c

 

и  , аналогичных коэффициентам формы по СНиП 2.02.01 83* (пункт 2.62) [1] и определяемых по формулам:


 

 1 0,25k ( b / l ) 

 ,


 

(4.5)

q c 1 0,3k ( b / l )


 

 

где k

– коэффициент, определяемый из выражений:

image

 

 

 1  t

0


 

tg 

При   

При    ,


 

(4.6)


 

 – обозначение то же, что в 3.2;

b, l – обозначения те же, что в 4.5;

 – угол наклона к вертикали равнодействующей нагрузки, град.


 

image

    1. В случае, если расчетная сдвигающая сила приложена с эксцентриситетом в

      f

       

      плоскости подошвы e

        lb, расчет устойчивости ЛСП с поворотом в плане следует вы-

      полнять в соответствии со СНиП 2.02.02-85* (пункт 3.8 приложения 6) [2].


       

      6

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

    2. Расчет устойчивости на опрокидывание целесообразно проводить для скальных и полускальных оснований, а также для нескальных оснований с модулем деформации  50 МПа.

      t

       

      Расчет на опрокидывание производят по формуле (4.1), где F = M – сумма моментов сил, опрокидывающих сооружение;

      r

       

      R = M

      – сумма моментов сил, удерживающих сооружение;

      k

       

      fn

       

      – обозначение то же, что в 4.1;

      с

       

      где  – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,00.

      При расчете на опрокидывание следует рассматривать расчетную схему с поворотом вокруг низовой грани ЛСП, а также в соответствии со СНиП 2.02.02-85* (пункт 3.20) [2] – опрокидывание с возможностью нарушения прочности (смятия) основания в зоне низовой грани ЛСП.

    3. Для нескальных оснований расчет на опрокидывание заменяют на ограничение эксцентриситета приложения равнодействующей всех нагрузок, действующих на ЛСП (боковое давление грунта с верховой и низовой граней ЛСП не учитывается), исходя из условия

  

e efn

,

 lc  n

(4.7)


 

f

 

где – эксцентриситет приложения равнодействующей всех нагрузок;

e

 

fn

 

– предельно допустимое значение эксцентриситета, которое определяется из недопу-

щения отрыва подошвы платформы от основания на участке, превышающем 0,25 b (– размер подошвы ЛСП в направлении действия сдвигающей нагрузки), исходя из простейшей

fn

 

контактной модели основания e

= b/4;

 

и  – обозначения те же, что в 4.2.

c lc n


 

  1. Определение контактных напряжений


     

    1. Контактные напряжения (нормальные и касательные напряжения по контакту “сооружение – основание” и по расчетной поверхности сдвига при наличии в фундаментной части заглубленных ребристых элементов) необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкций фундаментной части сооружения, а также в расчетах оснований по несущей способности и деформациям.

      При определении контактных напряжений необходимо учитывать конструктивные особенности фундамента, последовательность возведения ЛСП и вид основания.

    2. Для ЛСП гравитационного типа контактные напряжения следует определять методами механики сплошной среды (линейной и нелинейной) теории упругости и теории


       

      7

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

      пластичности. На начальных стадиях проектных работ допускается использовать метод внецентренного сжатия согласно СНиП 2.02.02-85* (приложение 9) [2].

    3. При получении на участке подошвы фундамента касательных напряжений, превышающих предельные и определяемых по формуле


       

      lim  

      tg  ,

      (5.1)

      lim

       

      где 

      • предельные касательные напряжения по подошве фундамента;

         С – обозначения те же, что в 3.3, они должны быть приняты равными предельным, а на остальных участках должны быть пересчитаны.

    4. При наличии неровностей на поверхности морского дна или линз грунта с более высокими прочностными характеристиками нормальные контактные напряжения следует определять методами нелинейной теории упругости или теории пластичности.

  2. Расчет оснований по деформациям


     

    1. Расчет оснований ЛСП гравитационного типа по деформациям производят с целью ограничения абсолютных или относительных перемещений пределами, гарантирующими нормальную эксплуатацию ЛСП в целом или ее отдельных частей и обеспечивающими требуемую надежность и долговечность. При этом прочность и трещиностойкость конструкции подтверждается расчетом с учетом усилий, возникающих при взаимодействии ЛСП с основанием.

      При проектировании нескольких близкорасположенных сооружений или вблизи от существующего необходимо определять деформации с учетом их взаимного влияния.

    2. Расчет по деформациям производят исходя из условия


       

      u

       

      S < S , (6.1)


       

      где – совместная деформация основания и сооружения (осадка – s, горизонтальное смещение – u, крен – и др.), определяемая расчетом, м;

      S

       

      u

       

      – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, м.

    3. Предельные значения совместной деформации устанавливаются соответствующими

      нормами проектирования сооружений, правилами технической эксплуатации ЛСП и оборудования или техническим заданием на проектирование исходя из необходимости соблюдения:

        • технологических требований к деформациям ЛСП, включая требования к нормальной эксплуатации оборудования – для расчетов по второй группе предельных состояний;

        • требований к прочности и устойчивости конструкций, включая общую устойчивость ЛСП – для расчетов по первой и второй группам предельных состояний.


           

          8

          СТО Газпром 2-3.7-30-2005


           


           

    4. Расчет совместных деформаций системы “сооружение – основание” следует производить с учетом наиболее существенных факторов, определяющих НДС основания и конструкции: статической схемы ЛСП, особенностей ее возведения, неоднородности грунтового основания, пластических и реологических свойств грунтов, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации ЛСП и т.д.

      Рекомендуется использовать апробированные нелинейные модели механики сплошных сред, реализованные численным методом – МКЭ – на основании специализированных программ для ЭВМ, основные классы которых представляют:

        • модели нелинейной упругости, в том числе гиперболическая модель;

        • упругопластические модели на основе деформационной теории пластичности;

        • упругопластические модели на основе моделей пластического течения;

        • упруговязкие и вязкопластические модели.

    5. Для решения отдельных задач взаимодействия ЛСП с грунтом (например, для определения контактных давлений, осадок и др. вопросов) на ранних стадиях проектирования, а также при специальном обосновании допускается использование упрощенных моделей и методов, таких как:

        • нелинейные контактные и комбинированные модели;

        • модели линейно деформированного полупространства и слоя.

    6. Деформационные расчеты системы “сооружение – основание” следует производить для условий пространственной задачи. Для ЛСП с соотношением сторон l/b > 3 допускается выполнять расчеты для условий плоской деформации.

      При обосновании допускается производить переход от решений в плоской постановке к пространственной, используя соответствующие расчеты на основе линейно деформированных моделей грунта.

      v

       

    7. При расчете оснований по деформациям для грунтов всех категорий следует определять конечные (стабилизированные) перемещения, а для глинистых грунтов, при необходимости, величины нестабилизированных перемещений, соответствующие незавершенному процессу деформирования (при коэффициенте степени консолидации co < 4) и переме-

      щения, обусловленные ползучестью грунтов.

    8. На предварительных стадиях проектирования, а также при соответствующем обосновании основные параметры деформирования ЛСП (осадка, крен, горизонтальное смещение) допускается определять по СНиП 2.02.02-85* [2]:

        • конечная осадка – пункты 7.7-7.9;

        • нестабилизированная осадка – пункт 7.10;


       

      9

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

      • крен (наклон) – пункты 7.1-7.13;

      • горизонтальное смещение – пункты 7.14-7.16.

    9. Контактные напряжения (нормальные и касательные), необходимые для расчетов фундаментной части ЛСП, следует определять с учетом основных факторов и с использованием методов, указанных в 5.2 и 5.4.

      При расчете контактных напряжений следует учитывать микрорельеф поверхности грунта, возможность присутствия крупных включений из валунов, вероятность размыва дна под частью подошвы ЛСП, условия цементации контактной зоны и т.п.


       

  3. Условия установки ЛСП


     

    1. Требования по взаимодействию ЛСП с грунтовым основанием при установке и снятии зависят от конструкции фундаментной части платформы, условий ее транспортировки, погружения, фиксации на точке, балластировки и дебалластировки и определяются в техническом задании на проектирование. При этом должны быть:

      • соблюдены условия установки платформы в проектное положение;

      • обеспечена прочность фундаментных конструкций на всех этапах установки;

      • исключено разрушение грунтового основания при установке;

      • обеспечены отрыв и всплытие ЛСП при снятии с площадки.

    2. Одним из условий установки платформы в проектное положение является требование погружения в грунт всех элементов фундамента, расположенных ниже подошвы ЛСП: ребристых элементов, штырей фиксаторов и т.п., что обеспечивается соблюдением условия

      image

       1,25,

      Rp

      (7.1)


       

      где – расчетная нагрузка от веса платформы, передаваемая на основание в период установки, МН;

      R

       

      p

       

      • суммарное сопротивление задавливанию всех заглубленных элементов фундамент-

        ной части платформы, МН.

        p

         

    3. Суммарное сопротивление задавливанию R


       

      определяется при расчетных харак-

      теристиках (при доверительной вероятности  0,95 и верхнем пределе значений характе-

      p

       

      ристик) грунтового основания – как “наиболее вероятное” значение R

      и при нормативных –

      p

       

      как “наивысшее ожидаемое” значение . При этом “наиболее вероятное” значение сопротивления используют для разработки программы установки ЛСП на точку, а “наивысшее ожидаемое” – для определения максимальных запасов балластировки платформы в период ее установки.


       

      10

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

    4. Усилие задавливания заглубленных элементов независимо от их конструкции определяют по результатам контрольных погружений фрагментов на площадке установки платформы или на опытных площадках в аналогичных грунтовых условиях. При этом количество испытаний должно быть не менее 6, а расчетные значения сил сопротивления задавливанию рассчитывают в соответствии с 7.7.

    5. Методика расчета сил сопротивления задавливанию распространяется на металлические, железобетонные и комбинированные ребристые заглубленные элементы фундаментов плоской и клинообразной формы при соотношении сторон исходя из условия

      р

       

      h / b

       15, (7.2)


       

      где – глубина погружения ребристого элемента, м;

      b

       

      p

       

      • толщина лобовой поверхности ребристого элемента, м.

    6. В общем случае суммарную величину сил сопротивления грунта задавливанию реб-

      р

       

      ристых элементов фундамента R

      вычисляют по формуле


       

      l R

      , (7.3)

      р h oh


       

      h

       

      где l

      R

      – суммарная длина в плане заглубленных элементов ребристой конструкции высотой h, м;

      – силы сопротивления задавливанию 1 пог. м плоского ребристого элемента на глуби-

      oh

      ну h, МН/м;

      R

       

      р

       

      – обозначение то же, что в 7.2.

    7. Величина сил сопротивления задавливанию 1 пог. м плоского ребристого элемента

      R

       

      oh

       

      реализуется в виде суммы контактных напряжений по лобовой поверхности с равнодей-

      ствующей , МН/м, и по боковой поверхности с равнодействующей , МН/м, (именуемых

      л б

      далее удельными сопротивлениями грунта) и вычисляется по формуле


       

       q

       , (7.4)

      oh л л б б


       

      л

       

      где 

      – коэффициент надежности по нагрузке по лобовой поверхности ребристого элемента,

      л

       

      принимаемый 

      = 1,1;

       

      б

       

      – коэффициент надежности по нагрузке по боковой поверхности ребристого элемен-

      б

       

      та, принимаемый 

      = 1,2 ;

      q , q

      – удельные сопротивления грунта по лобовой и боковой поверхностям 1 пог. м реб-

      л б

      ристого элемента, МН/м (см. 7.8, 7.9 и 7.10).


       


       

      11

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

      л

       

    8. Удельное сопротивление i-го слоя грунта по лобовой поверхности 1 пог. м ребристого элемента , МН/м, вычисляют по формуле


       

      л  b

      p  C ctg

      image

       

      л

       

         C ctq л e2  tq л ,

      (7.5)


       

      р

       

      где b

      и – обозначения те же, что в 7.2;

      1 sin л 

      ’, С – нормативные значения физико-механических характеристик грунта (соответственно удельный вес и удельное сцепление);

       

      л

       

      – угол контактного трения по лобовой поверхности, град., вычисляемый по формуле


       

       

      л

       

       2, (7.6)


       

      где  – нормативное значение угла внутреннего трения грунта, град.;

       – параметр, определяющий размер (угол раскрытия) призмы выпора, рад, вычисляемый по формуле

      image

      image

        5      ,

      (7.7)

      4 2


       

      где  – угол раскрытия клина (для клинообразного ребристого элемента), рад; для плоского ребристого элемента  = 0 рад;

       – угол наклона зоны Ренкина к боковой поверхности ребристого элемента, рад, вычис-

      ляемый по формуле

      image

        (  2л .

      3

      (7.8)

       – нормативное значение угла внутреннего трения грунта, рад.

      б

       

    9. Удельное сопротивление грунта по боковой поверхности 1 пог. м плоского ребристого элемента, заглубляемого в многослойное основание qпл., МН/м, вычисляют по формуле

      пл '

      q б   K m ,(Z i hoh,tg  C i hi ),

      1

      (7.9)


       

      где – количество слоев грунта многослойного основания;

       и C

      – нормативные значения физико-механических характеристик i-го слоя грунта

      i i i

      основания;

      i

       

      – координата середины эпюры нормального давления i-го слоя грунта, м;

      i

       

      – толщина (мощность) i-го слоя грунта, м;


       

      12

      СТО Газпром 2-3.7-30-2005


       


       

       

      oh, i


       

      – горизонтальная составляющая коэффициента бокового давления покоя для i-го

      слоя грунта, вычисляемая по формуле


       

      image

       

      oh , ,


       

      (7.10)


       

      i

       

      где 

       i

      • коэффициент Пуассона для i-го слоя грунта;


         

        К

         

        m,I

      • коэффициент условий работы боковой поверхности плоского ребристого элемен-

      та для i-го слоя грунта, принимаемый согласно данным таблицы 1.


       

      m,i

       

      Таблица 1 – Значения коэффициента К


       

      Наименование грунта

      Значение коэффициента Кm,i

      Грунт плотный

      1,00

      Грунт средней плотности

      1,15

      Грунт рыхлый

      1,30


       

    10. Удельное сопротивление грунта по боковой поверхности 1 пог. м клинообразного реб-

б .

 

ристого элемента, заглубляемого в многослойное основание qкл

, МН/м, вычисляют по формуле

кл кл n

q б  (tg ср  tq) 

1

i

 

h

,i

  •  C i h i cos ],

1

(7.11)


 

ср

 

где кл

– средний по глубине задавливания угол контактного трения для многослойного ос-

нования, град., вычисляемый по формуле


 

n

 i h i


 

(7.12)

кл  ,

ср n

 h i i 1


 

 

n,i

– горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность клинообразного

ребристого элемента, МПа;

 C

– обозначения те же, что в 7.9;

i

 – угол раскрытия клина, град.

7.11. Горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность клинообраз-

ного ребристого элемента, заглубляемого в многослойное основание 

по формуле

n,i

 

, МПа, вычисляют

K U

п,i

i

 

 ' hz ,

 o,i i ,

i

[1  (

image

K o,U i )m

пр ,i

]1/ m


 

(7.13)


 

i

 

где ’ – обозначение то же, что в 7.9;


 

h

 

z,i

– глубина погружения середины i-го слоя от поверхности грунта, м;


 

13

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 


 

К

 

o,i


 

– начальный коэффициент горизонтального отпора i-го слоя грунта на глубине h


 

,

 

z,i

вычисляемый в соответствии со СНиП 2.02.03-85 [7] по формуле


 


 

К

 

o,i

i

 

= К h

z,i

 

, (7.14)


 

i

 

где К

– коэффициент пропорциональности для i-го слоя грунта и принимаемый по

СНиП 2.02.03-85 (таблица 1 приложения 1) [7];

i

 

– горизонтальное перемещение i-го слоя грунта, м, на глубине h

формуле


 

z,i

 

, вычисляемое по

i

 

U = (Hкл. h


 

z,i

) tg , (7.15)


 

где Hкл. – полная высота наклонной поверхности клинообразного ребристого элемента, м;

 – обозначение то же, что в 7.11;


 

 

пр,i

– предельное горизонтальное давление i-го слоя грунта на боковую поверхность кли-

нообразного ребристого элемента на глубине h

СНиП 2.06.07-87 [6];

– показатель степени, принимаемый: для песчаных грунтов – = 2,0; для глинистых грунтов – = 2,5.

z,i

 

, МПа, определяемое в соответствии со

    1. Усилие задавливания для заглубленных элементов фундамента плоской и клино-

      р

       

      образной формы с соотношением сторон h

      р

       

      / b  15 допускается определять с использовани-

      ем методов теории предельного равновесия.

    2. Усилие задавливания штырей-фиксаторов определяется по рекомендациям для расчета несущей способности свай с открытым нижним концом согласно СНиП 2.02.03-85 [7].


 

14

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

Библиография


 

[1] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.01-83*


 

[2] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.02-85*


 

[3] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП II-7-81*

Основания зданий и сооружений


 

Основания гидротехнических сооружений


 

Строительство в сейсмических условиях


 

[4] Федоровский В.Г., Курилло С.В. Метод переменной степени мобилизации сопротивления сдвигу для расчетов прочности грунтовых массивов. Основания, фундаменты и механика грунтов. – М., 1998. – № 4.


 

[5] Федоровский В.Г., Курилло С.В. Метод расчета устойчивости откосов и склонов. – М.: Геоэкология, 1997. – № 6.


 

[6] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.06.07-87


 

[7] Строительные нормы и правила Российской Федерации

СНиП 2.02.03-85

Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения


 

Свайные фундаменты


 

15

СТО Газпром 2-3.7-30-2005


 

image


 

ОКС 75.020


 

Ключевые слова: период установки, период эксплуатации платформы, грунтовое основание платформы, напряженно-деформированное состояние, расчет гравитационных фундаментов


 

image


 

16