Проектирование бетонных и железобетонных конструкций причальных сооружений

УДК 624.012.4:626
ББК 38.5
И89
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.Г. Тамразян,
заведующий кафедрой железобетонных и каменных конструкций НИУ МГСУ;
кандидат технических наук А.Н. Зайцев, заведующий кафедрой 
промышленного и гражданского строительства 
Московского политехнического университета     		--И89 
 Истомин, А.Д.
       Проектирование бетонных и железобетонных  конструкций  причальных сооружений [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие / А.Д. Истомин, Д.В. Морозова ; Министерство 
науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра железобетонных и каменных 
конструкций. — Электрон. дан. и прогр. (6 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 
2020. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/. — Загл. с титул. экрана. 				
ISBN 978-5-7264-2128-5 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2127-8 (локальное) 
В учебно-методическом пособии представлены общие положения проектирования причальных железобетонных сооружений. Приведён пример расчёта на устойчивость от опрокидывания бетонной подпорной стенки. Обоснована возможность возведения массивной бетонной подпорной стенки без армирования. 
Приведены основные положения метода расчёта железобетонных конструкций причальных сооружений по 
предельным состояниям. Показаны расчёты железобетонной плиты перекрытия и ригеля причальной площадки методом предельных состояний. Приведена схема армирования ригеля. В приложениях к пособию 
помещены характеристики бетона и арматуры, необходимые при проектировании железобетонных конструкций. Показан пример расчёта монолитной железобетонной плиты с применением ПК ЛИРА-САПР.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Строительство инженерных, энергетических, гидротехнических и природоохранных сооружений».
Учебное электронное издание
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2020

Редактор, корректор А.А. Космина 
Компьютерная вёрстка  О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана  Д.Л. Разумного 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS6, Adobe Acrobat
Подписано к использованию 20.01.2020 г. Объём данных 6 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ
. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.
......................................................................................................................................................... 5
1. ПРИЧАЛЬНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
....................................... 6
2. СВОЙСТВА БЕТОНОВ, АРМАТУРЫ И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА............................................................................ 7
2.1. Гидротехнические бетоны и требования к ним........................................................................................... 7
2.2. Структура бетона и его показатели качества.
............................................................................................... 7
2.3. Свойства бетона и его деформации............................................................................................................... 9
2.4. Свойства арматуры.
......................................................................................................................................... 10
2.5. Свойства железобетона.
.................................................................................................................................. 12
2.6. Коррозия железобетона и меры защиты от неё.
........................................................................................... 13
3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЁТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ -
ПРИЧАЛЬНЫХ 
СООРУЖЕНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.
..................................................................................... 15
3.1. Предельные состояния железобетонных конструкций............................................................................... 15
3.2. Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки................................................................ 15
3.3. Сочетания нагрузок. Степень ответственности сооружений..................................................................... 16
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ......................... 17
4.1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния............................................................................. 17
4.2. Понятие о граничной высоте сжатой зоны.
.................................................................................................. 18
4.3. Расчёт изгибаемых элементов прямоугольного профиля по нормальным 
сечениям с одиночной арматурой................................................................................................................. 19
4.4. Расчёт изгибаемых элементов прямоугольного профиля 
по нормальным сечениям с двойной арматурой.
......................................................................................... 21
5. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
........................... 26
5.1. Компоновка и конструктивное решение причального сооружения.
.......................................................... 26
5.2. Расчёт монолитной массивной бетонной подпорной стенки причала...................................................... 26
5.3. Расчёт и конструирование железобетонной плиты перекрытия причала................................................. 34
5.4. Расчёт и конструирование железобетонного ригеля причала.................................................................... 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
........................................................................................................................................................... 58
Библиографический список.
....................................................................................................................................... 59
ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................................................................... 60

ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебно-методическом пособии представлены материалы по основным положениям проектирования бетонных и железобетонных конструкций причальных сооружений, расчёты, схемы чертежей, 
необходимые при проектировании.
Проектировать железобетонные конструкции гидротехнических сооружений сложнее, чем конструкции промышленных и гражданских зданий, поскольку необходимо учитывать влияние на работу железобетонных конструкций таких факторов как агрессивность водной среды, циклическое знакопеременное изменение температуры, зональное расположение элементов по высоте сооружения, 
истирающее действие льда и т. п. При проектировании железобетонных конструкций гидротехнических сооружений возникают также сложности, связанные с необходимостью одновременного учёта 
требований СП 63.13330.2012 и СП 41.13330.2012 [1, 2].
Пособие составлено в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Железобетонные 
конструкции зданий и сооружений» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль 
«Строительство инженерных, энергетических, гидротехнических и природоохранных сооружений». 
При составлении учебно-методического пособия учтены компетенции, которые должен освоить обучающийся в соответствии с ФГОС.
Пособие структурировано по темам практических занятий и самостоятельной работы обучающихся.
Для получения студентом навыков проектирования железобетонных конструкций причальных 
сооружений в учебно-методическом пособии представлены следующие разделы практических занятий и самостоятельной работы по дисциплине «Железобетонные конструкции зданий и сооружений»: свойства бетонов, арматуры и требования к ним; основные свойства железобетона; основные 
положения метода расчёта по предельным состояниям; понятие о граничной высоте сжатой зоны бетона; конструирование и расчёт изгибаемых элементов, конструирование и расчёт плит, ригелей и 
подпорных стенок; принципы проектирования железобетонных конструкций промышленных и гидротехнических сооружений.
В качестве примера подробно рассматривается свайное причальное сооружение с четырёхрядным расположением свай. Все конструкции причального сооружения выполнены из сборного и 
сборно-монолитного железобетона. Пролётное строение — сборное ребристое с плитами сплошного сечения и ригелями таврового профиля. Соединение ригелей со сваями — с помощью монолитных оголовков. При проектировании конструкций причала рассмотрены вопросы о назначении 
сооружения; выборе конструктивной его схемы; нагрузках, действующих на его элементы; выборе материалов; расчёт по первой и второй группам предельных состояний с учётом требований СП 
63.13330.2012 и СП 41.13330.2012 [1, 2]. 
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Строительство инженерных, энергетических, 
гидротехнических и природоохранных сооружений».

1. ПРИЧАЛЬНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
По своему функциональному назначению гидротехнические причальные сооружения подразделяются на оградительные; предназначенные для защиты акватории портов; причальные; обеспечивающие стоянку судов; судоподъёмные; морские берегозащитные; морские судоходные каналы; 
устройства, обеспечивающие безопасность судовождения; специальные виды морских сооружений 
(например, нефтепромысловые сооружения) [3, 8, 9].
Причальные сооружения обеспечивают безопасность судов при стоянке у рейдовых или береговых причальных комплексов и возможность выполнения перегрузочных и пассажирских операций. Различают три типа причальных сооружений: набережные стенки — сооружения, на всем своём протяжении примыкающие к берегу; пирсы — сооружения, выступающие в сторону акватории и 
своим корневым участком непосредственно связанные с берегом; рейдовые причалы, расположенные во внутренних и внешних зонах «портовых вод» и непосредственно не имеющие связи с берегом или связанные с ним с помощью специальных переходных сооружений [9].
По конструктивному признаку причалы могут быть в виде сооружений 1) гравитационного типа; 
2) тонких стенок (больверк); 3) с высоким свайным ростверком. Гравитационными называются сооружения, устойчивость которых на сдвиг и опрокидывание обеспечивается собственной массой самого сооружения и массой грунта засыпки, приходящегося на элементы конструкции. Больверки 
образованы сплошным шпунтовым рядом и работают на устойчивость за счёт защемления шпунта в грунте и анкерных устройств. Сооружения с высоким свайным ростверком состоят из свайного 
основания (продольных и поперечных рядов свай) и верхнего строения (ростверка) из железобетонных элементов. Их устойчивость обеспечивается за счёт защемления свай в грунте [7].
Широкое применение при строительстве гидротехнических сооружений нашли железобетонные 
конструкции. Это связано с их способностью воспринимать различные виды статических и динамических нагрузок, долговечностью, возможностью придавать им рациональную геометрическую 
форму. 
Железобетонные конструкции гидротехнических сооружений отличаются от железобетонных 
конструкций промышленных и гражданских зданий специфическими особенностями. К ним относятся работа в водной среде, массивность, относительно малое содержание арматуры, большее влияние температурных и других специальных видов воздействий. Эти особенности учитываются при 
проектировании, расчёте и строительстве гидротехнических сооружений и отражены в соответствующих нормах проектирования [3, 6].
По способу возведения железобетонные конструкции делятся на сборные, монолитные и сборно-монолитные. Сборные конструкции изготавливаются на заводах стройиндустрии, а затем монтируются на строительных площадках. Монолитные конструкции возводятся непосредственно на 
строительной площадке. Сборно-монолитные конструкции состоят из готовых железобетонных элементов, которые могут быть из сборного и монолитного железобетона (часто сборные элементы выполняют роль и опалубки). 
Причальные сооружения в большинстве случаев монтируют из сборного железобетона — элементов, изготовленных на заводе или строительном полигоне.

2. СВОЙСТВА БЕТОНОВ, АРМАТУРЫ И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
2.1. Гидротехнические бетоны и требования к ним
Гидротехнические бетоны применяются для возведения сооружений, постоянно или периодически омываемых водой. Они должны обеспечивать длительную службу (долговечность) сооружений 
в данных климатических и эксплуатационных условиях. Требования к гидротехническому бетону 
зависят от расположения конструкций, их массивности, действующего напора воды и климатических условий [1]. 
Принято подразделять бетон на надводный, переменного уровня воды и подводный; массивный 
и немассивный; наружной и внутренней зоны конструкций причальных сооружений (табл. 1).
Таблица 1
Требования к гидротехническому бетону
Массивные сооружения
Немассивные конструкции
Наружная зона
Внутренняя зона
Зона относительно уровня воды
Требования к бетону
ная
ная
ная
дная
дная
дная
дная
дная
дная
НадвоНадвоНадвоПодвоПодвоПодвоПеременПеременПеременВодостойкость
+
+
+
+
+
–
+
+
+
Водонепроницаемость
+
+
+
+
+
–
+
+
+
Морозостойкость
–
+
+
–
–
–
+
+
+
Малое тепловыделение
+
+
+
+
+
+
–
–
–
Примечание: «+» – требование регламентируется; «–» – не регламентируется.
Массивность конструкции определяется модулем поверхности, открытой для высыхания (набухания):
−
=
	
(1)
	
(
),
1
м
S
m
V
где S – площадь поверхности конструкции, открытой для высыхания или набухания; V – объём 
конструкции.
В соответствии с нормами бетонные и железобетонные конструкции разделяются на массивные 
(
2
m ≤
), средней массивности ( 2
15
m
<
<
) и немассивные (
15
m ≥
) конструкции.
2.2. Структура бетона и его показатели качества
Существенным фактором, влияющим на структуру и прочность бетона, является количество 
воды, используемое для приготовления бетонной смеси и оцениваемое водоцементным отношением В/Ц. Для химического соединения с цементом достаточно В/Ц ≈ 0,2. Однако по технологическим 
соображениям для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси количество воды берут с избытком. При этом жёсткие бетонные смеси, заполняющие форму под 
влиянием механической виброобработки, имеют В/Ц = 0,3…0,4; подвижные бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием текучести, имеют В/Ц = 0,5…0,6.
Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором нарушена 
сплошность массы и присутствуют все три фазы состояния вещества — твёрдая, жидкая и газообразная, что и определяет деформативно-прочностные свойства бетона.
В зависимости от назначения железобетонных конструкций и от условий эксплуатации устанавливают следующие показатели качества бетона:
•
• класс бетона по прочности на осевое сжатие В;
7

•
• класс бетона по прочности на осевое растяжение Bt;
•
• мерка бетона по морозостойкости F;
•
• марка по водонепроницаемости, например, W;
•
• марка по средней плотности D;
•
• марка по самонапряжению Sp.
Классом бетона по прочности на осевое сжатие В, МПа, называется прочность на сжатие бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных по методике ГОСТа в возрасте 28 суток при 
температуре (20 ± 2) °С с обеспеченностью 0,95 [9]. 
Класс бетона по прочности на осевое сжатие контролируется в обязательном порядке на заводеизготовителе и строительной площадке и обязательно указывается в проекте.
В целях количественной оценки изменчивости прочности бетона и обеспечения её гарантированного значения с заданной надёжностью используют методы теории вероятностей. Для этого предварительно строят опытные кривые распределения прочности бетона (рис. 1).
Рис. 1. Кривые распределения кубиковой прочности: n – число кубов, имеющих одинаковую прочность; 
R – величина прочности; 1 – опытная кривая распределения прочности; 2 – теоретическая кривая 
распределения прочности (нормальное распределение — кривая Гаусса)
На оси абсцисс теоретической кривой распределения прочности бетона наименьшее контролируемое значение прочности бетона при обеспеченности 0,95 — временное сопротивление сжатию 
n
R
B
=
 расположено на расстоянии 1,64σ влево от среднего значения кубиковой прочности R :
	
1,64
n
m
B
R
R
=
=
−
⋅s , или 
1 1,64
(
)
n
m
B
R
R
=
=
−
υ ,	
(2)
где 
m
R  — среднее значение прочности бетона; 1,64 – число стандартов (показатель надёжности) для 
нормального распределения (Гаусса) при обеспеченности 0,95; σ — среднее квадратичное отклонение прочности бетона; 
R
s
υ =
 – коэффициент вариации.
Марка бетона по морозостойкости (F) – число циклов попеременного замораживания до 

(–18 ± 2) °С и оттаивания эталонных кубов в насыщенном водой состоянии, после которого прочность кубов с обеспеченностью 0,95 снижается на 10%.
Марка бетона по водонепроницаемости (W) характеризуется предельным давлением воды, 
кг/см2, при котором ещё не наблюдается её просачивание через испытываемый стандартный образец.
К бетону конструкций гидротехнических сооружений предъявляются дополнительные, устанавливаемые в проектах и подтверждённые экспериментальными исследованиями требования: по предельной растяжимости, по отсутствию вредного взаимодействия щелочей цемента с заполнителями, по сопротивлению истиранию потоком воды с донными и взвешенными наносами, по стойкости 
против кавитации и химического воздействия и по тепловыделениям при твердении бетона.
Заданные класс и марку бетона получают соответствующим подбором состава бетонной смеси 
с последующим испытанием контрольных образцов. 
8