Морские гидротехнические сооружения

где d_f — глубина воды от расчетного уровня (СВГ) до подошвы стенки d_f =9,6м .

bc = 0,8·9,6=7,68 м .

Определение отметки кордона. Отметка верха плиты надстройки (отметка кордона) К назначается исходя из следующих условий.

Высота надстройки должна быть достаточной для размещения в ней каналов инженерных сетей высотой h_к = 0,9 м, перекрываемых плитами толщиной t_пл = 0,2…0,3 м, и устройства сплошной плиты толщиной h_пл > 1,0 м под каналами, так что

К = УБ + hк + tпл + hпл.

(6)

Отметка кордона  должна быть выше гребней бегущих  дифрагированных волн со стороны  гавани при СВГ, так что

К = СВГ + ηdif,max + a,

(7)

где η_dif,max — максимальное возвышение свободной волновой поверхности дифрагированных волн над расчетным уровнем, определяемое с помощью формулы (6) [3], (2.13) [1]; a — запас высоты, равный 0,25…0,50 м.

Окончательно  за отметку кордона принимается  большая из величин, вычисленных  по формулам (6) и (7).

Расчёт  определения отметки кордона.

1. По  условию незатопляемости :

К = СВГ + ηdif,max + a.
	(а)

h_dif=7,8 /по заданию/; СВГ=0,4; а=[0,25-0,5] , принимаем а=0,5м.

d=df+kbr·(db-df)=9,6+0,69(12,8-9,6)=11,808 м.

(б)

Где  d_b и d_f  заданы преподавателем:  d_b=12,8 (м);

d_f=9,6 (м). /для расчётного сечения./

 d_f –глубина подошвы стены;

 d_b – глубина дна;

 k_br – коэффициент, принимаемый по графикам на рис. 2.1 (стр.53. [1]);

.

(в)

Предварительно: b_c=0,8d_f=7,68м ширина стенки.

 Ширина бермы  /со стороны моря/: b_br=0,6·b_c=0,6·7,68=4,608м.

.

(г)

По формулам (в) и (г) на стр.53 рис 2.1 [1]:k_br=0,69 ;

Тогда: d=9,6+0,69(12,8-9,6)=11,808 (м) /расчётная глубина/.

Волновое число:    

;

K=0,4+4,292+0,5=5,192(м);

2. По конструктивным требованиям:

К=▼УБ+hк+hпл+tпл=0,957+0,9+0,2+1,1=3,15м.

(д)

Принимаем наибольшее из (K) конструктивное и (К) незатопленное К=5,192м.

Определение отметки верха парапета. Высота парапета принимается такой, чтобы исключался перелив волнового потока через сооружение. При стоячих волнах у стенки возвышение верха парапета z_п над расчетным уровнем СВГ=0,4м.

zп = ηmax + a.

(8)

Здесь η_max — максимальное возвышение свободной волновой поверхности стоячих волн над расчетным уровнем, определяемое по формуле (2) [3], (2.6) [1] при cos ωt = 1,

а=0,5 ;

(a)

Где  cos(ωt)=1; k=0,0736(1/м); сth(kd)=0,7

Высота бегущей  волны: h=k_t·h_d=7,8·0,925=7,215м; h_d=7,8м (по заданию).

;→ по рис.(1.9) стр.35 [1] по кривой  №1 определяем h.

Тогда h=7,215м.

По формуле (а):η_max=-7,215-(1/2)·0,0736·7,215²·0,7=9,675м;

            (8):z_п=9,675+0,5=10,175м;

а отметка П  верха парапета

П = СВГ + zп=0,4+10,175=10,575м.

(9)

Определение донных скоростей. Максимальная донная скорость v_b,max перед сооружением при действии стоячих волн имеет место на расстоянии 0,25λ от передней грани стенки при СНГ. Она вычисляется по формуле (12) [3], (2.12) [1].

3,47м/с.

(10)

 

Максимально допустимые донные скорости на практике обычно принимаются:

для песчаных грунтов 1,5 м/с.

Масса камня, укладываемого  в постель, должен быть не менее:

при донной скорости 3,5 м/с — 70 кг.

Так как  V_b,max , больше допустимой, требуется дно укрепление, устройство каменной наброски толщиной 1м и шириной: 0,4∙λ=0,4∙85,32=34,128м.

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНИХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СООРУЖЕНИЕ В РАСЧЕТНОМ СЕЧЕНИИ

3.1. Нагрузки от воздействия волн

[1, § 2.1, 2.2]; [3, пп. 1.1…1.10]

Общие положения. Оградительные сооружения подвергаются воздействию различных видов нагрузок: от собственного веса; от воздействия волн, льда и кораблей; эксплуатационных нагрузок; нагрузок при сейсмических явлениях и др. Для расчетов нормами установлены сочетания нагрузок: основные и особые. При выполнении настоящей работы расчет производится только на основные сочетания. Сейсмические и другие нагрузки, входящие в особые сочетания, в данной работе разрешается не учитывать.

Основными нагрузками, определяющими размеры и конструкцию молов-причалов, как правило, являются:

нагрузки от воздействия волн;

нагрузки от воздействия льда;

нагрузки от натяжения швартовов.

Расчетом устанавливаются нормативные значения нагрузок на 1 пог. м сооружения.

Волновые нагрузки в курсовой работе допускается определять только для одного из возможных расчетных случаев: на стенку одновременно воздействуют гребень стоячей волны со стороны моря и ложбина бегущей дифрагированной волны со стороны гавани. Максимальные волновые нагрузки имеют место при самом высоком уровне воды (СВГ).

Расчеты по определению  нагрузок от волн на сооружения производятся в следующей очередности:

вычисляется расчетная  глубина перед сооружением;

устанавливаются ординаты эпюр и строятся эпюры бокового и взвешивающего волнового давления на сооружение от стоячих волн со стороны моря и от бегущих дифрагированных волн со стороны гавани;

находятся значения и линии действия равнодействующих волнового давления на 1 пог. м сооружения.

Определение расчетной глубины. Условное понятие расчетной глубины d учитывает влияние каменной постели в основании сооружения на взаимодействие волн со стенкой. Для случая, когда берма постели возвышается над дном, расчетная глубина принимается по формуле (1) [3], (2.4) [1]. Для сооружений, у которых берма не возвышается над поверхностью дна, принимается d = d_b.

Определение нагрузок от стоячих волн. Ординаты  эпюры бокового волнового давления на вертикальную стенку при гребне стоячей волны (pис. 5, слева) вычисляются в пяти точках по формулам, приведенным в табл. 1 [3], 2.2 [1].

Между расчетными точками давление меняется по линейному закону. В расчет принимается эпюра в пределах высоты стенки. Величина η_c в табл. 1 [3], 2.2 [1] определяется по выражению (2) [3], (2.6) [1].

 

 

Расчёт  построения эпюры волнового давления  на вертикальную стенку.

1. От гребня стоячей волны (стр.54.методички):

(а)

Где  - средняя длина волны.

Принимаем cos(ωt)=1 → η=9,675м.

	(б)
	(в)
- (давление в точке);	(г)

Коэффициенты k_2-5 определяем по графику 2.3 (стр.56.[1]):k₂=0,76;k₃=0,64;k₄=0,55;k₅=0,48.

№ точек.	z(м):	Pz,кПа (Pi=ki·ρ·g·h)
1	η=9,675	0
2	0	21,52
3	0,25·d=2,952	18,12
4	0,5·d=5,904	15,57
5	D=11,808	13,59
Н	df=9,6	14,33(давление на подошве)

Взвешивающее  волновое давление под подошвой сооружения направлено снизу вверх. Эпюра давления представляет собой треугольник (см. рис. 5). Максимальная ее ордината имеет место у передней грани стенки и равна значению бокового волнового давления на уровне подошвы сооружения. У тыловой грани стенки взвешивающее волновое давление равно нулю.

Суммарное давление:

b=1м ;	(д)

Точка приложения результирующей силы:

;

(e)

Теорема моментов M_r=ΣM_i   ^→

;

(ж)

Определение нагрузок от дифрагированных волн. Волновая нагрузка от бегущих дифрагированных волн учитывается только при L =< 0,8 λ_dif, где L=20м — длина секции сооружения; λ_dif — средняя длина дифрагированных волн.

При подходе  ложбины (подошвы) дифрагированной  волны к середине секции сооружения эпюра бокового волнового давления (см. рис. 4, справа) строится по трем точкам, ординаты в которых находятся по формулам (9…11) [3], (2.16) [1]. Изменение давления между расчетными точками принимается по линейному закону.

2. От ложбины дифрагированной волны:

(з)

Где  h_dif – высота дифрагированной волны, h_dif =7,8 (м);

k  - волновое число, k=0,0736 (1/м);

  cth(kd)=0,7.

a)  z₆=0 (СВГ): P₆=0 кПа;

б) z₇=η_t=3,5м : P₇=-k_l·ρ·g·η_l= -20,58 ; где k_l=0,6 (для  ); ???

в) z₈=d_f=9,6 (м):

( kd=0,8691; ch(kd)=1,4; 2kd=1,7381; sh(2kd)=2,76 ).

Суммарное давление:

 

.

(и)

 

Эпюра взвешивающего  волнового давления под подошвой сооружения (см. рис. 2) имеет вид треугольника. Максимальная ордината эпюры равна p₃ и вычисляется по формуле (11) [3], (2.16) [1]. В данном случае волновое давление под подошвой сооружения направлено сверху вниз.

Определение равнодействующих волнового давления. Равнодействующие бокового волнового давления P_xc, P_xt при нахождении у стенки с одной стороны гребня, а с другой — ложбины волны, соответственно, устанавливаются по площадям эпюр давления. Расчеты производятся для 1 пог. м длины стенки. Линии действия сил проходят через центры тяжести соответствующих эпюр. Суммарное значение горизонтальной нагрузки на сооружение от воздействия волн равно P_x = P_xr + P_xt. Аналогично определяется вертикальная равнодействующая P_z взвешивающего волнового давления под подошвой сооружения.

P_x =P_xr+P_xt=267,593+156,063=423,656

3.2. Нагрузки от натяжения швартовов

[2, § 1.2, с. 14…16]; [3, п. 4.11]

Действующее на тумбу полное усилие S от натяжения закрепленного на ней швартова зависит от размерений ошвартованного корабля, нагрузок на корабль от ветра, течения и волн, положения тумбы на причале и др. При выполнении курсовой работы значения S допускается принимать приближенно:

при заданной глубине  у причала d_b =< 8,0 м S = 50 тc (490 кН);

при d_b > 8,0 м S = 75 тc (736 кН).

Т.к. d_b=12,8> 8,0 м S = 75 тc (736 кН).

Поперечная  нагрузка S_q на швартовную тумбу (проекция силы  нa горизонтальную ось, перпендикулярную к линии кордона) вычисляется по формуле

Sq = S sinα cosβ=75·0,5·0,866=32,47(тс),

(10)

где α, β — углы наклона швартова; в настоящей работе допускается полагать α = β = 30°.

Нормативная швартовная нагрузка s_q, приходящаяся на 1 пог. м длины секции сооружения, равна s_q = S_q/L. На секциях длиной L = 20 м, как правило, устанавливается одна швартовная тумба. Точку приложения нагрузки от натяжения швартовов необходимо принимать на 0,3 м выше отметки кордона, т.е. выше на 3,6м, т.к. отметка кордона 3,1м .

 

4. РАСЧЕТЫ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЯ, УТОЧНЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

4.1. Определение ширины мола-причала

[1, § 6.1, с. 148…149]

Общие положения. В ходе проектирования оградительного сооружения типа вертикальной гравитационной стенки после определения внешних нагрузок выполняются следующие расчеты:

проверка устойчивости сооружения на опрокидывание;

вычисление  напряжений под подошвой стенки и  под постелью;

проверка устойчивости сооружения на плоский сдвиг;

проверка устойчивости сооружения на глубинный сдвиг;

другие расчеты, связанные с особенностями конструкции  и местными условиями.

Расчеты ведутся  последовательно для некоторой  предварительно назначаемой ширины стенки.

Назначение  ширины стенки. Ранее при построении поперечного профиля сооружения ширина стенки b_c принималась по зависимости (5). Для последующих расчетов устойчивости мола-причала ее определяют с большей точностью исходя из двух условий (рис. 6):

допустимого соотношения  краевых напряжений под подошвой сооружения и устойчивости стенки на сдвиг — по формуле (6.2) [1];

устойчивости  стенки на сдвиг по подошве —  по формуле (6.4) [1].

Класс мола-причала  назначается в зависимости от высоты сооружения: при глубине воды более 25 м — I класс; от 5 до 25 м — II класс; менее 5 м — III класс.

 У нас,  мол-причал,  относится ко II-ому классу.