Оградительные сооружения (морские ГТС). Исходные данные Введение

• Название: Исходные данные Введение
• Дата: 15.05.2022
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: Оградительные сооружения (морские ГТС).docx
• Тип: Реферат; #529927
• страница: 1 из 3

Содержание:

Исходные данные……………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………………...3

1. Обоснование выбора типа сооружения применительно к заданным условиям…………………………………………………………………………...5

2. Составление продольного профиля сооружения с разбивкой на характерные участки…………………………………………………………….19

3. Выбор поперечных профилей характерных участков и расчетного сечения……………………………………………………………………………22

4. Статические расчеты устойчивости и прочности сооружения в расчетном сечении……………………………………………………………….26

5. Разработка конструкций головной и корневой частей сооружения…..35

Заключение…………………………………………………………………41

Список использованной литературы……………………………………...42

Исходные данные

Сооружение возводится на Белом море (океане) в районе Кандалакши.

Трасса сооружения показана на ситуационной схеме № 3.

Тип сооружения: мол-причал из обыкновенных массивов.

Наименьшая глубина у причала -10,0 м.

Временная нагрузка -3,0 т/м².

Отметки уровней спокойного моря: СВГ +1,8 м; СНГ - 0,4 м.

Величины приливов: квадратурная 1,1 м; сизигийная 2,2 м.

Элементы волн: внешней h_d = 5,0 м; _d = 90 м;

Внутренней h_dif = 1,1 м; _dif = 90 м.

Геологические условия: вариант № 3.

Введение

Классификация типов сооружений морских портов представляет собой сложную задачу. Однако, возможно выделение общих признаков, положенных в основу классификации портовых гидротехнических сооружений.

По функциональному назначению портовые гидротехнические сооружения можно разделить следующим образом [8]:

причальные сооружения, обеспечивающие безопасность судов при стоянке и возможность выполнения перегрузочных операций; к ним относятся набережные стенки, пирсы, рейдовые причалы;

оградительные сооружения, предназначенные для защиты акватории от волнения, течений, наносов и льда; различают два типа: молы и волноломы;

судоподъемные сооружения, предназначенные для подъема и спуска на воду при их строительстве и ремонте; можно выделить: судостроительные эллинги (стапели); судоремонтные эллинги, слипы; сухие и наливные доки;

морские берегозащитные сооружения, предназначенные для защиты берега и прилегающих территорий от разрушений; эти сооружения используют активные и пассивные методы защиты берега;

морские судоходные каналы;

устройства, предназначенные для обеспечения безопасности судовождения на подходе к морским портам и в пределах их акваторий (маяки, створные знаки и пр.);

специальные морские сооружения.

В данной курсовой работе рассматривается проектирование оградительного и причального сооружений [2].

Оградительными называют гидротехнические сооружения, предназначенные для защиты акватории порта от волнения, течений, наносов, движущегося льда.

В соответствии c нормативными документами, постоянные морские гидротехнические сооружения в зависимости от предъявляемых к ним требований в отношении запасов устойчивости и прочности, долговечности и общей надежности подразделяются на четыре класса капитальности. К сооружениям I класса относят основные сооружения, имеющие особо важное народнохозяйственное значение, отказы которых приводят к опасности для жизни людей и весьма большим экономическим потерям. Гидротехнические сооружения чрезвычайно высокой опасности. II класс – высокой опасности. III – средней. IV классу относят временные сооружения низкой опасности [14].

Сооружения возводятся в Белом море в районе Кандалакши.

1. Обоснование выбора типа сооружения применительно к заданным условиям

1. Обоснование выбора типа сооружения

На основании требований нормативных документов, учитывая рельеф дна акватории, климатические условия, изменение уровней воды, волнение, геологическое строение дна и др. выбираем тип и конструкцию сооружения.

Основную и головную части мола-причала принимаем вертикального профиля, а корневую часть – откосного. Конструкция основной вертикальной части мола-причала будет выполняться из обыкновенных массивов.

Массивы-гиганты — это железобетонные понтоны (ящики) чаще всего прямоугольной формы, состоящие из днища, наружных стен и внутренних перегородок. Они изготавливаются на берегу, а затем транспортируются на плаву, устанавливаются на заранее отсыпанную постель и заполняются сыпучим заполнителем (песком, гравием, камнем) или бетоном [2].

1.2 Краткое описание конструкции

Гравитационное сооружение вертикального типа включает три основные конструкционные части: постель, подводную стену и надстройку. Постель предусмотрена для:

 Выравнивания поверхности дна;

 Обеспечения уменьшения и более равномерного распределения напряжений на большую часть дна;

 Защита грунтов от размыва;

 Вынос частиц грунта фильтрационными токами при обжатии основания.

В нашем случае конструктивная схема постели – постель на поверхности дна.

Надстройка объединяет элементы конструкции подводной стены, воспринимает значительную часть волнового давления и увеличивает общую устойчивость гравитационного сооружения. Включает в себя плиту и парапет. Возводится из монолитного бетона. Определение основных размеров сооружения [2].

Построение продольного профиля мола-причала

На чертеже, на котором предварительно нанесены продольный профиль дна по оси сооружения и характерные уровни, отыскивается ближайшее к берегу сечение, где удовлетворяются условия (1). Толщина постели здесь принимается минимально допустимой (1). Найденное сечение является границей между откосной и вертикальной частями сооружения.

По продольному профилю сооружения принимаем:

d_b = 8,8 м

d_f = 7,6 м

По длине сооружение разбивается на участки с различными отметками уровня верха постели. Разбивка выполнятся так, чтобы на каждом участке верха постели на смежных участках для сооружений произвольный. При построение продольного профиля последние 40…50 м по длине сооружения отводятся на головную часть. В дальнейших расчетах размеры головной части уточняются.

Выбор расчетного сечения

В реальном проектировании оградительного сооружения расчеты производятся для ряда поперечных сечений, характеризующихся разными глубинами, элементами воздействующих волн, высотами постелей и др.

Расчеты выполняются только для одного наиболее опасного сечения.

Для расчетного сечения определяются основные размеры сооружения, которые затем принимаются одинаковыми в пределах всей основной части мола-причала. Расчетное сечение показано на продольном профиле дна.

d_b = 14,2 м

d_f = 13,2 м

В задании на разработку проекта мола-причала указаны элементы волн в глубоководной зоне: высота h_d и длина λ_d. При движении к берегу глубины уменьшаются, и происходит трансформация волн, в ходе которой изменяются высоты и длины волн, а период остается неизменным [6].

Высота h_1%-ной обеспеченности трансформированных волн в расчетном сечении при СВГ находится по формуле:

h = k_t * h_d = 0,92 * 4,8 = 4,42 м

где k_t – коэффициент трансформации высоты волны, определяемый по графику на рисунке А.5 обязательного приложения А [3]. Для этого на кривой 1 берется точка с абс1циссой, равной:

d/ λ_d = 14,2/82 = 0,17

где d – глубина воды в расчетном сечении, отсчитываемая от СВГ.

Ордината этой точки на левой шкале дает значение k_t = 0,92.

Средняя длина λ трансформированных волн в расчетном сечении вычисляется по соотношению λ/ λ_d, определяемому по графику на рисунке А 4 в зависимости от значений отношений d/λ_d и h_1%/gT². Здесь Т – средний период трансформированных волн, найденный по формуле (3).

h_1%/gT² = = 0, 0086

λ/ λ_d = 0,725 → λ = 0,725 * 82 = 59,5 м

Определение внешних нагрузок, действующих на сооружение в расчетном сечении

Нагрузки от воздействия волн

Оградительные сооружения подвергаются воздействию различных видов нагрузок: от собственного веса; от воздействия волн, льда и судов; 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 ля 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=+1,8) [16].

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

 вычисляется расчетная глубина перед сооружением (см.п.2.3.);

 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. Берма постели возвышается над дном, расчетная глубина принимается по формуле (1.20) [см.п.2.3]:

d = d_f + k_br * (d_b – d_f) = 13,2 + 0,82 * (14,2 – 13,2) = 14,02 м

Определение нагрузок от стоячих волн

Ординаты эпюры бокового волнового давления на вертикальную стенку при гребне стоячей волны (рис.3) вычисляются в пяти точках по формулам, приведенным в табл. 1.

Таблица 1 - Значение волнового давления от стоячих волн в точках заглубление Z

№ точки	Заглубление точек Z, м	Значение волнового давления р, кПа
1	Ƞс = 6, 8 м	0
2	0	p2 = k2 * ρ * g * h = 0,85*1*9,81*4,32 = 36,02 кПа
3	0,25d = 0,25 * 14.02 = 3,51 м	p3 = k3 * ρ * g * h = 0,65*1*9,81*4,32 = 27,54 кПа
4	0,5d = 0,5 * 14,02 = 7,01 м	p4 = k4 * ρ * g * h = 0,54*1*9,81*4,32 = 22,88 кПа
5	d = 14,02 м	P5 = k5 * ρ * g * h = 0,43*1*9,81*4,32 = 18,22 кПа

K_2…5 - коэффициенты, принимаемые по графику 3 и 4 из соотношений:

 = = 0,053

 = = 5,85

Между расчетными точками давление меняется по линейному закону.

В расчет принимается эпюра в пределах высоты стенки.

Взвешивающее волновое давление под подошвой сооружения направлено снизу-вверх. Эпюра давления представляет собой треугольник. 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.

Определение нагрузок от дифрагированных волн

Волновая нагрузка от бегущих дифрагированных волн учитывается только при:

L < 0,8 * λ_dif = 0,8 * 82 = 65,6 м

где:

L – длина секции сооружения (=25 м)

λ_dif – средняя длина дифрагированных волн (=82 м).

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

Таблица 2 - Значения волнового давления от дифрагированных волн в точках с заглублением Z

№ точки	Заглубление точек Z, м	Значение волнового давления р, кПа
1	z1 = 0 м	0 кПа
2	z2 = 0,49 м	4,23 кПа
3	z3 = df = 13,2 м	3,52 кПа

z₂ = ƞ_t = - * cth (k * d) = - * cth (0,078 * 14,02) = 0,49 м

р₂ = - k_t *ρ * g * ƞ_t = - 0,88 * 1 *9,81 * 0,49 = 4,23 кПа

р₃ = - k_t *ρ * g * ( + = - 0,88 * 1 * 9,81 * ( + ) = 3,52 кПа

k₁ = 0,88 – коэффициент, принимаемый по таблице 2 из соотношения = 0,29.

Волновое давление под подошвой сооружения направлено сверху вниз.



Рисунок 1.3 - Эпюры волнового давление на вертикальную стенку в расчетном случае: слева — от гребня стоячей волны; справа — от ложбины дифрагированной волны [2]

Определение равнодействующих волнового давления

Равнодействующие бокового волнового давления Р_хс, Р_хt 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 [2].

Суммарное значение горизонтальной нагрузки на сооружение от воздействия волн равно

P_x = P_xc + P_xt

Аналогично определяется вертикальная равнодействующая _Pz взвешивающего волнового давления под подошвой сооружения.

Для эпюры от стоячих волн:

P_xc = A_p * b = Ʃ A_pi * b; b = 1кН



Точка приложения результирующей силы:



Теорема моментов M_r = ∑ M_i:



Для эпюры от дифрагированных волн:



Точка приложения результирующей силы:



Равнодействующая: P_x = P_xc + P_xt = 297,56 + 42,15 = 339,71 кПа

Тогда: а_г = 6,7 м.

Для вертикальных составляющих:

P_zc = - 0,5 * 8,9 * 17,34 = - 77,16 кН;

P_zt = 0,5 * 8,9 * 3,52 = 15,66 кН;

P_z = P_zc + P_zt = 15,66 – 77,16 = - 61,496 кН

А_в = 6,67 м.

Нагрузки от воздействия льда

Проектируемый объект находится в бассейне Белого моря. В зимний период море покрывается льдом

В районах с тяжелыми гидрометеорологическими условиями ледовые определять размеры и конструкцию оградительного сооружения.

При действии льда на вертикальную стенку возникают различные виды нагрузок [4]:

 нагрузки от воздействия движущихся ледяных полей;

 нагрузки от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении;

 нагрузки от заторных и зажорных масс льда;

 нагрузки от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды.

В курсовой работе будут рассматриваться нагрузки от движущихся ледяных полей.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1) определение прочностных характеристик льда;

2) определение ледовой нагрузки.

Необходимые величины, для определения предела прочности льда на сжатие:

 hd = 0,4 м. – расчетная толщина ровного льда;

 Sw =33 ‰ – соленость воды;

Ледяной покров морей состоит из зернистого и волокнистого льдов.

Толщина слоя зернистого, располагающегося в верхней части ледяного покрова относится к толщине слоя волокнистого, как 1:3.

Предел прочности льда при сжатии – Rc, оценивается по формуле:



где:

 N = 4 количество слоев одинаковой толщины, на которые разбивается по толщине рассматриваемое ледяное поле;

 ci/∆i – значение прочности льда на одноосное сжатие в «i» слое, при «ti» и доверительная граница случайной погрешности определения «ci», МПа. Для морского льда определяется по таблице 16 [19]. В зависимости от количества жидкой фазы в «i» слое ледяного поля «xi» , г/кг;

 ti – температура льда в «i» слое ледяного поля, o C, определяется по формуле:



где:

 zi – расстояние от границы лед-вода до середины «i» слоя в долях толщины ледяного поля;

 и– температура льда на границе воздух-лед, ^oC, принимаемая равной среднесуточной температурой воздуха: принимаем и=-25^oC;

 tв –температура льда на границе лед-вода (температура замерзания), равная для пресной воды 0°С, а для соленой воды определяемая по формуле



Значение доверительной вероятности для величины при расчете ледовых нагрузок принимается равным 0,95. Для сооружения III класса в соответствие с пунктом 7.5 [19];

i – количество жидкой фазы в «i» слое ледяного поля, определяется из таблицы 16 [19].

Si=0,2Sw – соленость льда в i-ом слое.

Таблица 1.3 - Расчет прочности льда прижатии

№ слоя	1	2	3	4
Структура	Волокнистый	Волокнистый	Волокнистый	Зернистый
Zi, м	0,18	0,38	0,63	0,88
Ti,С	- 4,02	- 6,40	- 9,37	- 12,34
i, к/кг	97,82	63,93	45,75	36,32
Сi, МПа	1,04	2,86	3,69	6,37
Δi, МПа	0,10	0,30	0,38	0,50
(Сi + Δi), МПа	1,14	3,15	4,07	6,87
(Сi + Δi)2	1,30	9,95	16,56	47,18
	74,98

Будем считать нагрузки от полей ровного льда. Нагрузку от воздействия движущихся ледяных полей на секцию мола шириной L определим по формуле:



где:

 V = 0,135 – скорость движения ледяного поля, м/с. Для водохранилищ и морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3 %-му значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения;

 hd – толщина ровного льда;

 A = 100 000 м² – расчетная площадь ледяного поля;

 kV – коэффициент, принимаемый по таблице 19 [17];

 Rc – предел прочности льда при сжатии;

 ρ = 1020 кг/м3 – плотность воды.



Рисунок 1.4 - Таблица для определения коэффициента [17]

Согласно [17], нагрузка Fc,w не может быть больше Fb,w, определяемой по формуле:



где:

 k – коэффициент, принимаемый по таблице 20 [17];

 bs – ширина секции протяженного сооружения по фронту на уровне действия льда, м.

Таблица 1.4 - Расчет ледовой нагрузки

b, м	25
b/hd	62,5
k	0,4
V, м/с	0,135
i, с-1	0,0027
kv	0,3
Fc.w., МН	2,37
Fb/w/, МН	5,18

Рисунок 1.5 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на секцию сооружения [2]

Нагрузки от натяжения швартовов

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.

Значение S принимаем приближенно:

т. к. d_b = 14,2 м > 8 м, то S = 75 тс (736 кН).

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

S_q = S * sinα * cos β

где α, β – углы наклона швартова (α = β = 30)

S_q = 736 * sin30 * cos30 = 318,7 кН

Нормативная швартовная нагрузка S_q, приходящаяся на 1 пог. м длины секции сооружения, равна:

S_q = S_q/L

На секциях длиной 20…25 м, как правило, устанавливается одна швартовная тумба, а на секциях 40…50 м — две тумбы. Точку приложения нагрузки от натяжения швартовов необходимо принимать на 0,3 м выше отметки кордона.

S_q = S_q/L = 318,7/25 = 15,94 кН/м