Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный строительный университет

Кафедра Водного Хозяйства и Морских Портов

Курсовой проект:

"Оградительные сооружения"

Москва 2008

 Содержание

1. Проектирование причального фронта

2. Компоновка порта

2.1 Определение размеров разворотного круга

2.2 Расположение и размеры входа в порт

2.3 Навигационная и проектная глубины на акватории порта

3. Оценка волнового режима порта

3.1 Расчет элементов волн в глубоководной зоне

3.2 Расчет элементов волн в мелководной зоне

3.3 Расчет элементов волн в прибойной зоне

3.4 Расчет элементов волн на огражденной территории

4. Основные габариты оградительных сооружений

5. Статические расчеты оградительного сооружения вертикального типа

5.1 Расчет волновых нагрузок

5.1.1 Расчет нагрузок от действия стоячих волн

5.1.2 Расчет нагрузок от действия разбивающихся волн

5.1.3 Расчет нагрузок от действия прибойных волн

5.2 Проверка устойчивости на плоский сдвиг по подошве сооружения

5.2.1 Проверка устойчивости на плоский сдвиг от действия разбитых волн

5.3 Проверка устойчивости на плоский сдвиг вместе с каменной постелью

5.3.1 Расчет устойчивости на опрокидывание

5.4 Проверка прочности грунтового основания

5.4.1 Определение напряжений под подошвой сооружения

5.4.2 Определение напряжений под каменной постелью

6. Расчёт основных элементов и частей оградительного сооружения

6.1 Расчет прочности стен

7. Оградительное сооружение откосного типа

Список литературы

1. Проектирование причального фронта

причальный фронт порт навигационный

Индивидуальность плана каждого порта характеризуется, прежде всего, расположением оградительных сооружений и причального фронта.

Линия причального фронта ограничивает территорию порта с морской стороны. Требования, предъявляемые к начертанию в плане причального фронта, диктуются необходимостью создания благоприятных эксплуатационных условий для обработки судов и эффективной работы сухопутных видов транспорта.

Начертание в плане линии причального фронта должно обеспечивать: размещение расчётного числа причалов при соблюдении необходимых разрывов между отдельными причалами и грузовыми районами; необходимые размеры территории прикордонной операционной зоны; рациональное размещение перегрузочного оборудования, складских площадок и береговых сооружений, подъездных путей сухопутных видов транспорта; создание рациональных по форме и размерам бассейнов, врезанных в берег или образованных пирсами; удобство подходов судов к причалам, их швартовки и отхода судов от причалов; благоприятные условия отстоя судов у причалов с точки зрения допустимых высот волн, направления подхода волн, а также направления действия сильных ветров; минимальный объем черпания при создании необходимых глубин у причалов и малую заносимость в районе причалов; расположение причальных сооружений в зоне с наиболее благоприятными топографическими и геологическими условиями.

Длина причальной линии порта, измеряемая вдоль кордона равна сумме всех длин причалов грузовых, пассажирских, вспомогательных, причалов для портофлота, технического флота и строительной базы порта. Вспомогательные причалы предназначены для стоянки судов транспортного флота при производстве операций, выполнение которых у основных (грузовых и пассажирских) причалов нецелесообразно или невозможно (подготовка судов к приёму грузов, бункеровка, снабжение и т.п.). Основную часть причального фронта (причальной линии) составляют грузовые причалы (70 … 80%).

Длина причальной линии определяется по формуле:

, где

L_c - длина судна, L_c = 214 м;

N - количество причалов, N = 4;

Длина причального фронта определяется по формуле

.

Таким образом, для танкеров принимаем пирсовое расположение причалов с общей длиной причальной линии L_п = 1200 м.

2. Компоновка порта

При проектировании оградительных сооружений важно знать размеры акватории порта, которые в свою очередь зависят от длины причальной линии, диаметра разворотного круга, ширины подходного канала.

По заданию порт должен иметь 4 причала и обеспечивать приём расчётного судна с габаритными размерами:

Длина судна	Lc = 214 м
Ширина судна	Bc = 21 м
Осадка судна	Tc = 11,6 м

Размеры акватории порта подбираются из условия безопасного входа, маневрирования и подхода к причалам, а также удобства погрузоразгрузочных работ.

2.1 Определение размеров разворотного круга

Размеры разворотного круга должны позволять судну производить торможение до полной остановки, разворот, временную стоянку на якоре, связанную с чрезвычайными обстоятельствами. Эти маневры можно совершать при следующих условиях: площадь разворотного круга позволяет вписать окружность диаметром не менее 3.5L_c, длина прямолинейного участка по направлению входа, считая от ворот порта, не менее 3.5 … 4.5L_c.

Заход больших судов часто предусматривают с буксирами. Это позволяет ограничить размеры разворотного круга окружностью, диаметром D = 1.25L_c + 150, но не менее 2L_c. Для судов длиной L_c = 214 м и дедвейтом D = 40^.10³ т, передвигающихся на акватории порта с помощью буксиров, устраиваем разворотный круг, диаметром D = 417,5 м, расположенный на расстоянии 500 м от входа в порт.

2.2 Расположение и размеры входа в порт

Вход в акваторию порта размещают обычно в наиболее глубоководной части акватории и в наибольшем удалении от берега. При выборе направления оси входа, как и при выборе его ширины, необходимо, во-первых, соблюдать навигационные требования, а во-вторых, обеспечивать минимальное проникновение волнения на защищённую акваторию. Направление оси входа предопределяет направление судового хода, так как судно в воротах порта не должно делать поворотов. Поворот судна может осуществляться лишь после входа на защищённую акваторию на разворотном круге.

При выборе ориентации ворот необходимо учитывать требования безопасности входа, поэтому направление судового хода при подходе к воротам не должно быть параллельным береговой линии, так как при боковом ветре и штормовом волнении судно может быт выброшено на берег. Угол ₁ между направлением судового хода и береговой линии должен быть в среднем не менее 30.

Направление судового входа (входного фарватера) должно иметь по возможности небольшой угол ₂с направлением господствующего ветра и волнения, так как в противном случае при боковом ветре и волнении чрезвычайно велика опасность навала судна на головы оградительных сооружений. Однако при полном совпадении оси входа и волнения, т.е. при попутном ветре и волнении, управляемость судна ухудшается. Для большей защищённости акватории от волнения проекция ширины входа на направление, нормальное к направлению луча волны, должно быть минимальной, т.е. ось судового хода должна составлять возможно больший угол с направлением луча волны. Выбранные размеры и расположение входа в порт представлены на рис.



2.3 Навигационная и проектная глубины на акватории порта

Различают глубину навигационную H_н и проектную H. Навигационная глубина является основной характеристикой акватории порта, она должна обеспечивать возможность прохода судов с расчётной осадкой в течение периода навигации; проектная глубина - это глубина после проведения капитального или ремонтного черпания канала.

Глубины в порту отсчитывают от min уровня моря определённой обеспеченности - так называемых отсчётных уровней.

Глубины в порту должны обеспечивать в течении всего навигационного периода безопасность судов на стоянке и на ходу.

Навигационная глубина на акватории порта слагается из осадки расчётного судна T_c и суммы запасов глубины: навигационного z_1.c, волнового z_2.c, скоростного z_3.c и запаса на крен z_о.c:

.

Проектная глубина канала учитывает запас на заносимость z_4.c:

, здесь

T_c - осадка расчётного судна, T_c = 11,6 м;

z_1.c - минимальный навигационный запас, обеспечивающий безопасное управление судном, учитывает неровности дна, эффективную работу винтов. Величина навигационного запаса зависит от осадки судна и вида грунта в слое, толщиной до 0.4 м. Для ила принимаем z_1.c = 0.04 ^. T_с = 0.04 ^. 11.6= 0.5 м;

z_2.c - волновой запас на погружение судна при волнении. Волновой запас определяют в зависимости от высоты волны 3% - ой обеспеченности в системе волн во время шторма повторяемостью 1 раз в 25 лет. Этот запас определяется в зависимости от длины расчётных судов и от высоты расчётных волн. Принимается z_2.c = 0.132 м;

z_3.c - скоростной запас, учитывает дифферент судна при движении, зависит от скорости судна и глубины прорезки канала. При скорости судна 4 узла принимаем z_3.c = 0.20 м;

z_о.c - запас навигационной глубины на крен судна, учитывающий дифферент судна при неправильной его загрузке или перемещении груза. Для сухогрузных судов принимаем z_о.c = 0.017 ^. B_c = 0.017 ^. 31 = 0.53 м;

z_4.c - запас на заносимость, определяется исходя из интенсивности наносов. Величину z_4.c принимают не менее величины, обеспечивающей производительную работу земснаряда (0.5 м). Принимаем z_4.c = 0.5 м.

Таким образом, навигационная глубина у причала равна:

.

Проектная глубина канала:

.

Таким образом, принимаем глубину на акватории порта для сухогрузных судов H = 15 м.

3. Оценка волнового режима порта

Характер волнового процесса зависит от глубины водоёма. При рассмотрении волнового поля различают четыре основных зоны, границы которых видны на рис. 2.

В первой, глубоководной, зоне влияние дна практически не сказывается на характер волнения. Частицы жидкости совершают равномерное движение по окружности с незначительным поступательным перемещением, влиянием которого вследствие его малости пренебрегают.

Во второй, мелководной, зоне происходит непрерывное изменение характера волнового движения. Трёхмерные волны преобразуются в двухмерные, круговые движения частиц постепенно - в эллиптические. По мере приближения к третьей зоне уменьшается длина волн и скорость их распространения, профиль волны становится несимметричным. При достижении критической глубины d_cr происходит разрушение волны (забурунивание).

В третьей, прибойной, зоне характер волнения резко меняется, наряду с колебаниями частиц воды происходит ярко выраженное поступательное движение в сторону берега, траектория движения частиц имеет петлеобразный характер. В четвёртой, приурезовой, зоне происходит окончательное разрушение волны.

3.1 Расчёт элементов волн в глубоководной зоне

Полагая волнение установившимся, а волны двумерными, среднюю высоту волныh_d, м, и средний период волнТ, с, в глубоководной зоне необходимо определять по верхней огибающей кривой (рис. 1 СНиП 2.06.04-82, , приложение 1, стр. 31). По значениям безразмерных величин gt/V_w и gL/V_w² и верхней огибающей кривой необходимо определить значения и и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн.

;

, где

t - продолжительность действия ветра, t = 10 час=36000 с.;

L - длина разгона волны, L = 200 км=200000 м;

V_w - скорость ветра, V_w = 24 м/с.

По найденным значениям безразмерных величин gt/V_w и gL/V_w² и по верхней огибающей кривой (рис.1 СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 31) определяем значения и .

При gt/V_w = 14715 = 0,07, = 3,5;

при gL/V_w² = 3406,3 = 0,08, = 4,0.

Для определения средней высоты волныh_d, м, и среднего периода волнТ, с, принимаем наименьшие из полученных значений = 0,07 = 3,5.

Тогда средняя высота волны h_d, м, равна:

;

средний период волнТ, с:

.

Среднюю длину волн_d, м, при известном значении Т = 8,56 сек. Определяем по формуле:

;

.

Высоту волны i % - ной обеспеченности в системе h_d,i, м, определяем путём умножения средней высоты волнh_d, м, на коэффициент k_i, принимаемый по графикам (рис.2 СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр.33) для безразмерной величины gL/V_w² = 14715.

По найденным значениям коэффициента k_i для волн 5% - ной обеспеченности k_i = 1,85, для волн 2% - ной обеспеченности k_i = 1,95, для волн 1% - ной обеспеченности k_i = 2,5, определяем значения высот волн 1%, 2% и 5% - ной обеспеченности по формуле:

.

Высота волн при обеспеченности i = 1%:

;

при обеспеченности i = 2%:

при обеспеченности i = 5%:

.

Результаты вычислений сведём в таблицу 1.

Таблица 1:

Vw, м/с					Т, с	d, м	hd, м	h1%, м	h2%, м	h5%, м
24	3406,3	14715	0,07	3,5	8,56	114,5	4,11	8,84	8,10	7,60

3.2 Расчёт элементов волн в мелководной зоне

В мелководной зоне начиная с глубины на формирование волнения дополнительно влияет рельеф и шероховатость дна. Высоту волны i %-ной обеспеченности , м, в мелководной зоне с уклонами дна 0.002 и более следует определять по формуле:

, где

k_t - коэффициент трансформации;

k_r - коэффициент рефракции;

k_l - обобщенный коэффициент потерь;

- средняя высота волны.

Длину волн, перемещающихся из глубоководной в мелководную зону, необходимо определять по рис 4. (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 34) при заданных безразмерных величинах и , при этом период волн принимается равным периоду волн в глубоководной зоне.

Коэффициент трансформации k_t необходимо принимать по графику 1 рис.5 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр.34).

Коэффициент рефракции должен определяться по формуле:

, где

a_d - расстояние между смежными волновыми лучами в глубоководной зоне, м;

а - расстояние между теми же лучами по линии, проходящей через заданную точку мелководной зоны, м.

Обобщенный коэффициент потерь k_l определяется по заданным значениям величины относительной глубины и уклону дна i (табл.5 СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр.35).

Расчёт ведутся в табличной форме (Таблица 2). План рефракции представлен на рис. .

Таблица 2:

3.3 Расчёт элементов волн в прибойной зоне

Высоту волн в прибойной зоне h_cur1%, м, необходимо определять для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3, 4 рис. 5 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 34 - 35); при этом по безразмерной величине принимается значение и соответственно определяется h_cur1%.

Длину волны в прибойной зоне , м, следует определять по верхней огибающей кривой (рис. 4, СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 34).

Критическая глубина d_cr, м, при первом обрушении волн определяется методом последовательных приближений для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3, 4 рис. 5 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 33-34). По ряду задаваемых значений глубин d определяем величины и по графикам 2, 3, 4 рис. 5 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 33 - 34) - соответствующие им значения , из которых принимается d_cr, численно совпадающее с одной из задаваемых глубин d.

Луч 1-2

1. первое приближение:

Принимаем ,

отсюда , тогда:

2. второе приближение:

отсюда , тогда:

3. второе приближение:

отсюда , тогда:

Лучи 2-3

1-ое приближение

,

отсюда , тогда:

2. второе приближение:

отсюда , тогда:

3. второе приближение:

отсюда , тогда:

Луч 3-4

1. первое приближение:

Принимаем ,

отсюда , тогда:

2. второе приближение:

отсюда , тогда:

3. второе приближение:

отсюда , тогда:

Луч 4-5

1. первое приближение:

Принимаем ,

отсюда , тогда:



2. второе приближение:

отсюда , тогда:

3. второе приближение:

отсюда , тогда:

Определяем число обрушений

Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн d_cr,u при постоянном уклоне дна, определяем по формуле:

, где

k_u - коэффициент, принимаемый по табл. 6 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 36), k_u = 0,56.

n - число обрушений (включая первое), принимаемое из ряда n = 2, 3 и 4 при выполнении неравенства:

и .

n = 3

Определяем глубину последнего обрушения для каждой пары лучей

Луч 1-2: м.

Луч 2-3: м.

Луч 3-4: м.

Луч 4-5: м.

Все результаты расчета сводим в таблицу:

Лучи			n кол-во обрушений	глубина посл. обрушения
Луч 1-2	5,11	5,84	3	0,9
Луч 2-3	6,3	6,08	3	1,10
Луч 3-4	8,36	7,07	3	1,47
Луч 4-5	5,97	5,83	3	1,05

3.4 Расчёт элементов волн на ограждённой акватории

Эффективность защитных устройств оградительных сооружений оценивается степенью снижения высот волн на акватории в сравнении с высотой волн перед воротами порта, причём это снижение должно обеспечивать нормативные волновые условия в различных районах акватории порта.

При оценке волнения на акватории порта необходимо учитывать дифракцию волн на входе в порт, их рефракцию на акватории порта и отражение волн от сооружений внутри порта.

Наибольшее влияние на волновые условия ограждённой акватории оказывают волны, проходящие через вход в порт. Этот процесс при проектировании портов исследуется на уменьшенных гидравлических моделях. На стадиях планирования и раннего проектирования степень затухания волнения на акватории определяется расчётом.

В определённой точке акватории при одном входе в порт высота волны h_dif, м, сформировавшейся в результате дифракции и влияния условий входа в порт необходимо определять по формуле:

, где

k_dif - коэффициент дифракции волн, который, для акватории, ограждённой сходящимися молами, необходимо определять в соответствии со схемой и графиками рис. 7 (СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр. 36);

h_i - высота волны у головы мола.

Схема для определения значений коэффициента



Результаты расчетов сведем в таблицу.

Номер точки
1	25	112	1400	92	15,21	5,45	0,3	1,64
2	25		840		9,13		0,31	1,69
3	25		240		2,61		0,4	2,18
4	55		1300		14,3		0,1	0,545
5	55		920		10		0,1	0,545
6	55		460		5		0,21	1,14
7	78		1580		17,2		0,05	0,27
8	78		1080		11,74		0,07	0,38
9	78		300		3,26		0,1	0,545
10	44		1320		14,35		0,15	0,82
11	44		800		8,69		0,15	0,82
12	44		400		4,35		0,22	1,2
13	12		1280		13,91		0,42	2,3
14	12		1000		10,87		0,45	2,45
15	12		500		5,44		0,45	2,45

4. Основные габариты оградительных сооружений

При проектировании оградительных сооружений прежде всего необходимо назначить основные габаритные размеры сооружения.

Оградительные сооружения вертикального типа состоят из подводной стенки, надстройки и каменной постели.

Надстройка

Надстройка состоит из мощной монолитной плиты и сборно-монолитного парапета. Основное назначение надстройки - обеспечение надёжной связи между отдельными частями подводной стенки, что особенно важно при возведении её из бетонных массивов.

Надстройка играет существенную роль в увеличении общей устойчивости сооружения, поскольку она находится выше уровня воды, и в расчёт вводится её вес без учёта взвешивания. Надстройка воспринимает наибольшее волновое давление, что также необходимо учитывать при проектировании и расчёте оградительных сооружений.

Толщину плиты принимаем t_пл = 2 м.

Сечение парапета проверяется расчётом на воздействие волнового давления. Ширину парапета поверху принимаем 2.5 м.

В надстройке устраивают потерны для прокладки инженерных сетей, поверху организуют площадки для служебных помещений, устанавливают закладные части для укрепления знаков навигационной обстановки. В местах стоянки судов надводную стенку оборудуют швартовыми и отбойными приспособлениями.

Каменная постель

Постели из каменной наброски уменьшают интенсивность давления на нескальное основание от гравитационных гидротехнических сооружений и предохраняют подошвы их от размыва.

Для отсыпки применяем рваный камень массой от 15 до 100 кг не ниже марки 300 без трещин, признаков выветривания и глинистых или других размокающих включений.

В данном курсовом проекте по заданию грунтами, находящимися под сооружением, являются слабые грунты - илы. Поэтому принимаем каменную постель комбинированного вида (см.схему)

Длину горизонтального участка каменной постели принимают кратной длине секции сооружения.

Принимаем ширину берменного массива равной 6 м. Ширину тыловой бермы принимаем 3 м.

Предварительно принимаем уклон откоса со стороны моря равным 1:2, со стороны акватории порта - 1:2.

Под сооружением устраиваем обратный фильтр равный min 0,5 м.

5. Статические расчёты оградительного сооружения вертикального типа

При больших горизонтальных нагрузках, действующих на портовые гидротехнические сооружения, возникают неравномерные напряжения в их основании, особенно у сооружений гравитационного типа, что влечёт за собой развитие неравномерных осадок и смещений сооружений, оказывающихся в ряде случаев определяющими при назначении размеров этих сооружений. В таких случаях используются расчёты по предельным состояниям, позволяющим учесть перераспределение напряжений в основании по мере увеличения смещений.

При расчётах набережных, берегоукрепительных или оградительных сооружений рассматривают две группы предельных состояний.

К первой группе предельных состояний, определяющих потерю несущей способности расчётной системы (полная непригодность сооружения к эксплуатации), относятся:

1. потеря общей устойчивости сооружения или его части совместно с грунтом основания, в том числе сдвиг по подошве конструкции, по контакту каменной постели с грунтом или по иной поверхности;

2. потеря устойчивости на опрокидывание гравитационных сооружений при скальных грунтах основания;

3. разрушение элементов конструкции или узлов соединения;

4. перемещения конструкций, от которых зависит прочность сооружения в целом.

Ко второй группе предельных состояний, определяющих непригодность сооружений к нормальной эксплуатации, относятся:

1. недопустимые перемещения, осадки или крен;

2. образование или недопустимое раскрытие трещин в железобетонных элементах конструкции.

Все расчёты по первой группе предельных состояний выполняются на основные и особые сочетания расчётных нагрузок при расчётных сопротивлениях материала конструкции и грунта основания; расчёты по второй группе производят только для основных сочетаний нормативных нагрузок при нормативных сопротивлениях материалов.

5.1 Расчёт волновых нагрузок

5.1.1 Расчёт нагрузок от действия стоячих волн

Расчёт сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории (рис. ) должен производиться при глубине до дна d_b > 1.5h и глубине над бермой d_br > 1.25h. Для расчёта выбираем сечение у головы мола на глубине

d_b = 16,1 м (при высоте волны h = 5.45 м d_b = 16.1 м > 1.5х 5.45 = 8.175 м), при этом глубина над бермой в этом сечении составляет d_br = 13.1 м, что больше чем

1.25х 5.45= 6.8 м.

При этом в формулах для свободной волновой поверхности и волнового давления вместо глубины до дна d_b, м, необходимо применять условную расчётную глубину d_b, м, определяемую по формуле:

, где

d_f - глубина над подошвой сооружения, d_f = 15.1 м;

d_b - глубина до дна, d_b = 16. 1 м;

k_br - коэффициент, принимаемый по графикам рис. 2 (СНиП 2.06.04-82, стр. 1). При d_f / d_b = и b_br /=, принимаем k_br = 0.9



Возвышение или понижение свободной волновой поверхности , м, у вертикальной стены, отсчитываемое от расчётного уровня воды, определяется по формуле:

, где

= 2 /T - круговая частота волны;

T - средний период волны, с;

t - время, с;

- волновое число;

- средняя длина волны, = 92 м.

При действии стоячей волны на вертикальную стену предусматриваем 3 случая определения _c:

а) - при подходе к стене вершины волны, возвыщающейся над расчетным уровнем _max

б) Так как по рекомендациям СНиП 2.06.04-82* принимаем cost = 1.

При максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки P_xt, кН/м, для подошвы волны, расположенной ниже расчётного уровня на _t, м, принимаем значение cost = -1, тогда:

.

В мелководной зоне горизонтальную линейную нагрузку на вертикальную стену P_x, т/м, при гребне или ложбине стоячей волны (см. рис. ) необходимо принимать по эпюре волнового давления, при этом величина p, т/м², на глубине z, м, должна определяться по таблице 1 (СНиП 2.06.04-82, стр. 3):

,

где - плотность воды, = 1 т/м³;

g - ускорение свободного падения, равное g = 9.81 м/с²;

z - ординаты точек, м, отсчитываемые от расчётного уровня.

Результаты расчётов волнового давления при гребне и ложбине волны сведём в таблицу

Таблица 5:

№ точек	Заглубление точек z, м	Значение волнового давления p, кПа
При гребне
1	-c	-6.2	0	0.00
2	0	0	k2gh	40,6
3	0.25d	4	k3gh	33,7
4	0.5d	8	k4gh	26,7
5	d	16	k5gh	21,4

Здесь k₂, k₃, k₄, k₅, k₈, k₉ - коэффициенты, определяемые по графикам рис.3, 4, 5 (СНиП 2.06.04-82, стр. 3), определяемые по найденным значениям и

k₂ =0,76; k₃ =0,63; k₄ =0,5; k₅ =0,4; k₈ =0,63; k₉ =0,57.

Эпюра давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны акватории при гребне волны

№ точек	Заглубление точек z, м	Значение волнового давления p, кПа
При гребне
6	0	0	0	0.00
7	-t	4,61	-gt	-45,2
8	0.5d	8	-k8gh	-33,7
9	d	16	-k9gh	-30,5

Эпюра давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны акватории при ложбине волны



5.1.2 Расчёт нагрузок от действия разбивающихся волн

Расчёт сооружений на воздействие разбивающихся волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине над бермой d_br < 1.25h и глубины до дна d_b 1.5h. Для расчёта выбираем сечение на расстоянии 1300 м от головы мола на глубине d_b = 9.4 м (при высоте волны h = 5.25 м d_b = 9.4 м > 1.5х5.25= 7.8 м), при этом глубина над бермой в этом сечении составляет d_br = 6.4 м, что меньше чем

1.25h =1.25х5.25= 6.6 м

Горизонтальную линейную нагрузку на вертикальную стену P_xc, т/м, от разбивающихся волн необходимо принимать по площади эпюры бокового волнового давления, при этом величина p, т/м², для значений ординат z, м, следует определять по формулам:

z₁ = - h = - 5.25 м, p₁ = 0;

z₂ = 0, ;

z₃ = d_f = 8.4 м, ,

здесь h - высота волны в рассматриваемом сечении, h = 5.25 м;

- средняя длина волны, = 82.43 м.

Вертикальную линейную нагрузку P_zc, т/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления и определить по формуле:

, где

a - ширина сооружения, a = 12 м;

- коэффициент, принимаемый по таблице 5 (СНиП 2.06.04-82, стр. 5). При

принимаем значение коэффициента = 1.

Максимальная донная скорость

м/с

Эпюра давления разбивающихся волн на вертикальную стенку



5.1.3 Расчёт нагрузок от действия прибойных волн

Расчёт сооружений на воздействие прибойных волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине d_b . d_cr на примыкающем к стене участке дна протяжённостью не менее 0.5, м. Для расчёта выбираем сечение на глубине d_b = 4.4 м (при критической глубине d_cr = 5.11 м d_b = 5 м < d_cr = 5.11 м), высота прибойной волны h_sur = 3.86 м, средняя длина прибойной волны = 82.4м. При этом возвышение вершины максимальной прибойной волны _c,sur, м, над расчётным уровнем следует определять по формуле:

, где

h_sur - высота прибойной волны, h_sur = 5.83 м;

d_f - глубина над подошвой сооружения, d_f = 4.0 м.

.

Горизонтальную линейную нагрузку на P_xc, т/м, от прибойных волн необходимо принимать по площади эпюры бокового волнового давления; при этом величины p, т/м², для значений ординат z, м, должны определяться по формулам:

 z₁ = - h_sur = - 5.83 м, p₁ = 0;

, ;

z₃ = d_f = 4 м,

Вертикальную линейную нагрузку P_zc, т/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой p₃) и определить по формуле:

,

здесь a - ширина сооружения, a = 12 м.

Максимальная донная скорость

м/с

Эпюра давления прибойных волн на вертикальную стену

5.2 Проверка устойчивости на плоский сдвиг по подошве сооружения

Критерием обеспечения устойчивости гидротехнического сооружения на сдвиг является условие:

, где

E, R - расчётные значения соответственно обобщённых сдвигающих сил и сил предельного сопротивления;

_lc - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый для основного сочетания нагрузок равным 1.0;

_р - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1.05;

_c - коэффициент условной работы, принимаемый равным 1.0;

_n - коэффициент надёжности по степени ответственности сооружений, принимаемый равным, для I класса сооружений, 1.25.

5.2.1 Проверка устойчивости на плоский сдвиг от действия разбитых волн

Расчётная схема для определения устойчивости представлена на рис.

E - равнодействующая волнового давления от действия разбитых волн,

E = P_xc ^. 1 = 17.6 т/м;

R = g ^. f_тр, где

f_тр - коэффициент трения бетона по камню, f_тр = 0.6;

Вес верхнего строения сооружения:



Вес оболочки большого диаметра

Вес каменной засыпки

Общий вес сооружения



R = 111.78 ^. 0.6 = 67,06 т/м

.

Устойчивость сооружения на плоский сдвиг при действии разбитых волн по плоскости A - A обеспечена.

5.3 Проверка устойчивости на плоский сдвиг вместе с каменной постелью

Проверку устойчивости сооружения на сдвиг вместе с каменной постелью необходимо провести по двум плоскостям AB и BD, в этом случае к удерживающим силам следует отнести также вес каменной постели в контуре, ограниченном плоскостями сдвига (рис. ).

Условие устойчивости сооружения на сдвиг по плоскости ABCD:

, где

_lc - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый для основного сочетания нагрузок равным 1,0;

_р - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,05;

_c - коэффициент условной работы, принимаемый равным 1,0;

_n - коэффициент надёжности по степени ответственности сооружений, принимаемый равным, для I класса сооружений, 1,25.

E - равнодействующая волнового давления от действия стоячих волн,

E = P_xc ^. 1 = 17,6 т/м ^. 1 м = 17,6 т;

R = g ^. f_тр, где

 f_тр - коэффициент трения бетона по камню, f_тр = 0,6;

g_п - вес каменной постели, заключённой в контуре ABCD:

- угол наклона плоскости AB к горизонту, = 9;

f_тр - коэффициент трения камня по камню, f_тр = 1.

g_п - вес каменной постели в контуре ABCD:

Устойчивость сооружения на плоский сдвиг по плоскости ABCD обеспечена.

Условие устойчивости сооружения на сдвиг по плоскости BD:

, где

E - равнодействующая волнового давления при продлении эпюры до поверхности естественного основания, E =28.3 т;

g_п - вес каменной постели в контуре ABCDE:

;

g - сумма вертикальных сил, g = 111,78 т;

f_тр - коэффициент трения камня по грунту основания, f_тр = tg, где - угол внутреннего трения грунта основания, при = 16, f_тр = tg16 = 0.287;

c - удельное сцепление грунта основания, для суглинка c = 16 кПа = 1.6 т/м²;

F - площадь подошвы каменной постели по отрезку BD,

F = 10 ^. 1 = 10 м².

.

Устойчивость сооружения на плоский сдвиг по плоскости BD обеспечена.

5.3.1 Расчет устойчивости на опрокидывание

При расчете оболочек на опрокидывание предполагается, что конус грунта засыпки, заключенный в контуре АОВ остается неподвижным и должен вычитаться из удерживающих сил.

Условие устойчивости сооружения на опрокидывание:

, где

Условие устойчивости выполняется.

5.4 Проверка прочности грунтового основания

Проверка прочности грунтового основания заключается в определении нормальных краевых напряжений под подошвой сооружения и под каменной постелью. Напряжения определяются по обычным зависимостям сопротивления материалов для внецентренного сжатия, в предположении, что сооружение и грунт являются абсолютно жёстким телом.

5.4.1 Определение напряжений под подошвой сооружения

Определение напряжений под подошвой сооружения осуществляется по следующей формуле:

, где

F - площадь подошвы сооружения на 1 пог. м, F = 1^.B (B - ширина сооружения, B = 12 м);

W - момент сопротивления подошвы сооружения, относительно оси, проходящей через центр тяжести на 1 пог. м. W = 1^.B/6;

g - сумма вертикальных сил, g = 111,78 т;

е - эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок.

а - расстояние от задней грани сооружения ло точки приложения равнодействующей.

Таким образом выражение для определения краевых напряжений примет вид:

.

M = M_опр - M_уд, где

M_опр и M_уд - соответственно опрокидывающий и удерживающий моменты, определяемые по формулам:

R - несущая способность каменной постели, R = 50 т/м² = 5 кг/см².

;

Условие выполнено, следовательно, несущая способность каменной постели достаточна.

Эпюра нормальных краевых напряжений под подошвой сооружения представлена на рис. .

5.4.2 Определение напряжений под каменной постелью

Нормальные напряжения в плоскости подошвы каменной постели могут быть определены по условному методу, исходящему из предположения о распределении давления в каменной постели под углом 45 (рис. ).

Нормальные напряжения в плоскости контакта постели с грунтом определяются по формуле:

, где

B - ширина подошвы сооружения, B = 12 м;

t_п - высота каменной постели, t_п = 3м;

_k^взв - объёмный вес материала каменной постели под водой, _k^взв = 1,1 т/м³;

R₁ - расчётное сопротивление грунта основания, R₁ = 30 т/м² =3 кг/см².

Условие выполнено, следовательно, несущая способность грунта основания достаточна. Эпюра нормальных краевых напряжений под каменной постелью представлена на рис. .

6. Расчёт основных элементов и частей оградительного сооружения

6.1 Расчет прочности стен

При расчете на прочность стенок оболочек большого диаметра, расчет проводится для участка сооружения L_s кратному длине окружности оболочки. При этом нагрузку от давления грунта определяют как на плоскую стенку по СНиП 2.06.07-87. Горизонтальная составляющая интенсивности давления грунта на глубине y:

, где

P_y - вертикальное давление на глубине y, ;

h_i - мощность i слоя грунта засыпки;

удельный вес грунта засыпки в насыщенном состоянии ;

- коэффициент горизонтальной составляющей давления грунта:

;

- угол внутреннего трения, = 35;

_s - угол трения грунта по расчётной плоскости, как правило, принимаемый по абсолютной величине не более и не более 30 для плоскости, проходящей в грунте, и не более 2/3 - по контакту сооружения с грунтом. Принимаем _s = 2/3 , так как расчётная плоскость проходит по контакту сооружения с грунтом.

е = 0, с = 0.

.

Ординаты эпюры давления грунта рассчитываются в табличной форме.

Мощность hi, м		Расчет и значение Py, т/м2	Расчет и значение Pah, т/м2
1,1	0,204	1,2 • 1,1= 1,32	1,32 • 0,204 = 0,27
7,0	0,204	1,2 • 7,0 = 8,4	8,4 • 0,204 = 1,71
10,0	0,204	1,2 • 10,0 = 12	12 • 0,204 = 2,45
15,1	0,204	1,2 • 15,1 = 18,2	18,2 • 0,204 = 3,71

По данным таблицы строится эпюра давления грунта на внутренней стенки оболочки. рис .

Жесткость системы оболочка-грунт заполнителя оценивают обобщенной характеристикой жесткости:

, где

k - коэффициент сопротивляемости грунта внутренней засыпки в горизонтальном направлении принимаемый равным 0.5 • k_pr • z, где

k_pr - коэффициент пропорциональности для песков = 10 МН/м⁴;

z - глубина сечения;

k = 0.5 • 10 • 0.6 = 3 МН/м³.

h_c,l - высота расчетного кольца, равная 1 м.

I - момент инерции поперечного сечения, полосы шириной 1 м и высотой 0.25 м.

E_c - модуль деформации железобетона, равный 150 МПа.

Действующий момент ,

Действующие усилие , где

у_в и у_г - ординаты эпюр соответственно бокового давления внутренней засыпки и давления волн;

D - диаметр оболочки, D = 12 м.

M₁ и T₁ единичные усилия, определяемые по монограмме.

По сечениям а-а и b-b строятся эпюры действующих моментов и усилий.

Расчет ведется в табличной форме.

Сечение а'-а'
M1, м3	ув, т/м2	уг, т/м2	T1, м3	Значении M и N, т•м
0.20	3.33			Mа-а = 0.20 • 3.33 = 0.67
0.27	3.33			Mб-б = 0.27 • 3.33 = 0.89
		0.23	5	Nа-а = (0.23 • 12,0)2 - 5 • 3.33= -14.93
		0.23	3	Nб-б = (0.23 • 12,0)/2 - 3 • 3.33= -8.27
Сечение b'-b'
M1, м3	ув, т/м2	уг, т/м2	T1, м3	Значении M и N, т•м
0.20	1.59			Mа-а = 0.20 • 1.59 = 0.32
0.27	1.59			Mб-б = 0.27 • 1.59 = 0.43
		4.87	5	Nа-а = (4.87 • 12,0)2 - 5 • 1.59= 28.57
		4.87	3	Nб-б = (4.87 • 12,0)/2 - 3 • 1.59= 31.76

Эпюры представлены на рис. .

Подбор арматуры

Принимаю продольную рабочую арматуру с шагом 300 мм

Принимаю поперечную рабочую арматуру с шагом 200 мм

7. Оградительное сооружение откосного типа

Тип оградительного сооружения откосного типа выбирается в зависимости от расчётной высоты волны. В нашем случае при h_расч. = 4.52 м применяем оградительное сооружение откосного типа из наброски массивовых блоков на каменной постели.

При проектировании сооружения откосного профиля и крепления откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобетонных блоков вес отдельного элемента G или G_z, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять:

При расположении блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0.7h по формуле:

;

то же, при z > 0.7h по формуле:

, где

k_fr - коэффициент, принимаемый по таблице 12 (СНиП 2.06.04-82, стр. 9). Принимаем для обыкновенных бетонных блоков k_fr = 0.021;

_m - объёмный вес бетона, _m = 2,6 т/м³;

ctg - заложение откоса, при заложении 1:1 ctg = 1;

h_2% - высота волны у головы 2%-ой обеспеченности, определяемая по формуле:

, где

k_t - коэффициент трансформации, k_t = 0,91;

k_r - коэффициент рефракции, k_r = 0,77;

k_l - обобщенный коэффициент потерь, k_l = 0,87;

k_i, - коэффициент принимаемый по графикам (рис.2 СНиП 2.06.04-82, приложение 1, стр.32) для безразмерной величины gL/V_w² = 8825.Принимаем значениям коэффициента k_i для волн 2% - ной обеспеченности k_i = 1,95;

- средняя высота волны, = 4,11 м.

- средняя длина волны, = 91,6 м.

;

, где

По найденному весу бетонных массивов подбираем их размеры, исходя из условия, что высота массива (h) равна ширине, а длинна составляет полторы высоты.

Таким образом значение высоты h находим из следующей зависимости:

.

Выполняем наброску из массивовых блоков размером 1,71,72,5

Отметка гребня оградительного сооружения откосного типа определяется по следующей формуле:

, где

h_нак.1%, - высота наката на откос волн обеспеченностью 1% (м) для фронтально подходящих волн (h_1%) при глубине перед сооружением d 2 h_1% () определяется по формуле:

, где

h_1% - высота волны 1% - ой обеспеченности, h_1% = 5,39 м;

k_r - коэффициент, учитывающий шероховатость крепления, принимаемый по таблице 6 (СНиП 2.06.04-82 , стр. 7). При r/h_1% = 1,63/5.39 = 0.36 принимаем k_r = 0.7;

k_p - коэффициент, учитывающий проницаемость крепления верхового откоса, принимаемый по таблице 6 (СНиП 2.06.04-82, стр. 7). При r/h_1% = 1,7/5,39= 0.32 принимаем k_p = 0.32;

k_sp - коэффициент, определяемый по таблице 7 (СНиП 2.06.04-82 , стр. 7) в зависимости от скорости ветра и заложения откоса. При V_w = 24 м/с и m = 1 принимаем k_sp = 1.4;

k_run - коэффициент, определяемый в зависимости от пологости волны по графику (рис. 10 , СНиП 2.06.04-82, стр. 7). При_d/h_1% = 91.6/5.39 = 17 и m = 1 принимаем k_run = 2.25.

.

h_set - высота ветрового нагона, м, определяемая методом последовательных приближений по формуле СНиП 2.06.04-82 (приложение 1, стр. 29):

, где

L - длина разгона волны, L = 200 км;

V_w - скорость ветра, V_w = 24 м/с.

d - глубина перед сооружением, d = 16.0 м;

k_w - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра по таблицам СНиП 2.06.04-82 (приложение 1, стр. 31). При скорости ветра V_w = 24 м/с принимаем k_w = 2.510^-6.

Первое приближение, при h_set = 0:

.

Второе приближение, при h_set = 1.0 м:

.

Третье приближение, при h_set = 0.94 м:

.

Окончательно принимаем высоту ветрового нагона h_set = 0.95 м.

a - конструктивный запас, принимаемый равным a = 0.1h_1% = 0.1^.5.39 = 0.54 м.

.

Однако для оградительных сооружений откосного типа, возводимых из наброски бетонных массивов, нормы рекомендуют определять отметку гребня по следующей зависимости:

Отметка гребня оградительного сооружения откосного типа отсчитывается от максимального уровня воды.

Ширина гребня B_г при наброске бетонных массивов составляет B_г = 2L, где L - наибольший размер массива. L = 1.5h = 1.5^.1.7 = 2.55 м, следовательно

B_г = 2^.2.55 = 5.1 м. Принимаем ширину гребня равной B_г = 5.5м.

Ширина сооружения на уровне поверхности воды B при наброске бетонных массивов составляет B = 4L, где L - наибольший размер массива.

L = 1.5h = 1.5^.1.7 = 2.55 м, следовательно B = 4^.2.55 = 10.2 м. Принимаем ширину гребня равной B = 10.5 м.

Схема оградительного сооружения откосного типа с предварительно назначенными размерами представлена на рис..



Список использованной литературы

1. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. (волновые, ледовые и от судов). Москва, 1983;

2. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Москва, 1985;

3. Аристархов В.В., Левачёв С.Н., Сидорова А.Г., Корчагин Е.А.. Москва:

Издательство АСВ, 2003;

Размещено на Allbest.ru