Основные элементы оградительных сооружений вертикального профиля. Гравитационные оградительные сооружения вертикального типа в общем случае состоят из подводной стенки, надстройки и каменной постели.
Подводная стенка представляет собой главную наиболее ответственную волногасящую часть сооружения, воспринимающую на себя основную долю волновых нагрузок. Конструктивно она может быть выполнена самым разнообразным путем: из бетонных массивов, массивов–гигантов, ряжей, оболочек большого диаметра, свайного типа и т.д.
Надстройка, выполняемая чаще всего в виде сплошной конструкции из монолитного, сборно–монолитного бетона или железобетона, прикрывает собой отдельные элементы (массивы) подводной части волнолома, обеспечивая их взаимосвязь и устойчивость, или же предохраняет от размыва материал заполнения (камень, гравий, песок) в ячейках массивов–гигантов, ряжей, оболочек и т.д. Находясь над водой не во взвешенном состоянии, она оказывает существенное влияние на устойчивость всего сооружения. Состоит надстройка, как правило, из двух элементов: горизонтальной плиты толщиной 1,5 – 2 м. и более, и вертикального или наклонного парапета (рис.)
а – с вертикальной лицевой гранью; б – с криволинейной лицевой гранью; в – с железобетонным козырьком – парапетом; г – неполного профиля; е – с дополнительным волногасителем; 1 – парапет, 2 – горизонтальная плита.
При использовании тыловой стороны волнолома в качестве причального сооружения толщина плиты определятся отметкой причала, а плиту оборудуют соответствующими швартовными и отбойными устройствами, потернами для прокладки инженерных сетей и т.д. Из условий незаливаемости отметку верха плиты назначают несколько выше отметки гребня волн на акватории порта.
Парапет (надстройка) в простейшем случае представляет собой плоскую вертикальную стенку прямоугольной или ступенчатой формы. При недопустимости перелива воды через парапет отметку его верхней грани назначают на 0,5 м выше отметки гребня расчетной волны. При недопустимости переплескивания волн (наличие причала с тыловой стороны и т.д.) лицевой грани парапета придают криволинейную форму, способствующую отражению всплесков в сторону моря. Иногда, вместо массивной бетонной конструкции парапет выполняют в виде тонкостенного железобетонного козырька. Если перелив воды через волнолом допускается, он может быть возведен не на всю высоту или вообще отсутствовать. Если парапет сместить от лицевой грани сооружения, то удар волны на подводную и надводную части волнолома произойдет не одновременно, что приведет к уменьшению волнового воздействия.
Каменную постель в гравитационных оградительных сооружений (рис.) устраивают, как правило, при любых грунтах. При скальных грунтах постель служит в основном для выравнивания поверхности дна и имеет минимальную толщину 0,5 м, а в случае использования мешков с бетоном – 0,25м. При плотных нескальных грунтах постель служит для распределения давления и уменьшения его интенсивности по поверхности грунта основания. Толщину постели в этом случае назначают на менее 1,5 – 2,5 м, причем нижний слой играет роль контрфильтра (из щебня), предотвращая вымывание частиц грунта из–под постели. Они надежны в эксплуатации, долговечны, просты в использовании и возведении. Однако высокая чувствительность к неравномерным осадкам, большие расходы бетона, длительность и низкие темпы работ в открытом море, потребность в больших объемах дорогостоящих водолазных работ и другие недостатки являются серьезными сдерживающими факторами в применении обыкновенных массивов
При слабых грунтах свойство постели распределять давление и уменьшат его интенсивность может оказаться недостаточным для обеспечении необходимой прочности и устойчивости основания. В этом случае принимают дополнительные меры – постель можно возводить с заменой слабого (илистого) грунта по всей его толщине под постелью более прочным материалом, например песком. При значительной толщине напластований замену слабого грунта производят лишь в верхней его части. Песчаная прослойка в этом случае как бы поддерживает сооружение «на плаву» в илистом грунте (плавающая постель). Иногда вместо замены слабого грунта под постелью производят искусственное уплотнение – консолидацию.
Консолидацию грунтов производят с помощью песчаных свай – дрен (рис.), погружаемых с помощью обсадной трубы, заполненной крупнозернистым песком, и вибропогружателя. После погружения трубы на нужную глубину ее поднимают вверх, оставляя в грунте сваю – дрену, через которую из илистого грунта отжимается вода, – таким образом, уплотняется грунт.
Оградительные сооружения из бетонных массивов. Длительная практика использования сооружений этого типа выработала целый ряд их разновидностей.
Сооружения из обыкновенных массивов, имеющих форму параллелепипеда массой до 100 т, уложенных горизонтальными рядами (курсами) со смещением (перевязкой) зазоров (швов) между ними для монолитности кладки (по аналогии с кирпичной кладкой), являются одним из наиболее широко распространенных в этом классе сооружений в отечественной и мировой практике (рис.).
Оградительные сооружения из массивов–гигантов. Массивы–гиганты представляют собой тонкостенные, как правило, железобетонные ящики (понтоны) с достаточной плавучестью и остойчивостью на воде, изготовленные на берегу, буксируемые на плаву и погружаемые с помощью затопления водой через кингстоны на место установки на заранее подготовленное основание и затопляемые затем материалом, обеспечивающим ему достаточную устойчивость при действии на него штормового волнения (рис. а, б). Сооружения из массивов – гигантов отличаются между собой профилем поперечного сечения, материалом засыпки и некоторыми другими признаками.
Профиль массива–гиганта имеет существенное значение при решении вопросов строительства оградительных сооружений этого типа. Прямоугольная форма ящика является простейшей и наиболее рациональной и экономичной, позволяя применять при возведении недорогую скользящую опалубку. Трапецеидальная форма более сложна при возведении, однако, обеспечивает большую устойчивость сооружения. Прямоугольный профиль с днищевой консолью (консолями) проще в изготовлении по сравнению с трапецеидальным и более устойчив по сравнению с прямоугольным ящиком и поэтому является наиболее предпочтительным. Длину ящика принимают 20 – 25 м, но не более утроенной высоты.
Для придания массиву–гиганту большей жесткости внутри ящика устраивают продольные и поперечные переборки, делящие понтон на ряд отсеков (ячеек) размерами 3х4–4х5 м толщину плит у переборок определяю расчетом, у наружных стенок она составляет 25 – 75 см, днища – 40 – 90 см. (в отдельных случаях и более), внутренних переборок 10–25 см. Между смежными ящиками при возведении составляют зазор 15–20 см, обеспечивающий возможные неравномерные осадки и наклоны ящиков без взаимного соприкосновения. Зазоры заполняют стыками различных конструкций для непроницаемости от волновых потоков жидкости.
Затопление отсеков массива–гиганта может быть самым разнообразным. Песчаное, песчано-гравелистое или гравелистое заполнение наиболее дешевое и с минимальной трудоемкостью выполнимое. Однако в случае повреждения наружной стенки ящика может возникнуть угроза утечки материала заполнения в море. Каменное заполнение может быть вымыто из ящика лишь при очень крупных повреждениях наружных стенок, однако оно значительно дороже песчаного. Бетонное заполнение вообще не может быть «вымыто» волнением, однако оно максимально дорого и трудоемко и не позволяет в случае необходимости освободить отсеки от затопления для передвижки ящика при ремонтно-восстановительных работах. Комбинированное затопление - бетонное в крайних отсеках, песчаное или песчано–гравелистое в средних отсеках - является безопасным с точки зрения намыва заполнителя и значительно дешевле бетонного. При подводном бетонировании отсеков необходимо добиваться надежного сцепления бетона заполнения с железобетонными стенками ящика.
Сооружения вертикального профиля свайного типа. При строительстве сооружений свайной конструкции нет необходимости создавать искусственную каменную постель, которая является относительно дорогой и трудоемкой частью сооружения. Сооружения этого типа можно возводить на глубинах 4…5 м из деревянных свай, 7…8 м из тяжелого металлического шпунта. При ячеистой конструкции глубина воды по аналогии с перемычками может быть значительно больше, однако в практике портостроения оградительные сооружения ячеистой конструкции обычно применяют на глубине до 10…12 м, однако при специальном обосновании этот тип сооружения может возводиться и на больших глубинах.
Грунты основания при свайных сооружениях могут иметь меньшую несущую способность, чем это требуется в случае сооружений гравитационного типа, но должны допускать забивку свай или шпунта на необходимую глубину.
Оградительные сооружения свайной конструкции можно возводить на слабых илистых грунтах любой мощности.
Стоимость сооружений свайной конструкции значительно меньше стоимости гравитационных сооружений. Таким образом, оградительные сооружения свайной конструкции могут применяться при меньшей высоте волны по сравнению с сооружениями гравитационного типа и соответствующих инженерно – геологических условиях.
Сооружения смешанного типа. Поскольку гравитационные сооружения вертикального профиля не могут применяться на сжимаемых грунтах при глубине воды больше 20…28 м, а сооружения откосного профиля в этих условиях будут слишком дорогими, то в практике портостроения получили распространение сооружения смешанного типа.
В связи с увеличением осадок судов оградительные сооружения, вынося не большие глубины; в этих условиях сооружения смешанного типа становятся весьма перспективными.
В строительстве на водохранилищах оградительных сооружений смешанного типа насухо они могут быть конкурентоспособными с сооружениями откосного тела с грунтовым ядром, возводимыми методом гидромеханизации при значительной глубине воды.
Окончательно тип сооружений выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.
Сооружения специальных типов. Эти сооружения предназначены для постоянной и временной защиты акватории и отдельных объектов (технических плавсредств, морских буровых вышек, ворот порта и др.).
Сооружения откосного профиля могут с успехом применяться в любых гидрологических и инженерно – геологических условиях. Ограничениями служат только их высокая стоимость при небольших глубинах и невозможность получения местного камня необходимой крупности (монолитов).
В последнее время сооружения этого типа получают преимущественное распространение, причем в подавляющем большинстве случаев для покрытия откосов применяют бетонные фигурные блоки. При использовании внутренней стороны оградительных сооружений откосного типа для швартовки судов приходиться возводить отдельно причальные конструкции и устраивать по гребню сооружения дорогу для проезда транспорта.
Взаимодействие волн с волноломами откосного профиля коренным образом отличаются от взаимодействия с вертикальными стенками. Здесь почти отсутствует ограждение волн и волновой энергии от сооружения, а, следовательно, не образуется стоячих волн с повышенными размывающими донными скоростями. Разрушение волн на откосе происходит с высокой интенсивностью волнового давления, однако, их действие, как правило. Не угрожает потере устойчивости всего сооружения; здесь достаточно обеспечить устойчивость отдельных его элементов (камней или массивных блоков), прикрывающих откосы. Все это способствовало широкому распространению волноломов откосного профиля в практике морового портового строительства. Масштабы их возведения особенно возросли с появлением фасонных блоков.
Сооружения откосного профиля могут возводиться из несортированного и сортированного камня, с покрытием из массивовой наброски и кладки, из массивной наброски, песчаные дамбы и т.д.
Наброску из несортированного камня применяют при минимальных глубинах и слабом волнении (рис.).
Устойчивость откосов каменно – набросных сооружений зависит от силы волнения, крупности и массы камня, его формы и крутизны откоса.
Наброска из сортированного камня имеет более крутые откосы, устойчивые при более сильном волнении, так как здесь в зонах с более интенсивным волновым воздействием укладывается более крупный камень. Существуют три разновидности этих сооружений.
Наброска с покрытием представляет собой ядро из мелкого камня, отсыпанное почти полным профилем и прикрытое по откосам и на гребне одним – тремя слоями более крупного камня. Одно из таких сооружений дано на рис. здесь выделены три характерные части:
1) ядро из мелкого камня;
2) промежуточный слой из более крупного материала, служащий в зоне активного воздействия обратным фильтром;
3) защищенный слой с камнем наибольшей крупности.
Послойная наброска (см. рис.) состоит из нескольких слоев по высоте: нижний (ядро) – отсыпают без всякой защиты из карьерной мелочи или даже намывают грунтом до глубины, равной 2,5 – 3,0 высотам волны, средний – отсыпают из камня средней крупности до глубины порядка 0,75 строительной высоты, верхний – возводят из камня максимальной крупности до отметки гребня сооружения (из расчета шторма максимальной силы, ожидаемого в период срока службы сооружения).
Слабое место схемы – высокая пористость наброски, снижающая качества сооружения. Данная наброска не имеет тех недостатков, которые характерны для наброски с покрытием.
Комбинированная наброска представляет собой сооружение, в котором послойная структура внутри и в тыловой части сочетается с упрощенным покрытием в виде утолщенного наклонного защитного слоя со стороны моря. Преимущества наброски: более высокий относительный объем мелкой фракции камня и меньшая средняя пористость, более низкая сложность и трудоемкость защитных и промежуточных слоев.
Каменно–набросные волноломы с покрытием из массивовой кладки (рис.) отличаются от наброски с каменным покрытием крупностью элементов покрытия. Применяют их при сильном волнении, когда естественные глыбы массой свыше 15 т добывать трудно и дорого. Наиболее распространенными являются блоки массой 40 – 60 т поскольку крупность массивов может быть любой (в пределах грузоподъемности имеющихся кранов), этими сооружениями можно гасить волнение любой силы. Однако, имея гладкие грани, массивы правильной формы трудно удерживаются на прикрываемом каменном откосе. Для предотвращения сползания массивов в нижней части защитного слоя возводят мощную упорную берму из массивовой кладки на развитой каменной упорной призме (рис.). Для надежной защиты откоса от прямых ударов волн иногда требуется по два слоя массивовых и белее. Однако столь плотная преграда вызывает при откатывании волны мощное гидродинамическое противодавление снизу, для противодействия которому кладку дополнительно пригружают сверху. Гладкая поверхность откоса способствует беспрепятственному сильному вкатыванию волны на сооружение, что в свою очередь требует соответствующего возвышения гребня над спокойным горизонтом, иногда с возведением на нем тяжелого парапета. Сооружение становится громоздким и дорогостоящим.
Покрытие из массивовой наброски повышает ее волногасящую способность и поэтому используется гораздо чаще. Однако для надежности крепления необходимо, по меньшей мере, двухслойное покрытие с промежуточным слоем из крупного камня мощной упорной призмой (рис.).
Волнолом из массивовой наброски, расположенный на каменной постели, широко был распространен как в нашей стране, так и за рубежом. Это было связано с тем, что добыча крупных скальных глыб и их транспортировка к месту укладки порой весьма затруднительны или невозможны. Максимально высокая пористость массивовой наброски (42 – 48%), снижающая волногасящий эффект и повышающая способность пропускать наносы – существенный недостаток этого типа сооружения.
Общим недостатком откосных сооружений с использованием обыкновенных массивов правильной формы является отсутствие взаимной связи между отдельными массивами, раскатываемыми сильным волнением. При волнении высотой свыше 8 м потребная масса устойчивых на откосе массивов становится чрезмерно большой или необходимое для устойчивости заложение откоса – чрезмерно поглотим. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в построении в 60–х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.
Сооружения фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняют откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей сопротивление его пор из–за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крупными откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).
Основные типы фасонных блоков. Геометрические характеристики некоторых блоков, используемых в оградительных сооружениях, приведены на рис.
Тетрапод – четырехлучевой центрально – симметричный фасонный блок – самый распространенный в мировой и отечественной практике. В защитном покрытии тетрапод укладывают, как правило, двумя слоями: в первом (нижнем) слое тремя конусами он опирается на прикрываемую поверхность, во втором (верхнем) слое, наоборот, вставляется в образовавшиеся зазоры одним конусом вниз. При таком расположении достигается наибольшая плотность, зацепляемость и устойчивость.
Квадрипод – четырехлучевой осесимметричный блок, отличается от тетрапода тем, что оси трех конусов из четырех расположены в одной плоскости. Центр тяжести расположен ниже, чем у тетрапода, однако зацепляемость с каменно – набросной поверхностью хуже, чем у последнего. Укладывают его, как и тетрапод, двумя слоями.
Гексапод – шестилучевой центрально – симметричный блок, отличается большой зацепляемостью, однако центр тяжести находится сравнительно высоко. Благодаря наличию шести лучей его можно использовать как в двухслойном, так и в однослойном покрытии.
Трибар – три параллельных цилиндра, объединенных своими центрами осесимметричной трехлучевой цилиндрической вставкой. Обладает особо высокой зацепляемостью с каменно – набросным сооружением и шероховатостью волногасящего слоя. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в портостроении в 60–х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.
Сооружения из фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняет откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей волногасящую способность волнолома, так как гидравлическое сопротивление его пор из–за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крутыми откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).
1.По расположению:
· Внешние.
· Внутренние.
Внешние предназначены для защиты акватории порта от проникновения волн, течений, наносов и движущегося льда, а также защиты подходных каналов от заносимости.
Внутренние оградительные сооружения расположены на акватории порта и отделяют одну часть порта от другой.
2. По форме поперечного сечения:
· Вертикального профиля.
· Откосного профиля.
· Смешанного типа.
· Специального типа.
В свою очередь сооружения специального типа делятся:
· Сквозные.
· Плавучие.
· Пневматические.
· Гидравлические.
Сооружения вертикального профиля это вертикальные стенки.
Сооружения откосного профиля имеют наклонные наружные грани.
Сооружения смешанного типа, у которых нижняя часть в виде откосного сооружения, а верхняя – вертикального профиля.
Сквозные сооружения состоят из отдельных опор из свайных кустов или свай и верхнего железобетонного строения омоноличенного с опорами.
Плавучие волноломы это понтоны, закрепленные на якорях.
Пневматические волноломы гасят волну с помощью воздушных струй, выходящих из перфорированных труб, проложенных по дну моря.
Гидравлические волноломы производят гашение волн струями воды, выходящими через боковые отверстия труб навстречу волне.
Волноломы и молы защищают акваторию порта от волнения.
Дамбы – от течений, наносов и льда, а также применяются для защиты территории от затопления.
Шпоры это сооружения, примыкающие к другим сооружениям.
Оградительные сооружения гравитационного типа.
Сооружения гравитационного типа состоят из каменной постели, подводной и надводной частей.
Рис.16. Основные элементы конструкции
Каменная постель; 2 – подводная часть; 3 – надводная часть;4 –берма; 5 – обратный фильтр.
Каменная постель это специально подготовленное основание из камня или бетона в мешках. Она обеспечивает сохранность грунта в основании сооружения, а также выравнивает поверхность дна под возводимое сооружение.
Виды каменной постели: каменная постель, отсыпанная непосредственно на грунт (рис.17.1), заглубленная в грунт постель (рис.17.2), частично погружена в грунт (рис.17.3).
Рис.17. Виды каменной постели.
Каменная постель в поперечном сечении имеет форму трапеции. Горизонтальные площадки постели, выступающие за грани вертикальной стенки называются бермами, анаклонные – откосами . Со стороны моря откосы берм имеют уклон в пределах от 1:3 до 1:2 и со стороны гавани от 1:2 до 1:1. Бермы со стороны моря покрывают берменными массивами для защиты от вымывания камня и размыва основания.
Обратный фильтр (контрфильтр), имеет толщину 0,5м, выполнен из щебня или карьерной мелочи, необходим для защиты грунта постели от вымывания.
Подводная часть вертикальной стенки выступает над уровнем воды для удобства строительства надводной части. Подводная часть может быть выполнена из бетонных массивов, из массивов-гигантов, из ряжей, из оболочек большого диметра.
Надводнаячасть оградительного сооружения воспринимает наибольшее волновое воздействие. Она должна быть прочной, жесткой и иметь надежное соединение с подводной частью. Надстройка состоит из мощной монолитной плиты сборно-монолитного парапета. Толщина плиты должна быть не менее 1,5 ¸ 2м. Если оградительное сооружение используется для швартовки судов и для движения транспорта, то отметка верха надстройки должна быть увязана с отметкой портовой территории для устройства съездов и по условию незаливаемости должна быть выше гребня максимальных волн, наблюдающихся на акватории.
Парапет не допускает перекатывание волны через сооружение.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Московский государственный строительный университет
Кафедра Водного Хозяйства и Морских Портов
Курсовой проект:
"Оградительные сооружения"
Москва 2008
2. Компоновка порта
2.1 Определение размеров разворотного круга
2.2 Расположение и размеры входа в порт
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
5.4.1 Определение напряжений под подошвой сооружения
5.4.2 Определение напряжений под каменной постелью
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:
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.
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:
Размеры акватории порта подбираются из условия безопасного входа, маневрирования и подхода к причалам, а также удобства погрузоразгрузочных работ.
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 . 10 3 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.
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 2 с 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.
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:
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.
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.
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 w 2 и верхней огибающей кривой необходимо определить значения и и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн.
t - продолжительность действия ветра, t = 10 час=36000 с.;
L - длина разгона волны, L = 200 км=200000 м;
По найденным значениям безразмерных величин gt/V w и gL/V w 2 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 w 2 = 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 w 2 = 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:
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:
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:
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:
Высоту волн в прибойной зоне h cur 1% , 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 cur 1% .
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.
1. первое приближение:
Принимаем,
отсюда, тогда:
2. второе приближение:
отсюда, тогда:
3. второе приближение:
отсюда, тогда:
1-ое приближение
отсюда, тогда:
2. второе приближение:
отсюда, тогда:
3. второе приближение:
отсюда, тогда:
1. первое приближение:
Принимаем,
отсюда, тогда:
2. второе приближение:
отсюда, тогда:
3. второе приближение:
отсюда, тогда:
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:
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:
Определяем глубину последнего обрушения для каждой пары лучей
Все результаты расчета сводим в таблицу:
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:
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 |
|||||||||
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 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.
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.
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.
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:
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:
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
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/м 2 , на глубине z, м, должна определяться по таблице 1 (СНиП 2.06.04-82, стр. 3):
где - плотность воды, = 1 т/м 3 ;
g - ускорение свободного падения, равное g = 9.81 м/с 2 ;
z - ординаты точек, м, отсчитываемые от расчётного уровня.
Результаты расчётов волнового давления при гребне и ложбине волны сведём в таблицу
Таблица 5:
|
Заглубление точек z, м |
Значение волнового давления p, кПа |
||||
|
При гребне |
|||||
Здесь k 2 , k 3 , k 4 , k 5 , k 8 , k 9 - коэффициенты, определяемые по графикам рис.3, 4, 5 (СНиП 2.06.04-82, стр. 3), определяемые по найденным значениям и
k 2 =0,76; k 3 =0,63; k 4 =0,5; k 5 =0,4; k 8 =0,63; k 9 =0,57.
Эпюра давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны акватории при гребне волны
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/м 2 , для значений ординат z, м, следует определять по формулам:
z 1 = - h = - 5.25 м, p 1 = 0;
z 3 = 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:
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
Эпюра давления разбивающихся волн на вертикальную стенку
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:
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/м 2 , для значений ординат z, м, должны определяться по формулам:
z 1 = - h sur = - 5.83 м, p 1 = 0;
z 3 = d f = 4 м,
Вертикальную линейную нагрузку P zc , т/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой p 3) и определить по формуле:
здесь a - ширина сооружения, a = 12 м.
Максимальная донная скорость
Эпюра давления прибойных волн на вертикальную стену
Критерием обеспечения устойчивости гидротехнического сооружения на сдвиг является условие:
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.
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:
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:
E - равнодействующая волнового давления при продлении эпюры до поверхности естественного основания, E =28.3 т;
g п - вес каменной постели в контуре ABCDE:
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/м 2 ;
F - площадь подошвы каменной постели по отрезку BD,
F = 10 . 1 = 10 м 2 .
Устойчивость сооружения на плоский сдвиг по плоскости BD обеспечена.
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:
Условие устойчивости выполняется.
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.
Определение напряжений под подошвой сооружения осуществляется по следующей формуле:
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/м 2 = 5 кг/см 2 .
Условие выполнено, следовательно, несущая способность каменной постели достаточна.
Эпюра нормальных краевых напряжений под подошвой сооружения представлена на рис. .
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:
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/м 3 ;
R 1 - расчётное сопротивление грунта основания, R 1 = 30 т/м 2 =3 кг/см 2 .
Условие выполнено, следовательно, несущая способность грунта основания достаточна. Эпюра нормальных краевых напряжений под каменной постелью представлена на рис. .
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:
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.
Ординаты эпюры давления грунта рассчитываются в табличной форме.
|
Мощность h i , м |
Расчет и значение P y , т/м 2 |
Расчет и значение P ah , т/м 2 |
||
|
1,32 0,204 = 0,27 |
||||
|
8,4 0,204 = 1,71 |
||||
|
12 0,204 = 2,45 |
||||
|
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:
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/м 4 ;
z - глубина сечения;
k = 0.5 10 0.6 = 3 МН/м 3 .
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.
M 1 и T 1 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" |
|||||
|
Значении M и N, т м |
|||||
|
M а-а = 0.20 3.33 = 0.67 |
|||||
|
M б-б = 0.27 3.33 = 0.89 |
|||||
|
N а-а = (0.23 12,0)2 - 5 3.33= -14.93 |
|||||
|
N б-б = (0.23 12,0)/2 - 3 3.33= -8.27 |
|||||
|
Сечение b"-b" |
|||||
|
Значении M и N, т м |
|||||
|
M а-а = 0.20 1.59 = 0.32 |
|||||
|
M б-б = 0.27 1.59 = 0.43 |
|||||
|
N а-а = (4.87 12,0)2 - 5 1.59= 28.57 |
|||||
|
N б-б = (4.87 12,0)/2 - 3 1.59= 31.76 |
Эпюры представлены на рис. .
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:
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/м 3 ;
ctg - заложение откоса, при заложении 1:1 ctg = 1;
h 2% - высота волны у головы 2%-ой обеспеченности, определяемая по формуле:
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 w 2 = 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.
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:
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:
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):
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 = 2.5 10 -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..
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
Классификация порта (причала). Определение массы грузового места. Эксплуатационная производительность погрузочно-разгрузочной машины. Расчет годовых расходов для грузового фронта. Определение количества причалов. Техника безопасности и охрана труда.
курсовая работа , добавлен 24.12.2012
Понятие о методе конечных элементов, его вариационные основы. Вычисление приращения функции, принцип Лагранжа. Аппроксимация конечно-элементной модели сооружения. Матрица жесткости, ее необходимые величины. Интегрирование по объему, расчет длины.
презентация , добавлен 24.05.2014
Схема ленточного элеватора, выбор скорости, типа ковша и тягового органа. Расчет тяговых элементов нории. Проектирование привода элеватора. Подбор муфт и расчет останова. Расчет и проектирование натяжного устройства. Эскизы принятых элементов привода.
курсовая работа , добавлен 03.02.2012
Принципиальная схема организации производства по ремонту и постройке судов. Расчет размеров слипа, потребной площади и глубины акватории завода. Расчет потребности в основных материалах по ведущему цеху. Структура себестоимости товарной продукции.
дипломная работа , добавлен 01.11.2014
Выбор типов водозаборных сооружений. Определение диаметров самотечных трубопроводов и размеров водоприёмных окон. Устройства для удаления осадка. Проектирование зоны санитарной охраны водозаборных сооружений. Расчет мероприятий по защите берега.
курсовая работа , добавлен 04.06.2015
Выбор электродвигателя, его кинематический расчет. Конструирование элементов зубчатой передачи, выбор корпуса редуктора. Первый этап компоновки редуктора, выбор подшипников и расчет их долговечности. Технология сборки редуктора, расчеты и выбор посадок.
курсовая работа , добавлен 03.03.2010
Обоснование выбора типа промежуточной станции. Расчет числа приемо-отправочных путей станции. Разработка немасштабной схемы станции в осях путей. Построение продольного и поперечного профиля станции. Объем основных работ и стоимость сооружения станции.
курсовая работа , добавлен 15.08.2010
Расчет на прочность и устойчивость цилиндрических обечаек, днища и крышки, элементов рубашки, крышки отъемные и фланцевые соединения. Выбор штуцеров. Выбор и расчет комплектующих элементов привода. Проектирование и расчет перемешивающего устройства.
курсовая работа , добавлен 13.03.2011
Принципы компоновки водоочистных комплексов. Основы выбора технологической схемы и реагентов. Повторное использование промывной воды и обработка осадка на водоочистных комплексах. Проектирование высотной схемы и планировка водоочистных сооружений.
реферат , добавлен 09.03.2011
Проектирование газонефтепроводов: гидравлический расчет и выбор оптимального диаметра трубопровода, механические и теплотехнические расчеты. Защита нефтепровода от коррозии. Сооружение фундамента и разворачивание РВС-5000. Особенности перекачки газа.
