Нагрузки и воздействия от волн на вертикальные ци­линдрические преграды

Нагрузки и воздействия от волн.

1.1. Нагрузки и воздействия от волн при относительном диаметре преграды D/λ ≤ 0,4 и относительной глубине d/λ > 0,175 следует определять по СНиП 2.06.04-82*. При D/λ = 0,2÷1 и d/λ ≤ 0,175, а D/λ > 0,4 и d/λ > 0,175 также расчеты следует выполнять по рекомендациям настоящего раздела.

1.2. Максимальную линейную нагрузку от волн q_max, кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z ≥ 0, от рас­четного уровня воды (рис. 1,а) следует определять по формуле:

, (1)

где,

D - диаметр преграды, м;

ρ - плотность воды, т/м³;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

h - высота волны, м;

C_i - инерционный коэффициент, зависящий от параметра πd/λ и принимаемый по графику на рис. 2.

k=2π/λ - волновое число, рад/м;

λ – длина волны, м;

d - глубина воды, м.

Значения инерционного коэффициента C_i на графике рис.2 получены на основе решения линейной задачи дифракции волн малой амплитуды у вертикальной цилиндрической преграды, расположенной на непроницаемом основании.

1.3. Максимальную силу от воздействия волн Q_max, кН, на вертикальную цилиндрическую преграду следует определять по фор­муле

, (2)

где,

k_1,cor - поправочный коэффициент, учитывающий влияние возвышения свободной поверхности по контуру преграды при d/λ ≤ 0,175 и определяемый по формуле:

, (3)

где коэффициент силы ψ_Q определяется по графику на рис.3, кривая 1. При d/λ > 0,175 следует принимать k_1,cor =1.

Рис.1. Формы преград в виде тел вращения: а – вертикальный круговой цилиндр.(прим.* остальные не рассматриваются в данной задаче)

Рис.2. График значений инерционного коэффициента C_i.

Рис.3. Графики значений коэффициентов 1- ψ_Q и 2- ψ_M.

1.4. При расчете опоры на сдвиг по сечению, расположенно­му на глубине z от расчетного уровня воды, максимальная сдвигающая сила Q_S,max, кН, определяется по формуле:

, (4)

Второй член по формуле (4) представляет собой максимальную результирующую силу от воздействия волн на часть преграды, расположенную от сечения преграды на глубине z_i до дна и определяемую по формуле:

,

где q_max определяется по формуле (1).

1.5. Максимальный опрокидывающий момент от воздействия волн M_max, кНм, на вертикальную цилиндрическую преграду относительно точки О₁ (см. рис.1,а) следует определять по формуле:

, (5)

где, k_2,cor - поправочный коэффициент, учитывающий влияние возвышения свободной поверхности по контуру преграды при d/λ ≤ 0,175 и определяемый по формуле:

, (6)

μ – коэффициент вычисляемы по формуле:

, (7)

ψ_M – коэффициент момента определяется по графику на рис.3, кривая 2. При d/λ > 0,175 следует принимать k_2,cor =1.

Формулы (3) и (6) поправочных коэффициентов k_1,cor и k_2,cor, учитывающих влияние возвышения взволнованной поверхности по контуру цилиндрической преграды на силу Q_max и момент M_max, получены путём интегрирования по контуру преграды дополнительных элементарных сил и моментов, действующих на вертикальную преграду от распределенного по треугольнику давления, обусловленного возвышением над расчетным уровнем воды свободной взволнованной поверхности по контуру цилиндра при z < 0 (см. рис.1,а). При этом возвышения свободной поверхности по контуру цилиндра опре­делялись на основе решения линейной задачи дифракции волн у вер­тикального цилиндра по формуле:

,

где коэффициент χ определяется по графикам на рис.6.

1.6. Максимальная вертикальная сила от воздействия волн Q_z,max, кН, на сплошное дно вертикальной цилиндрической преграды, расположенной на каменной или крупногалечниковой постели, определяется по формуле:

, (8)

где γ_z - коэффициент максимальной вертикальной силы от воздей­ствия волн на дно преграды с учетом проницаемости основания, оп­ределяемый по рис.4. При прохождении вершины волны через вер­тикальную ось преграды сила Q_z,max направлена вверх, при прохождении подошвы волны – вниз.

1.7. Максимальный общий опрокидывающий момент относительно точки О1 (см. черт. 1, а(1,а)) от воздействия волн M_por,max, кНм, на вертикальную цилиндрическую преграду со сплошным дном, расположенную на каменной или крупногалечниковой постели, следуетт определять по формуле:

, (9)

где M_max – определяется по формуле (5), а M_z,por –дополнительный опрокидывающий момент, действующий на дно преграды от вертикальных волновых давлений, определяется по формуле:

, (10)

где,

β_por - коэффициент дополнительного опрокидывающего момента от воздействия волн на дно преграды с учетом проницаемости ос­нования, определяемый по рис.4.

Рис.4. Графики значений коэффициента β_por максимальной вертикальной силы от воздействия волн на дно цилиндра с учетом проницаемости основания

Рис.5. Графики значений коэффициента γ_z максимальной вертикальной силы от воздействия волн на дно цилиндра с учётом проницаемости основания

Формулы (8), (10) и соответствующие графики коэффициен­тов γ_z и β_por были получены на основе решения линейной задачи дифракции волн на вертикальном цилиндре, расположенном на крупнопористом слое. При этом распределение давлений от дифрагированных волн под сплошной подошвой -(дном) цилиндра определялось с учетом распределения давлений во всем пористом слое, в том числе и вне контура цилиндра.

Влияние скоростей фильтрации воды в пористом слое на распре­деление давлений под подошвой опоры не учитывалось в связи с ма­лыми значениями этих скоростей.

Направление и фаза максимального опрокидывающего момента от вертикальных давлений на дно преграды M_z,por совпадают с направлением действия и фазой максимального опрокидывающего момента от горизонтальной волновой нагрузки M_max и поэтому эти моменты суммируются (см. формулу (9).

Дата добавления: 2015-06-04