СНиП РК 3.04-40-2006 НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ (ВОЛНОВЫЕ, ЛЕДОВЫЕ И ОТ СУДОВ) СНиП РК 3.04-40-2006СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА
НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ (ВОЛНОВЫЕ, ЛЕДОВЫЕ И ОТ СУДОВ)
LOADS AND EFECTS ON HYDRAULIC ENGINEERING STRUCTURES (WAVE, ICE AND SHIP)
Дата введения 2007.06.01
1 Область применения
Настоящие нормы и правила распространяются на проектирование вновь строящихся, расширяемых и реконструируемых гидротехнических сооружений.
2 Нормативные ссылки
2.1 В настоящих нормах и правилах приведены ссылки на следующие нормативно-технические документы: СНиП 2.06.01-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия СНиП РК 2.03-30-2006 Строительство в сейсмических районах ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения РД 31.31.55-93 Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений П-44-89 ВНИИГ им. Веденеева. Нагрузки и воздействия ветровых волн на гидротехнические сооружения
3 Термины и определения, сновные буквенные обозначения
В настоящих нормах использованы термины по ГОСТ 19185, а также приведенные ниже: 3.1 гидротехнические сооружения: Сооружения, подвергающиеся воздействию водной среды, предназначенные для использования и охраны водных ресурсов, предотвращения вредного воздействия вод, в том числе загрязнённых жидкими отходами, включая плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъёмники; сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ, берегов и дна русел рек; сооружения (дамбы), ограждающие золошлакоотвалы и хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций; устройства от размывов на каналах, сооружения морских нефтегазопромыслов, сооружения морских и речных портов (причальные и оградительные). Издание
официальное Элементы волны (основные) - высота, длина и период волны. Нерегулярные волны - волны, элементы которых изменяются случайным образом. Регулярные волны - волны, высота и период которых остаются неизменными в данной точке пространства, занятого жидкостью. Поступательные (бегущие) волны - волны, видимая форма которых перемещается в пространстве. Стоячие волны - волны, видимая форма которых в пространстве не перемещается. Система волн - ряд последовательных волн, имеющих одно происхождение. Профиль волны (главный) - линия пересечения взволнованной поверхности с вертикальной плоскостью в направлении луча волны (рис.1).
Профиль и элементы волны
Средняя волновая линия - линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы. Для регулярной волны - горизонтальная линия, проведённая на уровне полусуммы отметок её вершины и подошвы. Гребень волны - часть волны, расположенная выше средней волновой линии. Вершина волны - наивысшая точка гребня волны. Ложбина волны - часть волны, расположенная ниже средней волновой линии. Подошва волны - наинизшая точка ложбины волны. Высота волны - превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле. Длина волны - горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле.
Период волны - интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль. Фронт волны - линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны. Луч волны - линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке. Скорость волны - скорость перемещения гребня волны в направлении её распространения. Расчётный шторм - шторм, наблюдаемый один раз в течение заданного ряда лет (25, 50 и 100) с такой скоростью, направлением, разгоном и продолжительностью действия ветра, при которых в расчётной точке формируются волны с максимальными за этот ряд элементами. Расчётная скорость ветра (при определении элементов волн) - скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды. Расчётный уровень воды - уровень, назначаемый с учётом сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона воды, приливов и отливов. Разгон волн - протяжённость охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчётной точки. Волновое давление - доля (составляющая) гидродинамического давления, обусловленная волнением на свободной поверхности жидкости. Волновое давление определяется как разность значений гидродинамического давления в данной точке пространства, занятого жидкостью, при наличии волн и при их отсутствии.
Основные буквенные обозначения
Vw - cкорость ветра; ηс - превышение вершины волны над расчётным уровнем; ηt - понижение подошвы волны расчётного уровня; h - высота волны; λ - длина волны; k - волновое число; Т - период волны; ω - круговая частота волны; с - скорость волны; h/λ - крутизна волны; λ/h - пологость волны; hi, λi, Ti - соответственно высота, длина и период волн i %-ной обеспеченности в системе;
d - глубина воды при расчётном уровне; dcr - критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн; dcr u - глубина воды, при которой происходит последнее обрушение волн; Q - сила от воздействия волн на сооружение, преграду; Р - линейная нагрузка (линейная распределённая нагрузка на единицу длины сооружения, преграды); Р - волновое давление; ρ - плотность воды; g - ускорение свободного падения; φ - угол наклона откоса (или дна) к горизонту; i - уклон дна.
4 Общие требования
4.1 Настоящие нормы устанавливают нормативные значения нагрузок и воздействий от волн, льда и судов на гидротехнические сооружения. Расчётная нагрузка должна определяться как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надёжности по нагрузкам γf, учитывающий возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную сторону от её нормативного значения. Основные расчётные положения, коэффициенты надёжности по нагрузкам γf, сочетания нагрузок γlc должны приниматься в соответствии с требованиями, приведенными в СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования». Нагрузки от волн и льда на гидротехнические сооружения 1 класса, а также расчётные элементы волн на открытых и ограждённых акваториях необходимо уточнять на основе натурных наблюдений и лабораторных исследований. Класс гидротехнических сооружений приведен в СНиП 2.06.01-86. 4.2 При проектировании гидротехнических сооружений в районах с сейсмичностью 7 и более баллов необходимо соблюдать требования СНиП РК 2.03-30-2006.
5 Нагрузки и воздействия волн на гидротехнические сооружения вертикального и откосного профилей
Нагрузки от стоячих волн на сооружения вертикального профиля
5.1 Расчёт сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории (рис. 1) должен производиться при глубинах db > 1.5h и глубине над бермой dbr ≥ 1.25 h; при этом в формулах для свободной волновой поверхности и волнового давления вместо глубины до дна db, м, необходимо применять условную расчётную глубину d, м, определяемую по формуле:
d = df + kbr (db - df), (1)
где df - глубина над подошвой сооружения, м; kbr - коэффициент, принимаемый по графикам рис. 2; h - высота бегущей волны, м, принимаемая по Приложению 1.
а) при гребне волны; б) при ложбине волны (с эпюрами взвешивающего волнового давления на берменные массивы)
Рисунок 1 - Эпюры давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны открытой акватории
Рисунок 2 - Графики значений коэффициента kbr.
5.2 Возвышение или понижение свободной волновой поверхности η, м, у вертикальной стены, отсчитываемое от расчётного уровня воды, должно определяться по формуле:
где t - время, с;
При действии стоячей волны на вертикальную стену необходимо предусматривать три случая определения η по формуле (2) для следующих значений t cos ω: а) cos ωt = 1-при подходе к стене вершины волны, возвышающейся над расчётным уровнем на ηmax, м; б) 1 > cos ωt > 0 - при максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки Рхс, кН/м, для гребня волны, возвышающегося над расчётным уровнем на ηс, в этом случае значение cos ωt должно определяться по формуле:
в) cosωt = -1 - при максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки Pxt, кН/м, для подошвы волны, расположенной ниже расчётного уровня ηt.
П р и м е ч а н и е - При
5.3 В глубоководной зоне горизонтальную линейную нагрузку на вертикальную стену Рх, кН/м, при гребне или ложбине стоячей волны (см. рис.1) необходимо принимать по эпюре волнового давления, при этом величина р, кПа, на глубине Z, м, должна определяться по формуле (4):
где р - плотность воды, т/м3; g - ускорение свободного падения, равное 9.81 м/с2; z - ординаты точек (z1 = ηc; z2 = 0; …zn = d), м, отсчитываемые от расчётного уровня. Для гребня при z1 = ηc, а для ложбины при z6 = 0, следует принимать р = 0. 5.4 В мелководной зоне горизонтальную линейную нагрузку на вертикальную стену Рх, кН/м, при гребне и ложбине стоячей волны (см. рис.1) необходимо принимать по эпюре волнового давления, при этом величина р, кПа, на глубине z, м, должна определяться по табл.1.
Т а б л и ц а 1
Рисунок 3 - Графики значений коэффициентов k2 и k3
Рисунок 4 - Графики значений коэффициентов k4 и k5
Рисунок 5 - Графики значений коэффициентов k8 и k9
Нагрузки и воздействия волн на сооружения вертикального профиля и их элементы (особые случаи)
5.5 Волновое давление р, кПа, на вертикальную стену с возвышением над расчётным уровнем верха сооружения zsup , м, на величину менее ηmax, м, следует определять согласно пп. 5.3 и 5.4 с последующим умножением полученных значений давления на коэффициент kc, определяемый по формуле:
где знаки "плюс" и "минус" соответствуют положению верха сооружения выше или ниже расчётного уровня воды. Возвышение или понижение свободной волновой поверхности η, определённое по п. 5.2 следует также умножать на коэффициент kc. Горизонтальная линейная волновая нагрузка Рхс, кН/м, в рассматриваемом случае должна определяться по площади эпюры волнового давления в пределах высоты вертикальной стены. 5.6 При подходе фронта волны к сооружению под углом α, град, со стороны открытой акватории (в расчётах устойчивости сооружения и прочности грунтов основания) линейную волновую нагрузку на вертикальную стену, определённую согласно пп. 5.3 и 5.4, необходимо уменьшать путём умножения её на коэффициент kcs, принимаемый равным:
5.7 Горизонтальную нагрузку от
дифрагированных волн со стороны ограждённой акватории следует определять при
относительной длине секции сооружения а) вершина волны совмещена с серединой секции сооружения (рис. 6а):
а) при гребне волны
б) подошва волны совмещена с серединой секции сооружения (рис. 6 б):
где hdif - высота дифрагированной волны, м, определяемая согласно обязательному Приложению 1; kl - коэффициент, принимаемый по табл. 2. 5.8 Взвешивающее волновое давление в горизонтальных швах массивной кладки и по подошве сооружения следует принимать равным соответствующим величинам горизонтального волнового давления в крайних точках (см. рис.1 и 6) при линейном изменении его в пределах ширины сооружения.
б) при ложбине волны
Рисунок 6 - Эпюры давления дифрагированных волн на вертикальную стену со стороны огражденной акватории.
Т а б л и ц а 2
5.9 Максимальную донную
скорость νb,max, м/с, перед вертикальной
стеной (от действия стоячих волн) на расстоянии 0.25
где ksl - коэффициент, принимаемый по табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Допускаемые значения неразмывающих донных скоростей νb,adm, м/с, для грунта крупностью фракций D, мм, следует принимать по рис. 7; при νb,max > νb,adm необходимо предусматривать защиту от размыва основания. 5.10 Эпюра взвешивающего волнового давления на берменные массивы должна приниматься трапецеидальной, согласно рис. 1б, с ординатами Pbr,i, кПа, определяемыми (при I = 1, 2 или 3) по формуле:
где xi - расстояние от стены до соответствующей грани массива, м; kbr - коэффициент, принимаемый по табл. 4; pf - волновое давление на уровне подошвы сооружения.
Нагрузки от разбивающихся и прибойных волн на сооружения вертикального профиля
5.11 Расчёт сооружений на воздействие разбивающихся волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине над бермой dbr < 1.25 h и глубине до дна db ≤ 1.5 h (рис. 8).
Рисунок 7 - График допускаемых значений неразмывающих донных скоростей
Т а б л и ц а 4
Рисунок 8 - Эпюры давления разбивающихся волн на вертикальную стену
Горизонтальную линейную нагрузку Pxc, кН/м, от разбивающихся волн необходимо принимать по площади эпюры бокового волнового давления, при этом величины р, кПа, для значений ординат z, м, следует определять по формулам:
z1 = -h, p1 = 0, (14)
z2 = 0 , p2 = 1,5 pgh, (15)
z3 = df, p3
=
Вертикальную линейную нагрузку Pzc, кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления и определять по формуле:
где μ - коэффициент, принимаемый по табл. 5. Т а б л и ц а 5
Максимальную скорость воды νf,max, м/с, над поверхностью бермы перед вертикальной стеной при разбивающихся волнах необходимо определять по формуле:
5.12 Расчёт сооружений на
воздействие прибойных волн со стороны открытой акватории должен производиться
при глубине db ≤ dcr на примыкающем к стене участке дна протяжённостью не
менее 0.5
Рисунок 9 - Эпюры давления прибойных волн на вертикальную стену.
Горизонтальную линейную нагрузку Рхс, кН/м, от прибойных волн необходимо принимать по площади эпюры бокового давления, при этом величины р, кПа, для значений ординат z, м , должны определяться по формулам:
z1 = - hsur, p1 = 0, (20)
где Вертикальную линейную нагрузку Pzc, кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой р3) и определять по формуле:
Максимальная донная скорость прибойной волны νb, max, перед вертикальной стеной со стороны открытой акватории должна определяться по формуле:
5.13 Определение нагрузок на вертикальную стену от воздействия разбивающихся и прибойных волн (см. рис. 8 и 9) при надлежащем обосновании допускается производить динамическими методами, учитывающими импульсы давления и инерционные силы.
Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля
5.14 Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1 % по накату (hrun 1%, м) для фронтально подходящих волн при глубине перед сооружением d ≥ 2 h1% надлежит определять по формуле:
h run1% = kr kp ksp krun h 1 % , (25)
где kr и kp - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл. 6; ksp - коэффициент, принимаемый по табл. 7;
krun - коэффициент, принимаемый по графикам рис.10 в
зависимости от пологости волны При глубине перед сооружением d < 2 h1% коэффициент krun необходимо принимать для значений пологости волны, указанной на рис. 10 в скобках и определяемой при глубине d = 2 h1%. Высоту наката на откос волн обеспеченностью i, % по накату необходимо определять умножением полученного по формуле (25) значения hrun1% м, на коэффициент ki, принимаемый по табл.8.
Т а б л и ц а 6
Т а б л и ц а 7
Т а б л и ц а 8
Рисунок 10 - Графики значений коэффициентов krun
При подходе фронта волны к сооружению под углом α, град., со стороны открытой акватории, величину наката волн на откос следует уменьшать умножением на коэффициент kα, принимаемый по табл. 9.
Т а б л и ц а 9
5.15 Эпюра волнового давления на откос при 1.5 ≤ ctgφ ≤ 5, укреплённый монолитными плитами, должна приниматься по рис. 11, при этом максимальное расчётное волновое давление pd, кПа, необходимо определять по формуле:
где ks - коэффициент, определяемый по формуле:
kf - коэффициент, принимаемый по табл. 10.
Рисунок 11 - Эпюра максимального расчетного волнового давления на откос, укрепленный плитами Т а б л и ц а 10
prel - максимальное относительное волновое давление на откос в точке 2 (см. рис.11), принимаемое по табл. 11.
Т а б л и ц а 11
Ордината точки z2, м, точки 2 приложения максимального расчётного волнового давления pd должна определяться по формуле:
где А и В - величины, м, определяемые по формулам:
Ордината z3, м, соответствующая высоте наката волн на откос, должна определяться согласно п. 5.14. На участках крепления по откосу выше и ниже точки 2 (см. рис.11) следует принимать значения ординат эпюры волнового давления р, кПа, на расстояниях, м:
при l1 = 0.0125 Lφ, и l3 = 0.0265 Lφ, p = 0.4 pd,
при l2 = 0.0325 Lφ, и l4 = 0.0675 Lφ, p = 0.1 pd,
где
Ординаты эпюры волнового противодавления рс, кПа, на плиты крепления откосов следует определять по формуле:
где pc,rel - относительное волновое противодавление, принимаемое по графикам рис.12. 5.16 Нагрузку от волн на откос, укреплённый плитами, для сооружений I и II класса при высоте волн более 1.5 м обеспеченностью 1 % в системе допускается при надлежащем обосновании определять методами, в которых учитывается нерегулярность ветровых волн. При наличии берм и переменных уклонов отдельных участков сооружений откосного профиля нагрузки от волн на крепления откосов необходимо определять по данным лабораторных исследований.
Рисунок 12 - Графики для определения относительного волнового противодавления
5.17 При проектировании сооружений откосного профиля и креплений откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобетонных блоков, массу отдельного элемента m или mz, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять: - при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0.7h по формуле:
то же, при z > 0.7 h по формуле:
где kfr - коэффициент, принимаемый по
табл.12; при pm - плотность камня, т/м3; К массе камня, определённой по
формулам (33) и (34), должен вводиться коэффициент надёжности по
ответственности сооружения
Т а б л и ц а 12
5.18 При проектировании крепления откосов сооружений из несортированной каменной наброски необходимо, чтобы значение коэффициента kgr зернового состава находилось в границах заштрихованной зоны, приведенной на графике рис.13. Значение коэффициента kgr должно определяться по формуле:
где m - масса камня, определяемая по п.5.17, т; mi - масса камня, большая или меньшая расчётной, т; Dba,i и Dba - диаметры камня, см, приведенные к диаметру шара, имеющего массу соответственно mi и m. Зерновой состав несортированной каменной наброски для крепления откосов, соответствующий заштрихованной зоне (см. рис.13), следует считать пригодным только для сооружений с откосами, пологость которых находится в пределах 3 ≤ ctg φ ≤ 5, а высота расчётной волны - 3 м и менее.
Рисунок 13 - График для определения допустимого зернового состава несортированной каменной наброски для крепления откосов 5.19 При пологости откосов ctgφ > 5, укрепляемых
несортированной разнозернистой каменной наброской, расчётную массу камня m, т, соответствующую состоянию его предельного
равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять по формуле (33) при
Т а б л и ц а 12а*
Минимальное содержание фракций диаметром Dba, соответствующим расчётной массе камня в несортированной разнозернистой наброске, должно приниматься в соответствии с табл.12 б*.
Т а б л и ц а 12 б*
6 Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения
Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду
6.1 Максимальную силу от воздействия волн Qmax, кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами a ≤ 0.4 λ и b ≤ 0.4 λ (рис. 14 а) при d > dcr необходимо определять из ряда значений, получаемых при различных положениях преграды относительно вершины волны æ = x/λ, по формуле: Qmax = Qi,max δi + Qν,max δν, (36)
где Qi,max и Qν,max - соответственно инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия волн, кН, определяемые по формулам:
а) вертикальные б) горизонтальные
Рисунок 14 - Схемы к определению волновых нагрузок на обтекаемые преграды
Qi,max = Qν,max
=
где δi и δν - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рис.15; h и λ - высота и длина расчётной волны, принимаемые согласно п.4 обязательного Приложения 1; а - размер преграды по лучу волны, м; b - размер преграды по нормали к лучу волны, м; kν - коэффициент, принимаемый по табл. 13; αi и αν - инерционный и скоростной коэффициенты глубины, принимаемые соответственно по графикам а и б рис.16; βi и βν - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рис. 17.
Т а б л и ц а 13
П р и м е ч а н и я 1) Расчёт сквозных сооружений или отдельно стоящих обтекаемых преград на нагрузки от волн должен производиться, как правило, с учётом шероховатости их поверхности. При наличии опытных данных по снижению влияния коррозии и морских обрастаний коэффициенты формы необходимо определять по формулам: Β
βν = Сν , (40)
где Сi и Cν - уточнённые опытные значения коэффициентов инерционного и скоростного сопротивлений; 2) При подходе волн под углом к обтекаемой преграде (в виде эллипса или прямоугольника), допускается коэффициенты формы определять интерполяцией между их значениями по главным осям. 3) Максимальную силу от
воздействия волн Qmax, кН, на вертикальную обтекаемую
преграду при значении
Рисунок 15 - Графики значений коэффициентов сочетания инерционного δi (графики 1) и скоростного δν (графики 2) компонентов силы от воздействия волн
Рисунок 16 - Графики значений инерционного αi и скоростного αν коэффициентов глубины
1 - для шероховатой эллиптической преграды; 2 - гладкой; 3 - шероховатой в подводной и гладкой в надводной частях вертикальной эллиптической преграды.
Рисунок 17 - Графики значений инерционного βi и скоростного βν коэффициентов формы (для эллиптических преград - сплошные линии, призматических - штриховые линии) в зависимости от a/b (для Q, q и Рх) или b/a (для Pz)
6.2 Линейную нагрузку от волн q, кНм, на вертикально обтекаемую преграду на глубине z, м, при максимальной силе от воздействия волн Qmax (см. рис. 14 а) необходимо определять по формуле:
q = qi,max δxi + qν,max δxν, (41)
где qi,max и qν,max - инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:
где δxi и δxν - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов линейной нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рис.18 при значении æ согласно п. 6.1;
θxi и θxν - коэффициенты линейной нагрузки от волн, принимаемые
по графикам а и б рис. 19 при значениях относительной глубины 6.3 Превышение взволнованной поверхности η, м, над расчётным уровнем должно определяться по формуле:
η = ηrel h , (44)
где ηrel - относительное превышение взволнованной поверхности, определяемое по рис. 20. Превышение средней волновой линии над расчётным уровнем ∆d, м, следует определять по формуле:
∆d = (ηc,rel + 0.5)h , (45)
где ηс,rel - относительное превышение вершины волны, определяемое по рис.20 при значении æ = 0. 6.4 Нагрузки от волн Q и q на вертикальную обтекаемую преграду при любом её расположении х, м, относительно вершины волны, следует определять по формулам (36) и (41). При этом коэффициенты δi и δν должны приниматься по графикам 1 и 2 рис. 15; а δxi и δxν - по графикам 1 и 2 рис. 18 для данного значения æ = х/λ. 6.5 Расстояние zQmax, м, от расчётного уровня воды до точки приложения максимальной силы от действия волн на вертикальную обтекаемую преграду Qmax необходимо определять по формуле:
где δi и δν - коэффициенты, принимаемые по графикам 1 и 2 рис.15 при æ, соответствующем Qmax; zQ,i и zQ,ν - ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил, м, определяемые по формулам:
где ξi,rel и ξν,rel - относительные ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонентов сил, принимаемые по графикам рис. 21; μi и μν - инерционный и скоростной коэффициенты фазы, принимаемые по графикам рис. 22. Расстояние zQ расчётного уровня воды до точки приложения силы Q при любом удалении х от вершины волны до преграды следует определять по формуле (46), при этом коэффициенты δi и δν должны приниматься согласно графикам 1 и 2 рис. 15 для данного значения æ = х/γ.
Рисунок 18 - Графики значений коэффициентов сочетания инерционного δхi (графики 1) и скоростного δхν (графики 2) компонентов горизонтальной линейной нагрузки от волн
Рисунок 19 - Графики коэффициентов линейной нагрузки от волн θxi, θxν, θzi, θzν при d/λ: 1) 0.1; 2) 0.15; 3) 0.2; 4) 0.3; 5) 0.5; 6) 1; 7) 5 и λ/h = 40 - сплошные линии; λ/h = 8 ÷15 - штриховые
Рисунок 22 - Графики значений инерционного μi и скоростного μν коэффициента фазы Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду
6.6 Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн Pmax, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (см. рис.14,б) с поперечными размерами а ≤ 0.1 λ, м, и b ≤ 0.1 λ, м, при z ≥ b, но (zc - b/2) > h/2 и при (d - zc) ≥ b должно определяться по формуле:
для двух случаев: - с максимальной горизонтальной составляющей линейной нагрузки Px,max, кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей линейной нагрузки Pz, кН/м; - с максимальной вертикальной составляющей линейной нагрузки Pz,max, кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной нагрузки Pх, кН/м. Расстояние х, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных линейных нагрузок Px,max и Pz,max должны определяться по относительной величине æ = х/λ, принимаемой согласно рис. 18 и 23. 6.7 Максимальное значение горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн Px,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду необходимо определять из ряда величин, получаемых при различных значениях æ, по формуле:
где Pxi и Pxν - инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемое по формулам:
δxi и δхν - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов линейной нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рис.18 при значении æ согласно п. 6.1; θxi и θxν - обозначения те же, что и в п. 6.2; βi и βν - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рис. 17 при значениях а/b - для горизонтальной и b/а - вертикальной составляющей нагрузки.
Рисунок 23 - Графики значений коэффициентов сочетания δzi инерционного (графики 1) и δzν - скоростного (графики 2) компонентов вертикальной линейной нагрузки от волн
6.8 Максимальную величину вертикальной составляющей линейной нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду Pz,max, кН/м, необходимо определять из ряда величин, получаемых при разных значениях æ, по формуле:
где Pzi и Pzν - инерционный и скоростной компоненты вертикальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:
δzi и δzν - инерционный и скоростной коэффициенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рис. 23 при значении æ согласно п. 6.1; θzi и θzν - коэффициенты линейной нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам в и г рис. 19 при значениях относительной ординаты:
βi и βν - обозначения те же, что и в п. 6.7. 6.9 Значение горизонтальной Px, кН/м, или вертикальной Pz, кН/м, составляющих линейной нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду при любом её расположении х относительно вершины волны, следует определять соответственно по формуле (50) или (53), при этом коэффициенты сочетания δ xi и δхν или δzi и δzν должны приниматься по графикам рис. 18 и 23 для заданного значения æ = х/λ. 6.10 Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн Pmax, кН/м, на лежащую на дне цилиндрическую преграду (см. рис.14б), диаметр которой D ≤ 0.1 λ, м, и D ≤ 0.1 d, должно определяться по формуле (49) для двух случаев: - с максимальной горизонтальной составляющей линейной нагрузки Px,max, кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей линейной нагрузки Pz, кН/м; - с максимальной вертикальной составляющей линейной нагрузки Pz,max кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной нагрузки Px, кН/м. 6.11 Максимальную горизонтальную Рх,max кН/м, и соответствующую вертикальную Pz,max кН/м, проекции линейной нагрузки от волн, действующих на лежащую на дне цилиндрическую преграду, необходимо определять по формулам:
где Pxi и Pxν - соответственно инерционная и скоростная компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:
δxi и δxν, θxi и θxν - обозначения те же, что в п. 6.7. Максимальную вертикальную Pz,max, кН/м, и соответствующую горизонтальную Px,max кН/м, проекции линейной нагрузки от волн необходимо принимать равными:
Нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную обтекаемую преграду
6.12 Максимальную силу от
воздействия разбивающихся (разрушающихся) волн Qcr,max кН, на вертикальную
цилиндрическую преграду, диаметр которой D
≤ 0.4 dcr, м, необходимо определять по
отдельным значениям силы от воздействий волн Qcr, кН, полученным для ряда
положений преграды относительно вершины волны (рис. 24 а) с интервалом Сила от воздействия волн Qcr, кН, для любого положения цилиндрической преграды относительно вершины волны должна определяться по формуле:
Qcr = Qi,cr + Qν,cr, (60)
где Qi,cr и Qν,cr - инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия разбивающихся волн, кН, определяемые по формулам:
где dt - глубина воды под подошвой волны, м, принимаемая равной (см. рис. 24а):
где hsur - высота (трансформированной) волны, м, при первом обрушении в мелководной зоне с соблюдением условия hsur ≤ 0.8 dt; ηc,sur - превышение над расчётным уровнем воды вершины (при первом обрушении) волны, м; δi,cr и δν,cr - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые по графикам рис. 24 б. 6.13 Линейную нагрузку от
разбивающихся волн qcr,
кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z, м, от расчётного уровня (см. рис. 24 а) при
относительном удалении оси преграды от вершины волны
где qi,cr и qν,cr - инерционный и скоростной компоненты линейной нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную преграду, кН/м, определяемые по формулам:
где εi,cr и εν,cr - инерционный и скоростной
коэффициенты, принимаемые соответственно по графикам а и б рис.
25 при значениях относительной глубины
П р и м е ч а н и е - Коэффициенты δi,cr (рис. 24б) и εi,cr (рис. 25а) следует принимать положительными при x/dt > 0 и отрицательными при х/dt < 0.
Рисунок 24 - Схема к определению нагрузок от разбивающихся волн и графики значений коэффициентов δi,cr - кривая 1 и δν,cr - кривая 2
Рисунок 25 - Графики значений инерционного εi,cr и скоростного εν,cr коэффициентов
Нагрузки от волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов
6.14 Нагрузку от волн на сквозное сооружение в виде стержневой системы необходимо получать суммированием нагрузок, определённых согласно пп. 6.1 ÷ 6.9 как на отдельно стоящие преграды с учётом положения каждого элемента относительно профиля расчётной волны. Элементы сооружения следует принимать, как отдельно стоящие обтекаемые преграды при расстояниях между их осями l ³ 3 D (м). При l < 3 D (где D - наибольший диаметр элемента) волновую нагрузку, полученную на отдельно стоящий элемент сооружения, необходимо умножать на коэффициенты сближения по фронту ψt и лучу ψl волн, принимаемые по табл. 14. 6.15 Нагрузки от волн на наклонный элемент сквозного сооружения необходимо получать по эпюрам горизонтальной и вертикальной составляющих нагрузки, ординаты которых должны определяться согласно п. 6.9. с учётом заглубления под расчётный уровень и удаления от вершины расчётной волны отдельных участков элемента.
П р и м е ч а н и е - Нагрузку от волн на элементы сооружения, наклонённые к горизонтали или вертикали под углом менее 25°, допускается определять соответственно по пп. 6.4 и 6.9 как на вертикальную или горизонтальную обтекаемую преграду.
6.16 Динамическую нагрузку от воздействия нерегулярных ветровых волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов следует определять умножением значения статической нагрузки, полученной согласно пп. 6.14 и 6.15 от волн с высотой заданной обеспеченности в системе и средней длиной, на коэффициент динамичности kd, принимаемый по табл. 15. При отношениях периодов Тс/
Т а б л и ц а 14
Т а б л и ц а 15
Тс
- период
собственных колебаний сооружения, с; Нагрузки от волн на вертикальные цилиндры больших диаметров (особые случаи)
6.17 Максимальный опрокидывающий момент Mz, por, кН·м, от волнового давления на сплошное днище вертикальной круглоцилиндрической преграды, расположенной на гравийно-галечниковом или каменнонабросном основании, относительно центра днища следует определять по формуле:
где βpor - коэффициент опрокидывающего момента с учётом проницаемости основания, принимаемый по табл.15.1. Полный максимальный опрокидывающий момент, действующий на преграду, определяется как сумма двух моментов: момента от максимальной силы Qmax, равного произведению этой силы, определяемой по п. 6.1, на плечо, определяемое по п. 6.5, и максимального момента, определяемого по формуле (66.1) и совпадающего по фазе с максимальной силой Qmax. 6.18 Волновое давление р, кПа, в точке поверхности вертикальной кругло-цилиндрической преграды на глубине z ≥ 0 в момент максимума горизонтальной силы Qmax необходимо определять по формуле:
где χ - коэффициент распределения давления, принимаемый по табл. 15.2. θ - угол между лучом набегающей волны и направлением на рассматриваемую точку из центра преграды (для передней образующей цилиндра θ = 0). Давление р в точках, лежащих выше расчётного уровня воды (z < 0), при χ > 0, принимается по линейному закону между р на уровне z = 0, определяемым по формуле (66.2), и р = 0 на уровне z = -χh; а при χ < 0 для точек на глубине 0 ≤ z ≤ - χh - также по линейному закону между р = 0 при z = 0 и р, определяемым по формуле (66 б) при z = -χh. 6.19 Максимальную донную скорость νb,max, м/с, в точках, расположенных на контуре преграды (θ = 90° и 270°) и впереди преграды на расстоянии 0.25 λ от контура преграды (θ = 0°), следует определять по формуле:
где коэффициент φν принимается по табл.15.3.
Т а б л и ц а 15.1
Т а б л и ц а 15.2
Т а б л и ц а 15.3
7 Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения и судовых волн на крепления берегов каналов
Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения
7.1 Максимальные значения горизонтальной Рх, кН/м, и вертикальных Рz и Pc, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн на подводный волнолом при ложбине волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рис. 26), при этом р, кПа, должно определяться в зависимости от z с учётом уклона дна i по формулам:
а) при уклоне дна i < 0.04:
z = z1 при z1 < z 2; p1 = ρg(z1 - z4), (67)
при z1 ≥ z2; р1 = ρ 2, (68)
z = z2
z = z3 = d
б) при уклоне дна i > 0.04:
z = z1 р1 определяется по формулам (67) и (68);
z = z2 р2 = ρg(z2 - z4) , (71)
z = z3 = d р3 = p2 , (72)
где z1 - ордината верха сооружения, м; z2 - ордината подошвы волны, м, по табл.16; kw - коэффициент, принимаемый по табл.17; z4 - ордината поверхности воды за подводным волноломом, м, определяемая по формуле:
krd - коэффициент, принимаемый по табл.16; z5 - ордината гребня волны перед подводным волноломом, м, принимаемая по табл.16;
Рисунок 26 - Эпюры волнового давления на подводный волнолом
Т а б л и ц а 16
Т а б л и ц а 17
Т а б л и ц а 18
7.2 Максимальную донную скорость νb,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением необходимо определять по формуле (12), где коэффициент ksl принимается: а) для вертикальной или круглонаклонной стены по табл. 3; б) для подводного волнолома по табл.18; Максимальную донную скорость воды νb,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением при разбивающихся и прибойных волнах надлежит определять соответственно по формулам (18) и (24). Допускаемые значения неразмывающих донных скоростей должны приниматься согласно п. 5.9. 7.3 Максимальные значения горизонтальной Рх, кН/м, и вертикальной Рz, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разбивающихся и разрушающихся волн на вертикальную волнозащитную стену (при отсутствии засыпки грунта со стороны берега) необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рис. 27), при этом значения р, кПа, и ηс, м, должны определяться в зависимости от места расположения сооружения: а) при расположении сооружения в створе последнего обрушения прибойных волн (рис. 27 а) по формулам:
б) при расположении сооружения в приурезовой зоне (рис. 27. б) по формулам:
в) при расположении сооружения на берегу за линией уреза в пределах наката волн (рис. 27 в) по формулам:
где ηс - превышение гребня волны над расчётным уровнем в створе волнозащитной стены, м; hbr - высота разбивающихся (разрушающихся) волн, м; аn - расстояние от створа последнего обрушения волн до линии уреза (приурезовая зона), м; аi - расстояние от створа последнего обрушения волн до сооружения, м; аl - расстояние от линии уреза воды до сооружения, м; аr - расстояние от линии уреза воды до границы наката на берег разрушившихся волн (при отсутствии сооружения), м, определяемое по формуле:
h run 1% - высота наката волн на берег, м, определяемая по п. 5.14.
Рисунок 27 - Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену при расположении сооружения: а) в зоне прибойной волны; б) в приурезовой зоне; в) за линией уреза
П р и м е ч а н и я 1) Если ордината верха сооружения z1 > -0.3 h, м, то величины волнового давления, определяемые по формулам (74), (76) и (78), необходимо умножать на коэффициент kzd, принимаемый по табл.19. 2) Нагрузки от прибойных волн на волнозащитные стены при расположении их в прибойной зоне следует определять согласно п. 5.12. Т а б л и ц а 19
7.4 Максимальные значения горизонтальной Рх, кН/м, и вертикальной Рz, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разрушившихся волн на вертикальную волнозащитную стену (с засыпкой грунта со стороны берега) при откате волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рис. 28), при этом значение р r, кПа, должно определяться по формуле:
где ∆zr - понижение поверхности воды от расчётного уровня перед вертикальной стеной при откате волны, м, принимаемое равным в зависимости от расстояния аl от линии уреза воды до сооружения: при a 7.5 Волновое давление р, кПа, на криволинейный участок стены необходимо принимать по эпюре волнового давления на вертикальную стену согласно п. 7.3 с ориентированием этой эпюры по нормали к криволинейной поверхности (рис. 29). 7.6 Максимальные значения горизонтальных Px,ext, Px,int кН, и вертикальной Pz, кН, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн на элемент буны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рис. 30), при этом значения волнового давления на внешнюю pext, кПа, и теневую рint, кПа, грани буны и соответствующие возвышения гребня волны ηext, м, и ηint, м, должны определяться по формулам:
где kα - коэффициент, принимаемый по табл. 20, в зависимости от угла α подхода фронта волны к буне.
Рисунок 28 - Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену при откате волны
Рисунок 29 - Эпюры давления волн на криволинейный участок волнозащитной стены
Рисунок 30 - Эпюры волнового давления на буну
Т а б л и ц а 20
Нагрузки от судовых волн на крепления берегов каналов
7.7 Высоту судовой волны hsh, м, необходимо определять по формуле:
где ds и lu - осадка и длина судна, м; δ - коэффициент полноты водоизмещения судна; ν adm - допускаемая по эксплуатационным требованиям скорость судна, м/с, определяемая по формуле:
ka - отношение подводной площади поперечного сечения судна к площади живого сечения канала А, м2; b - ширина канала, м , по урезу воды; 7.8 Высоту наката hrsh, м, судовой волны на откос (рис.31) следует определять по формуле:
βsl - коэффициент, принимаемый для откосов, облицованных сплошными плитами, равным 1.4; каменным мощением - 1.0 и каменной наброской - 0.8. 7.9 Максимальное значение линейной нагрузки от судовой волны на крепления берегов каналов Р, кН/м, должно приниматься по эпюрам волнового давления (см. рис.31), при этом значения р, кПа, необходимо определять в зависимости от z по формулам: а) при накате волны на откос, укреплённый плитами (см. рис. 31 а):
а) при накате волны на откос; б) при откате волны с откоса; в) при ложбине волны у вертикальной стены
Рисунок 31 - Эпюры давления судовых волн на крепления берегов каналов
z = z1 = -hrsh, p1 = 0, (87)
z = z2 = 0, p2 = 1,34ρgh sh, (88)
б) при откате волны с откоса, укреплённого плитами (см. рис. 31 б):
в) при ложбине воды у вертикальной стены (см. рис. 31 в):
где d inf - глубина низа крепления откоса, м; d h - глубина забивки шпунта, м; ∆zf - понижение уровня воды, м, за креплением берега канала, вследствие фильтрации, принимаемое равным: 0.25 hsh - для крепления протяжённостью по откосу от расчётного уровня воды менее 4 м с водонепроницаемым упором; 0.2 hsh - то же, с протяжённостью более 4 м с упором в виде каменной призмы; 0.1 hsh - для вертикальной шпунтовой стенки.
8 Нагрузки от судов (плавучих объектов) на гидротехнические сооружения
8.1 При расчёте гидротехнических соружений на нагрузки от судов (плавучих объектов) необходимо определять: - нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты согласно пп. 8.2÷8.4; - нагрузки от навала на причальное сооружение пришвартованного судна при действии ветра, течения и волн согласно п. 8.7; - нагрузки от навала судна при его подходе к портовому причальному сооружению согласно пп. 8.8÷8.10; - нагрузки от натяжения швартовов при действии на судно ветра и течения согласно пп. 8.11÷8.12.
Нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты
8.2 Поперечную Wq, кН, и продольную Wn, кН, составляющие силы от воздействия ветра на плавучие объекты следует определять по формулам: - для судов и плавучих причалов с ошвартованными судами:
- для плавучих доков:
где Аq и An - соответственно боковая и лобовая надводные площади парусности (силуэтов) плавучих объектов, м2; νq и νn - соответственно поперечная и продольная составляющие скорости ветра обеспеченностью 2 % за навигационный период, м/с; ξ - коэффициент, принимаемый по табл. 21, в которой аh - наибольший горизонтальный размер поперечного или продольного силуэтов надводной части плавучего объекта.
П р и м е ч а н и е - Площади парусности следует определять с учётом площадей экранирующих преград, расположенных с наветренной стороны.
Т а б л и ц а 21
8.3 Поперечную Qw, кН, и продольную Nw, кН, составляющие силы от воздействия течения на плавучий объект следует определять по формулам:
Al и At - соответственно боковая и лобовая подводные площади парусности плавучих объектов, м2; νt и νl - поперечная и продольная составляющие скорости течения обеспеченностью 2 % за навигационный период, м/с. 8.4 Максимальные значения поперечной Q, кН, и продольной N, кН, горизонтальных сил от воздействия волн на плавучие объекты следует определять по формулам:
где æ - коэффициент, принимаемый по рис. 32, на котором ds - осадка плавучего объекта, м; γ1 - коэффициент, принимаемый по табл. 21 а, в которой аl - наибольший горизонтальный размер продольного силуэта подводной части плавучего объекта, м; h - высота волн обеспеченностью 5 % в системе, м; Al и Аt - обозначения те же, что и в п. 4.3. 8.5 При расчёте гидротехнических сооружений на действие нагрузок, передающихся от плавучих объектов на палы, корневые части причалов и анкерные опоры (для принятого количества, калибра и длины связей, значения натяжения связей в первоначальном состоянии, массы подвесных грузов и места их закрепления), необходимо определять: - горизонтальные и вертикальные нагрузки на сооружения и анкерные опоры; - наибольшие усилия в связях; - перемещения плавучих объектов.
П р и м е ч а н и е - На морях с приливами и отливами определение усилий в элементах раскрепления следует производить при самом высоком и самом низком уровнях воды.
8.6 Нагрузки на анкерные опоры, усилия в связях и перемещения плавучих объектов необходимо определять с учётом динамики действия волн, при этом соотношения периодов свободных и вынужденных колебаний плавучих объектов должны приниматься из условия недопущения резонансных явлений.
Рисунок 32 - График значений коэффициента æ
Т а б л и ц а 21 а
Нагрузки от навала пришвартованного судна на сооружение
8.7 Линейную нагрузку от навала пришвартованного судна на сооружение q, кН/м, под действием ветра, течения и волн, высота которых превышает допускаемые значения по формуле:
где Q tot - поперечная сила от суммарного воздействия ветра, течения и волн, кН, согласно пп. 8.2, 8.3, 8.4, 8.6; ld - длина участка контакта судна с сооружением, м, принимаемая в зависимости от соотношения длины причала L, м, и длины прямолинейной части борта судна (или обноса) l, м, соответственно:
при L ≥ l, ld = l, при L< l, ld = L,
П р и м е ч а н и е - Для причального фронта, образованного несколькими опорами, распределение нагрузки от пришвартованного судна следует принимать только на те из них, которые располагаются в пределах прямолинейной части борта судна.
Нагрузки от навала судна при подходе к сооружению
8.8 Кинетическую энергию навала судна Eq, кДж, при подходе его к портовому причальному сооружению следует определять по формуле:
где D - расчётное водоизмещение судна, т; ν - нормальная (к поверхности сооружения) составляющая скорости подхода судна, м/с, принимаемая по табл. 22; ψ - коэффициент, принимаемый по табл. 23, при этом для судов, швартующихся в балласте или порожнем, табличные значения ψ необходимо уменьшать на 15 %.
П р и м е ч а н и е - При определении кинетической энергии навала морских судов водоизмещением до 5 тыс.т, швартующихся на незащищённой акватории, нормальную составляющую скорости подхода, принимаемую по табл. 22, следует увеличивать в полтора раза.
Т а б л и ц а 21б
Т а б л и ц а 22
Т а б л и ц а 23
8.9 Поперечную горизонтальную силу Fq, кН, от навала судна при подходе к сооружению необходимо определять для заданного значения энергии навала судна Eq, кДж, по графикам, полученным согласно схеме рис.33, следуя по направлению штриховой линии со стрелками. Суммарная энергия деформации Etot, кДж, должна включать энергию деформации отбойных устройств Ее, кДж, и энергию причального сооружения Ei, кДж; при Ее ≥ 10 Ei величину Ei допускается не учитывать. Энергию деформации причального сооружения Ei, кДж, следует определять по формуле:
где ki - коэффициент жёсткости причального сооружения в горизонтальном поперечном направлении, кН/м. Продольная сила Fn, кН от навала судна при подходе к сооружению должна определяться по формуле:
где μ - коэффициент трения, принимаемый в зависимости от материала лицевой поверхности отбойного устройства: при поверхности из бетона или резины μ = 0.5; при деревянной поверхности μ = 0.4; 8.10 Допускаемое значение нормальной к поверхности сооружения составляющей скорости подхода судна νadm, м/с, необходимо определять по формуле:
где Еq - энергия навала, кДж, принимаемая по графикам, полученным согласно схеме рис. 33 для случая наименьшей допускаемой силы Fq на причальное сооружение (или на борт судна); ψ и D - обозначения те же, что и в пп. 8.8.
Рисунок 33 - Схема построения графиков зависимости деформаций отбойного устройства (и причального сооружения) ft: а) - от энергии Etot; б) - от нагрузки Fq
Нагрузки на сооружения от натяжения швартовов
8.11 Нагрузки от натяжения швартовов должны определяться с учётом распределения на швартовые тумбы (или рымы) поперечной составляющей суммарной силы Qtot, кН, от действия на одно расчётное судно ветра и течения. Значения Qtot, кН, принимаются согласно пп. 8.2. и 8.3. Воспринимаемую одной тумбой (рымом) силу S, кН, на уровне козырька (рис. 34), независимо от количества судов, швартовы которых заведены за тумбу, а также её поперечную Sq, кН, продольную Sn, кН и вертикальную Sν, кН, проекции следует определять по формулам:
где n - число работающих тумб, принимаемое по табл. 24; α, β - углы наклона швартова, град., принимаемые по табл. 25: Значение силы от натяжения швартова S, кН, для судов речного флота должно приниматься по табл. 26. Силу, передаваемую на каждую концевую тумбу носовыми или кормовыми продольными швартовами, для морских судов с расчётным водоизмещением более 50 тыс.т, следует принимать равной продольной составляющей суммарной силы Ntot кН, от действия ветра и течения на пришвартованное судно, определённой согласно требованиям пп. 8.2. и 8.3.
Рисунок 34 - Схема распределения усилия на тумбу от натяжения швартовов
Т а б л и ц а 24
8.12 Для специализированных причалов морских портов, состоящих из технологической площадки и отдельно стоящих палов, значения суммарных сил Qtot, Ntot, от действия ветра и течения, определённые согласно пп. 8.2 и 8.3, должны распределяться между группами швартовных канатов следующим образом: а) на носовые, кормовые продольные и прижимные канаты - по 0.8 Qtot, кН; б) на шпринги - по 0.6 Qtot, кН. Если каждая группа швартовов заводится на несколько палов, то распределение усилий между ними допускается принимать равномерным. Значения углов α и β (см. рис.34) и число работающих тумб, следует устанавливать по расположению швартовных палов. Т а б л и ц а 25
Т а б л и ц а 26
9 Нагрузки и воздействия льда на гидротехнические сооружения
9.1 Нагрузки от льда на гидротехнические сооружения, принимаемые по предельным разрушающим усилиям для льда, должны определяться на основе исходных данных по ледовой обстановке в районе сооружения для периода времени с наибольшими ледовыми воздействиями. Нормативные сопротивления льда сжатию Rc, МПа, изгибу Rf, МПа, и смятию Rb, МПа, должны определяться по опытным данным, а при их отсутствии допускается: а) принимать Rc по табл.27;
Т а б л и ц а 27
ta, °C - средняя температура воздуха трёхдневного периода, предшествующего действию льда на сооружение при толщине льда 0.5м и менее, или за шестидневный период при толщине льда более 0.5м; Si - солёность льда, ‰, принимаемая равной 20 % солёности воды для льда с возрастом до двух месяцев или 15 % солёности воды - для льда с возрастом два месяца и более. б) определять Rf по формулам: для пресноводного льда:
для морского льда:
в) определять Rb по формуле:
где kb - коэффициент, принимаемый по табл. 28.
Т а б л и ц а 28
b - ширина сооружения (опоры или секции сооружения) по фронту на уровне действия льда, м; hd - расчётная толщина льда, м, принимаемая равной: для речного льда 0.8 от максимальной за зимний период толщины льда обеспеченностью 1 %, для морского - максимальной толщине льда 1 % - ной обеспеченности.
П р и м е ч а н и я 1) Для водохранилищ и озёр, а также участков рек южнее линии Кустанай - Караганда - Усть-Каменогорск допускается принимать нормативные сопротивления льда сжатию в период ледохода Rc = 0.3 МПа, а для начальной его стадии, на реках этого района, Rc = 0.45 МПа, нормативные сопротивления смятию льда - по формуле (116), но не выше Rb = 0.45 МПа в период ледохода и Rb = 0.75 МПа - в начальной стадии ледохода. 2) Настоящие требования распространяются на пресноводный и однолетний морской лёд. 3) Данные таблиц 27 и 28 допускается принимать при скорости движения льда 0.5 м/с и более.
9.2 Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки необходимо принимать ниже расчётного уровня воды на 0.3 hd, м. Нагрузки на сооружения от движущегося торосистого ледяного поля, определённые согласно пп. 9.3÷9.6, необходимо увеличивать умножением их на коэффициент, принимаемый для Каспийского моря равным 1.3.
Нагрузки от ледяных полей на сооружения
9.3 Силу от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо определять: - от воздействия ледяного поля на отдельно стоящую опору с передней гранью треугольного очертания при прорезании ею льда Fb,p, МН, или при остановке ледяного поля опорой Fc,p, МН, по меньшему значению, из определённых по формулам:
- от воздействия движущихся ледяных полей на отдельно стоящие опоры любого другого очертания при прорезании ими льда Fb ,p МН, по формуле (117); - от воздействия движущихся ледяных полей на протяжённые сооружения (b/hd ≥ 50) при ударе отдельных льдин Fc,w, МН, или при разрушении льда Fb,w, МН, по наименьшему значению, из определённых по формулам:
где m - коэффициент формы опоры в плане, определяемый по табл.29; ν - скорость движения ледяного поля, м/с, определяемая по данным натурных наблюдений. При их отсутствии допускается принимать её равной: для рек и приливных участков морей - скорости течения воды; для водохранилищ и морей - 3 % от значения скорости ветра 1 %-ной обеспеченности в период движения льда; А - площадь ледяного поля, м2, определяемая по натурным наблюдениям в данном или смежных пунктах; γ - половина угла заострения передней грани опоры в плане, град.; Rb, Rc, b, hd - обозначения те же, что в п. 9.1.
П р и м е ч а н и е - В морских условиях при подвижках ледяного поля со скоростью меньше 0.5м/с нагрузки для отдельно стоящих опор и протяжённых сооружений уточняются по опытным данным.
9.4 Силу от воздействия ледяного поля на сооружения откосного профиля или на отдельно стоящую опору, имеющую в зоне действия льда наклонную поверхность, необходимо определять:
на сооружение откосного профиля: а) горизонтальную составляющую силы Fh, МН - как наименьшее из значений, полученных по формуле (120) и по формуле:
б) вертикальную составляющую силы Fν, МН - по формуле:
на отдельно стоящую опору с наклонной передней гранью: а) горизонтальную составляющую силы Fh, МН - как наименьшее из значений, полученных по формулам (117) и (121); б) вертикальную составляющую силы Fν,p, МН - по формуле (122), где kβ - коэффициент, принимаемый по табл. 30; mt - коэффициент, принимаемый по табл. 31; Rf, hd, b - обозначения те же, что в п. 9.1;
Т а б л и ц а 29
Т а б л и ц а 30
Т а б л и ц а 31
9.5 Силу от воздействия движущихся ледяных полей Fp, МН, на опору сооружения из ряда вертикальных опор, расположенных на расстоянии l, м, при значениях b/l от 0.1 до 0.9 необходимо принимать как наименьшее из значений, определённых по формулам (117), (118) и по формуле:
Силу от воздействия движущихся ледяных полей Fb, МН, на упругоподатливую опору с треугольным очертанием передней грани необходимо принимать как наименьшее из значений, определённых по формуле (117) и по формуле:
где δ - коэффициент упругой податливости опоры сооружения, м/МН, определяемый методами строительной механики; Rc, m, ν, b, hd, A, γ, kb - обозначения те же, что в пп. 9.1. и 9.3. 9.6 Силу от воздействия остановившегося ледяного поля, наваливающегося на сооружение при действии течения воды и ветра Fs, МН, необходимо определять по формуле:
в которой величины pμ, pν, pi, pμ,a,, МПа - определяются по формулам:
где νmax - максимальная скорость течения воды подо льдом 1 %-ной обеспеченности в период ледохода, м/с; νw,max - максимальная скорость ветра в период ледохода 1 %-ной обеспеченности, м/с; Lm - средняя длина ледяного поля по направлению потока, принимаемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии для рек допускается принимать Lm равной утроенной ширине реки, м; i - уклон поверхности потока; hd и A - обозначения те же, что в пп. 9.1 и 9.3;
П р и м е ч а н и е - Расчётная ширина ледяного поля принимается по данным натурных наблюдений, а для затворов или аналогичных сооружений - не более ширины пролёта сооружения.
Нагрузки и воздействия на сооружения от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении
9.7 Линейную нагрузку q, МН/м, на соружение от воздействия сплошного ледяного покрова солёностью менее 2 ‰, при его температурном расширении необходимо определять по формуле:
где hmax - максимальная толщина ледяного покрова, м, обеспеченностью 1 %; kl - коэффициент, принимаемый по табл. 32.
Т а б л и ц а 32
рt - давление за счёт упругой и пластической деформаций, МПа, при температурном расширении льда, определяемое по формуле:
νt,a - максимальная скорость повышения температуры воздуха, °С/ч, за время t, ч (6ч при 4 срочных наблюдениях); ηi - коэффициент вязкости льда, МПа·ч, определяемый по формулам: при ti ≥ -20°C
при ti < -20°C
где ti - температура льда, °С, определяемая по формуле:
tb - начальная температура воздуха, °С, от которой начинается ее повышение; hrel - относительная толщина ледяного покрова с учётом влияния снега, определяемая по формуле:
hred - приведенная толщина ледяного покрова, м, определяется по формуле:
hs,min - наименьшая толщина снежного покрова за расчётный период, м, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии необходимо принимать hs,min = 0;
α -
коэффициент теплоотдачи от воздуха и поверхности снежного покрова, Вт/м2,
принимаемый равным νw,m - средняя скорость ветра, м/с;
ψ, φ - безразмерные коэффициенты,
принимаемые по графикам рис. 35, 36 при заданных значениях относительной
толщины ледяного покрова hrel и
безразмерной величины где t - интервал времени, ч, между двумя измерениями температуры воздуха. 9.8 При определении линейной нагрузки q, МН/м, на сооружение от воздействия сплошного ледяного покрова при его температурном расширении необходимо учитывать следующие требования: за расчетную линейную нагрузку должно приниматься наибольшее из значений q, определённых согласно п. 9.7 для случаев, когда из имеющегося ряда наблюдений за температурой воздуха приняты расчётные периоды либо с минимальной температурой и соответствующим ей градиентом, либо с максимальным градиентом и соответствующей ему температурой воздуха. Линейную нагрузку q, МН/м, при солёности льда Si ≥ 2 ‰ необходимо определять по формуле:
где hmax и kl - обозначения те же, что в п. 9.7; Линейную нагрузку q, МН/м, при наклоне грани сооружения к горизонту менее 40° не учитывать.
Нагрузки на сооружения от зажорных масс льда
9.9 Силу от прорезания опорой зажорной массы льда Fb,j, МН, необходимо определять по формуле:
где Rb,j - нормативное сопротивление зажорной массы льда смятию, МПа, которое определяется по опытным данным, а при их отсутствии допускается принимать Rb,j = 0.12 МПа; hj - расчётная толщина зажора, м, принимается по данным натурных наблюдений. Допускается принимать hj по данным о толщине слоя шуги на прилегающих участках реки, но не более 80 % средней глубины потока при расходе воды зажорного периода; m, b - обозначения те же, что в пп. 9.1 и 9.3. 9.10 Силу от навала зажорных масс льда на сооружение перпендикулярно его фронту Fs,j, МН, необходимо определять по формуле:
где l - длина участка сооружения на уровне воздействия зажорных масс, м; Lj - длина участка зажора, принимаемая равной полуторной ширине реки в створе сооружения, м; рμ, pν, pi и pμ,a - значения давлений льда, определяемые по формулам (126)÷(129), при этом толщину зажора необходимо принимать согласно п. 9.9. Скорость течения воды и уклон водной поверхности в месте образования зажора должны приниматься по данным натурных наблюдений, а при отсутствии их - по аналогии с данными натурных наблюдений для смежных районов.
9.11 Линейную нагрузку от навала зажорных масс льда на сооружение, расположенное параллельно направлению течения (а также на берега) qj, МН/м, необходимо определять по формуле:
где ξ - коэффициент, принимаемый равным для песчаных берегов - 0.7; глинистых - 0.8; скальных и вертикальных стен - 0.9; Fs,j и l - обозначения те же, что в п. 9.10.
Нагрузки от примёрзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды
9.12 Вертикальную силу от примёрзшего грунта к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды (рис. 37) Fd, МН, необходимо определять по формуле:
где l - длина участка на уровне действия льда, м; νd - скорость понижения или повышения уровня воды, м/ч; td - время, ч, в течении которого происходит деформация ледяного покрова при понижении или повышении уровня воды; Ф - безразмерная функция времени, определяемая по формуле:
hmax и ηi - обозначения те же, что в п. 9.7;
П р и м е ч а н и е - Время td, в течение которого происходит деформация ледяного покрова, принимается по данным натурных измерений, но не более tcal, определяемого по п. 9.13.
Рисунок 37 - Схемы к определению нагрузок от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды (УВ): а) - при понижении УВ; б) - при повышении УВ; УВЛ - уровень воды при ледоставе 9.13 Момент силы, воспринимаемый сооружением от примёрзшего ледяного покрова при понижении или повышении уровня воды (см. рис. 37), М, МН·м, необходимо определять по формуле:
где l, νd, td, hmax, Ф - обозначения те же, что в п. 9.12; При этом предельное значение момента силы Мlim, МН·м, не должно быть более определяемого по формуле:
где Rt и Rc - нормативные сопротивления растяжению и сжатию деформирующегося ледяного покрова, МПа, определяемые по формулам:
где Rc,y, Rt,y - средние значения пределов текучести льда соответственно на растяжение и сжатие, МПа, определяемые по опытным данным, при их отсутствии допускается принимать по табл. 33; tcal - время, ч, в течение которого уровень воды изменяется на величину, равную толщине льда;
ke - коэффициент, принимаемый в
зависимости от величины
hmax, ηi, l - обозначения те же, что в пп. 9.7 и 9.12.
9.14 Вертикальную силу на отдельно стоящую опору (или свайный куст) от примёрзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды Fd,p, МН, следует определять по формуле:
где Rf, hmax - обозначения те же, что в пп. 9.1 и 9.7; kf - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 34. При расстоянии между опорами менее 20 hmax силу от примёрзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды необходимо определять согласно пп.9.12 и 9.13.
П р и м е ч а н и е - Величина нагрузки на цилиндрические опоры морских гидротехнических сооружений от смёрзшегося с ними ледяного поля при изменении уровня моря уточняется по опытным данным.
Т а б л и ц а 33
ti - то же, что и в п. 9.7.
Т а б л и ц а 34
Нагрузка на сооружения от заторных масс льда
9.15 Силу Fb,i, МН, от прорезания опорой заторной массы льда необходимо определять по формуле:
где Rb,i - нормативное сопротивление льда смятию, принимаемое для заторных масс льда по опытным данным, а при их отсутствии - 0.45 МПа, а южнее линии Кустанай - Караганда - Усть-Каменогорск - 0.25 МПа; hb,i - расчётная толщина заторных масс льда, м, принимаемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается принимать hb,i = aHb,i, где а - коэффициент, принимаемый по табл. 34 а; Hb,i - средняя глубина реки выше затора при максимальном расходе воды заторного периода; m, b - обозначения те же, что в пп. 9.1 и 9.3.
Т а б л и ц а 34 а
Приложение 1 (обязательное)
Элементы волн на открытых и ограждённых акваториях
П1.1 При определении элементов волн на открытых и ограждённых акваториях необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (её величину и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубину водоёма с учётом колебаний уровня воды. П1.2 Расчётные уровни воды и характеристики ветра необходимо определять по результатам статистической обработки данных многолетних (не менее 25 лет) рядов наблюдений в безлёдные сезоны, при этом расчётные уровни воды должны определяться с учётом приливо-отливных, сгонно-нагонных, сезонных и годовых колебаний уровней. П1.3 Расчёты элементов волн необходимо производить с учётом деления водоёма на следующие зоны по глубине: - глубоководная
- с глубиной d > 0.5 - мелководная
- с глубиной 0.5 - прибойная - с глубиной от dcr до dcr,u в пределах которой начинается и завершается разрушение волн; - приурезовая - с глубиной менее dcr,u, в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег. П1.4 При определении устойчивости и прочности гидротехнических сооружений и их элементов расчётную обеспеченность высот волн в системе необходимо принимать по табл. 1.1. Расчётные уровни воды
П1.5 Максимальный расчётный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям СНиП на проектируемые сооружения (объекты). При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения, обеспеченности расчётных уровней должны быть не более: - для сооружений I класса - 1 % (1 раз в 100 лет), - II и III классов - 5 % (1 раз в 20 лет), а для IV класса - 10 % (1 раз в 10 лет) по наивысшим годовым уровням в безлёдный период.
П р и м е ч а н и е - Для берегоукрепительных сооружений в безливных морях обеспеченности расчётных уровней необходимо принимать: - по наивысшим годовым уровням - для подпорных гравитационных стен (волнозащитных) II класса - 1 %; III класса - 25 %; для искусственных пляжей без сооружений (IV класс) - 1 %; - по среднегодовым уровням - для подпорных (волнозащитных) стен IV класса, бун и подводных волноломов IV класса - 50 %; для искусственных пляжей с защитными сооружениями (буны, подводные волноломы - IV класс) - 50 %.
П1.6 Высоту ветрового нагона ∆hset м, следует принимать по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учёта конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) необходимо определять по формуле:
Т а б л и ц а 1.1
где αw - угол между продольной осью водоёма и направлением ветра, град; Vw - расчётная скорость ветра, определяемая по п. 1.9; L - разгон, м; Kw - коэффициент, принимаемый по табл. 1.2.
Расчётные характеристики ветра
П1.7 При определении элементов ветровых волн и ветрового нагона должны приниматься обеспеченности расчётного шторма для сооружений I, II классов - 2 % (1 раз в 50 лет) и III, IV классов - 4 % (1 раз в 25 лет). Для сооружений I и II классов допускается обеспеченность расчётного шторма принимать 1 % (1 раз в 100 лет) при надлежащем обосновании. П1.8 Сочетание обеспеченности скорости ветра с обеспеченностью уровня воды следует принимать для сооружений I и II классов, в том числе для условий водохранилищ при нормальном подпорном уровне (НПУ), согласно П1.5 и П1.7 и уточнять по данным натурных наблюдений. П1.9 Расчётную скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоёма Vw, м/с, следует определять по формуле:
где Vl - скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоёма), соответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности, принимаемой по П1.7; kfl - коэффициент пересчёта
данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле kl - коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности для водоёмов (в том числе проектируемых) с характерной протяжённостью до 20 км, принимаемый: равным единице при измерении скорости ветра Vl над водной поверхностью, над ровной песчаной (пляжи, дюны и прочее) или покрытой снегом местностью; - по табл. 1.3 - при измерении скорости ветра над местностью типа А, B или С, устанавливаемого в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85*. П1.10 При предварительном определении элементов волн среднее значение разгона, м, для заданной скорости ветра Vw, м/с, допускается определять по формуле:
где kνis - коэффициент, принимаемый равным 5×1011; ν – к.3ффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным 10-5м2/с. Значения предельного разгона Lu м, допускается принимать по табл. 4 для заданной расчётной скости ветра Vw, м/с. П1.11 Расчётные скорости ветра при разгонах менее 100 км допускается определять по данным натурных наблюдений над максимальными ежегодными значениями скоростей ветра без учёта их продолжительности. П1.12 Расчётные скорости ветра при разгонах более 100км следует определять с учётом их пространственного распределения (см. рекомендуемое Приложение 3).
Элементы волн в глубоководной зоне П1.13
Среднюю высоту
Т а б л и ц а 1.2
Т а б л и ц а 1.3
Т а б л и ц а 1.4
Среднюю длину волн
П р и м е ч а н и е - При
переменных скоростях ветра вдоль разгона волн допускается принимать
П1.14 При сложной конфигурации
береговой черты среднюю высоту волн
где При наличии перед расчётным
створом большого количества препятствий в виде островов с угловыми размерами
менее 22.5 град. и суммой угловых размеров более 22.5 град. среднюю высоту волн
где æni, νnj - соответственно угловые размеры i - го препятствия и j - го промежутка между соседними препятствиями, отнесённые к углу 22.5 град. (I = 1, 2, 3…kn; j = 1, 2, 3...ln) в пределах n - го сектора, назначаемого в интервале ± 11.25 град. от направления луча. Средние высоты волн Средний период волн
определяется по безразмерной величине
П р и м е ч а н и е - Конфигурация береговой черты принимается сложной, если величина Lmax/Lmin ≥ 2, где Lmax и Lmin - наибольший и наименьший лучи, проведённые из расчётной точки в секторе ± 45 град. от направления ветра до пересечения с подветренным берегом.
П1.15 Средняя высота ветровых
волн на глубокой воде
где L - длина разгона волн, м; Vw - расчётная скорость ветра, определяемая по п. 1.9. Средний период волн рассчитывается по формуле:
где П1.16 Высоту волны i % - ной обеспеченности в системе hd, i, м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент ki, принимаемый по графикам рис. 2 для безразмерной величины gL/V2w. При сложной конфигурации береговой черты значение gL/V2w должно приниматься по величине ghd/V2w и верхней огибающей кривой рис. 1.2.
Рисунок 1.2 - Графики значений коэффициента ki
Элементы волн с обеспеченностью по режиму 1; 2; 4 % необходимо принимать по функциям распределения, определяемым по натурным данным, а при их отсутствии или недостаточности - по результатам обработки, синоптических карт (см. рекомендуемое Приложение 3). П.17 Превышение вершины волны
над расчётным уровнем ηс,
следует определять по безразмерной величине ηс/hi (рис. 1.3) для данного
значения
Элементы волн в мелководной зоне
П1.18 Высоту волн i % - ной обеспеченности hi м, в мелководной зоне с уклонами дна 0.002 и более следует определять по формуле:
где kt - коэффициент трансформации; kr - коэффициент рефракции; kl - обобщённый коэффициент потерь. Коэффициенты kt, kr и kl следует определять по П1.19. Длину волн, перемещающихся из
глубоководной в мелководную зону, необходимо определять по рис. 1.4 при
заданных безразмерных величинах
Превышение вершины волны над
расчётным уровнем ηс м,
следует определять по рис. 1.3 для данных безразмерных величин П1.19 Коэффициент трансформации необходимо принимать по графику 1 рис. 1.5.
Коэффициент рефракции должен определяться по формуле:
где ad - расстояние между смежными волновыми участками в глубоководной зоне, м; а - расстояние между теми же лучами по линии, проходящей через заданную точку мелководной зоны, м; Лучи волн на плане рефракции в глубоководной зоне необходимо принимать по заданному направлению распространения волн, а в мелководной зоне их следует продолжать в соответствии со схемой и графиками рис. 1.6. Обобщённый коэффициент потерь kl должен
определяться по заданным значениям величины
П р и м е ч а н и е - Значение коэффициента kr допускается принимать по результатам определения коэффициентов рефракции для волновых лучей, проводимых из расчётной точки в направлениях через 22.5 град. от главного луча.
Рисунок 1.3 - Графики
для определения значений
Рисунок 1.4 - Графики для
определения значений
Рисунок 1.5 - Графики для
определения: 1) - коэффициента kt;
2, 3, 4) - величины
Рисунок 1.6 - Схема (а) и графики (б) для построения плана рефракции
Т а б л и ц а 1.5
П1.20 Среднюю высоту и средний
период волн в мелководной зоне с уклонами дна 0.001 и менее необходимо
определять по графикам рис. 1.1. По безразмерным величинам gL/V2w и gd/V2w принимаются значения П1.21 Средняя высота волн в мелководных водоёмах (зонах) может быть рассчитана по формуле:
где d - глубина водоёма (зоны), м; Средний период волн Средняя трансформированная высота волн в мелководных водоёмах (зонах) может быть рассчитана по формуле:
где kt - коэффициент трансформации, определяется по формуле:
где kr - коэффициент рефракции при прямолинейных изобатах, определяется по формуле:
где αd - угол между лучом волны и нормалью к изобате; Высоту волны i %-ной обеспеченности в системе следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент ki, принимаемый по графикам рис. 1.2. По безразмерным величинам gd/V2w и gL/V 2w определяются значения коэффициента ki, из которых принимается наименьший. Среднюю длину волн при известном значении среднего периода следует определять в соответствии с п. 1.13. Превышение вершины волны над расчётным уровнем должно определяться по рис.3.
П р и м е ч а н и е - Элементы
волн, перемещающихся из мелководной зоны с уклонами дна 0.001 и менее в зону с
уклонами дна 0.002 и более, необходимо определять согласно П1.18 и П1.19, при
этом принимается значение исходной средней высоты
Элементы волн в прибойной зоне
П1.22 Высоту волн в прибойной
зоне hsur1%, м, необходимо определять для
заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рис. 1.5; при этом по
безразмерной величине Длину волны в прибойной зоне П1.23 Критическая глубина dcr,
м, при первом обрушении волн должна определяться для заданных уклонов дна i по
графикам 2, 3 и 4 рис. 1.5 методом последовательных приближений. По ряду
задаваемых значений глубин d в соответствии с П.1.18 и П1.19
определяются величины П1.24 Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн dcr,u при постоянном уклоне дна, следует определять по формуле:
где ku - коэффициент, принимаемый по табл. 6; n - число обрушений (включая первое), принимаемое из ряда n = 2, 3 и 4 при выполнении неравенств:
При определении глубины последнего обрушения dcr,u коэффициент ku или произведение коэффициентов не должны приниматься менее 0.35. При уклонах дна более 0.05 следует принимать значение критической глубины dcr = dcr,u.
П р и м е ч а н и е - При переменных уклонах дна допускается принимать dcr,u по результатам последовательного определения критических глубин для участков дна с постоянными уклонами.
Элементы волн на огражденной акватории
П1.25 Высоту дифрагированной волны hdit м, на ограждённой акватории необходимо определять по формуле:
где kdif - коэффициент дифракции волн, определяемый согласно П 1.26, П1.27 и П1.28; hi - высота исходной волны i %-ной обеспеченности. В качестве расчётной длины
принимается исходная длина П1.26 Коэффициент дифракции
волн kdif,s для акватории, ограждённой
одиночным молом (при заданном значении угла β,
град, относительном расстоянии от головы мола до точки в расчётном створе П1.27 Коэффициент дифракции волн kdif,с на акватории, ограждённой сходящимися молами, необходимо определять по формуле:
где ψс - коэффициент, принимаемый по рис. 1.8 для данных значений dc и kdif,cp.
Т а б л и ц а 1.6
Рисунок 1.7 - Графики для определения значений коэффициента kdif,с
Рисунок 1.8 - Графики значений коэффициента Ψc Величина dc определяется по формуле:
где l1 и l2 - расстояния от границ волновой тени (ГВТ) до границ дифракции волн (ГДВ), принимаемые в соответствии со схемой и графиками рис. 1.9 согласно штриховой линии со стрелками; b - ширина входа в порт, м, принимаемая равной проекции расстояния между головами молов на фронт исходной волны. Значение коэффициента kdif,cp определяется так же, как и kdif,s согласно П 1.26 для точки пересечения главного луча с фронтом волн в расчётном створе. Положение главного луча на схеме рис. 1.9 а необходимо принимать по точкам, расположенным от границы волновой тени (ГВТ) мола с меньшим углом φi, град., на расстоянии х, м, определяемых по формуле:
где la1 и la2 - величины, принимаемые в соответствии со схемой и графиками рис. 1.9. П1.28 Коэффициент дифракции волн kdif,b для акватории, ограждённой волноломом, должен определяться по формуле:
где kdif,s1 и kdif,s2 - коэффициенты дифракции волн, определяемые для головных участков волнолома согласно П 1.26. П1.29 Высоту дифрагированной волны с учётом отражения её от сооружений и преград hdif,r, м, в данной точке ограждённой акватории необходимо определять по формуле:
где
kdif,s - коэффициент дифракции в створе отражающей поверхности, определяемый согласно П 1.26, П1.27 и П1.28; kr и kp - коэффициенты, определяемые согласно П 1.19; θr - угол между фронтом волны и отражающей поверхностью, град.; kref,i - коэффициент отражения, принимаемый по табл. 1.7; при угле наклона отражающей поверхности к горизонту более 45 град. следует принимать коэффициент отражения kref,i = 1.
П р и м е ч а н и е - Высоту волны на ограждённой акватории с меняющимися глубинами допускается уточнять согласно П1.18 и П1.19 при надлежащем обосновании.
Т а б л и ц а 1.7
Рисунок 1.9 - Схема (а) и графики (б) для определения величин l и la
Приложение 2 (справочное)
Формулы и таблицы настоящих норм в системе измерений МКГСС
В настоящем приложении приведены формулы и таблицы, написание которых изменилось в связи с переводом в новую систему физических единиц. Они представлены за теми же номерами (в новых буквенных обозначениях) со ссылкой на соответствующие пункты настоящих норм. Формулы и таблицы, которые содержат только замену объёмного веса воды γ на произведение pg, не приводятся.
К п. 8.2
К п.8.3
К п.9.1
Т а б л и ц а 27
К п. 9.3
К п.9.5
К п. 9.6
К п.9.7
при ti ≥ -20°C
при ti < -20°C
hred - приведенная толщина ледяного покрова, м, определяемая поформуле:
α
- коэффициент
теплоотдачи от воздуха и поверхности снежного покрова, ккал/(ч·м2),
принимаемый равным 23
К п. 9.8
где pt = 10 тс/м2
К п. 9.9
где Rb,j = 12 тс/м2
К п. 9.12
К п. 9.13
Rt и Rc, тс/м2
Т а б л и ц а 33
ti то же, что и в п. 9.7.
Приложение 3 (рекомендуемое)
Определение пространственных характеристик ветра по данным синоптических карт
Пространственное распределение скорости ветра необходимо учитывать путём построения полей ветра, определяемых по данным синоптических карт. Расчётные скорости ветра допускается определять в соответствии с графиком (см. рисунок) для заданной географической широты φ, используя расстояние между изобарами а, m.mile, и радиус кривизны изобар R, m.mile. Направление ветра необходимо отклонять на угол 15 град. от изобары в сторону низкого давления.
Графики для определения расчетной скорости ветра Vw, м/с по данным синоптических карт при циклонических изобарах, проведенных через 0.5 кПа: а) φ ³ 50°с.ш.; б) φ = 35¸49°с.ш.
УДК 627.042.8(083.74) МКС 93.160
Ключевые слова: Нагрузки и воздействия, гидротехнические сооружения, гравитационные ветровые волны, расчетная скорость ветра.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, (2)
круговая частота волны;
(4)
; при этом расчётную эпюру волнового давления
со значениями 
, 
, 
, (7)
(9)
,
, (10)
, 
, (11)
следует строить треугольную эпюру
волнового давления, принимая на глубине 
волновое давление равным нулю (см. рис. 6).
, (12)
, (13)
, (18)
, 
, (22)
- средняя длина прибойной
волны, м.
, (23)
, (24)
на глубокой воде.
, (26)
, (27)
, (28)
, (29)
(30)
, (31)
, (32)
, (33)
>
15, а также при наличии бермы 
, определяемый по СНиП 2.06.01-86 в
зависимости от класса сооружения.
, (35)
, (39)
допускается
принимать 
принимать 
, (43)
;
, (46)
, (47)
, (48)
; 
, (49)
, (50)
, (51)
, (52)
, (53)
, (54)
, (55)
,
, (57)
, (58)
, (59)
, и 
, начиная с 
(где 
, (61)
, (62)
, 63)
необходимо определять по формуле:
, (64)
, (65)
, (66)
;
> 0.3 необходимо выполнять динамический
расчёт сооружения.
- средний период волны, с;
, (66.1)
, (66.2)
, (66.3)
, (70)
, (73)
, (74)
, (75)
, (76)
, (77)
, (78)
, (79)
, (80)
, (81)
, (82)
, 
, (83)
, (84)
(85)*
, (86)
, 
, (90)
, 
, (91)
, 
, (92)
, (93)
, 
, 
, (96)
, (97)
, (98)
, (99)
, (100)
, (101)
, (102)
, (103)
, (104)
, (105)
, (106)
, (107)
; (108)
, (109)
, (110)
, (111)
, (112)
, (113)
, (114)
, (115)
, (116)
, (117)
, (118)
, (119)
, (120)
, (121)
, (122)
, (123)
, (124)
, (125)
, (126)
, (127)
, (128)
, (129)
, (130)
, (131)
, (134)
, (135)
, (136)
-
при наличии снега, или 
-
при отсутствии снега;
;
, 137)
МПа;
, (138)
, (139)
, (140)
, (141)
, (142)
, (143)
, (144)
, (145)
, (146)
:
, (147)
м.
, (147 а)
, (1.1)
, (1.2)
, но не более 1;
, (1.3)
,
м, и средний период волн 
, с, в глубоководной зоне необходимо
определять по верхней огибающей кривой рис.1.1. По значениям безразмерных
величин 
, и 
и по меньшим их величинам принять среднюю
высоту и средний период волн.
, м, при известном
значении 
, (1.4)
по результатам
последовательного определения высоты волны для участков с постоянными
значениями скорости ветра.
, м, необходимо определять по формуле:
(1.5)
м, (при 
; (1.5а)
, 
м, следует определять по рис.1.1
по расчётной скорости ветра и разгону 
,(1.6)
, (1.7)
,
принимая 
.
(1.8)
и 
, при этом период волн принимается равным
периоду волн в глубоководной зоне.
.
, (1.9)
и уклону дна 
- в мелководной и 
в прибойной зонах
в
мелководной и 
прибойной
зонах
и 
и по ним определяются 
, (1.10)
, (1.11)
,(1.12)
(1.13)
, (1.14)
.
принимается
значение 
м, следует определять по
верхней огибающей кривой рис. 1.4, превышение вершины волны над расчётным
уровнем 
, из которых принимается 
, (1.15)
и 
, (1.16)
и значении угла 
, (1.17)
, (1.18)
, (1.19)
, (1.20),
, (1.21)
, (1.31)
- относительное расстояние от отражающей
поверхности до расчётной точки по лучу отражённой волны, при этом направление
луча отражённой волны должно приниматься из условия равенства углов подхода и
отражения волн;
, (97)
, (98)
, (99)
, (100)
и 
, тс;
, (101)
, (102)
и 
, тс.
, тс. (118)
, тс. (119)
, тс. (124)
, (126)
, (127)
, (128)
, (129)
и 
, тс/м2
, тс/м2 (131)
, (136)
- при наличии снега, или 6
, тс/м, (137)
, тс, (138)
, тс, (141)
, (142)
, тс·м (143)
, (145)
, (146)
