8.5. Расчеты плавучих опор и устройств

При расчете плавучести опор для перевозки и монтажа пролетных строений должны быть проверены:

а) по первому предельному состоянию (на расчетные нагрузки):

• плавучесть;

• остойчивость плавучих опор и плавучей системы в целом;

• плавучесть отдельной опоры, балластируемой через донные отверстия в поддонах;

• прочность плашкоутов (барж), обстройки и соединительных ферм;

б) по второму предельному состоянию (на нормативные нагрузки): объем водного балласта и емкость балластных резервуаров, с учетом допустимых осадок, деформации плавучих опор и погрузочных обустройств.

• Перечень и сочетания нагрузок приведены в табл. 8.3.

При расчете плавучих опор на прочность, при втором сочетании нагрузок, коэффициент сочетаний временных нагрузок n_с принимается равным 0,95. К временным нагрузкам относятся все нагрузки, кроме нагрузок 2, 3 и 8.

Коэффициенты надежности по нагрузке _f принимаются по табл. 8.4.

Плавучесть плавучих опор определяют по формуле (3.3), согласно которой предельное водоизмещение плавучей системы должно быть больше суммы расчетных весов: веса плашкоута с опорой и обустройствами, и веса перевозимого пролетного строения с обустройствами.

Таблица 8.3

Перечень и сочетание нагрузок на плавучие опоры

№ нагрузки	Нагрузки и воздействия	При расчете на прочность		При расчете на плавучесть		При расчете на остойчивость
		сочетания нагрузок		плавсистемы в целом	отдельной опоры	плавсистемы в целом	отдельной опоры
		1	2
1 2 3 4 5 6 7 8 9	Вес перевозимого пролетного строения с обустройствами Р Вес плавучих опор с обустройствами и оборудованием G Вес остаточного балласта Gост Вес регулируемого балласта Gрег Вес рабочего балласта Gраб Давление ветра на пролетное строение Wпр Давление ветра на плавучую опору Wоп Гидростатическое давление воды Волновая нагрузка	+ + + + – – – + –	+ + + + – + + + +	+ + + + – – – + –	– + + + + – – + –	+ + + + – + + + –	– + + – – – + + –

Примечания. 1. Приведенные нагрузки учитываются при расчетах плавучих опор в продольном и поперечном направлениях.

2. Приведенные нагрузки № 1, 2, 6 и 7 исчисляются по указаниям раздела 4, с соответствующими коэффициентами надежности, условий работы и перегрузки по табл. 3.1 и 4.13.

3. Гидростатическое давление воды определяется по указаниям разд. 4. При расчете плашкоутов и барж на изгиб и поперечную силу от гидростатического давления в уровне днища плашкоута (баржи) форма эпюря гидростатического давления должна соответствовать форме эпюры объема вытесненной плашкоутом (баржей) воды.

Таблица 8.4

Коэффициенты надежности _f

Нагрузки и воздействия	Коэффициенты надежности при расчете
	на прочность	на плаву- честь	на устойчивость
Вес пролетного строения с обустройствами Вес обстройки плавучих опор из инвентарных конструкций Вес остальных конструкций опор и оборудования Вес водного балласта Ветровая нагрузка Гидростатическое давление воды Волновая нагрузка	1,1 1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0	1,1 1,2 1,1 1,0 – 1,0 –	0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 –

Остойчивость плавучей системы – это способность опоры, выведенной действием внешних сил из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения действия этих сил. Расчет остойчивости ведут на действие расчетных нагрузок. При этом рассматривают равновесие плавучей системы при действии на неё наклоняющих и восстанавливающих нагрузок.

В случае, когда плашкоуты не загружены балластом или имеют твердый балласт, положение которого при наклоне системы не изменяется, центр тяжести системы совпадает с осью симметрии плашкоута.

При балластировке плашкоутов водным балластом перетекание его в наклонном положении системы приводит к смещению центра тяжести системы и к уменьшению остойчивости.

• Расчет обстройки плавучих опор (рис. 8.10) осуществляют на узловые нагрузки от пролетного строения.

Р_У = , (8.29)

где – число узлов (башен из элементов МИК-С) опирания пролетного строения на обстройку; W_пс = _п L H _пс – расчетная ветровая нагрузка на пролетное строение; _п = q₀ k c – интенсивность ветровой нагрузки (4.20); L, H и В – соответственно полная длина, высота и ширина пролетного строения; _пс – коэффициент заполнения для решетчатого пролетного строения.

Рис. 8.10. Схема плавучей системы для транспортировки пролетного строения

Узел обстройки (башня из элементов МИК-С) конструируется из 4 стоек. Нагрузка на одну стойку с учетом собственного веса обстройки G_обс

N_СТ = . (8.30)

По полученному значению N_СТ подбирают сечение стоек из расчетных нагрузок на элементы МИК-С, приведенных в прил. 7.

• Грузоподъемность плашкоутов для перевозки пролетных строений обеспечивается достаточным количеством понтонов.

Необходимое количество понтонов п_п в плавсистеме определяют по формуле

п_п = , (8.31)

где Q_j – расчетный вес плавсистемы; Q_о = 26,3 тс – грузоподъемность одного понтона КС при сухом борте 0,5 м, при постановке понтона плашмя (33,0 тс – при постановке понтона на ребро) – прил. 5.

Расчетный вес плавсистемы определяют как сумму

Q_j = Р + G_оп + G_рег + G₁ + G₂ + G_ост, (8.32)

где Р – расчетный вес перевозимого строения с обустройствами; G_оп – вес плавучих опор с обустройствами и оборудованием.

Вес обстройки плавучих опор можно рассчитать по прил. 7, а вес обустройств и оборудования в курсовых работах можно принять ориентировочно в размере 15 % от веса обстройки.

Вес плашкоутов из понтонов КС в данном случае учитывать не следует, так как указанная выше грузоподъемность понтона предусматривает внешнюю нагрузку на него. Во всех остальных расчетах вес понтонов надо учитывать.

G_рег = к_в А  h_рег – вес регулировочного балласта, необходимого для регулирования осадки плавучих опор на случай возможных колебаний уровня воды за время одного цикла перевозки;

h_рег – принимается по данным водомерных постов (в курсовых работах можно принять равным 0,1 м);

А – общая площадь плашкоутов по ватерлинии. Для плавсистемы из двух плавучих опор, изображенной на рис. 8.10, – А = 2 В L, где В – ширина плашкоута, м; L – длина плашкоута, м;

 – объемный вес пресной воды;

к_в = 0,97 – коэффициент полноты водоизмещения для понтонов;

G₁ = к_в А  h₁ – вес балласта, необходимого для опускания плавсистемы при установке пролетного строения на опоры (можно принять h₁ = 0,2 м);

G₂ = 0,05 Р – вес балласта для устранения крена или дифферента плавсистемы при неточной постановке пролетного строения;

G_ост = к_в А  h_ост – вес остаточного (мертвого) балласта. Для понтонов, балластируемых наливом воды насосами h_ост = 0,1 м, для балластируемых через донные отверстия h_ост = 0,08 м;

К_н – коэффициент надежности, принимаемый равным: для плавучих опор из понтонов КС, балластируемых через донные отверстия – 1,125, для плавучих опор, балластируемых с помощью насосов – 1,20.

• Расчет балластировки плавучих опор осуществляют по формуле определения общего веса балласта

G_б = + G_рег + G₁ + G₂ + G_ост, (8.33)

где – нормативный вес пролетного строения с обустройствами.

Емкость балластных резервуаров должна вмещать

V_БП = ,

при этом следует учитывать, что при балластировке через донные отверстия уровень воды в балластных понтонах не может быть выше уровня воды за бортом.

Производительность балластировочных средств (компрессоров или насосов) должна быть такой, чтобы обеспечивать балластировку плавучих опор в течение 1,5–2,0 ч. и разбалластировку в течение 2,0–2,5 ч.

• Плавучесть опор при балластировке через донные отверстия обеспечивается небалластными понтонами. Число небалластных понтонов в плашкоуте

П_нп = .

При определении G_оп учитывают только вес балластных понтонов.

• Остойчивость плавучей системы определяется условием

 – а  0, (8.34)

где  – метацентрический радиус

 = , (8.35)

где = 2 – момент инерции площади плашкоутов в уровне ватерлинии относительно поперечной оси Х;  – сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах относительно осей, проходящих через центр тяжести этих поверхностей параллельно оси наклонения плавучей опоры;  = n_бп , здесь n_бп – количество балластных понтонов в плавсистеме; V_р – объем (водоизмещение) погруженной части опор плавсистемы, который определяется как V_р = , где  – объемный вес воды; а – расстояние от центра тяжести плавучей системы до центра водоизмещения.

• Осадка плавучих опор t_Г, м, от расчетных ветровых нагрузок, вызывающих крен или дифферент отдельной опоры (плавучей системы) определяется по формуле

t_Г = b tg , (8.36)

где  – угол крена или дифферента плавучей опоры (системы); b – половина размера плавучей опоры в плоскости кренящего (дифферентующего) момента.

Угол дифферента плавсистемы определяют из формулы

tg  = ,

где M_w – суммарный момент относительно центра водоизмещения от расчетных ветровых нагрузок, приходящийся на плавопоры; т = 1,2 – коэффициент, учитывающий динамическое воздействие ветра при его порывах

M_w = W_пс h_пр + W_оп h_оп,

где W_пс = _п L H _nc – расчетная ветровая нагрузка на пролетное строение; W_оп = 2 _п b_оп h_оп ₁ – расчетная ветровая нагрузка на опоры.

Здесь _п определяется при g_o = 0,5 КПа (50 кгс/м²); ₁ = 0,9 – коэффициент заполнения для обстройки опор из элементов МИК-С.

При расчетах остойчивости, осадки и дифферента по условиям (8.34) и (8.36) все нагрузки должны приниматься расчетными. Значение коэффициента перегрузки для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием должно приниматься в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).

• Осадку плавучих опор от вертикальных нагрузок определяют по формуле

t_в = . (8.37)

Значения величин см. формулы (8.31), (8.32).

Дополнительная осадка плавучих опор от ветровой нагрузки (при дифференте)

T_д = 0,5 L_п tg .

Полная осадка плавучих опор

t_п = t_в + t_д .

Величина сухого борта при дифференте

h_с.б. = H_п – t_п,

где Н – высота понтона КС в плашкоуте.

При дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а кромка днища – выходить из воды.