Расчет ветровой нагрузки

1. Определим среднюю скорость на высоте z=24,5:

= 40,1 м/с

где: W₁₀ - средняя скорость ветра на уровне z = 10 м.

На рис. 6 показана схема ветрового воздействия на надводную часть СПБУ

2. Определим статическую ветровую нагрузку:

, кН

где: _возд = 0.00125 т/м³ - плотность воздуха;

C_W =1,16 - обобщенный коэффици­ент аэродинамического сопротивления СПБУ;

S_п =1670 м - площадь парусности.

Расчет волновой нагрузки

Волновая нагрузка преграды с малыми относительно длины волны  размерами поперечного сечения может быть представлена как сумма скоростной Q_ск и инерционной Q_ин составляющих:

Q = Q_ин + Q_ск

Однако, Q_ск>>Q_ин и Q_ин во времени действует асинхронно по отношению к скоростной составляющей Q_ск (т.е. q_ск ~cost, а Q_ин ~ sint), примем, что Q_ин пренебрежимо мала и ограничимся рассмотре­нием лишь скоростной составляющей волновой нагрузки Q = Q_ск.

1. Величину Q_ск определим приближенно, используя теорию волн ма­лой амплитуды (ТВМА):

где: h - высота волны;

k - волновое число, равное для случая глубоководья (т.е. при Н > /2).

Если  - период регулярного волнения, тогда круговая частота волнения  и волновое число соответственно равны:

 = 2/  = 2·3,14 / 10 = 0,634, с^-1;

k = ² / g = 0,634² / 9,81 = 0,041, м^-1.

Волновое число k показывает, сколько волн может быть расположе­но на отрезке длиной 2 метров. Оно связано с длиной волны соотношени­ем:

 = 2 / k = 23,14/0,041 = 157,2 м.

2. Определим горизонтальную составляющую скорости орбитального движения час­тиц жидкости на уровне z = 0 в соответствии с ТВМА:

=3,6

Затухание скорости по глубине для условий глубокой воды может быть найдено как:

=3,6

где z - координата глубины, отсчитываемая от уровня спокойной поверх­ности моря вниз.

3. Определим скоростную составляющую волновой нагрузки можно записать с использо­ванием формулы Дж. Морисона:

q_ск = 0.5C_скr|V|Vb.

где C_ск - обобщенный коэффициент сопротивления опорной колонны для скоростной составляющей (C_ск ⁼ 1,43);

 = 1.025 т/м³ - плотность морской воды;

b - ха­рактерный размер опорной колонны (в нашем случае b=2 а=5.2 м).

4. Определим волновую нагрузку на 2 опоры первого ряда (х = 0) по формуле:

или, вынося постоянные за знак интеграла, получим

,

где ₁ - уровень взволнованной поверхности воды у первого ряда опор.

Определенный интеграл найдем из условия е^-2kH  0, что соответствует полному затуханию скоростной нагрузки на уровне дна моря и ₁ = h/2.

кН

5. Определим ординату точки приложения равнодействующей нагрузки Q₁:

При условии ₁ = h/2 и е^-2kH  0 имеем:

z_q1 = (l-2k₁)/2k = (l-kh)/2k = (1-0,04111,4)/20,041= 6,8 м.

6. Определим уровень взволнованной поверхности воды у второго ряда опор:

₂ = 0.5h·cos(kL₁) = 0.5·11,4·cos(0,041·37,8) = 0,33 м.

Следует обратить внимание на то, что при расчете надо аргумент (kL₁) брать в радианах.

7. Аналогично для нагрузки на второй ряд опор получим:

= 4,352 кН

8. Определим ординату приложения нагрузки второго ряда:

м

9. Таким образом, суммарная волновая нагрузка на оба ряда опорных колонн СПБУ:

Q_в = Q₁ + Q₂ = 1938,4 + 4,352 = 1942,752 кН.