Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оградительных сооружений морского порта. Учебное пособие
.pdf
32
нена из бетонных массивов, из массивов-гигантов, из ряжей, из оболочек боль-
Высота волны, м
2.5 – 3.0
3.5 – 4.5
4.5 – 5.5
5.5 – 6.0
6.0 – 6.5
6.5 – 7.0
Вес массива, т
30
40
50
60
80
100
+6.5
0.0
+3.5
-3.5
-7.9
-12.3
-14.5
-10.1
-5.7
9000
9200
10800
13200
14000
шого диаметра.
Наибольшее распространение получили оградительные сооружения из
бетонных массивов. Массивы могут быть обыкновенными массой до 100 т,
циклопическими массой до 450 т, ячеистыми (целлюлярными) массой до 200 т.
Вес массивов назначается в зависимости от высот волн однопроцентной обес-
печенности (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Вес обыкновенных массивов
Оградительные сооружения из обыкновенных массивов строились еще в
XIX столетии (рис. 3.1).
зуют также массивы-гиганты. В России сооружения из массивов-гигантов построены, например, в портах Туапсе и Сочи (рис. 3.2). Массивы-гиганты позво-
ляют получить монолитное сооружение по всей высоте. При этом сокращается
расход бетона и уменьшаются сроки строительства.
Рис. 3.1. Оградительное сооружение из обыкновенных массивов
Для строительства подводной части оградительных сооружений исполь-
33
Для облегчения независимой осадки между массивами-гигантами остав-
6000
3050 1520 6400 2670
3050
3900
26470
2000
5770
0.00
+5.30
+2.74
+0.61
-1.00
-2.40
-4.40
-7.75
-4.49
-6.09
5600
ляется зазор 20 – 25 см, который во избежание вымыва камня из-под массивов
перекрывается с тыловой стороны или устраивается в виде вертикальных пазов
и гребней. После установки массива-гиганта на постель производится заполнение внутренних отсеков грунтом, а наружних шириной 1 м – бетоном, который
обеспечивает сохранность тонких стен.
Рис. 3.2. Оградительные сооружения из массивов-гигантов в порту Туапсе
4. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО
ОГРАДИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ
ГРАВИТАЦИОННОГО ТИПА
4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Расчет оградительных вертикальных сооружений гравитационного типа
аналогичен расчету причальных сооружений того же типа. Основное различие
их расчета заключается в характере воздействия и методе определения нагру-
зок. На оградительную стену действует нагрузка от волны со стороны открытой
34
и со стороны огражденной акватории. Поэтому основная задача – правильное
определение величины волновой нагрузки.
Характер волнового режима на различных участках сооружения устанав-
ливается, определив критическую глубину d
. В зависимости от характера вол-
cr
нения расчет производится на стоячую, разбитую или прибойную волну. Расчет
устойчивости сооружения производится на наиболее опасный случай, когда со
стороны открытой акватории подходит вершина волны, а со стороны ограж-
денной акватории – вершина дифрагированной волны (см. рис. 2.7, а, в).
В качестве примера рассмотрим расчет оградительного сооружения гра-
витационного типа из массивов-гигантов.
4.1.1. РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Параметры волн принимаются по данным многолетних наблюдений в
районе строительства. Для расчета должны быть определены параметры волн
1%-ной обеспеченности.
Глубина воды в створе сооружения Н принимается по фактическому раз-
резу в характерных сечениях. По принятой к расчету конструкции, исходя из
величины Н и грунтов основания, устанавливаются следующие размеры:
tp – толщина каменной постели;
df – глубина воды перед сооружением;
dbr – глубина воды над берменными массивами;
bbr – ширина бермы каменной постели;
a – ширина сооружения по основанию, может быть принята в первона-
чальном приближении равной (0.81)df.
4.1.2. СУЩНОСТЬ РАСЧЕТА
Расчетом проверяется устойчивость и прочность сооружения исходя из
предварительно принятых размеров. По данным расчета уточняется тип конст-
рукции и ее размеры.
35
Поверочным расчетом определяются:
1. устойчивость сооружения на плоский сдвиг по контакту с каменной по-
стелью, грунтом основания и по швам кладки массивов;
2. величина давления на каменную постель и возможность раскрытия шва;
3. толщина каменной постели или величина давления на грунт основания;
4. устойчивость сооружения на опрокидывание вокруг ребер, где возможно
допустить раскрытие шва, т.е. когда сооружение возводят на скальном основании;
5. возможная потеря устойчивости на общий сдвиг вместе с частью грунтов основания;
6. возможность размыва дна перед сооружением.
4.2. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОГРАДИТЕЛЬНОГО
СООРУЖЕНИЯ
4.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА УСТАНОВИВШЕГОСЯ ВОЛНЕНИЯ
Характер волнения определяется в следующей последовательности:
1. находится расчетная глубина d по формуле (2.1);
2. определяется критическая глубина dcr по таблице 2.1 и устанавливается
тип волны (стоячая, разбитая или прибойная).
4.2.2. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ ВОЛНОВОГО ДАВЛЕНИЯ СТОЯЧИХ ВОЛН
Для глубоководной зоны со стороны открытой акватории при d>0.5 оп-
ределяем ординаты эпюры по формуле (2.4) и строим по семи характерным точкам.
При d<0.5 ординаты эпюры определяются по формулам (2.5) – (2.8) и
строятся по пяти точкам (см. рис. 2.7, а).
Возвышение гребня волны над спокойным уровнем
формуле (2.3).
Эпюра дифрагированной волны при подходе подошвы со стороны ограж-
определяем по
c
денной акватории строится по формулам (2.12) – (2.14).
4.2.3. ВЗВЕШИВАЮЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ
Взвешивающие силы волнового давления на подошву сооружения Pzc и
P’zt определяются из треугольной эпюры, согласно рис. 2.7 и 4.1. В крайних
36
точках ординаты эпюр взвешивающего волнового давления принимаются рав-
ными соответствующим ординатам эпюр бокового волнового давления, напри-
мер, с морской стороны у ребра подошвы сооружения при подходе гребня вол-
ны ордината эпюры взвешивающего давления ED равна р5 (см. рис. 2.7, а и 4.1) и т. д.
Рис. 4.1. Схема к расчету оградительного сооружения гравитационного типа на
примере конструкции из массивов гигантов
4.2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СИЛ И
ОПРОКИДЫВАЮЩИХ МОМЕНТОВ
Разбиваем эпюру давления стоячей волны, действующей со стороны от-
крытой акватории, на простые геометрические фигуры; находим их площади,
равные силам Р
вующих площадей (рис. 4.1).
xc1
, Р
xc2
, Р
и прикладываем их в центре тяжести соответст-
xc3
37
Аналогично разбиваем эпюру давления дифрагированной волны, дейст-
Обозначение
сил
Горизонтальные силы, кН
Плечи опрокидывающих
моментов, м
Опроки-
дываю-
щий
момент
Мoi, кНм
формула подсчета
Рxi
формула подсчета
z
i
Р
xc1
Р
xc2
Р
xc3
Р’
xt1
Р’
xt2
Р’
xt3
Всего -
-
-
вующей со стороны огражденной акватории, построенной для случая подхода
подошвы волны, и определяем Р’
xt1
, Р’
xt2
, Р’
, приложив их в центре тяжести
xt3
соответствующих площадей (рис. 4.1).
В том случае, если оградительное сооружение предусматривает швартов-
ку к нему судов, при расчете горизонтальных сил необходимо учесть и швар-
товную нагрузку, определяемую аналогично расчету причальных сооружений.
Расчет горизонтальных сил и опрокидывающих моментов сводим в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Расчет горизонтальных сил и опрокидывающих моментов
4.2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ВЕРТИКАЛЬНЫХ СИЛ И
Площадь поперечного сечения сооружения, лежащую выше спокойного
уровня воды, разбиваем на простые геометрические фигуры и находим вес ка-
ждой фигуры над водой. Вес каждого элемента сосредотачиваем в центре тяже-
сти соответствующей площади. Аналогично находим вес сооружения под во-
дой. При расчете вертикальных сил также необходимо учесть взвешивающее
давление на сооружение, возникающее от действия волн со стороны открытой
акватории и дифрагированных волн со стороны огражденной акватории. Ре-
зультаты расчета сводятся в табл. 4.2.
УДЕРЖИВАЮЩИХ МОМЕНТОВ
38
Расчет вертикальных сил и удерживающих моментов
Обозначение
сил
Вертикальные силы, кН
Плечи удерживающих
моментов, м
Удержи-
вающий
момент
Муi, кНм
формула подсчета
Gi
формула подсчета
r
i
g1
g2
g3
g4
g5
g6
g7
g8
g9
g
10
g
11
g
12
g
13
g
14
P
zc
P
zt
Всего -
-
-
K
n
c
xfIc
GfP
lc
f
c
n
5.0
бк
f
Таблица 4.2
4.2.6. УСТОЙЧИВОСТЬ СООРУЖЕНИЯ НА СДВИГ
Коэффициент устойчивости на сдвиг по плоскости DF – контакта соору-
жения с каменной постелью определяем по формуле
(4.1)
где
фициент надѐжности по нагрузки, принимаемый равным 1.2;
условий работы, принимаемый равным 1;
значению сооружения: для сооружений 1-го класса капитальности принимается
равным 1,25, для сооружений 2-го класса капитальности – 1.2;
фициент трения бетона по камню.
– коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый равным 1;
– коэф-
– коэффициент
– коэффициент надѐжности по на-
– коэф-
При определении устойчивости на сдвиг по плоскостям швов кладки учи-
тываем все силы, действующие выше рассматриваемой плоскости шва.
39
При сдвиге по плоскости D’F’ учитываем вес сдвигаемой части постели
ггn
n
c
xfIc
fgGP
ггг
tgf
tatg
квn
5.0
y
n
c
fIc
MM
0
y
M
0
M
k
R
a
e
a
G
6
1
min
max
гквp
p
Rt
ta
a
2
min
max
min
max
кв
г
кв
квг
кв
квг
p
RaaRaR
t
24
2
4
2
max
2
gп, т.е. вес контура постели DD’F’K. Устойчивость на сдвиг по плоскости кон-
такта камня с грунтом определяем из условия
(4.2)
где
– коэффициент трения грунта по грунту;
.
4.2.7. УСТОЙЧИВОСТЬ СООРУЖЕНИЯ НА ОПРОКИДЫВАНИЕ
При подходе гребня волны со стороны моря опрокидывание стены может
произойти вокруг ребра тыловой грани F, поэтому плечи ri удерживающих сил
gi и плечи zi опрокидывающих сил Pi определяем относительно точки F.
Устойчивость на опрокидывание определяем по формуле
(4.3)
где
и
– соответственно суммы удерживающих и опрокидывающих моментов.
4.2.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
Нормальные краевые напряжения по контакту основания сооружения и
каменной постели определяются по формуле внецентренного сжатия
(4.4)
где [Rк] – допускаемое давление на каменную постель; е – эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок.
Давление на грунт основания определяется по формуле
(4.5)
Толщина каменной постели определяется по формуле
(4.6)
4.2.9. ВТОРОЙ РАСЧЕТНЫЙ СЛУЧАЙ
Когда со стороны моря подходит подошва волны, а со стороны порта –
вершина дифрагированной волны, расчет производится аналогично предыдущему.
40
Отличие расчета заключается в том, что возможное опрокидывание стены
может произойти при вращении вокруг лицевого ребра в точке D, следователь-
но, изменятся плечи вертикальных сил и уклон условного горизонта моря будет
не в сторону огражденной акватории, а в сторону моря. Изменится величина
взвешивающего давления.
Эпюры волнового давления (см. рис. 2.7, б, г) строим по формулам (2.9) –
(2.11), (2.15) – (2.17).
Из двух расчетных случаев за основной принимаем тот, который создает
более неблагоприятные условия работы конструкции или ее элементов.
4.2.10. РАСЧЕТ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗБИТЫХ И СТОЯЧИХ ВОЛН
Эпюру волнового давления разбитых волн (см. рис. 2.10, а) со стороны
моря строим по формулам (2.18) – (2.20). Эпюру от воздействия прибойных
волн (см. рис. 2.10, б) строим по формулам (2.21) – (2.24).
Последовательность и метод расчета сооружения от воздействия разби-
тых и прибойных волн аналогичны расчету при действии стоячих волн на вер-
тикальные стенки.
4.2.11. УСТОЙЧИВОСТЬ ОСНОВАНИЯ
Проверку устойчивости частиц грунтов дна перед сооружением от раз-
мыва донными скоростями волнового воздействия производим сравнением не-
размывающих скоростей с фактической скоростью у дна. В зависимости от ха-
рактера волнения (стоячая, разбитая или прибойная волны) донные скорости
определяем по формулам (2.26) – (2.28). Допускаемые значения неразмывающих донных скоростей V
дует принимать по рис. 2.12.
, м/с, для грунта крупностью фракций d
b,adm
мм, сле-
10,
Если фактические скорости у дна больше допускаемой, то необходимо
предусмотреть защиту основания от размыва на протяжении (0.250.4) от стенки.
Расчет устойчивости берменных массивов на сдвиг или опрокидывание
производится с учетом взвешивающего волнового давления (см. рис. 2.11).
41
ПРИЛОЖЕНИЕ
h
T
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ОГРАДИТЕЛЬНОГО
СООРУЖЕНИЯ
В исходных данных приняты следующие буквенные обозначения:
– средняя высота волны, м;
- средняя длина волны, м;
– средний период волны, с;
h
– высота дифрагированной волны, м;
dif
- отметка расчетного уровня воды, м;
db – глубина воды от расчетного уровня, м;
ОС – тип конструкции оградительного сооружения: 1 – из массивовой кладки,
2 – из массивов-гигантов;
l – длина секции сооружения;
К – класс капитальности сооружения;
VW – расчетная скорость ветра, м/с;
– объемный вес грунта основания над водой, кН/м3;
г
– объемный вес грунта основания под водой, кН/м3;
гв
- угол внутреннего трения грунта основания, кН/м3;
г
– объемный вес камня под водой, градус;
кв
d10 – крупность частиц грунта основания, мм;
[Rк] – допускаемое давление на каменную постель, кН/м2;
[Rг] – допускаемое давление на грунт основания, кН/м2.
Исходные данные для расчета оградительного сооружения приведены в
таблице.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]