Menu

Расчет волновой нагрузки согласно инженерной теории обтекания преград

Точное механико-математическое представление процесса обтекания морскими волнами преград сложно. Достоверная теоретическая оценка роли каждого компонента волновой нагрузки (лобового сопротивления, инерционной и удара) на моноопору в отдельности и определение их равнодействующей вызывают большие трудности. Результаты теоретических методов расчета давления волн на цилиндрические преграды часто расходятся с экспериментальными данными на десятки процентов.

Более надежный метод определения характеристик волнового давления на моноопорные основания - экспериментальный в природных условиях. Однако проведение натурных исследований для всех возможных сочетаний гидрологических условий моря и характеристик моноопор экономически не оправдано, так как требует значительных финансовых затрат и времени. Поэтому на современном этапе развития науки в инженерных расчетах волновых нагрузок на преграды применяют преимущественно приближенные полуэмпирические теории, основанные на ряде допущений.

Ввиду малых внешних размеров поперечного сечения моноопоры (обычно, не более 0,5 м) ее можно отнести к классу сквозных сооружений [25, 33]. Считается, что такие преграды при достаточных глубинах акваторий существенного влияния на кинематические и динамические характеристики волнового потока не оказывают. Инженерные расчеты гидродинамической нагрузки, воздействующей на сооружения подобного типа, в настоящее время принято выполнять по теории, предложенной независимо друг от друга американским исследователем Дж. Морисоном и советским ученым Д.Д. Лаппо.

В этой теории волнение рассматривают как регулярный процесс, т.е. предполагают неизменность элементов волн: периода Тв, длины X и высоты h. Считают, что колебания уровня воды при волнении моря подчиняются гармоническому закону, а преграда относительно набегающих волн остается неподвижной.

Волновую нагрузку q(z, t) на элемент единичной длины вертикальной цилиндрической преграды, расположенный на расстоянии z от дна акватории (рис. 3.2), в каждый момент времени t вычисляют как сумму двух составляющих - инерционной qH и скоростной qv:

[image]

где Си и Cv - гидродинамические коэффициенты инерционного и скоростного сопротивления; v(z, t) и dv(z, t)/dt - горизонтальные проекции скорости и ускорения движения жидкости при волнении; рв - плотность воды; D - внешний диаметр цилиндрической преграды.

Во втором слагаемом в правой части формулы (3.3) одно из значений v(z, t) берется по модулю, так как волновое движение имеет знакопеременный периодический характер. При оп-

[image]

Рис. 3.2. Схема к определению волновой нагрузки на моноопору:

q и Q - распределенная волновая нагрузка и ее равнодействующая; а - координата точки приложения равнодействующей; h и к - высота и длина волны; А и В - вершина и подошва волны; Н - глубина акватории; 5 - расстояние от вершины волны до оси моноопоры; V - расчетный уровень

 

ределении волновой нагрузки необходимо учитывать, что с изменением направления скорости движения частиц жидкости меняется и направление действия инерционной составляющей qv(z, t). За расчетный уровень принимают уровень воды с учетом сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона, приливов и отливов.

Согласно инженерной теории обтекания преград для глубоководных и мелководных акваторий, где выполняется условие H/к > 0,2, величины v и dv/dt можно выразить через элементы волн:

[image]

 

где k = 2л/Х - волновое число; ю - круговая частота волнового движения.

[image]

[image]

[image]

[image]

[image]

Подставляя формулы (3.4) в выражение (3.3), c учетом ю = = 2л/Т, имеем

На практике в инженерных расчетах при описании волновой нагрузки часто распределенные по высоте преграды силы q, qH, qv заменяют их равнодействующими соответственно Q, QH, Qv. Из теории волн следует, что для акваторий, где Н/\ > > 0,2, при волнении с высотами волн до 3 м с достаточной точностью можно полагать, что расстояние от дна до поверхности жидкости у преграды в каждый момент времени определяется выражением Н1 = Н + 0,5Асозю^ а период волны

связан с ее длиной зависимостью Т, = 2nX/gth(kH), где g - ускорение свободного падения. Поэтому в каждый момент времени равнодействующую полной волновой нагрузки Q(t) и ее составляющие инерционную QH(t) и скоростную Qv(t) на вертикальную преграду можно определять по выражениям

Координату точки приложения полной равнодействующей волновой нагрузки Q отсчитывают от расчетного уровня и находят по формуле

[image]

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:5068 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8266 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:5065 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Мерзлые породы

При понижении температуры влажной пес-чано-глинистой породы ниже 0°С процесс ее промерзания сопровождается льдовыделением, которое существенно зависит от состояния состава породы и режима промерзания. Следовательно, при каждом значении фиксированной отрицательной температуры...

27-09-2011 Просмотров:5754 Электрические и упругие свойства криогенных пород

Теодолітні ходи

Теодолітним ходом (рис. 8.14) називають систему закріплених у натурі точок, наприклад, 1, 4, 5, координати яких визначені з виміру кутів β і відстаней D. Теодолітний хід починають створювати з огляду місцевості...

30-05-2011 Просмотров:18442 Інженерна геодезія

Признаки импактных структур

Для идентификации метеоритного кратера необходимо выявить следующие ключевые признаки. 1. Кольцевая структура на поверхности (однако, последующие движения земной коры могли привести к деформации этих структур). 2. В центре кратера куполовидная структура и...

14-10-2010 Просмотров:5608 Геологическое картирование, структурная геология