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]

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

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:3252 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:6287 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:3373 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Машины и приспособления для ремонтно-стр…

К средствам механизации транспортирования материалов и конструкций при производстве ремонтно-строительных работ относятся такелажное оборудование, ленточные конвейеры, краны, подъемники, автомобили и прицепы, тракторы, мототачки и тягачи, мото-, авто-, и электрокары, грейферные...

15-07-2010 Просмотров:5938 Эксплуатация жилых зданий

2.1. «Комплексное страноведение» Машбица…

Основная масса комплексных географических исследований в послевоенные годы XX в., как известно, базируется на схеме Баранского и стандартизации аналитического подхода к КГХ. Попытки отойти от стандартов, принятых в отечественной географии...

03-03-2011 Просмотров:11148 Комплексные географические характеристики

Факторы, влияющие на силу прихвата моноо…

Большие трудности могут возникать при извлечении из грунта моноопоры после завершения бурения скважины на море. Усилие (кН), необходимое для извлечения труб, зависит в основном от диаметра и длины погруженных в...

30-01-2011 Просмотров:3803 Морские буровые моноопорные основания