Свод правил СП 38.13330.2012 "СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)". Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82* (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 29 декабря 2011 г. N 635/12)

Свод правил СП 38.13330.2012
"СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"
Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*
(утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 29 декабря 2011 г. N 635/12)

 

Loads and impacts on Hydraulic structures (from wave, ice and ships)

 

Дата введения 1 января 2013 г.

ГАРАНТ:

Части настоящего документа были включены в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений

ГАРАНТ:

Настоящий документ был включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений

 

Введение

 

Настоящий свод правил является актуализированной редакцией СНиП 2.06.04-82*. Основанием для разработки нормативного документа является Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-Ф3 "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений".

Актуализация выполнена Открытым Акционерным Обществом "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" (канд. техн. наук А.П. Пак руководитель темы), д-ра техн. наук Е.Н. Беллендир, В.Б. Глаговский, вед. научн. сотр. А.Б. Векслер, гл. науч. сотр., д-р физ.-мат. наук, профессор В.И. Климович, зав. лаб., канд. техн. наук Н.С. Бакановичус, вед. науч. сотр., канд. техн. наук И.Н. Шаталина, д-р техн. наук, профессор М.А. Колосов (СПГУВК), д-р техн. наук, профессор П.А. Гарибин (СПГУВК), вед. науч. сотр., канд. техн. наук П.М. Кожевников (филиал ОАО "26 ЦНИИ") с учетом замечаний и предложений специалистов ФГУП ГНЦ РФ "ЦНИИ им. академика Крылова", ЗАО "ЦНИИПСК им. Мельникова", Института водных проблем РАН, ОАО "ДНИИМФ", ЗАО "ГТММорстрой", филиала ОАО ЦНИИС "НИЦ "Морские берега", ГУ "Государственный гидрологический институт", Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Сочинского государственного университета туризма и курортного дела, Российского государственного гидрометеорологического университета.

1 Область применения

 

Настоящие нормы распространяются на проектирование вновь строящихся, реконструкцию и ремонт существующих речных и морских гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

 

В настоящем своде правил приведены ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.

СП 20.13330.2011 "СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия"

СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

 

В настоящем документе использованы термины, приведенные ниже, а также в ГОСТ 19185:

3.1 бегущие волны: Волны, видимая форма которых перемещается в пространстве;

3.2 ветровые волны: Колебательное движение воды, вызванное ветром при его воздействии на свободную поверхность;

3.3 волновое давление: Доля (составляющая) гидродинамического давления, обусловленная ветровым волнением свободной поверхности жидкости;

3.4 высота волны: Превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле (рисунок 1);

3.5 вершина волны: Наивысшая точка гребня волны (рисунок 1);

3.6 гребень волны: Часть волны, расположенная выше средней волновой линии (рисунок 1);

3.7 дифракция волн: Искривление фронтов и изменение высот бегущих волн, огибающих препятствия (сооружения, острова, мысы и др.);

3.8 длина волны: Горизонтальное расстояние по лучу волны между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле (рисунок 1);

3.9 длина разгона волн: Протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчетной точки;

3.10 киль тороса: Подводная часть тороса, расположенная ниже его консолидированного слоя;

3.11 консолидированный слой тороса: Часть тороса, в которой образовавшие его блоки льда смерзлись в монолит;

3.12 критическая глубина: Глубина, при которой происходит обрушение волн;

3.13 ледяное поле: Любой относительно плоский участок ледяного покрова более 20 м в поперечнике, окруженный со всех сторон водой;

3.14 ледяной покров: Любая форма образований поверхностного льда, покрывающего в холодное время года поверхность водоема или принесенного течениями и ветрами из соседних районов; среди форм ледяного покрова различают ровный лед, наслоенный лед, торосистое ледяное поле с грядами торосов, отдельные торосы и пр.;

3.15 ложбина волны: Часть волны, расположенная ниже средней волновой линии (рисунок 1);

3.16 луч волны: Линия, перпендикулярная фронту волны;

3.17 льдина: Цельная часть ледяного покрова сравнительно небольшого размера, образующаяся на водной поверхности при постепенном росте льда или от разрушения ледяных полей;

3.18 наслоенный лед: Тип деформированного льда, образовавшегося в результате наслоения одной льдины на другую и характерный для льда толщиной не более 30 см;

3.19 нерегулярные волны: Волны, элементы которых изменяются случайным образом;

3.20 парус тороса: Надводная часть тороса;

3.21 период волны: Интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль;

3.22 подвижка льда: Перемещение ледяного покрова на отдельных участках, происходящее под влиянием течения, ветра, подъема уровня воды;

3.23 подошва волны: Наинизшая точка ложбины волны;

3.24 прибойные волны: Ветровые волны на пологом прибрежном откосе (естественном или искусственном), в пределах которого вследствие трения частиц воды о дно происходит трансформация профиля волн с образованием переднего крутого склона; на завершающем этапе трансформации волн возможно обрушение их гребней в сторону берега (см. разбивающиеся волны);

3.25 профиль волны (главный): Линия пересечения взволнованной поверхности с вертикальной плоскостью в направлении луча волны (рисунок 1);

3.26 разбивающиеся волны: Ветровые волны, у которых при взаимодействии с обрывистым берегом, гидротехническими сооружениями, подводными преградами или круто наклоненным дном происходит трансформация профиля волн с обрушением гребня в сторону берега (преграды);

3.27 расчетные элементы волны: Элементы волны заданной обеспеченности в системе расчетного шторма, принятые в соответствии с классом и видом сооружения;

3.28 расчетный уровень: Уровень воды в водоеме, назначаемый с учетом сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона и сгона, приливов и отливов (рисунок 1);

3.29 расчетный шторм: Шторм повторяемостью один раз за заданный период времени (например, 25, 50 или 100 лет) и характеризующийся максимальными за этот период элементами волн; разным направлениям волн могут соответствовать различные расчетные штормы;

3.30 регулярные волны: Волны, высота и период которых остаются неизменными во времени;

3.31 рефракция волн: Искривление фронтов и изменение высот бегущих волн под воздействием течений или обусловленное изменением глубины на мелководье;

3.32 ровный лед: Лед, имеющий относительно ровные верхнюю и нижнюю поверхности;

3.33 скорость волны: Скорость перемещения гребня волны в данной точке;

3.34 соленость морского льда: Отношение суммарной массы ионов в образовавшемся при таянии льда растворе к массе этого раствора;

3.35 средняя волновая линия: Линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы (рисунок 1);

3.36 стоячие волны: Волны, видимая форма которых в пространстве не перемещается;

3.37 толщина ровного льда: Сумма толщин надводной и подводной частей ледяного покрова;

3.38 торос: Отдельное нагромождение кусков и обломков льда, образовавшегося при сжатии ледяных полей в зоне их контакта;

3.39 торосистое ледяное поле: Поле с грядами торосов, образовавшихся при сжатии ледяного покрова;

3.40 трансформация волн: изменение высоты и длины бегущих волн, искривление их фронтов под воздействием рельефа дна, препятствий, течений;

3.41 фронт волны: Линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня волны;

3.42 штормовой нагон и сгон: Повышение и понижение уровня воды в акватории относительно среднего уровня, вызванные воздействием ветра и уменьшением атмосферного давления в шторме;

3.43 элемент волны (основные): Высота, длина и период волны (рисунок 1).

 

4 Общие положения

 

4.1 В своде правил установлены нормативные значения нагрузок и воздействий от ветровых волн, льда и судов на гидротехнические сооружения.

Расчетная нагрузка должна определяться как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам , учитывающий возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную сторону от ее нормативного значения.

Значение коэффициента для нагрузок волновых, ледовых и от судов должно приниматься согласно требованиям, приведенным в СП 58.13330, для ветровых нагрузок - согласно требованиям СП 20.13330.

4.2 Расчетные элементы волн и ледовых условий на открытых и огражденных акваториях следует принимать на основе результатов инженерно-гидрометеорологических изысканий, многолетних натурных наблюдений и лабораторных исследований. Правила выполнения указанных изысканий приведены в [1], [2].

4.3 Нагрузки и воздействия волн и льда на сооружения I класса, а также на сооружения других классов при расчетной высоте волн более 5 м, полученные расчетными методами, необходимо уточнять на основе натурных и лабораторных исследований.

5 Нагрузки и воздействия волн на гидротехнические сооружения

 

Основные расчетные положения

 

5.1 Определение волновых нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения должно производиться для условий расчетного шторма при расчетных уровнях воды в акватории.

5.2 В качестве расчетного шторма следует принимать шторм повторяемостью для сооружений класса:

I - 1 раз в 100 лет;

II - 1 раз в 50 лет;

III и IV - 1 раз в 25 лет.

5.3 Параметры волнения при расчетном шторме: значения высоты, длины и периода волн различной обеспеченности в системе, а также спектральная плотность волнения - должны приниматься по результатам статистической обработки результатов инженерно-гидрометеорологических наблюдений.

При недостаточности данных инженерно-гидрометеорологических изысканий определение параметров волнения расчетного шторма можно производить на основании расчетных методов (приложение А) с последующей их верификацией (проверкой) по имеющимся данным наблюдений в конкретном месте изысканий. При отсутствии таких данных допустима верификация для акваторий со схожими условиями волнообразования.

Рекомендуется согласно [2] показывать соответствие используемых расчетных методов методам (моделям), принятым для таких же целей в международной практике.

5.4 При определении расчетных значений элементов волн на открытых и огражденных акваториях необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (ее значение и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубину воды.

5.5 Расчетные уровни воды и характеристики ветра необходимо определять по результатам статистической обработки данных многолетних рядов наблюдений.

5.6 Расчеты элементов волн должны производиться с учетом деления акватории на следующие зоны по глубине (буквенные обозначения - приложения А и С):

глубоководная - с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волн;

мелководная - с глубиной , где дно оказывает влияние на развитие волн и на основные их характеристики;

прибойная - с глубиной от до , в пределах которой начинается и завершается разрушение волн;

приурезовая - с глубиной менее , в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

Характеристики волнения, соответствующие расчетным обеспеченностям скорости ветра и уровня воды в акватории, должны определяться с учетом трансформации волн - изменения их параметров под воздействием течений и с выходом на мелководье, рефракции при сложном рельефе и негоризонтальном дне, дифракции на оградительных сооружениях, обрушения.

Определение параметров волнения должно производиться расчетно-теоретическими методами на основе современных программно-вычислительных комплексов или с использованием номограмм (приложение А) и имеющихся апробированных методов.

5.7 Расчетную обеспеченность высот волн в системе необходимо принимать:

 

при определении защищенности портовых акваторий

5%;

при определении наката волн

1%;

 

при определении устойчивости и прочности гидротехнических сооружений и их элементов по таблице 1.

Для сооружений I класса и для всех сооружений с периодом собственных колебаний более 2 с необходимо учитывать спектральные характеристики волнения (частотный спектр).

5.8 Максимальный расчетный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям сводов правил на проектируемые сооружения (объекты).

 

Таблица 1

 

Гидротехнические сооружения

Расчетная обеспеченность высот волн в системе, %, не более

Сооружения вертикального профиля, оградительные сооружения откосного профиля

1

Сквозные сооружения и обтекаемые преграды класса:

 

I

1

II

3

III, IV

5

Берегоукрепительные сооружения класса:

 

I, II

1

III, IV

5

Примечания

1 При определении нагрузок на сооружения необходимо принимать высоту волны заданной обеспеченности в системе и длину волны в диапазоне , при которой оказывается максимальное воздействие на сооружение; для сквозных конструкций следует определять максимальное воздействие волн при длине расчетной волны в пределах .

2 При назначении высотных отметок сквозных сооружений, возводимых на открытых акваториях, расчетную обеспеченность высот волн в системе допускается принимать 0,1% при надлежащем обосновании.

5.9 При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений I класса - 1%, II и III классов - 5%, IV класса - 10% по наивысшим годовым уровням, определенных с учетом приливно-отливных явлений, сезонных колебаний, ветрового и волнового нагонов.

Примечания

1 В безливных морях для подпорных гравитационных волнозащитных стен II класса и для искусственных пляжей без сооружений обеспеченность расчетных уровней следует принимать равной 1%.

2 В отдельных случаях при достаточном обосновании допускается при определении волнового воздействия выбирать расчетный уровень воды, исходя из условия максимального воздействия волн на элементы гидротехнических сооружений (например, при рассмотрении размывов основания вблизи сооружения и мероприятий по защите от размыва).

5.10 Высоты ветрового и волнового нагонов следует принимать по данным натурных наблюдений. Для сооружений III и IV классов высоты ветрового и волнового нагонов допускается определять расчетом (приложение Б).

5.11 При динамических расчетах и оценке усталостной прочности элементов конструкций гидротехнических сооружений следует учитывать спектральную плотность ветрового волнения, характеризующую его нерегулярность.

5.12 Воздействие шторма, в том числе в сочетании с течением, на дно акватории у основания гидротехнического сооружения должно оцениваться сравнением значений максимальной придонной скорости и неразмывающей (допускаемой) придонной скорости или соответствующих касательных напряжений, характеризующих грунт, слагающий дно, или материал, используемый для защиты дна от размыва и подмыва основания сооружения (приложение В).

Особенности расчета воздействия волн на сооружения различных типов

 

Нагрузки на вертикальные стены

 

5.13 Расчет сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории (рисунок 2) должен производиться при глубине до дна и глубине над бермой ; при этом в формулах для свободной волновой поверхности и волнового давления вместо глубины до дна , м, необходимо применять условную расчетную глубину d, м, определяемую по формуле

 

, (1)

 

где - глубина над подошвой сооружения, м;

- коэффициент, принимаемый по графикам рисунка 3;

h - высота исходной бегущей волны, м, принимаемая на основе гидродинамических (вероятностных) расчетов или по приложению А.

 

 

5.14 Горизонтальную волновую нагрузку на вертикальную стену под воздействием стоячей волны следует принимать по эпюрам волнового давления p по глубине при различном положении гребня и подошвы волны у стены.

Построение эпюр волнового давления p должно производиться по результатам экспериментальных исследований и/или гидродинамических расчетов. Допускается применение способа, приведенного в приложении Г.

5.15 В расчетах устойчивости сооружения и прочности грунтов основания следует учитывать уменьшение волновой нагрузки на секцию вертикальной стены при подходе фронта волны под углом , град. Коэффициент снижения нагрузки при этом принимается равным:

 

, град

< 45

60

75

1

0,9

0,7

5.16 В расчетах следует учитывать горизонтальную нагрузку от дифрагированных волн со стороны огражденной акватории (рисунок 4).

 

5.17 Взвешивающее волновое давление в горизонтальных швах массивной кладки и по подошве сооружения допускается принимать равным соответствующим значениям горизонтального волнового давления в крайних точках (рисунки 2 и 4) при линейном изменении его в пределах ширины сооружения.

5.18 Максимальную придонную скорость , м/с, от действия стоячих волн на расстоянии от передней грани стены следует определять по формуле

 

, (2)

 

где коэффициент , при ;

- волновое число.

Максимальное значение касательного напряжения на поверхности дна , кПа, от воздействия волн следует определять по формуле

 

, (3)

 

где - коэффициент трения; при ;

;

- период волны, с;

- плотность воды, т/м.

- суммарная гидравлическая шероховатость дна;

(, рекомендуется ) - шероховатость плоского (без русловых форм) дна, сложенного грунтом средней крупностью , м;

- шероховатость, обусловленная донными формами средней высотой , м, и средней длиной , м.

Среднее за период значение касательного напряжения на поверхности дна , кПа, от воздействия волн должно определяться по формуле

 

. (4)

 

Возможность размыва дна акватории у основания сооружений следует оценивать сравнением и/или с допускаемыми значениями этих величин, при которых грунт остается устойчивым. При превышении этих значений должны разрабатываться мероприятия, обеспечивающие защиту от размыва и подмыва основания сооружения (приложение В).

5.19 Расчет сооружений на воздействие разбивающихся волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине над бермой и глубине до дна (рисунок 5). Горизонтальную нагрузку , кН/м, от разбивающихся волн следует определять по эпюре бокового волнового давления, при построении которой значения р, кПа, для ординат z, м, следует принимать по формулам:

 

     , (5)

 

     , (6)

 

     . (7)

 

 

Вертикальную нагрузку , кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления и определять по формуле

 

, (8)

 

где - коэффициент, принимаемый равным ; при следует принимать ; при .

Максимальную придонную скорость воды , м/с, над поверхностью бермы перед вертикальной стеной при разбивающихся волнах следует определять по формуле

 

. (9)

5.20 Расчет сооружений на воздействие прибойных волн должен производиться при глубине на примыкающем к стене участке дна протяженностью не менее (рисунок 6). Возвышение вершины максимальной прибойной волны , м, над расчетным уровнем следует определять по формуле

 

, (10)

 

где - высота прибойной волны, м;

- критическая глубина, м.

Горизонтальную нагрузку , кН/м, от прибойных волн необходимо принимать по эпюре бокового волнового давления, при этом значение р, кПа, для ординат z, м, допускается определять по формулам:

 

     ; (11)

 

     ; (12)

 

     . (13)

 

где - средняя длина прибойной волны, м.

 

 

Вертикальную нагрузку , кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой ) и определять по формуле

 

. (14)

 

Максимальная придонная скорость прибойной волны , м/с, у основания вертикальной стены со стороны открытой акватории должна определяться по формуле

 

. (15)

5.21 Нагрузки от воздействия разбивающихся и прибойных волн на сооружения I и II классов следует уточнять на основе лабораторных исследований или гидродинамических расчетов.

Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля

 

5.22 При определении высоты наката волн на откос (рисунок 7) должны учитываться следующие факторы:

высота и длина расчетных волн;

шероховатость поверхности откоса;

фильтрационные свойства материала, образующего откос;

направление и скорость ветра;

глубина воды в акватории перед сооружением;

угол подхода фронта волны к линии уреза воды на откосе.

Расчет высоты наката на откос может производиться методами, приведенными в приложении Д.

Деформируемость за время расчетного шторма пляжных откосов следует оценивать по данным натурных наблюдений (в том числе, на аналогах) и гидравлического моделирования в сочетании с апробированными расчетными методами.

5.23 Волновое давление на защитное плитное крепление откоса должно определяться на основании результатов физического и/или математического моделирования.

Для крепления из бетонных и железобетонных плит при предварительных расчетах допускается определять волновое давление расчетом по зависимостям приложения Д.

 

5.24 При креплении откоса рваным камнем, обыкновенными и фасонными бетонными или железобетонными блоками расчетную массу отдельного элемента можно определять по зависимостям приложения В.

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

 

5.25 Нагрузки от волн на обтекаемые преграды должны определяться для сооружений I и II классов на основе экспериментальных исследований и/или решения гидродинамической задачи обтекания преграды волновым потоком.

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения должны определяться как сумма скоростного и инерционного компонентов, обусловленных соответственно локальными значениями скорости и ускорения волнового движения жидкости.

Динамический эффект от воздействия нерегулярных волн следует учитывать только в тех случаях, когда период собственных колебаний сооружения соизмерим со средним периодом набегающих волн.

5.26 Максимальную силу воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду (рисунок 8, а) следует определять из ряда значений, получаемых при различных удалениях вершины волны от преграды.

5.27 Максимальные значения нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду, расположенную на некотором удалении от дна акватории или лежащую на дне (рисунок 8, б), должны определяться также при различных удалениях вершины волны от преграды для двух случаев:

максимальной горизонтальной составляющей нагрузки при соответствующем значении вертикальной составляющей нагрузки ;

максимальной вертикальной составляющей нагрузки при соответствующем значении горизонтальной составляющей нагрузки .

 

5.28 Расчет сквозных сооружений или отдельно расположенных обтекаемых преград на нагрузки от волн должен производиться, как правило, с учетом шероховатости их поверхности.

5.29 При выполнении расчетов допускается использование формул, графиков и таблиц, помещенных в приложении Е, основанных на аналитическом решении в третьем приближении задачи о бегущих потенциальных волнах и дополненных данными экспериментальных исследований.

5.30 Максимальную придонную скорость , м/с, в точках, расположенных на контуре преграды (° и 270°) и впереди преграды на расстоянии от контура преграды (°), следует определять по формуле

 

, (16)

 

где коэффициент принимается по таблице 3.

 

Таблица 3

 

Положение расчетных точек

Значения коэффициента при

0,2

0,3

0,4

На контуре преграды

0,98

0,87

0,77

Впереди преграды

0,67

0,75

0,75

Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения

 

5.31 Максимальные значения горизонтальной , кН/м, и вертикальных и , кН/м, проекций равнодействующей нагрузки от волн на подводный волнолом необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 9). При этом p, кПа, должно определяться в зависимости от z с учетом уклона дна i по формулам, приведенным в таблице 4.

 

Таблица 4

 

Ордината z, м, эпюры давления

Формула для определения ординаты z, м

Формула для определения давления p, кПа

Условия применимости формулы

(верх подводного волнолома)

 

(подошва волны)

 

 

(дно акватории перед волноломом)

 

;

 

 

(поверхность воды за волноломом)

 

 

(гребень волны перед волноломом)

 

 

 

5.32 Максимальную придонную скорость , м/с, перед берегоукрепительным сооружением в виде вертикальной или крутонаклонной стены следует определять по зависимости (2).

Для сооружения в виде подводного волнолома при определении по формуле (2) коэффициент должен быть принят равным ; при следует принимать .

Максимальную придонную скорость воды , м/с, перед берегоукрепительным сооружением при разбивающихся и прибойных волнах надлежит определять соответственно по формулам (9) и (15).

5.33 Максимальные значения горизонтальной , кН/м, и вертикальных и , кН/м, проекций равнодействующей нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную волнозащитную стену (при отсутствии засыпки грунта со стороны берега) необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рисунок 10). При этом значения p, кПа, и , м, должны определяться в зависимости от места расположения сооружения:

а) при расположении сооружения в створе последнего обрушения прибойных волн (рисунок 10, а) по формулам:

 

; (17)

 

; (18)

 

б) при расположении сооружения в приурезовой зоне (рисунок 10, б) по формулам:

 

; (19)

 

; (20)

 

в) при расположении сооружения на берегу за линией уреза в пределах наката волн (рисунок 10, в) по формулам:

 

; (21)

 

; (22)

 

где - превышение гребня волны над расчетным уровнем в створе волнозащитной стены, м;

- высота разбивающихся волн, м;

- расстояние от створа последнего обрушения волн до линии уреза (приурезовая зона), м;

- расстояние от створа последнего обрушения волн до сооружения, м;

- расстояние от линии уреза воды до сооружения, м;

- расстояние от линии уреза воды до условной границы наката на берег разбивающихся волн (при отсутствии сооружения), м, определяемое по формуле

 

; (23)

 

- высота наката волн на берег, м, определяемая по 5.22.

Примечания

1 Если ордината верха сооружения , м, то значения волнового давления, определяемые по формулам (17), (18) и (21), необходимо умножать на коэффициент , принимаемый по таблице 5.

2 Нагрузки от прибойных волн на волнозащитные стены при расположении их в прибойной зоне следует определять согласно 5.20.

 

Таблица 5

 

Ордината верха сооружения , м

-0,3h

0,0

+0,3h

+0,65h

Коэффициент

0,95

0,85

0,8

0,5

 

5.34 Максимальные значения горизонтальной , кН/м, и вертикальной , кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разрушившихся волн на вертикальную волнозащитную стену (с засыпкой грунта со стороны берега) при откате волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рисунок 11); при этом значение , кПа, должно определяться по формуле

 

, (24)

 

где - понижение поверхности воды от расчетного уровня перед вертикальной стеной при откате волны, м, принимаемое в зависимости от расстояния от линии уреза воды до сооружения равным: при и при .

5.35 Волновое давление р, кПа, на криволинейный участок стены необходимо принимать по эпюре волнового давления на вертикальную стену согласно 5.33 с ориентированием этой эпюры по нормали к криволинейной поверхности (рисунок 12).

5.36 Максимальные значения горизонтальных , , кН, и вертикальной , кН, проекций равнодействующей нагрузки от волн на элемент буны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 13). При этом значения волнового давления на внешнюю , кПа, и теневую , кПа, грани буны и соответствующие возвышения гребня волны , м, и , м, должны определяться по формулам:

 

, (25)

 

, , (26)

 

где - коэффициент, принимаемый по таблице 6, в зависимости от угла подхода фронта волны к буне.

 

 

 

 

Таблица 6

 

Грань буны

Коэффициент при значении

0,03 и менее

0,05

0,1

0,2 и более

Внешняя (int)

-

1

0,75

0,65

0,6

Теневая (ext)

0

1

0,75

0,65

0,6

0,2

0,45

0,45

0,45

0,45

0,5

0,18

0,22

0,3

0,35

1

0

0

0

0

Воздействие судовых волн на крепления берегов каналов

 

5.37 Значения высоты , м, и длины , м, волн, возникающих при движении водоизмещающих судов, следует определять по формулам:

 

, (27)

 

, (28)

 

где и - осадка и длина судна, м;

V - скорость судна, м/с;

- коэффициент полноты водоизмещения судна.

Примечание - При определении параметров волны, возникающей при движении водоизмещающих судов в водотоках (реках, каналах), следует учитывать, что скорость судна V, м/с, не должна превышать допускаемое значение , м/с, определенное нормативными актами для рассматриваемого водного пути. При отсутствии нормативных данных допускается определять по формуле

 

, (29)

 

где - отношение подводной площади поперечного сечения судна к площади живого сечения канала A, ;

b - ширина канала, м, по урезу воды.

При двухстороннем движении однотипных судов численное значение в формуле (29) следует принимать увеличенным вдвое.

5.38 Высоту наката , м, судовой волны на откос (рисунок 14) следует определять по формуле ():

 

, (30)

 

где - коэффициент, принимаемый для откосов, облицованных сплошными плитами, равным 1,4, каменным мощением - 1,0 и каменной наброской - 0,8.

 

5.39 Максимальное значение нагрузки от судовой волны на крепления берегов каналов P, кН/м, должно приниматься по эпюрам волнового давления, при построении которых рекомендуется использовать приемы, приведенные в приложении Ж.

6 Нагрузки от судов (плавучих объектов) на гидротехнические сооружения

 

6.1 При расчете гидротехнических сооружений на нагрузки от судов (плавучих объектов) необходимо определять:

нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты;

нагрузки от навала пришвартованного судна на причальное сооружение при действии ветра, течения и волн;

нагрузки от навала судна при его подходе к портовому причальному сооружению;

нагрузки от натяжения швартовов при действии на судно ветра, течения и волн.

Расчетные повторяемости внешних воздействий на акватории порта должны приниматься в зависимости от продолжительности стоянки судов и обусловленного ими типа швартовной системы (таблица 7).

Нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты

 

6.2 Расчетные значения поперечной , кН, и продольной , кН, составляющих силы воздействия ветра на плавучие объекты следует определять по формулам:

для судов и плавучих причалов с ошвартованными судами

 

, (31)

 

, (32)

 

для плавучих доков

 

, (33)

 

, (34)

 

где и - соответственно боковая и лобовая надводные площади парусности (силуэтов) плавучих объектов, ;

и - соответственно поперечная и продольная составляющие анемометрической скорости ветра , м/с, принимаемые в соответствии с таблицей 7;

- коэффициент, зависящий от наибольшего горизонтального размера , м, поперечного или продольного силуэтов надводной части плавучего объекта; принимается по таблице 8; при длительной стоянке судов у причала (группы 3 и 4 таблицы 7) коэффициент ;

- коэффициент надежности по ветровой нагрузке, принимаемый по СП 20.13330.

Примечание - Площади парусности следует определять с учетом площадей экранирующих преград, расположенных с наветренной стороны (приложение И).

Таблица 7

 

Тип

Группа

Условия эксплуатации швартовно-отбойных систем

Наименование внешних воздействий

Ветер

Течение

Волнение

Колебания уровня моря

1

2

 

4

5

6

7

Длительно эксплуатируемые швартовно-отбойные системы стационарных и плавучих причалов морских портов

1

Проведение различных технологических операций по обслуживанию (снабжению) судна у погрузочных, топливных причалов и т.п. Стоянка допускается только в благоприятных погодных условиях. При прогнозе ухудшения погоды судно отходит от причала

Исходя из технических возможностей конкретного судна и причала, но не менее 1 раза в год (анемометрическая скорость ветра не менее 10 м/с)

Средние значения между сизигийными и квадратурными, полными и малыми водами заданной повторяемости*(3)

2

Стоянка судна в штормовых условиях у специализированных (погрузочных, топливных и т.п.) и стояночных причалов

1 раз в 50 лет*(1) при анемометрической скорости ветра не более 25 м/с

1 раз в 50 лет*(1)

1 раз в год

Средние значения между сизигийной и квадратурной полной и сизигийная, малая вода заданной повторяемости*(3)

3

Разовая непрерывная стоянка судна у причала до 3-х месяцев без возможности отвода от причала

1 раз в 10 лет

1 раз в 10 лет

1 раз в 10 лет

Средние значения между сизигийными и квадратурными, полными и малыми водами заданной повторяемости*(3)

4

Многократные стоянки судов у причалов, судостроительных и судоремонтных заводов и т.п. до 3-х месяцев, либо непрерывная стоянка у причала до 1-2 лет без возможности отвода от причала

1 раз в 50 лет*(1)

1 раз в 50 лет*(1)

1 раз в 50 лет*(1)

Сизигийные полная и малая вода заданной повторяемости*(3)

5

Непрерывная стоянка плавучего объекта более 2-х лет без возможности отвода с места стоянки (корабли-музеи, плавучие теплоэлектростанции, в том числе атомные, плавучие доки и т.п.)

1 раз в 100 лет*(1)

1 раз в 100 лет*(1)

1 раз в 100 лет*(1)

Сизигийные полная и малая вода заданной повторяемости*(3)

Кратковременно эксплуатируемые швартовно-отбойные системы при проведении морских операций

6

Проведение морских операций, ограниченных по погодным условиям: длительностью до 3-х суток; длительностью более 3-х суток при обеспечении возможности их прерывания и отвода судов и плавучих объектов в защищенное место

Исходя из технических возможностей судов, плавучих объектов и оборудования, используемых при проведении морской операции, но не менее 1 раза в год (анемометрическая скорость ветра не менее 10 м/с)

Средние значения между сизигийными и квадратурными, полными и малыми водами заданной повторяемости*(4)

7

Проведение морских операций, не ограниченных по погодным условиям, при длительности операции до 1 месяца без возможности прерывания операции и отвода судов в защищенное место

1 раз в 5-10 лет*(2)

1 раз в 5-10 лет*(2)

1 раз в 5-10 лет*(2)

Средние значения между сизигийными и квадратурными, полными и малыми водами заданной повторяемости*(4)

8

Проведение морских операций, не ограниченных по погодным условиям при длительности операций свыше 1 мес

1 раз в 50 лет*(1)

1 раз в 50 лет*(1)

1 раз в 50 лет*(1)

Средние значения между сизигийными и квадратурными, полными и малыми водами заданной повторяемости*(4)

*(1) При соответствующем обосновании расчетная повторяемость внешних воздействий может приниматься в соответствии с расчетным периодом повторяемости для причального сооружения заданного класса капитальности, например, для причальных сооружений III-IV классов капитальности допускается принимать расчетную повторяемость внешних воздействий 1 раз в 25 лет.

*(2) Меньшее значение повторяемости внешних воздействий (1 раз в 5 лет) рекомендуется принимать при проведении морской операции на открытых акваториях на удалении от других объектов, а большее (1 раз в 10 лет) - при проведении морской операции поблизости от других сооружений.

*(3) При расчете длительно эксплуатируемых швартовно-отбойных систем повторяемость расчетных уровней воды рекомендуется принимать в соответствии с классом капитальности причального сооружения: для сооружений I класса - 1 раз в 100 лет; для сооружений II и III капитальности - 1 раз в 20 лет; для сооружений IV класса капитальности - 1 раз в 10 лет.

*(4) При расчете кратковременно эксплуатируемых швартовно-отбойных систем по группе 6 повторяемость расчетных уровней воды рекомендуется принимать не менее 1 раза в год, для швартовно-отбойных систем по группе 7 - 1 раз в 5-10 лет в зависимости от стесненности акватории и удаленности места проведения морской операции от других сооружений, а для швартовно-отбойных устройств по группе 8 - 1 раз в 10 лет.

Таблица 8

 

Наибольший размер силуэта плавучего объекта , м

До 25

50

100

200 и более

Коэффициент

1

0,8

0,65

0,5

6.3 Расчетные значения поперечной , кН, и продольной , кН, составляющих силы от воздействия течения на плавучие объекты следует определять по формулам:

 

, (35)

 

, (36)

 

где и - соответственно боковая и лобовая подводные площади парусности плавучих объектов, ;

, - обобщающие коэффициенты продольной и поперечной силы воздействия течения, определяемые с учетом соотношения осадки плавучего объекта и глубины воды (приложение К).

и - поперечная и продольная составляющие скорости течения, м/с, принимаемые в соответствии с таблицей 7.

6.4 Расчетные максимальные значения поперечной Q, кН, и продольной N, кН, горизонтальных сил от воздействия волн на плавучие объекты следует определять по формулам:

 

, (37)

 

, (38)

 

где - коэффициент, зависящий от осадки , м, плавучего объекта; принимается по графику на рисунке 15;

- коэффициент, принимаемый по таблице 9, в которой - наибольший горизонтальный размер продольного силуэта подводной части плавучего объекта, м;

h - высота волны обеспеченностью 5% в системе, м;

и - обозначения те же, что и в 6.3.

 

 

Примечание - Период изменения волновой нагрузки следует принимать равным среднему периоду волн.

 

Таблица 9

 

0,5 и менее

1

2

3

4 и более

Коэффициент

1

0,73

0,5

0,42

0,4

6.5 При расчете гидротехнических сооружений на действие нагрузок, передающихся от плавучих объектов на палы, корневые части причалов и анкерные опоры (для принятого количества, калибра и длины связей, значения натяжения связей в первоначальном состоянии, массы подвесных грузов и места их закрепления), необходимо определять:

горизонтальные и вертикальные нагрузки на сооружения и анкерные опоры;

наибольшие усилия в связях;

перемещения плавучих объектов.

Примечание - На морях с приливами и отливами определение усилий в элементах раскрепления следует производить при самом высоком и самом низком уровнях воды.

6.6 Нагрузки на анкерные опоры, усилия в связях и перемещения плавучих объектов необходимо определять с учетом динамики действия волн, при этом соотношения периодов свободных и вынужденных колебаний плавучих объектов должны приниматься из условия недопущения резонансных явлений.

Нагрузки от навала пришвартованного судна на сооружение

 

6.7 Нагрузку от навала пришвартованного судна на сооружение q, кН/м, под действием ветра, течения и волн, высота которых превышает допускаемые при швартовке значения по таблице 10, следует определять по формуле

 

, (39)

 

где - поперечная сила от суммарного воздействия ветра, течения и волн, кН, определяемая согласно 5.2-5.4, 5.6;

- длина участка контакта судна с сооружением, м, принимаемая в зависимости от соотношения длины причала L, м, и длины прямолинейной части борта судна (или обноса) /, м, соответственно:

при ,

при L<l .

Примечание - Для причального фронта, образованного несколькими опорами или палами, распределение нагрузки от пришвартованного судна следует принимать только на те из них, которые располагаются в пределах прямолинейной части борта судна.

 

Таблица 10

 

Угол подхода фронта волн к диаметральной плоскости судна , град

Высоты волн , м, допускаемые при швартовке судна с расчетным водоизмещением W, тыс. т

до 2

5

10

20

40

100

200 и более

До 45

0,6

0,7

0,9

1,1

1,2

1,5

1,8

90

0,9

1,2

1,5

1,8

2

2,5

3,2

 

Для определения волновой составляющей нагрузки на причальное сооружение от пришвартованного судна целесообразно использование методики, учитывающей динамический характер волнового воздействия и справедливой во всем диапазоне высот волн без ограничения его допускаемыми значениями (приложение Л).

Нагрузки от навала судна при подходе к сооружению

 

6.8 Кинетическую энергию навала судна , кДж, при подходе его к портовому причальному сооружению следует определять по формуле

 

, (40)

 

где W - расчетное водоизмещение (масса) судна, т;

- нормальная (к поверхности сооружения) составляющая скорости подхода судна, м/с;

- коэффициент, учитывающий условия швартовки и конструкцию причальных сооружений.

Значения нормальной составляющей скорости подхода и коэффициента рекомендуется назначать, используя справочные данные приложения М.

6.9 Поперечную горизонтальную силу , кН, от навала судна при подходе к сооружению следует определять для заданного значения энергии навала судна , кДж, по графикам, полученным согласно схеме рисунка 16, следуя по направлению штриховой линии со стрелками.

Суммарная энергия деформации , кДж, должна включать энергию деформации отбойных устройств , кДж, и энергию деформации причального сооружения , кДж; при величину допускается не учитывать.

Энергию деформации причального сооружения , кДж, следует определять по формуле

 

, (41)

 

где - коэффициент жесткости причального сооружения в горизонтальном поперечном направлении, кН/м.

Продольная сила , кН, от навала судна при подходе к сооружению должна определяться по формуле

 

, (42)

 

где - коэффициент трения, принимаемый в зависимости от материала лицевой поверхности отбойного устройства: при поверхности из бетона или резины ; при деревянной поверхности ; при полиэтиленовых брусьях .

6.10 Допускаемое значение нормальной к поверхности сооружения составляющей скорости подхода судна , м/с, следует определять по формуле

 

, (43)

 

где - энергия навала, кДж, принимаемая по графикам, полученным согласно схеме рисунка 16 для случая наименьшей допускаемой силы на причальное сооружение (или на борт судна);

W и - обозначения те же, что и в 6.8.

Следует учитывать, что ограничение скорости подхода к сооружению может быть обусловлено размывающим воздействием на донные отложения и/или крепление дна акватории вблизи сооружения, оказываемым потоком, возникающим за счет работы движителей судна.

 

Нагрузки на сооружения от натяжения швартовов

 

6.11 Нагрузки от натяжения швартовов должны определяться с учетом распределения на швартовные тумбы (или рымы) поперечной составляющей суммарной силы , кН, от действия на одно расчетное судно ветра и течения. Значения , кН, принимаются согласно 6.2, 6.3.

Воспринимаемую одной тумбой (или рымом) силу S, кН, на уровне козырька (рисунок 17) от всех судов, швартовы которых заведены за тумбу, а также ее поперечную , кН, продольную , кН, и вертикальную , кН, проекции следует определять по формулам:

 

, (44)

 

, (45)

 

, (46)

 

, (47)

 

где n - число работающих тумб, принимаемое по таблице 11;

, - углы наклона швартова, град, принимаемые по таблице 12.

 

 

Таблица 11

 

Наибольшая длина судна , м

50 и менее

150

250

300 и более

Наибольшее расстояние между тумбами , м

20

25

30

30

Число работающих тумб n

2

4

6

8

 

Таблица 12

 

Суда

Положения тумб на причальном сооружении

Углы наклона швартова, град

судно в грузу

судно порожнее

Морские

На кордоне

30

20

40

В тылу

40

10

20

Речные пассажирские и грузопассажирские

На кордоне

45

0

0

Речные грузовые

То же

30

0

0

Примечание - При расположении швартовных тумб на отдельно стоящих фундаментах значение угла следует принимать равным 30°.

 

Значение силы натяжения швартова S, кН, для судов речного флота должно приниматься по таблице 13.

 

Таблица 13

 

Расчетное водоизмещение судна в грузу D, тыс. т

Сила от натяжения швартова S, кН, для судов

пассажирских, грузопассажирских, технического флота со сплошной надстройкой

грузовых и технического флота без сплошной надстройки

0,1 и менее

50

30

0,11-0,5

100

50

0,51-1

145

100

1,1-2

195

125

2,1-3

245

145

3,1-5

-

195

5,1-10

-

245

Более 10

-

295

 

Силу, передаваемую на каждую концевую тумбу носовыми или кормовыми продольными швартовами, для морских судов с расчетным водоизмещением более 50 тыс. т следует принимать равной продольной составляющей суммарной силы , кН, от действия ветра и течения на пришвартованное судно, определенной согласно требованиям 6.2-6.4.

Примечание - Более точное определение усилий в швартовых с учетом конкретной схемы швартовки судна может быть выполнено по формулам приложения Н.

6.12 Для специализированных причалов морских портов, состоящих из технологической площадки и отдельно стоящих палов, значения суммарных сил , от действия ветра, течения и волнения, определенные согласно 6.2-6.4, должны распределяться между группами швартовных канатов следующим образом:

а) на носовые, кормовые продольные и прижимные канаты - по , кН;

б) на шпринги - по , кН.

Если каждая группа швартовов заводится на несколько палов, то распределение усилий между ними допускается принимать равномерным. Значения углов и (см. рисунок 17) и число работающих тумб следует устанавливать по расположению швартовных палов.

7 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения

 

Основные расчетные положения

 

7.1 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения должны определяться на основе статистических данных о гидрометеорологических и ледовых условиях в районе расположения сооружения, исходя из их ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемых в зависимости от класса сооружений по таблице 14. Нагрузки ото льда на сооружения определяются на период ледовых воздействий.

 

Таблица 14

 

Класс сооружения

I, II

III, IV

Ежегодная вероятность превышения (обеспеченность) p, %

0,1

1,0

7.2 В число исходных данных по расчету ледовых нагрузок входят:

характеристики геометрических размеров и форм рельефа ледяного покрова;

толщина льда;

перепады температур, необходимые при расчете нагрузки от температурного расширения;

максимальная и минимальная скорости подхода льда к сооружению;

температура воздуха, необходимая для расчета прочности льда; скорость ветра и пр.

7.3 Исходные данные для расчета ледовых нагрузок следует назначать путем статистической обработки материалов натурных наблюдений в соответствии c ежегодной вероятностью превышения по классу сооружений.

При отсутствии материалов натурных наблюдений ледовых условий за исходные данные принимаются значения параметров, полученные расчетом по гидрометеорологическим условиям местности, соответствующим заданной ежегодной вероятности превышения.

7.4 Прочностные характеристики ледяного покрова: пределы прочности льда при сжатии и изгибе , МПа, следует вычислять по формулам:

 

, (48)

 

, (49)

 

где N - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле, при этом ;

- значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в i-м слое при температуре ;

- доверительная граница случайной погрешности определений , МПа, определяемая методами математической статистики;

и - значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре и доверительная граница случайной погрешности определений , МПа, определяемые так же, как и ;

- температура льда на границе лед-вода (температура замерзания), равная для пресной воды 0°С, а для соленой воды определяемая по формуле

 

,

 

где - соленость воды, .

7.5 Нормативное значение определяется с учетом температуры в i-м слое как среднее арифметическое значение прочности льда в соответствии с методикой испытания льда на одноосное сжатие согласно рекомендуемому приложению П.

Распределение температуры по толщине льда и определение ее значения в i-м слое принимается по натурным данным или при их отсутствии на основе решения задачи теплопроводности при стационарном режиме по температуре воздуха, скорости ветра, действующим течениям соответствующей ежегодной вероятности превышения c учетом класса сооружений.

При отсутствии опытных данных значение допускается принимать по таблицам 15 и 16.

Значение доверительной вероятности величин и при расчетах ледовых нагрузок принимается равным 0,99 для сооружений I класса и 0,95 - для сооружений II и III классов.

7.6 При рассмотрении прочности льда в условиях первой подвижки речного ледяного покрова значения и , определенные по формулам (48) и (49), допускается уменьшать путем умножения их на коэффициент, принимаемый:

для рек бассейна Среднего и Верхнего Амура и юга Забайкалья - 0,45;

для рек бассейна Нижнего Амура, Средней Лены, Енисея до Енисейска, Оби до Октябрьского и севера европейской части России - 0,5;

для рек бассейна Верхнего Днепра, Верхней Волги, Камы и Тобола, низовья Дона, Волги, Урала и Оби, междуречья Оби и Енисея, Верхней Лены, Алдана и крайнего северо-востока России - 0,64;

для нижних течений Енисея и Лены и рек их междуречья, рек бассейна Алтая - 0,83;

для рек центра, северо-запада и юго-востока европейской части России - 0,83.

 

Таблица 15

 

Тип кристаллической структуры пресноводного льда

Доверительная вероятность,

Температура льда в i-м слое ледяного поля , °С

0

-3

-15

-30

Значения , МПа

Зернистый (снежный)

 

1,2

3,1

4,8

5,8

0,95

0,1

0,2

0,3

0,4

0,99

0,1

0,3

0,4

0,6

Призматический (столбчатый)

 

1,5

3,5

5,3

6,5

0,95

0,2

0,3

0,4

0,5

0,99

0,3

0,4

0,6

0,7

Волокнистый (шестовато-игольчатый)

 

0,8

2,0

3,2

3,8

0,95

0,1

0,2

0,3

0,4

0,99

0,1

0,3

0,4

0,6

Примечание - В период весеннего ледохода при переходе температуры воздуха через ноль допускается принимать температуру льда равной нулю при толщине льда: 0,5 м - через 1 сутки; 1 м - через 5 суток; 1,5 м - через 11 суток; 2 м - через 19 суток.

 

Таблица 16

 

Тип кристаллической структуры морского льда

Доверительная вероятность,

Количество жидкой фазы в i-м слое ледяного поля, , г/кг

200

100

50

25

10

1

Значения , МПа

Зернистый

 

0,8

1,0

1,6

3,4

6,0

8,4

0,95

0,2

0,2

0,2

0,4

0,5

0,5

0,99

0,3

0,3

0,3

0,6

0,7

0,7

Волокнистый

 

0,3

0,4

0,7

1,9

3,9

6,0

0,95

0,1

0,1

0,1

0,2

0,4

0,5

0,99

0,1

0,1

0,1

0,3

0,6

0,7

Примечание - Количество жидкой фазы в i-м слое ледяного поля, , г/кг, определяется по формулам:

 

, °C;

 

, °C;

 

, °C.

7.7 Строение ледяного поля (речного и морского) определяется по данным кристаллографического исследования; при их отсутствии допускается принимать, что:

ледяной покров открытых озер, водохранилищ и крупных рек состоит из зернистого и призматического льдов;

ледяной покров морей и устьевых участков рек, впадающих в моря, состоит из зернистого и волокнистого льдов.

Толщина слоя зернистого льда, располагающегося в верхней части ледяного покрова, относится к толщине слоя призматического или волокнистого льда как 1:3.

Нагрузки на сооружения от полей ровного льда

 

7.8 Нагрузку от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо определять: на отдельно стоящую опору (рисунок 18) с передней гранью в виде треугольника, многогранника или цилиндрического очертания , МН, по формуле

 

, (50)

 

а секцию протяженного сооружения (рисунок 19) , МН, по формуле

 

, (51)

 

где V - скорость движения ледяного поля, м/с. Для водохранилищ и морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3%-му значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения;

- толщина ровного льда;

m - коэффициент формы опоры в плане, принимаемый по таблице 17;

А - максимальная площадь ледяного поля (или суммарная площадь нескольких ледяных полей, оказывающих давление друг на друга), , которая может воздействовать на рассчитываемый элемент сооружения, определяемая по натурным наблюдениям или принимаемая в зависимости от поперечных размеров пролета сооружения как , (где l - пролет сооружения);

- коэффициент, принимаемый по таблице 18;

- коэффициент, принимаемый по таблице 19;

- половина угла заострения передней грани опоры в плане на уровне действия льда, град; для опоры в виде многогранника или полуциркульного очертания необходимо принимать ;

- обозначение то же, что и в 6.4;

- плотность воды, .

 

 

 

Таблица 17

 

Коэффициент формы передней грани опоры в плане

Для опоры с передней гранью в виде

треугольника с углом заострения в плане , град

многогранника или полуциркульного очертания

прямоугольника

45

60

75

90

120

m

0,41

0,47

0,52

0,58

0,71

0,83

1

Примечание - В случае подвижки смерзшегося с опорой ледяного поля для опоры с передней гранью в виде треугольника и прямоугольника принимается m = 1 для опор с передней гранью в виде многогранника или полуциркульного очертания m = 1,26.

 

Таблица 18

 

Значение

0,3 и менее

1

3

10

15

25

50 и более

Коэффициент

5,5

3,3

2,2

1,3

1,1

1,0

0,5

b - ширина опоры по фронту на уровне действия льда, м.

 

Таблица 19

 

Значение ,

и менее

и более

Коэффициент

0,1

0,9

1,0

0,8

0,5

0,3

- эффективная скорость деформации льда в зоне его взаимодействия с опорой, , определяемая по формуле

 

,

 

где - коэффициент, принимаемый при (или ) , равным 4, а при (или ) равным 2; при (или ) коэффициент определяется линейной интерполяцией между значениями 4 и 2.

 

Максимальная скорость, учитывающая скорость приложения нагрузки с которой начинается зона хрупкого разрушения, составляет 0,15 м/с, минимальная - 0,01 м/с. При этом, нагрузка , определенная по формуле (50), не может быть больше нагрузки МН, определяемой по формуле

 

, (52)

 

а нагрузка , определенная по формуле (51), не может быть больше нагрузки , МН, определяемой по формуле

 

, (53)

 

где k - коэффициент, принимаемый по таблице 20;

- ширина секции протяженного сооружения по фронту на уровне действия льда, м.

Нагрузку от воздействия ледяного поля на опору с передней гранью в виде прямоугольника следует определять по формуле (52).

 

Таблица 20

 

Значение (или )

0,3 и менее

1

3

10

20

25 и более

Коэффициент k (или )

1

0,9

0,8

0,6

0,5

0,4

7.9 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на отдельно стоящую коническую опору или конический ледорез полуциркульного очертания (рисунок 20) при отсутствии смерзания со льдом необходимо определять по формулам:

а) горизонтальную составляющую нагрузки , МН,

 

, (54)

 

б) вертикальную составляющую нагрузки , МН,

 

, (55)

 

где , - коэффициенты, принимаемые по таблице 21;

, , , - коэффициенты, принимаемые по таблице 22;

- плотность воды, ;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 ;

d - диаметр конуса по ватерлинии, м;

- верхний диаметр конуса, м;

- угол наклона образующей конуса (передней грани сооружения откосного профиля) к горизонту, град;

, и b - обозначения те же, что в 7.4 и 7.8.

 

Таблица 21

 

Значение

0,1

0,5

1

5

10

25

50

100

Коэффициенты:

 

 

 

 

 

 

 

 

1,6

1,6

1,7

1,9

2,1

2,5

2,9

3,5

0,31

0,24

0,21

0,11

0,08

0,05

0,02

0,02

 

Таблица 22

 

Значение , град

20

30

40

50

60

70

Коэффициенты:

 

 

 

 

 

 

0,25

0,27

0,31

0,36

0,46

0,67

0,7

0,9

1,3

1,8

2,6

5,3

2,2

1,6

1,1

0,8

0,5

0,3

0,041

0,042

0,039

0,034

0,026

0,017

Примечание - Данные этой таблицы соответствуют коэффициенту трения между льдом и сооружением, равному 0,15.

 

 

На секцию откосного профиля или отдельно стоящую опору прямоугольного сечения с наклонной передней гранью (рисунок 21) нагрузка от воздействия движущегося ледяного поля следует определять по формулам:

а) горизонтальную составляющую нагрузки , МН,

 

, (56)

 

б) вертикальную составляющую нагрузки , МН

 

, (57)

 

где - коэффициент, принимаемый по таблице 23;

- коэффициент, принимаемый по таблице 24;

- коэффициент, принимаемый по таблице 25;

, , - коэффициент, принимаемый по таблице 26;

- коэффициент, принимаемый по таблице 27;

f - коэффициент трения.

Коэффициенты , и принимаются в зависимости от высоты , м, надводного скопления обломков льда у откоса или передней грани сооружения. Значение определяется по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии по зависимости

 

,

 

при этом не может быть больше возвышения гребня сооружения над уровнем воды.

 

Таблица 23

 

, град

30

40

50

60

70

1,0

1,5

2,0

2,5

2,5

 

Таблица 24

 

, м

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

Коэффициент

0,039

0,48

0,062

0,073

0,83

 

Таблица 25

 

, м

Значения , МН/м, при , град

30

40

50

60

70

0,5

0,044

0,058

0,143

0,316

0,746

1,0

0,089

0,178

0,319

0,642

1,463

2,0

0,238

0,484

0,746

1,394

3,076

3,0

0,499

0,847

1,213

2,157

4,635

4,0

0,622

1,303

1,790

3,084

6,510

 

Таблица 26

 

, град

30

40

50

60

70

1,92

2,01

2,09

2,17

2,22

1,19

2,68

4,70

12,20

60,0

2,07

1,35

0,75

0,41

0,24

 

Таблица 27

 

, м

Значения , МН/м, при , град

30

40

50

60

70

0,5

0,018

0,056

0,095

0,138

0,186

1,0

0,157

0,172

0,211

0,281

0,365

2,0

0,426

0,444

0,485

0,607

0,767

3,0

0,721

0,740

0,773

0,933

0,155

4,0

1,080

1,099

1,122

1,327

1,620

 

В случае подвижки смерзшегося с коническим сооружением ледяного поля горизонтальная составляющая нагрузки , МН, определяется как на цилиндрическую опору с расчетной шириной b равной диаметру конуса на уровне действия льда, по формуле

 

, (58)

 

где - коэффициент, принимаемый по таблице 28;

- обозначение то же, что в 7.8.

Вертикальная составляющая нагрузки в этом случае отсутствует.

 

Таблица 28

 

Угол наклона образующий концы , град

45

60

75

90

Коэффициент

0,60

0,79

0,92

1,00

 

7.10 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн, , МН (рисунок 22) необходимо определять по формуле

 

, (59)

 

где - общее число колонн в сооружении;

- предельная нагрузка, определяемая по формуле (52);

- коэффициент, определяемый по формуле

 

; (60)

 

- коэффициент, принимаемый по таблице 29.

Примечание - Значения коэффициента , определенные по формуле (60), соответствуют коэффициенту вариации предела прочности льда при одноосном сжатии, равному 0,2.

 

 

Таблица 29

 

Значение b/a

0,1 и менее

0,5

1

Коэффициент

1

a - шаг колонн, м;

- коэффициент, принимаемый по таблице 20 при ;

- число колонн в первом ряду по фронту сооружения.

, b и k - обозначения, формулы и методы их определения те же, что в п. 7.8.

Локальное давление ледовых образований

 

7.11 Локальное давление на площадь нагружения принято определять как

 

для A< 10 ;

 

для .

7.12 Нагрузку от воздействия остановившегося поля ровного льда, наваливающегося на сооружение при действии течения воды и ветра , МН, необходимо определять по формуле

 

, (61)

 

в которой величины , , и , МПа, определяются по формулам:

 

; (62)

 

; (63)

 

; (64)

 

, (65)

 

где - максимальная скорость течения воды подо льдом в период ледохода, м/с;

- максимальная скорость ветра в период ледохода, м/с;

- средняя длина ледяного поля по направлению потока, принимаемая по данным натурных наблюдений, при их отсутствии для рек допускается принимать равной утроенной ширине реки, м;

i - уклон поверхности потока;

и A - обозначения те же, что в 7.8.

При этом, нагрузка , определенная по формуле (61), не может быть больше нагрузки , определенной по формуле (53) при .

Примечания

1 Расчетная ширина ледяного поля принимается по данным натурных наблюдений, а для затворов или аналогичных сооружений - не более ширины пролета сооружения.

2 Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки необходимо принимать ниже расчетного уровня воды на в зимний период, а в период весеннего ледохода - на .

Нагрузки на сооружения от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении

 

7.13 Горизонтальную нагрузку q, МН/м, (на 1 м длины по фронту протяженного сооружения) от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении необходимо принимать равной наибольшему значению из полученных за рассматриваемый ряд лет.

Значения q определяются по графикам (рисунок 23) при заданных значениях перепадов температуры воздуха , °С, и соответствующих им реальных и приведенных толщинах пресного льда , м, и , м.

Значения следует выбирать путем рассмотрения графиков хода температуры воздуха в ледоставный период для каждого года из рассматриваемого ряда лет при длительности перепадов от 5 ч до 20 сут.

Значения принимаются равными средним толщинам льда к моменту температурного расширения льда.

Значения , м, необходимо определять по формуле с учетом приведения всех составляющих к физическим свойствам льда

 

, (66)

 

где - средняя толщина снега, м;

- добавочная толщина льда, м, определяемая по таблице 30.

 

 

Таблица 30

 

Средняя скорость ветра , м/с

Добавочная толщина льда , м, при средней температуре воздуха и наличии снега на льду

-10°

-20°

-30°

1

0,46

0,45

0,45

0,45

3

0,15

0,15

0,15

0,15

5

0,09

0,09

0,09

0,09

10

0,046

0,045

0,045

0,045

7.14 Нагрузку от воздействия ледяного покрова при его температурном расширении на отдельно стоящее сооружение , МН, необходимо определять по формуле

 

, (67)

 

где - коэффициент, принимаемый по таблице 31;

q, b - обозначения те же, что в 7.8 и 7.13.

 

Таблица 31

 

Значение L/b

1

5

15

25

50

75

100

Коэффициент

1

2

4

6

10

14

17

L - расстояние от отдельно стоящего сооружения до трещины, образующейся при продольном изгибе льда, до берега или другого протяженного сооружения, м.

 

При этом нагрузка , определенная по формуле (67), не может быть больше нагрузки , МН, определяемой по формуле

 

, (68)

 

где - обозначение то же, что в 7.4.

7.15 Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки, определенной согласно 7.14, необходимо принимать ниже расчетного уровня воды на .

Нагрузки от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды

 

7.16 Вертикальную нагрузку (на 1 м длины по фронту сооружения) от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды , МН/м (рисунок 24), необходимо определять по формуле

 

, (69)

 

где - изменение уровня воды, м; при этом ;

- максимальная толщина ледяного покрова, м;

v - кинематическая вязкость воды; при температуре 0°С .

 

 

Нагрузка , определенная по формуле (69), не может быть больше нагрузки , МН/м, определяемой по формуле

 

, (70)

 

где - предельное напряжение в сжатом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как () для нижнего слоя ледяного покрова при температуре в случае понижения уровня воды или для верхнего слоя ледяного покрова при температуре в случае повышения уровня воды;

- предельное напряжение в растянутом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как для верхнего слоя ледяного покрова при температуре в случае понижения уровня воды или для нижнего слоя ледяного покрова при температуре в случае повышения уровня воды;

, , - обозначения те же, что в 7.4.

7.17 Момент силы, воспринимаемый 1 м протяженного сооружения от примерзшего ледяного покрова, , , при изменении уровня воды (рисунок 24), необходимо определять по формуле

 

, (71)

 

где , - обозначения те же, что в 6.16.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "7.16"

При этом момент силы , определенный по формуле (71), не может быть больше момента , , определяемого по формуле

 

, (72)

 

где , - обозначения те же, что в 7.16.

7.18 Вертикальную нагрузку на отдельно стоящую опору или свайный куст от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды , МН (рисунок 25), необходимо определять по формуле

 

, (73)

 

где - коэффициент, определяемый по формуле

 

, (74)

 

где D - поперечный размер (диаметр) опоры или свайного куста, м;

и - обозначения те же, что в 7.4 и 7.16.

Примечание - При прямоугольной форме опоры в плане со сторонами, или для сооружения, состоящего из системы колонн или куста свай с внешними размерами опорной части на уровне действия льда b и с, м, допускается принимать , м.

 

7.19 Вертикальную нагрузку на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн, от примерзшего к опорам ледяного покрова при изменении уровня воды , МН (рисунок 26), необходимо определять по формуле

 

, (75)

 

, (76)

 

где K - коэффициент, определяемый как произведение коэффициентов , принимаемых для каждой из n колонн по графикам рисунка 27 при заданных значениях , b и параметра ;

- расстояние от оси произвольно выбранной основной колонны до оси k-й колонны (рисунок 26), м;

b, , и - обозначения те же, что в 7.8, 7.11, 7.17, 7.19.

 

 

Нагрузки на сооружения от заторных и зажорных масс льда

 

7.20 Нагрузку от движущейся заторной массы льда на отдельно стоящую опору , МН, необходимо определять по формуле

 

, (77)

 

где - нормативное сопротивление заторной массы льда смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равным:

0,45 МПа - для участков рек севернее линии "Воркута - Ханты-Мансийск - Красноярск - Улан-Удэ - Благовещенск - Николаевск на Амуре",

0,35 МПа - между линиями "Воркута - Ханты-Мансийск - Красноярск - Улан-Удэ - Благовещенск - Николаевск на Амуре" и "Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск",

0,25 МПа - южнее линии "Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск";

- расчетная толщина заторной массы, м, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии по формуле

 

, (78)

 

где - средняя глубина реки выше затора при максимальном расходе воды заторного периода, м;

m, b - обозначения те же, что в 7.8.

7.21 Нагрузку от движущейся зажорной массы на отдельно стоящую опору , МН, необходимо определять по формуле

 

, (79)

 

где - нормативное сопротивление зажорной массы смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равным 0,12 МПа;

- расчетная толщина зажора, м, определяемая по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равной 0,8 от средней глубины потока при расходе воды зажорного периода;

m, b - обозначения те же, что в 7.8.

Нагрузки от движущегося тороса

 

7.22 Нагрузку от воздействия движущегося тороса на сооружения вертикального и откосного профиля , МН (рисунок 28), необходимо определять по формуле

 

, (80)

 

где - нагрузка от надводной части тороса (паруса), МН;

- нагрузка от консолидированной части тороса, МН;

- нагрузка от киля тороса, МН.

 

7.23 Нагрузка от надводной части тороса вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки , МН,

 

; (81)

 

б) вертикальная составляющая нагрузки , МН,

 

; (82)

 

где - плотность льда, ;

- пористость (пустотелость) ледяного образования, при отсутствии специальных исследований, допускается принимать ;

- средняя ширина преграды по фронту в зоне действия ледяного образования, м;

- зацеп между обломками льда в ледяном образовании, МПа, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать МПа;

- угол внутреннего трения ледяного образования, град, при отсутствии специальных исследований принимать °;

h - глубина погружения киля;

- расчетная высота ледяного образования, определяемая по натурным данным;

при их отсутствии допускается определять по формуле

 

, (83)

 

где - толщина льда на момент образования тороса , м, но не более 0,6 м;

и - коэффициенты горизонтальной составляющей пассивного давления ледяного образования, вычисляемые по формулам:

 

; (84)

 

; (85)

 

; (86)

 

; (87)

 

, (88)

 

где - угол трения между льдом и сооружением, град;

 

, (89)

 

f - коэффициент трения между льдом и сооружением, при отсутствии специальных исследований допускается принимать ;

- угол наклона откоса ледяного образования к горизонту, при отсутствии специальных исследований допускается принимать °;

- обозначение то же, что в 7.9.

Точка приложения равнодействующей нагрузки от надводной части ледяного образования принимается выше уровня воды на , при нагрузка на сооружение направлена вверх.

7.24 Нагрузка от консолидированной части ледяного образования вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки , МН, по формуле (52) - для отдельно стоящего сооружения и по формуле (53) - для секции протяженного сооружения с заменой в них величины на - расчетную толщину консолидированной части, м, и умножением значения на коэффициент - отношение прочностей консолидированной части и ровного льда на сжатие, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать , где , - обозначения те же, что в 7.8; толщина консолидированной части тороса приближенно может быть принята равной (приложение Р).

б) вертикальная составляющая нагрузки , МН,

 

. (90)

 

Точка приложения равнодействующей нагрузки от консолидированной части принимается ниже уровня воды на .

7.25 Нагрузка от киля вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки , МН,

 

, (91)

 

б) вертикальная составляющая нагрузки , МН,

 

, (92)

 

где - пористость (пустотелость) ледяного образования, определяемая по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать ;

- расчетная глубина ледяного образования, м; при назначении расчетной глубины ледяного образования можно принять, что ;

- средняя ширина преграды по фронту в зоне действия ледяного образования, м;

- сцепление (с учетом зацепа) ледяного образования, МПа, определяемое по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать МПа;

- угол внутреннего трения ледяного образования, град, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать °;

- коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления нагромождения обломков льда, вычисляемый по формулам:

 

; (93)

 

; (94)

 

- обозначение то же, что в 7.9.

Нагрузка , определенная по формуле (91), не может быть ни в каком случае больше нагрузки , определенной по формуле (79) при замене в ней величин b и на и () соответственно.

Точка приложения равнодействующей нагрузки от подводной части ледяного образования принимается ниже уровня воды на .

Примечание - Нагрузка на сооружение вертикального профиля определяется при °.

______________________________

* Составлено с использованием рекомендаций PIANC - Постоянной международной ассоциации конгрессов по судоходству (ПМАКС).

 

Библиография

 

[1] СП 11-103-97 Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства.

[2] СП 11-114-2004 Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских нефтегазопромысловых сооружений.

[3] СП 32-103-97 Проектирование морских берегозащитных сооружений.

 

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Получить доступ к системе ГАРАНТ

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.


Свод правил СП 38.13330.2012 "СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)". Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82* (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 29 декабря 2011 г. N 635/12)


Текст документа приводится по официальному изданию ФАУ "ФЦС", 2012 г.


Дата введения 1 января 2013 г.


Части настоящего документа были включены в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений


Настоящий документ был включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений


Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. N 858 "О порядке разработки и утверждения сводов правил".


1 Исполнитель - ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"


2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"


3 Подготовлен к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики


4 Утвержден приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 29 декабря 2011 г. N 635/12 и введен в действие с 01 января 2013 г.


5 Зарегистрирован Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 38.13330.2010 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"