Приложение Е. Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

Приложение Е

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду

Е.1 Максимальная сила воздействия волн , кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами и (рисунок 8,а) при глубине определяется из ряда значений, получаемых при различных удалениях вершины волны от преграды, по формуле

, (Е.1)

где и - соответственно инерционный и скоростной компоненты силы воздействия волн, кН, определяются по формулам:

, (Е.2)

, (Е.3)

и - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.1;

h и - высота и длина расчетной волны;

а - размер преграды по лучу волны, м;

b - размер преграды по фронту волны, м;

- коэффициент перехода от действительных значений скорости и ускорения волнового потока, воздействующего на преграду, к их средним значениям (таблице Е.1);

и - инерционный и скоростной коэффициенты глубины, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка Е.2;

и - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3.

Примечания

1 Расчет сквозных сооружений или отдельно стоящих обтекаемых преград на нагрузки от волн должен производиться с учетом шероховатости их поверхности. При наличии данных испытаний по влиянию коррозии и морских обрастаний на сопротивление обтекаемых преград коэффициенты формы определяются по формулам:

, (E.4)

, (E.5)

где и - уточненные опытные значения коэффициентов инерционного и скоростного сопротивлений.

2 При подходе волн под углом к обтекаемой преграде (в виде эллипса или прямоугольника) коэффициенты формы определяются интерполяцией между их значениями по главным осям.

3 Максимальная сила воздействия волн , кН, на вертикальную обтекаемую преграду при значении принимается , а при значении . В других случаях следует определять из ряда значений, полученных по формуле (Е.1) при различных .

Таблица Е.1

Относительный размер преграды , ,	00,05	00,1	00,15	00,2	00,25	00,3	00,4
Коэффициент	11	00,97	00,93	00,86	00,79	00,7	00,52

Е.2 Нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтекаемую преграду на глубине z, м, при максимальной силе от воздействия волн (рисунок 8,а) следует определять по формуле

, (E.6)

где и - инерционный и скоростной компоненты максимальной нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:

, (Е.7)

, (E.8)

и - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении согласно Е.1;

и - коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые по графикам а и б рисунка Е.5 при значениях относительной глубины .

Е.3 Превышение взволнованной поверхности , м, над расчетным уровнем должно определяться по формуле

, (Е.9)

где - относительное превышение взволнованной поверхности, определяемое по рисунку Е.6.

Превышение средней волновой линии над расчетным уровнем , м, следует определять по формуле

, (Е.10)

где - относительное превышение вершины волны, определяемое по рисунку Е.6, при значении .

Е.4 Нагрузки от волн Q и q на вертикальную обтекаемую преграду при любом ее расположении х, м, относительно вершины волны определяются по формулам (Е.1) и (Е.6). При этом коэффициенты и должны приниматься по графикам 1 и 2 рисунка Е.1, а и - по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 для данного значения .

Е.5 Расстояние , м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду определяется по формуле

, (Е.11)

где и - коэффициенты, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.1 при значении , соответствующем ;

и - ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил, м, определяемые по формулам:

, (Е.12)

, (Е.13)

где и - относительные ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонентов сил, принимаемые по графикам рисунка Е.7;

и - инерционный и скоростной коэффициенты фазы, принимаемые по графикам рисунка Е.8.

Расстояние от расчетного уровня воды до точки приложения силы Q при любом удалении х вершины волны от преграды следует определять по формуле (Е.11), при этом коэффициенты и должны приниматься согласно графикам 1 и 2 рисунка Е.1 для заданного значения .

Е.6 Максимальная сила воздействия разбивающихся (разрушающихся) волн , кН, на вертикальную цилиндрическую преграду диаметром принимается по результатам определения силы волнового воздействия , кН, при различном удалении вершины волны от преграды (рисунок Е.9,а). Рекомендуется выполнять последовательное рассмотрение случаев с интервалом , начиная с (где х - удаление, м, вершины разбивающейся волны от оси вертикальной цилиндрической преграды).

Сила воздействия волн , кН, для любого положения цилиндрической преграды относительно вершины волны должна определяться по формуле

, (E.14)

где и - инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия разбивающихся волн, кН:

, (E.15)

, (E.16)

где - глубина воды под подошвой волны, м, (рисунок Е.9,а):

, (Е.17)

- высота (трансформированной) волны, м, при обрушении в мелководной зоне с соблюдением условия ;

- превьшение, м, над расчетным уровнем воды вершины волны при первом обрушении;

и - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые по графикам рисунка Е.9,б.

Е.7 Нагрузку от разбивающихся волн , кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z, м, от расчетного уровня (рисунок Е.9,а) при относительном удалении оси преграды от вершины волны необходимо определять по формуле

, (Е.18)

где и - инерционный и скоростной компоненты нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную преграду, кН/м:

, (Е.19)

, (E.20)

где и - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка Е.10 при значениях относительной глубины .

Примечание - Коэффициенты (рисунок Е.9,б) и (рисунок Е.10,а) следует принимать положительными при и отрицательными при .

Е.8 Максимальный опрокидывающий момент , , от волнового давления на сплошное днище вертикальной круглоцилиндрической преграды, расположенной на гравийно-галечниковом или каменно-набросном основании, относительно центра днища следует определять по формуле

, (E.21)

где - коэффициент опрокидывающего момента с учетом проницаемости основания, принимаемый по таблице Е.2.

Таблица Е.2

	0,2	0,25	0,3	0,4
	0,88	1,05	1,10	1,08

Полный максимальный опрокидывающий момент, действующий на преграду, определяется как сумма момента от максимальной силы , равного произведению этой силы, определяемой по Е.1, на плечо, определяемое по Е.5, и максимального момента по формуле (Е.21), совпадающего по фазе с максимальной силой .

Е.9 Волновое давление р, кПа, в точке поверхности вертикальной круглоцилиндрической преграды на глубине в момент максимума горизонтальной силы определяется по формуле

, (E.22)

где - коэффициент распределения давления, принимаемый по таблице Е.3.

Давление р в точках, лежащих выше расчетного уровня воды , принимается:

при по линейному закону между р на уровне z = 0, определяемом по формуле (Е.22), и р = 0 на уровне ;

при для точек на глубине по линейному закону между р = 0 при z = 0 и значением р, определяемым по формуле (Е.22) при .

Таблица Е.3

	Значение коэффициента при
	0,2	0,3	0,4
0°	0,73	0,85	0,86
15°	0,7	0,83	0,85
30°	0,68	0,81	0,84
45°	0,6	0,74	0,8
60°	0,5	0,65	0,7
75°	0,35	0,51	0,55
90°	0,22	0,34	0,34
105°	0,03	0,11	0,1
120°	-0,09	-0,08	-0,1
135°	-0,23	-0,23	-0,23
150°	-0,32	-0,36	-0,33
165°	-0,37	-0,42	-0,38
180°	-0,41	-0,45	-0,4
Обозначение: "" - угол между лучом набегающей волны и направлением на рассматриваемую точку из центра преграды (для передней образующей цилиндра ).

Е.10 Максимальную донную скорость , м/с, в точках, расположенных на контуре преграды ( и 270°) и впереди преграды на расстоянии от контура преграды , следует определять по формуле

, (E.23)

где коэффициент принимается по таблице Е.4.

Таблица Е.4

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 волн на горизонтальную обтекаемую преграду

Е.11 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн , кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (рисунок 8,б) с поперечными размерами , м, и , м, при , но и при должно определяться по формуле

, (E.24)

для двух случаев:

с максимальной горизонтальной составляющей нагрузки , кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей нагрузки , кН/м;

с максимальной вертикальной составляющей нагрузки , кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной , кН/м.

Расстояния х, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных нагрузок и должны определяться по значениям относительной величины , принимаемым согласно рисункам Е.4 и Е.11.

Е.12 Максимальное значение горизонтальной составляющей нагрузки от волн , кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду определяется из ряда величин, получаемых при различных значениях , по формуле

, (E.25)

где и - инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:

, (E.26)

, (E.27)

и - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении согласно Е.1;

и - см. в Е.2;

и - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3 при значениях a/b - для горизонтальной и b/a - для вертикальной составляющих нагрузки.

Е.13 Максимальное значение вертикальной составляющей нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду , кН/м, следует определять из ряда величин, получаемых при разных значениях по формуле

, (Е.28)

где и - инерционный и скоростной компоненты вертикальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:

, (E.29)

, (E.30)

и - инерционный и скоростной коэффициенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.11.

и - коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые соответственно по графикам в и г рисунка Е.5 при значениях относительной ординаты ;

и - см. в Е.12.

Е.14 Значение горизонтальной , кН/м, или вертикальной , кН/м, составляющей нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду при любом ее расположении х относительно вершины волны следует определять соответственно по формулам (Е.25) или (Е.28). При этом коэффициенты сочетания , или , должны приниматься по графикам рисунков Е.4 и Е.11 для конкретного значения .

Е.15 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн , кН/м, на лежащую на дне цилиндрическую преграду (рисунок 8,б), диаметр которой и должно определяться по формуле (Е.24) для двух случаев, указанных в Е.11.

Е.16 Максимальную горизонтальную , кН/м, и соответствующую вертикальную , кН/м, проекции нагрузки от волн, действующих на лежащую на дне цилиндрическую преграду, необходимо определять по формулам:

, (Е.31)

, (Е.32)

где и - соответственно инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей нагрузки от волн, кН/м, определяемые по формулам:

, (E.33)

, (E.34)

, , и , , - см. в Е.12.

Максимальную вертикальную , кН/м, и соответствующую горизонтальную , кН/м, проекции нагрузки от волн следует принимать равными

;

.

Нагрузки от волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов

Е.17 Нагрузку от волн на сквозное сооружение в виде стержневой системы следует получать суммированием нагрузок, определенных согласно Е.1-Е.14 как для отдельно стоящих преград с учетом положения каждого элемента относительно профиля расчетной волны. Элементы сооружения должны приниматься как отдельно стоящие обтекаемые преграды при расстояниях между их осями ; при (где D - наибольший диаметр элемента) волновую нагрузку, полученную на отдельно стоящий элемент сооружения, необходимо умножать на коэффициенты сближения по фронту и лучу волн, принимаемые по таблице Е.5.

Таблица Е.5

Относительное расстояние между осями преград	Коэффициенты сближения и при значениях относительных диаметров
	0,1	0,05	0,1	0,05
3	1	1	1	1
2,5	1	1,05	1	0,98
2	1,04	1,15	0,97	0,92
1,5	1,2	1,4	0,87	0,8
1,25	1,4	0,65	0,72	0,68

Е.18 Нагрузки от волн на наклонный элемент сквозного сооружения необходимо получать по эпюрам горизонтальной и вертикальной составляющих нагрузок, ординаты которых должны определяться согласно Е.14 с учетом заглубления под расчетный уровень и удаления от вершины расчетной волны отдельных участков элемента.

Примечание - Нагрузки от волн на элементы сооружения, наклоненные к горизонтали или вертикали под углом менее 25°, определяются соответственно по Е.4 и Е.14 как на вертикальную или горизонтальную обтекаемую преграду.

Е.19 Нагрузку от воздействия нерегулярных ветровых волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов следует определять умножением значения статической нагрузки, полученного согласно Е.17 и Е.18 от волн с высотой заданной обеспеченности в системе и средней длиной, на коэффициент динамичности , принимаемый по таблице Е.6.

При отношениях периодов необходимо выполнять динамический расчет сооружения.

Таблица Е.6

Отношение периодов	0,01	0,1	0,2	0,3
Коэффициент динамичности	1	1,15	1,2	1,3
Обозначения: "" - период собственных колебаний сооружения, с; "" - средний период волны, с.