Приложение В (рекомендуемое). Методика расчета ударного воздействия ледовых массивов, валунов и карчей на конструкции дополнительной защиты на примере плит гибких поверхностных покрытий

Приложение В

(рекомендуемое)

Методика расчета ударного воздействия ледовых массивов, валунов и карчей на конструкции дополнительной защиты на примере плит гибких поверхностных покрытий

Разрушение бетонного блока ГПП, при столкновении с перемещаемыми потоком воды предметами может произойти путем его ударного раскалывания с образованием трещин [9].

При этом раскалывающее ударное усилие , Н, определяют по формуле

, (В.1)

где

; (В.2)

и - предельные допустимые напряжения соответственно растяжения и сжатия бетона, МПа;

а - общая высота бетонного блока, м;

b - ширина вершины блока, м;

f - коэффициент трения тела по бетону;

- острый угол ударяемого тела.

Приравнивая изменение кинетической энергии ударяемого тела к потенциальной энергии деформации бетонного блока, получено следующее соотношение, выражающее условие раскалывания бетонного блока:

, (В.3)

где m, кг и V, м/с - соответственно масса и скорость ударяющего предмета.

Скорость равномерного движения тела в жидкости, определяют по формуле

, (В.4)

где - эквивалентный диаметр тела, м;

- коэффициент сопротивления давления, для шарообразного тела 0,44;

и - объемный вес соответственно тела и воды, ;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 .

Учитывая, что масса тела может быть выражена через объемный вес тела и его эквивалентный диаметр, решая совместно уравнения (В.1), (В.2) и (В.3) можно получить минимальную скорость течения воды, при которой посторонние предметы могут разрушить бетонные блоки ГПП.

При расчете соединительного арматурного каната блока ГПП на разрыв от удара посторонним предметом необходимо учитывать следующее.

Каждый бетонный блок удерживается, в зависимости от конструкции ГПП, двумя канатами (рисунок 8 раздел 6), свободно продетыми через отверстия в блоке и удерживающимися в проектном положении силой трения, складывающейся из сил трения троса в отверстии каждого блока ГПП, либо четырьмя омоноличенными в теле блока канатами (рисунок 9 раздел 6).

При центральном ударе нагрузка, действующая на бетонный блок, распределяется равномерно на два либо на четыре каната.

При неблагоприятном ударе (вне центра) постороннего предмета по бетонному блоку произойдет поворот блока относительно противоположной грани, а ударную нагрузку воспримут на себя только три каната или один канат.

Необходимо отметить, что при расчете наихудшего случая удара постороннего предмета по блоку модульной конструкции (рисунок 7 раздел 6) следует полагать соединительные канаты омоноличенными, - так как канаты удерживаются за счет сил трения, разрывная нагрузка будет частично компенсирована этими силами.

Длительность удара постороннего предмета о бетонный блок , с равно времени прохождения фронта волны упругой деформации по толщине бетонного блока туда и обратно: (, с, где а - толщина блока, м; U - скорость звука в бетонном блоке, величина U составляет от 4250 до 5250 м/с. В связи с этим можно считать, что время удара постороннего предмета о бетонный блок не зависит от характера разрушения ГПП (либо от разрушения бетонного блока, либо от разрыва арматурного каната).

Это предположение позволяет определить скорость течения, при которой перемещающиеся течением воды предметы могут разорвать арматурный канат.

Применяя теорему импульсов [19], согласно которой

, (В.5)

можно найти время удара , c, и по заданному разрывному усилию каната определить необходимое количество движения mV для разрыва каната.

По найденному количеству движения с использованием формулы (В.4) определяют искомую скорость течения воды.

Принимаем значения допустимых напряжений для бетона марки 400 равными: МПа и МПа.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда предмет производит удар по бетонному блоку углом плоскости среза. Тогда °. Принимаем также коэффициент трения тела по бетону f = 0,6.

С учетом принятых значений величины и определяют из выражений:

; (В.6)

Так, например, для типовой толщины блока ГПП м, раскалывающее ударное усилие должно составить Н.

Рассматривая случай, когда ударяющий по бетонному блоку предмет представляет собой переносимый водным потоком валун объемным весом , принимая объемный вес воды равным и учитывая, что массу тела в воде определяют по формуле

(В.7)

Из совместного решения уравнений (В.3) и (В.4) может быть получено выражение для вычисления минимальной скорости течения воды, при которой перемещаемые потоком предметы могут разрушить блок ГПП:

(В.8)

При этом эквивалентный диаметр ударяемого тела определяют, согласно (В.4), как

, м (В.9.1)

а его массу, согласно (В.7), как

, кг (В.9.2)

Проведенные расчеты показывают, что для всех вариантов ГПП скорость потока, при которой защита может быть разрушена перемещаемым течением предметом, не менее чем на 30% превышает максимальную скорость водного потока, при котором разрешено применение защитных и регулирующих сетчатых конструкций ( м/с).

Учитывая, что расчеты проведены для наиболее неблагоприятных случаев (удар предмета под острым углом только по одному бетонному блоку, внецентренный удар) и без учета упругих деформаций ударяемого предмета и грунта, на котором уложены ГПП, можно заключить, что все варианты ГПП обладают достаточной надежностью и сопротивляемостью против ударного воздействия внешних предметов и могут быть рекомендованы также для защиты сооружений от селевых потоков.

Представленный формулами (В.1) - (В.9) математический аппарат может быть взят за основу для расчета ударных воздействий на защитные панели, упрочненные лицевые грани сетчатых сооружений и композитные покрытия.