Отчеты -и- РГР / Расчётно-графические работы / Часть2 Расчет ветро-волновых нагрузок
.docЗадание №2
2.1 Расчет ветровой нагрузки
На раннем этапе проектирования СПБУ воздействие ветра можно считать чисто статическим, т.е допустить, что частицы воздуха распространяются с постоянной во времени средней скоростью , где z высота над уровнем моря. Экспериментально установлено, что средняя скорость ветра увеличивается с высотой z и это изменение рассчитывается по формуле
,
где: W10 - средняя скорость ветра на уровне z = 10 м.
На рис.3 показана схема ветрового воздействия на надводную часть СПБУ: неравномерная по высоте эпюра средней скорости ветра ; и сосредоточенная на высоте zп статическая ветровая нагрузка , которая может быть определена по формуле
кН,
где возд = 0.00125 т/м3 - плотность воздуха;
CW =1,16 - обобщенный коэффициент аэродинамического сопротивления СПБУ;
Sп =1670 м - площадь парусности.
Рис. 3. Эпюра средней скорости ветра и ветровая нагрузка
2.2 Расчет волновой нагрузки на опорные колонны СПБУ при регулярном волнении
Волновая нагрузка преграды с малыми относительно длины волны размерами поперечного сечения может быть представлена как сумма скоростной Qск и инерционной Qин составляющих:
Q = Qин + Qск
Однако учитывая, что, во-первых, скоростная составляющая Qск при воздействии на форменные решетчатые конструкции является преобладающей (т.е. Qск>>Qин) и, во-вторых, инерционная составляющая Qин во времени действует асинхронно по отношению к скоростной составляющей Qск (т.е. qск ~cost, а Qин ~ sint, где - круговая частота регулярного волнения), примем, что Qин пренебрежимо мала и ограничимся рассмотрением лишь скоростной составляющей волновой нагрузки Q = Qск.
Величину Qск определим приближенно, используя теорию волн малой амплитуды, согласно которой ордината профиля взволнованной поверхности моря по лучу распространения х определяется формулой
где h - высота волны;
k - волновое число, равное для случая глубоководья (т.е. при Н > /2).
Если - период регулярного волнения, тогда круговая частота волнения и волновое число соответственно равны:
= 2/ = 2·3,14 / 9,9 = 0,634, с-1; k = 2 / g = 0,6342 / 9,81 = 0,041, м-1.
Волновое число k показывает, сколько волн может быть расположено на отрезке длиной 2 метров. Оно связано с длиной волны соотношением
= 2 / k = 23,14/0,041 = 153,2 м.
Горизонтальная составляющая скорости орбитального движения частиц жидкости на уровне z = 0 в соответствии с теорией волн малой амплитуды определяется зависимостью
Затухание скорости по глубине для условий глубокой воды может быть найдено как
где z - координата глубины, отсчитываемая от уровня спокойной поверхности моря вниз.
С учетом этих обозначений удельную (т.е. на 1 погонный метр длины) скоростную составляющую волновой нагрузки можно записать с использованием формулы Дж. Морисона:
qск = 0.5Cскr|V|Vb.
где Cск - обобщенный коэффициент сопротивления опорной колонны для скоростной составляющей (Cск = 1,43);
= 1.025 т/м3 - плотность морской воды;
b - характерный размер опорной колонны (в нашем случае b=2 а=5.2 м).
Волновую нагрузку на 2 опоры первого ряда (х = 0) можно записать как
или, вынося постоянные за знак интеграла, получим
,
где 1 - уровень взволнованной поверхности воды у первого ряда опор.
Определенный интеграл найдем из условия е-2kH 0, что соответствует полному затуханию скоростной нагрузки на уровне дна моря и 1 = h/2.
кН
Глубина точки приложения равнодействующей нагрузки Q1 может быть найдена из отношения интегралов
При условии 1 = h/2 и е-2kH 0 имеем
zq1 = (l-2k1)/2k = (l-kh)/2k = (1-0,0419,8)/20,041= 7,3 м.
Уровень взволнованной поверхности воды у второго ряда опор
2 = 0.5h·cos(kL1) = 0.5·9,8·cos(0,041·37,8) = 0,12 м.
Следует обратить внимание на то, что при расчете надо аргумент (kL1) брать в радианах. Аналогично для нагрузки на второй ряд опор получим
= 0,546 кН
м
Таким образом, суммарная волновая нагрузка на оба ряда опорных колонн СПБУ
Qв = Q1 + Q2 = 1340,6 + 0,546 = 1341,15 кН.