СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Часть 2

1.18. При проектировании крепления откосов со­оружений из несор­ти­ро­ванной каменной наброски необходимо, чтобы значение коэф­фици­ента k_gr зер­нового состава находилось в границах заштрихован­ной зоны, приведенной на графике рис.13.

Значение коэффициента k_gr должно определяться по формуле:

, (35)

где m - масса камня, определяемая по п.1.17*, т;

m_i - масса камня, большая или меньшая расчетной, т;

D_ba,i и D_ba - диаметры фракций камня, см, приведенные к диаметру шара, имеющего массу соответственно m_i и m.

Зерновой состав несортированной каменной на­броски для крепле­ния откосов, соответствующий заштрихованной зоне (см. рис.13), следует считать пригодным только для сооружений с откосами, пологость которых находится в пределах 3 £ ctg j £ 5, а высота расчетной волны - 3 м и менее.

Рис. 13. График для определения допустимого зернового состава несортированной каменной наброски для крепления откосов

1.19*. При пологости откосов ctg j > 5, укрепля­емых несортиро­ванной разнозернистой каменной наброской, расчетную массу камня m, т, соответст­вующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять по формуле (33*) при с умножением получен­ных результатов на коэффициент k_j, определяемый по табл.12а*.

Таблица 12а*

Минимальное содержание фракций диаметром D_ba, соответст­вующим расчетной массе камня в не­сортированной разнозернистой наброске, должно приниматься в соответствии с табл.12б*.

Таблица 12б*

2. НАГРУЗКИ ОТ ВОЛН НА ОБТЕКАЕМЫЕ ПРЕГРАДЫ И СКВОЗНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

НАГРУЗКИ ОТ ВОЛН НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ ОБТЕКАЕМУЮ ПРЕГРАДУ

2.1. Максимальную силу от воздействия волн Q_max, кН, на верти­каль­ную обтекаемую преграду с поперечными размерами a £ 0,4l и b £ 0,4l (рис.14, а) при d > d_cr необходимо определять из ряда значений, получаемых при различных положе­ниях преграды относи­тельно вершины волны х = х/l, по формуле:

Q_max = Q_{i, max} d_i + Q_{v, max} d_v , (36)

где Q_{i, max} и Q_{v, max} - соответственно инерционный и скоростной компоненты силы от воз­действия волн, кН, определяемые по формулам:

; (37)

; (38)

d_i и d_v - коэффициенты сочетания инерционно­го и скоростного компонентов макси­мальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по гра­фикам 1 и 2 рис.15;

h и l - высота и длина расчетной волны, при­нимаемые согласно п. 4 обязательно­го прил.1;

a - размер преграды по лучу волны, м;

b - размер преграды по нормали к лучу волны, м;

k_v - коэффициент, принимаемый по табл.13;

a_i и a_v - инерционный и скоростной коэффици­енты глубины, принимаемые соответ­ственно по графикам а и б рис.16;

b_i и b_v - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и пря­моугольника, принимаемые по графи­кам рис.17.

Таблица 13

Примечания: 1. Расчет сквозных сооружений или отдельно стоящих обтекаемых преград на нагрузки от волн должен производиться, как правило, с учетом шероховатости их поверхности. При наличии опытных данных по снижению влияния коррозии и морских обрастаний коэффициенты формы необходимо определять по формулам:

; (39)

, (40)

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

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

3. Максимальную силу от воздействий волн Q_max, кН, на вертикальную обтека­емую преграду при значении допускается принимать Q_max = Q_i,max, а при значении принимать Q_max = Q_{v, max},; в других случаях Q_max сле­дует определять из ряда значе­ний, полученных по формуле (36) при различных х.

Рис. 14. Схемы к определению волновых нагрузок на обтекаемые преграды

а - вертикальные; б - горизонтальные

Рис 15. Графики значений коэффициентов сочетания инерционного d_i (графики 1) и скоростные d_v, (графики 3) компонентов силы от воздействия волн

Рис.16. Графики значений инерционного a_i и скоростного a_v коэффициентов глубины

Рис.17. Графики значений инерционного b_i и скоростного коэффициентов формы (для эллиптических преград - сплошные линии, при призматических - штриховые линии) в зависимости от a/b (для Q, q и P_x ) или b/a (для P_z)

1 - для шероховатой эллиптической преграды; 2 - глад­кой; 3 - шероховатой в подводной и гладкой в надводной частях вертикальной эллиптической преграды

2.2. Линейную нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтека­емую преграду на глубине z, м, при максимальной силе от воздействия волн Q_max (см. рис.14, а) необходимо определять по фор­муле

q = q_i,maxd_xi + q_v,maxd_xv (41)

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

; (42)

; (43)

d_xi и d_xv - коэффициенты сочетания инерционно­го и скоростного компонентов линей­ной нагрузки от волн, принимаемые соответ­ственно по графикам 1 и 2 рис. 18 при значении x согласно п.2.1;

q_xi и q_xv - коэффициенты линейной нагрузки от волн, принимаемые по графикам а и б рис.19 при значениях относительной глубины .

Рис.18. Графики значений коэффициентов сочетания инерционного d_xi (графики 1) и скоростного d_xv (графики 2) компонентов горизонтальной линейной нагрузки от волн

2.3. Превышение взволнованной поверхности h, м, над расчетным уровнем должно определяться по формуле:

h = h_relh (44)

где h_rel - относительное превышение взволно­ванной поверхности, определяемое по рис.20.

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

Dd = (h_c,rel + 0,5)h (45)

где h_c,re - относительное превышение вершины волны, определя­емое по рис.20 при значении c = 0.

2.4. Нагрузки от волн Q и q на вертикальную об­текаемую преграду при любом ее расположении x, м, относительно вершины волны следует опреде­лять по формулам (36) и (41), при этом коэффи­циенты d_i и d_v должны приниматься по графикам 1 и 2 рис.15, а d_xi и d_xv - по графикам 1 и 2 рис. 18 для данного значения c = x/l.

2.5. Расстояние z_Qmax, м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую пре­граду Q_max необходимо определять по формуле

, (46)

где d_i и d_v - коэффициенты, принимаемые по гра­фикам 1 и 2 рис.15 при к , соответствующем Q_max;

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

; (47)

(48)

и - относительные ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонентов сил, принимаемые по графикам рис.21:

m_i и m_v - инерционный и скоростной коэффи­циенты фазы, принимаемые по графи­кам рис.22.

Рис.19. Графики коэффициентов линейной нагрузки от волн q_xi, q_xv, q_zv при d/l:

1) 0,1; 2) 0,15; 3) 0,2; 4) 0,3; 5) 0,5; 6) 1; 7) 5 и l/h = 8-15 - штриховые линии

Расстояние z_Q от расчетного уровня воды до точ­ки приложения си­лы Q при любом удалении x от вершины волны до преграды следует опре­­делять по формуле (46), при этом коэффициенты d_i и d_v дол­жны при­ни­маться согласно графикам 1 и 2 рис.15 для данного значения c=x/l.

Рис.20. График значений коэффициента h_rel

1 - при d/l = 0,5 и l/h = 40; 2 - при d/l = 0.5 и l/h = 20, а также при d/l = 0,2 и l/h = 40; 3 - при d/l = 0,5 и l/h = 10, а также при d/l = 0,2 и l/h = 20; 4 - при d/l = 0,2 и l/h = 10

Рис.21. Графики значений относительных координат

1 - ; 2 -

Рис.22. Графики значений инерционного m_i, и скоростного m_v коэффициентов фазы

НАГРУЗКИ ОТ ВОЛН НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ОБТЕКАЕМУЮ ПРЕГРАДУ

2.6. Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн P_max ,кН/м, на горизон­тальную обтекаемую преграду (см. рис.14, б) с поперечными размерами a £ 0,1l, м, и b £ 0,1l, м, при z_c ³ b но (zc - b/2) > h/2 и при (d -z_c) ³ b должно определяться по формуле

(49)

для двух случаев:

с максимальной горизонтальной составляющей линейной нагрузки P_x,max, кН/м, при соответствую­щем значении вертикальной составляю­щей линей­ной нагрузки P_z кН/м;

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

Расстояние x, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных линейных нагрузок P_x,max и P_z,max должны определяться по относительной величине c = x/l, принимаемой согласно рис.18 и 23.

Рис.23. Графики значений коэффициентов сочетания d_zi инерцион­ного (графики 1) и d_zv - скоростного (графики 2) компонентов вертикальной линейной нагрузки от волн

2.7. Максимальное значение горизонтальной сос­тавляющей линей­ной нагрузки от волн P_x,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду необходимо определять из ряда величин, получае­мых при различных значениях x, по формуле

P_x,max = P_xid_xi + P_xvd_xv, (50)

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

; (51)

; (52)

d_xi и d_xv - коэффициенты сочетания инерционно­го и скоростного компонентов линей­ной нагрузки от волн, принимаемые соответ­ственно по графикам 1 и 2 рис.18 при значении x согласно п.2.1;

q_xi и q_xv - обозначения те же, что и в п.2.2;

b_i и b_v - инерционный и скоростной коэффици­енты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и пря­моугольника, принимаемые по графи­кам рис.17 при значениях a/b - для горизонтальной и b/a - вертикальной составляющих нагрузки.

2.8. Максимальную величину вертикальной со­ставляющей линей­ной нагрузки от волн на горизон­тальную обтекаемую преграду P_z,max, кН/м, необ­ходимо определять из ряда величин, получаемых при разных значениях x, по формуле:

P_z,max = P_zid_zi + P_zvd_zv, (53)

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

; (54)

; (55)

d_zi и d_zv - инерционный и скоростной коэффи­циенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рис.23 при значении x согласно п.2.1;

q_zi и q_zv - коэффициенты линейной нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам в и г рис.19 при значениях относительной ординаты

;

b_i и b_v - обозначения те же, что и в п.2.7.

2.9. Значение горизонтальной P_x , кН/м, или вер­тикальной P_z, кН/м, составляющих линейной на­грузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду при любом ее расположении х относитель­но вершины волны следует определять соответ­ственно по формуле (50) или (53), при этом коэф­фициенты сочетания d_xi, d_xv или d_zi, d_zv должны приниматься по графикам рис.18 и 23 для задан­ного значения c = x/l.

2.10. Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн P_max, кН/м, на лежа­щую на дне цилиндрическую преграду (см. рис.14, б), диаметр которой D £ 0,1l, м, и D £ 0,1d, м, должно определяться по формуле (49) для двух случаев:

с максимальной горизонтальной составляющей линейной нагрузки Р_x,max, кН/м, при соответствую­щем значении вертикальной составляю­щей линей­ной нагрузки P_z, кН/м;

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

2.11. Максимальную горизонтальную Р_х,max, кН/м, и соответству­ющую вертикальную Р_z, кН/м, проекции линейной нагрузки от волн, действующих на лежащую на дне цилиндрическую преграду, не­обходимо определять по формулам:

P_x,max =P_xid_xi + P_xvd_xv; (56)

, (57)

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

; (58)

; (59)

d_xi и d_xv, q_xi и q_xv - обозначения те же, что в п.2.7.

Максимальную вертикальную Р_z,max, кН/м, и со­ответствующую горизонтальную Р_x, кН/м, проек­ции линейной нагрузки от волн необходимо прини­мать равными и P_x = P_xv.

НАГРУЗКИ ОТ РАЗБИВАЮЩИХСЯ ВОЛН НА ВЕРТИКАЛЬ­НУЮ ОБТЕКАЕМУЮ ПРЕГРАДУ

2.12. Максимальную силу от воздействия разби­вающихся (разрушающихся) волн Q_cr,max, кН, на вертикальную цилиндрическую преграду, диаметр которой D £ 0,4d_cr, м, необходимо определять по отдельным значениям силы от воздействий волн Q_cr, кН, полученным для ряда положений преграды относительно вершины волны (рис.24, а) с интерва­лом , начиная с (где х - расстояние, м, от вершины разбивающейся волны до оси верти­кальной цилиндрической преграды).

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

Q_cr = Q_i,cr + Q_v,cr, (60)

где Q_i,cr и Q_v,cr - инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия разбиваю­щихся волн, кН, определяемые по формулам:

, (61)

, (62)

где d_t - глубина воды под подошвой волны, м, принимаемая равной (см. рис.24, а):

d_t = d_cr - (h_sur - h_c,sur); (63)

h_sur - высота (трансформированной) волны, м, при первом обрушении в мелководной зоне с соблюдением условия h_sur £0,8d_t;

h_c,sur -превышение над расчетным уровнем воды вершины (при первом обруше­нии) волны, м;

d_i,cr - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые по графикам рис. 24, б.

Рис. 24. Схема к определению нагрузок от разбивающихся волн и графики значений коэффициентов d_i,cr - кривая 1и d_v,cr - кривая 2

2.13. Линейную нагрузку от разбивающихся волн q_cr, кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z, м, от расчетного уровня (см. рис. 24, a) при относительном удалении оси преграды от вершины волны необходимо определять по формуле

q_cr =q_i,cr + q_v,cr, (64)

где q_i,cr и q_v,cr - инерционный и скоростной компоненты, линейной нагрузки от разбиваю­щихся волн на вертикальную прегра­ду, кН/м, определяемые по форму­лам:

; (65)

, (66)

где e_i,cr и e_v,cr - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые соответственно по графикам а и б рис. 25 при значениях относительной глубины

Примечание. Коэффициенты d_i,cr (рис.24б) и e_i,cr (рис.25б а) следует при­нимать положи­тельными при x/d_t > 0 и отрицательными при x/d_t < 0.

Рис.25. Графики значений инерционного e_i,cr и скоростного e_v,cr коэффициентов

НАГРУЗКИ ОТ ВОЛН НА СКВОЗНОЕ СООРУЖЕНИЕ ИЗ ОБТЕКАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.14. Нагрузку от волн на сквозное сооружение в виде стержневой системы необходимо получать суммированием нагрузок, определен­ных согласно пп.2.1-2.9 как на отдельно стоящие преграды с учетом положения каждого элемента относительно профиля расчетной волны. Элементы сооружения следует принимать как отдельно стоящие обтекае­мые преграды при расстояниях между их осями l, м, равных и более трех диаметров D, м; при l < 3D (где D - наибольший диаметр элемента) волновую нагрузку, полученную на отдельно стоя­щий элемент сооружения, необходимо умножать на коэффициенты сближения по фронту y_t и лучу y_l волн, принимаемые по табл.14.

Таблица 14

2.15. Нагрузки от волн на наклонный элемент сквозного сооруже­ния необходимо получать по эпюрам горизонтальной и вертикальной составляю­щих нагрузки, ординаты которых должны опреде­ляться согласно п.2.9 с учетом заглубления под расчетный уровень и удаления от вершины расчет­ной волны отдельных участков элемента.

Примечание. Нагрузку от волн на элементы сооружения, наклоненные к горизонтали под углом менее 25°, определять соответственно по пп.2.4 и 2.8 как на вертикальную или горизонтальную обтекаемую преграду.

2.16. Динамическую нагрузку от воздействия не­регулярных ветро­вых волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов следует определять умно­жением значения статической нагрузки, полученной согласно пп.2.14 и 2.15 от волн с высотой заданной обеспеченности в системе и средней длиной, на коэффициент динамичности k_d, принимаемый по табл. 15.

При отношениях периодов необходи­мо выполнять динамический расчет сооружения.

Таблица 15

НАГРУЗКИ ОТ ВОЛН НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРЫ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ (ОСОБЫЕ СЛУЧАИ)*

2.17* Максимальный опрокидывающий момент M_z,por, кН×м, от волнового давления на сплошное днище вертикальной кругло­цилиндрической прегра­ды, расположенной на гравийно-галечниковом или каменнонабросном основании, относительно центра днища следует определять по формуле

(66а) *

где b_por - коэффициент опрокидывающего мо­мента с учетом проницаемости основания, принимаемый по табл.15а*.

Полный максимальный опрокидывающий мо­мент, действующий на преграду, определяется как сумма двух моментов: момента от максимальной силы Q_max, равного произведению этой силы, опре­деляемой по п.2.1, на плечо, определяемое по п.2.5, и максимального момента, определяемого по фор­муле (66а) * и совпадающего по фазе с максималь­ной силой Q_max.

Таблица 15а*

2.18*. Волновое давление р, кПа, в точке поверх­ности вертикаль­ной круглоцилиндрической прегра­ды на глубине z > 0 в момент максимума горизон­тальной силы Q_max необходимо определять по формуле

, (66 б)*

где c - коэффициент распределения давления, принимаемый по табл.15 б*

Таблица 15 б*

q - угол между лучом набегающей волны и направлением на рассматриваемую точку из центра преграды (для передней образующей цилиндра q = 0 )

Давление р в точках, лежащих выше расчетного уровня воды (z<0), при c > 0 принимается по линейному закону между р на уровне c = 0, опреде­ляемым по формуле (66 б)*, и р = 0 на уровне z = -ch; а при c<0 для точек на глубине 0 £ z £ -ch - также по линейному закону между р=0 при z = 0 и р, определяемым по формуле (66 б)* при z = -ch.

2.19*. Максимальную донную скорость v_b,max, м/с, в точках, распо­ло­женных на контуре преграды (q = 90° и 270°) и впереди преграды на расстоянии 0,25l от контура преграды (в q = 0°), следует опре­делять по формуле

, (66в)*

где коэффициент j_v принимается по табл.15в*

Таблица 15в*

3. НАГРУЗКИ ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА БЕРЕГО­УКРЕПИ­ТЕЛЬ­НЫЕ СООРУЖЕНИЯ , И СУДОВЫХ ВОЛН НА КРЕПЛЕНИЯ БЕРЕГОВ КАНАЛОВ

НАГРУЗКИ ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА БЕРЕГОУКРЕ­ПИ­ТЕЛЬ­НЫЕ СООРУЖЕНИЯ

3.1. Максимальные значения горизонтальной Р_х, кН/м, и вертикальных P_z и P_с, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн на подводный волнолом при ложбине волны необходи­мо принимать по эпюрам бокового и взвешиваю­щего волнового давления (рис.26), при этом р, кПа, должно определяться в зависимости от z с учетом уклона дна i по формулам:

а) при уклоне i £ 0,04:

z = z₁ при z₁ < z₂, p₁ = rg(z₁ -z₄); (67)

при z₁ ³ z₂, p₁ = p₂; (68)

z = z2, , (69)

z = z₃ = d, p₃ = k_wp₂; (70)

б) при уклоне дна i > 0,04:

z = z₁, p₁ определяется по формулам (67) и (68);

z = z₂, p₂ = rg(z₂ - z₄); (71)

z = z₃ =d, p₃ = p₂, (72)

где z₁ - ордината верха сооружения, м;

z₂ - ордината подошвы волны, м, по табл.16;

k_w - коэффициент, принимаемый по табл.17;

z₄ - ордината поверхности воды за под­водным волноломом, м, опре­деля­емая по формуле

z₄ = -k_rd(z₁ - z₅) +z₁; (73)

k_rd - коэффициент, принимаемый по табл.16;

z₅ - ордината гребня волны перед подводным волноломом, м, принимаемая по табл.16.

Рис.26. Эпюры волнового давления на подводный волнолом

Таблица 16