Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Гидротехнические сооружения arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по определению расчетных параметров ветровых во  
23.10.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по определению расчетных параметров ветровых во

ВНИИ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
МИНТРАНССТРОЯ

СОЮЗГИПРОВОДХОЗ МИНВОДХОЗА СССР

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора института
Г.Д. Хасхачих

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора Союзгипроводхоза
В.С. Алтунин

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ВЕТРОВЫХ ВОЛН,
ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОТКОСЫ КАНАЛОВ

Москва 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Методические рекомендации предназначены для использования проектными институтами Минтрансстроя и Минводхоза при проектировании больших водохозяйственных каналов, а также подтопляемых насыпей транспортных сооружений.

В Методических рекомендациях рассмотрены методы расчета ветровых волн, воздействующих на откосы каналов и подтопляемых насыпей на прямолинейных частях и на поворотах.

Методические рекомендации составлены в развитие существующих нормативных документов применительно к специфическим условиям волнообразования в каналах и основаны на известных теоретических разработках и экспериментальных исследованиях ГОИНа, Союзморниипроекта, ВНИИГа и других институтов.

В приложениях приводятся примеры расчета параметров ветровых волн по методам, изложенным в настоящих Методических рекомендациях, а также по методу приближенной оценки максимально возможных параметров ветрового волнения при данных размерах канала, базирующемуся на результатах лабораторных исследований и некоторых (не строгих) теоретических зависимостях. Этот метод благодаря своей простоте может быть полезен на стадии прикидочных расчетов.

Методические рекомендации разработаны инженерами К.М. Орловой, Л.Н. Юдиным, кандидатами техн. наук М.Э. Плакидой, Ю.К. Балуновым (ВНИИ транспортного строительства) и инженерами В.И. Демидовым и В.Г. Хасхачихом (Союзгипроводхоз).

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская, 1, ВНИИ транспортного строительства.

Зав. Отделением транспортных гидротехнических

сооружений ВНИИ транспортного строительства                         А.И. Кузнецов

Начальник отдела инженерных конструкций и

индустриализации строительства                                                    В.Г. Ганчиков

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации разработаны для использования при расчетах конструкций, защищающих откосы каналов от действия ветровой волны, а также могут быть применены в расчетах параметров волнения, воздействующего на подтопляемые откосы транспортных гидротехнических сооружений.

1.2. В Методических рекомендациях рассматриваются вопросы определения: параметров ветровых волн, возникающих в каналах (исходные параметры); расчетных параметров волн, воздействующих на откосы каналов (путем расчета рефракции и трансформации исходных волн); параметров ветровых волн, максимально-возможных при данных параметрах канала.

1.3. Схемы расчетов базируются в основном на методах, рекомендуемых в приложении 1 СНиП 2.06.04-82 [1] для расчетов ветровых волн при сложной, конфигурации очертаний водного бассейна.

1.4. Терминология и буквенные обозначения, используемые в Методических рекомендациях, приняты из справочного приложения 2 [1], а недостающие названия и буквенные обозначения взяты из Сборника [2] и стандарта СЭВ [3].

1.5. К необходимым исходным данным для расчета относятся схема трассы канала с длинами прямолинейных участков Lк, м, азимутом прямолинейного участка в начале или конце канала и углами поворота между прямолинейными участками b, град; глубина канала dк, м; ширина канала В, м; заложение откоса mj (mj = ctgj, где j - угол наклона откоса к горизонту); скорость течения воды в канале uк, м/с, а также расчетная скорость ветра Vwj, м/с (j - расчетная обеспеченность ветра в режиме) и его направление в румбах или азимутах.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ВЕТРА И ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ УЧАСТКОВ

2.1. Расчет ветра начинают с определения обеспеченности в режиме расчетного шторма по пп. 7 и 8 приложения 1 [1].

2.2. Расчетную скорость ветра определяют по пп. 9 - 12 того же приложения и приложению 1 Руководства [4].

В качестве расчетного направления принимают наиболее волноопасное.

2.3. При достаточно большой длине канала и существенных изменениях ветровых характеристик вдоль него трассу канала делят на части, для каждой из которых определяют спою расчетную скорость ветра.

2.4. Если направления ветра (в материалах наблюдений, полученных в Гидрометслужбе) разбиты на 16 румбов, то направление ветра и прямолинейного участка канала считают совпадающими при условии

y < 11,25°,                                                                 (1)

где y - угол между направлением оси канала и направлением расчетного ветра.

Если же разбивка возможна только на 8 румбов (наблюдения по флюгеру), то условие (1) выглядит так:

y < 22,5°.                                                                 (2)

2.5. Расчетный участок состоит из прямолинейного участка Lк, м и примыкающего к нему с подветренной стороны поворота угла b, град.

При выборе расчетных участков близкие по величинам прямолинейные части каналов и углы поворотов в зоне действия каждого расчетного ветра группируют. Из каждой группы выбирают участок и угол наибольшей величины.

2.6. Величину разгона волн по генеральному направлению L1, м определяют из соотношения

L1 = Lк = cos(y - 11,25°)                                                     (3)

или

L1 = Lк = cos(y - 22,5°)                                                     (4)

согласно пункту 2.4.

В случае выполнения условий (1) или (2)

L1 = Lк.                                                                        (5)

2.7. Если полученное в п. 2.6 значение L1 превышает величину критического разгона Lcr, м, для данного расчетного ветра и глубины канала, то в качестве расчетного принимают предельный разгон

L1 = Lcr.                                                                        (6)

В приложении 1 настоящих Методических рекомендаций приведена таблица значений критических разгонов и средних высот волн для различных скоростей ветра и глубин водоема [5], по которой и корректируют величину L1.

2.8. По найденным расчетным величинам: скорости ветра Vw, м/с, разгона L1, м, глубины канала dк, м, а также учитывая скорость течения воды в канале uк, м/с, и заложение откосов канала mj, определяют сначала исходные (раздел 3), а затем расчетные (разделы 4, 5) параметры волнения.

2.9. Если скорость течения в канале не превышает 0,5 м/с, то ее в расчетах можно не учитывать.

2.10. Если 0,5 < uк £ 1,5 м/с, то:

при Vw < 15 м/с высоту расчетной волны определяют [6] по формуле

                                                     (7)

* Плюс - при встречном течении; минус - при попутном.

где  - высота волны, определенная при uк = 0;

сu - фазовая скорость волны при uк = 0;

при Vw ³ 15 м/с наличие течения можно учитывать, корректируя скорость расчетного ветра, т.е. прибавляя к ней скорость встречного течения в канале и отнимая скорость попутного.

2.11. Если uк > 1,5, м/с, то формулой (7) нужно пользоваться при скоростях ветра Vw £ 20 м/с.

При больших скоростях ветра влияние скорости течения в канале можно учитывать корректировкой скорости расчетного ветра, как в п. 2.10 при Vw ³ 15 м/с.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОВЫХ ВОЛН, ВОЗНИКАЮЩИХ В КАНАЛАХ (ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ)

3.1. Расчет средней высоты волны в канале начинают с определения ее величины без учета ограничений, налагаемых конфигурацией канала, и выполняют по п. 13 или 19 приложения 1 [1].

Если разгон L1 определен из приложения 1 настоящих Методических рекомендаций, то высоту волны можно, не рассчитывая, взять из этого же приложения.

3.2. Среднюю высоту ветровой волны в канале при значениях отношения  нужно определять [7] по кривой, представленной на рис. 1, а при  высоту волны определяют по формуле из [7]

                                                     (8)

где  - средняя высота волны в предельно широком бассейне, определенная по п. 3.1;

M0 и m0 - моменты частотного спектра нулевого порядка в узком и широком бассейне соответственно.

                                   (9)

где q - угол центрального сектора (см. рис. 1);

 - дифференциальная функция углового распределения энергии. Значения ее даны в приложении 2 к настоящим Методическим рекомендациям.

Рис. 1. Коэффициенты Kh снижения высот волн в узком бассейне

3.3. Ввиду сложности вычисления коэффициента уменьшения высоты волны в узких водоемах по приведенной выше формуле и отсутствия программы для вычисления его на ЭВМ, среднюю высоту ветровой волны в канале при  можно определять по упрощенной формуле

                                                             (10)

где

При этом угол q, являясь нейтральным углом сектора, не связан с размерами бассейна, как это обозначено на рис. 1. При расчете по формуле (10) величину угла q назначают произвольно (об определении коэффициентов квс и квк см. в приложении 3).

3.4. При проведении лучей спектральных составляющих с интервалом q = ± 22,5°, как это рекомендуется в [1], формула (10) принимает вид

                                                           (11)

3.5. Высоту волны, i %-ной обеспеченности в системе определяют по найденному значению средней высоты волны и коэффициенту кi, принимаемому по величина  и по рис. 2 приложения 1 [1].

3.6. Средний период волн  определяют по рис. 1 приложения 1 [1] и величине .

Среднюю длину , м, при известном значении  находят по формуле (151) приложения 1 [1], имеющей вид

                                                               (12)

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОТКОСЫ КАНАЛОВ НА ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ

4.1. Исходные параметры волн, генерированные ветром в центральной, имеющей плоское дно, части канала, определены в разделе 3 настоящих Методических рекомендаций.

До обрушения на откосе канала волны проходят по классификации [1] следующие зоны: глубоководную с глубинами d > 0,5ld; мелководную с глубинами 0,5ld ³ d > dcr, где dcr - критическая глубина, на которой происходит первое обрушение волны; прибойную с глубинами dcr ³ d ³ dcr,u где dcr,u - критическая глубина, на которой происходит последнее обрушение волн (далее идет зона наката волнового потока, образовавшегося после обрушения).

Рис. 2. Различные случаи трансформации волн на откосе вогнутой части канала при повороте:
а - часть волнового фронта (от луча А до луча Б) выходит на прямолинейную часть откоса за поворотом; б - весь фронт волн исходных параметров выходит на криволинейную часть откоса (на поворот)

При заложении откоса mj <20 происходит только одно обрушение волны, т.е.

dcr = dcr,u                                                                (13)

и прибойная зона превращается в линию или точнее полосу прибоя.

В каналах заложение откосов всегда меньше 20 и обычно mj £ 5 ¸ 6.

4.2. Расчетными являются параметры волн на глубине dcr,u. Следовательно, к первому этапу расчетов относится нахождение величины dcr,u для исходной высоты волны, определенной в разделе 3.

4.3. Поскольку для откосов каналов всегда выполняют условие (13), то в каналах эти глубины относятся к мелководной зоне и глубину dcr,u можно определять по п. 21 приложения 1 [1], относящемуся к определению dcr с учетом рефракции.

4.4. Высоту волны, проходящей над откосом в мелководной зоне, определяют по формуле (153) приложения 1 [1], которая применительно к каналам принимает вид

                                                            (14)

где кl - обобщенный коэффициент потерь, который в условиях канала равен 1;

кt - коэффициент трансформации, определяемый по кривой 1 на рис. 5 приложения 1 [1];

кr - коэффициент рефракции, определяемый по траектории луча волны, рефрагирующей на откосе. Рассчитывают его по формуле (154) приложения 1 [1]

                                                                    (15)

кi,  - высота волны расчетной обеспеченности в «глубоководной» зоне канала, определенная в разделе 3 настоящих Методических рекомендаций.

4.5. Траекторию луча волны рассчитывают по формуле акад. В.В. Шулейкина [8]

                                              (16)

где dn-1 и dn - глубины на изобатах, для которых проводят расчет;

an-1 и an углы между направлением луча волны и нормалью к соответствующей изобате.

Луч волны направлен от глубокой воды к берегу, т.е. индекс n - 1 относится к изобате более далекой от берега, чем изобата с индексом n.

4.6. Расчеты траектории луча проводят поэтапно. Этапность введена в расчет для более правильного определения траектории луча, поскольку в натуре она представляет собой плавную кривую.

Глубину канала делят на n ступеней (этапов), начиная от полной глубины канала dк = d¢1 до глубины обрушения волн dcr,u = dn.

На прямолинейных участках каналов, где луч исходной расчетной волны параллелен изобатам на откосе, для глубины канала расстояние между лучами, рефракцию которых рассчитывают, неопределенно. Поэтому за начальную для расчета глубину d1 принимают не глубину канала dк, а дополнительную начальную глубину d1 < dк, для которой a1 < 90°.

Практически за d1 удобно принимать глубину, равную 0,5dк или 3/4ld в зависимости от величин dк и , а за d2 - границу глубокой воды (по [1]), т.е.  Последняя глубина dn = dcr,u, а предпоследняя dn-1 » hiк (чуть больше). Если в канале  то принимают

Количество промежуточных этапов между d2 и dn-1 зависит от величины  и обычно не превышает двух (см. приложение 4 настоящих Методических рекомендаций).

Если требуется знать параметры волн не только на линии их обрушения, но и на каких-либо других глубинах (например, для уменьшения мощности крепления с увеличением глубины или для определения нижней границы крепления), то разбивку на этапы делают с учетом этих глубин.

4.7. По формуле (16) для каждого из n - 1 этапа последовательно определяют углы a и Da, где Da - поворот луча волны за каждый этап.

4.8. Коэффициент рефракции для каждого этапа вычисляют по следующей приближенной формуле:

                                    (17)

полученной из геометрических построений к планам рефракции двух параллельных лучей, рефрагирующих на прямолинейном откосе.

Примечание. Для расчета рефракции волн по работам [9, 10] разработана программа для ЭВМ и передана в ГосФ АП СССР под регистрационным № П007703 [11]. При расчете по ней определяют сразу коэффициент уменьшения высоты волны на мелководье: кмп = кrnкtn, т.е. отдельно находить кtn не требуется.

4.9. При расчете величины кr(n-1) необходимо знать величину поворота луча волны на глубине dcr,u, которая еще не определена, а поэтому берут приближенное значение Dan = Da¢n.

Величину Da¢n назначают близкой или равной величине Dan-1, и обычно не превышая 10 - 15° (см. приложение 4 настоящих Методических рекомендаций).

По значению Da¢n рассчитывают приближенное значение кr(n-1), т.е. к¢r(n-1).

4.10. Величину dcr,u определяют (согласно п. 21 приложения 1 [1]) методом последовательных приближений. Первое приближение d¢cr,u находят по h¢i(n-1), рассчитанной по формуле (14) с подстановкой в нее коэффициентов кt(n-1) и к¢r(n-1) и по рис. 5 приложения 1 [1].

4.11. По найденной d¢cr,u определяют второе приближение высоты волны h²i(n-1). Расчет ведут в следующем порядке: 1) по формуле (16) находят Da²(n-1); 2) по формуле (17) - к²r(n-1) и 3) по формуле (14) - h²i(n-1).

При правильном выборе величины dn-1 значение h²i(n-1) должно быть равно h¢i(n-1) или незначительно отличаться от него (эта разница не сказывается на величине d¢cr,u). Тогда второе приближение d²cr,u не рассчитывают: dcr,u = d¢cr,u.

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: