РД 31.31.53-90

     
     
РУКОВОДСТВО
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК И ВОЗДЕЙСТВИЙ
НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ И КРУТОНАКЛОННЫЕ СТЕНЫ,
ИМЕЮЩИЕ В ОСНОВАНИИ ВЫСОКУЮ КАМЕННУЮ ПОСТЕЛЬ

     
     
Срок действия с 01.10.90
до 30.12.95*
_______________________
* См. ярлык "Примечания".

     
     
     РАЗРАБОТАНО Государственным проектно-изыскательским институтом морского транспорта "Союзморниипроект"
     
     Одесский филиал "Черноморниипроект"
     
     Директор - канд. техн. наук В.А.Яценко
     
     Зам. главного инженера В.А.Стецюк
     
     Зав. группой стандартизации А.Ф.Долгая
     
     Руководитель разработки зав. лабораторией МКПА - канд. техн. наук А.П.Тюрин
     
     Ответственный исполнитель - канд. техн. наук В.В.Бурячок
     
      УТВЕРЖДЕНО Начальником Главного управления проектирования и капитального строительства ММФ СССР В.В.Аристарховым
     
     ВВЕДЕНО В ДЕЙСТВИЕ  Письмом ГУПиКС ММФ от 08.06.90 N КС-3/1248
     
     ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ
     
     
     Настоящее Руководство предназначено для экспериментального проектирования морских гидротехнических сооружений, расположенных на высоких каменных постелях и имеющих плоскую лицевую грань, наклоненную к вертикали не более чем на 30°.
     
     Руководство уточняет и развивает положения СНиП 2.06.04-82.
     
     РД не распространяется на случаи воздействия на гидротехнические сооружения разбивающихся и прибойных волн.
     

1. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СТЕНЫ НА ВЫСОКОЙ КАМЕННОЙ ПОСТЕЛИ

     
     1.1. Эпюры волнового давления при подходе со стороны моря (рис.1.1) вершины (эпюра 1) и подошвы (эпюра 2) волны следует строить по требованиям СНиП 2.06.04-82*, принимая в качестве расчетных глубину , длину волны  и высоту  (элементы волн над бермой). Последние две величины надлежит определять по пп.1.2, 1.3 настоящего РД.
     
     

Рис.1.1

Расчетная схема вертикальной стены

     
     1.2. Величину  следует определять по оси ординат рис.1.2, восставляя перпендикуляр к оси абсцисс в точке, соответствующей заданному отношению  до пересечения с линией, соответствующей заданному отношению . Здесь  - средняя длина волны на глубине , м, остальные обозначения даны на рис.1.1. Для определения промежуточных значений  по рис.1.2 допускается линейная интерполяция.
     
     

Рис.1.2

К определению  длины волны над бермой

     
     
     1.3. Отношение  ( - высота волны на подходе к сооружению, м) нужно определять по рис.1.3-1.8, соответствующих значениям , ближайшим к заданному, с последующей линейной интерполяцией результата. На указанных рисунках следует найти точки с координатами , , где
     

                                                 (1.1)

     
(см. рис.1.1), и определить  по линейной интерполяции между ближайшими изолиниями.

Рис.1.3

Изолинии  при 2

Рис.1.4

Изолинии  при 4

Рис.1.5

Изолинии  при 6

Рис.1.6

Изолинии  при 8

Рис.1.7

Изолинии  при 10

Рис.1.8

Изолинии  при 12

     1.4. Эпюры взвешивающего давления, волнового давления скользящей дифрагированной волны со стороны гавани, а также коэффициенты к нагрузкам со стороны моря на стенки с пониженной отметкой верха и в случае косого подхода волн надлежит вычислять по СНиП 2.06.04-82*. Указанные коэффициенты следует применять к нагрузкам, вычисленным по пп.1.1-1.3 настоящего РД.
     
     1.5. Отражение волн от сооружения рекомендуется считать полным, донные волновые скорости следует определять по СНиП 2.06.04-82*, используя величины , ,  перед постелью и , , над ней.
     
     

 2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КРУТОНАКЛОННЫЕ СТЕНЫ НА ВЫСОКОЙ КАМЕННОЙ ПОСТЕЛИ

     
     2.1. Горизонтальную и вертикальную составляющие волновой нагрузки со стороны моря надлежит определять по эпюрам волнового давления , кПа (рис.2.1), получаемым умножением эпюр, рассчитанных по рекомендациям п.п.1.1-1.3, на коэффициент
     

,                                                             (2.1)

     
     в точках
     

,                                                                     (2.2)

     
где  - угол наклона лицевой грани к вертикали. При построении эпюры для определения вертикальной составляющей волновой нагрузки давления  следует относить к точкам с абсциссами

.                                                                          (2.3)

Рис.2.1

Расчетная схема крутонаклонной стены

     
     2.2. Вертикальное отклонение  поверхности вода от спокойного уровня у стены следует определять по формуле
     

,                                              (2.4)

     
где  - амплитуда вертикальных колебаний уровня у стенки, определяемая по верхнему полю рис.2.2 в зависимости от  и ,

      - волновое число на глубине , 1/м,
     

,                                                                        (2.5)

     
     
      - частота волны, 1/с,
     

,                                                             (2.6)

     
      - средний период волны, с,
     
      - текущее время, с,
     
      - волновое число над бермой сооружения, 1/м,
     

.                                                                      (2.7)

Рис.2.2

К определению высоты наката и коэффициента отражения

     
     2.3. Взвешивающее давление волны необходимо определять по рекомендациям СНиП 2.06.04-82* с использованием давлений , рассчитанных по пп.2.1-2.2 настоящего РД.
     
     2.4. Горизонтальную составляющую волнового давления скользящей дифрагированной волны со стороны гавани на крутонаклонную стену следует принимать по эпюре, вычисленной по указаниям СНиП 2.06.04-82*, вертикальную составляющую - по рекомендациям п.2.1 настоящего РД.
     
     2.5. В случае сооружения с пониженной отметкой верха либо при нефронтальном подходе волн со стороны моря нагрузки, вычисленные по пп.2.1-2.3 настоящего РД, следует умножать на коэффициенты, определенные по СНиП 2.06.04-82*.
     
     2.6. Для расчета интерференции волн высоту отраженной волны рекомендуется принимать равной , где  - коэффициент отражения, определяемый по нижнему полю рис.2.2 в зависимости от величин , . Донные скорости перед сооружением следует определить по п.1.5 настоящего РД.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
(справочное)

     
ПЕРЕЧЕНЬ
использованных нормативно-технических документов

     
     
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
(рекомендуемое)

     
ВОЛНОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СТЕНЫ, РАСПОЛОЖЕННЫЕ НА ВЫСОКОЙ КАМЕННОЙ ПОСТЕЛИ, С УЧЕТОМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

     Настоящий метод определения волновых нагрузок основан на учете гидравлических потерь волновой энергии над выступающей в сторону моря частью каменной постели (см. рис.1.1). Причины потерь - фильтрация воды в теле каменной постели и турбулентность в прилегающем слое воды.
     
     Эпюры волнового давления при подходе со стороны моря (рис.1.1) вершины (эпюра 1) и подошвы (эпюра 2) волны рекомендуется строить по требованиям СНиП 2.06.04-82*, принимая в качестве расчетной глубину , длину волны  и высоту , м, определяемую по формуле
     

,                                    (П.2.1)

     
где  - высота исходной волны, м, на глубине ,
     
      - коэффициент, характеризующий долю волновой энергии, отраженной от переднего откоса постели и определяемый по рис.П2.1а,
     
      - коэффициент, характеризующий гидравлические потери энергии волны на пути  и определяемый по рис.П2.1б, в, г.
     
     

Рис.П2.1

Рис.П2.1б, в, г, относятся к крутизне волны  0,033; 0,050; 0,100 соответственно; кривые 1, 2, 3, 4 на них соответствуют величинам , равным 0,125; 0,100; 0,075; 0,50.

     
     При пользовании рис.П2.1 допускается линейная интерполяция.
     
          

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
(справочное)

     
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

     
     Пример 1. Волновые нагрузки на вертикальную стену
     
     Рассчитать эпюры горизонтальных давлений, горизонтальные равнодействующие, моменты относительно основания при фронтальном подходе со стороны моря вершины и подошвы волны к сооружению по рис.1.1 при следующих исходных данных: =4,4 м, =60 м, =20,5 м, =12,5 м, =4,0 м, =2,0.
     
     Расчеты выполнить по настоящему РД и по СНиП 2.06.04-82*.
     
     Решение. Вычисляем ,  и по рис.1.2 определяем ,  м. По формуле (1.1) находим
     

 м,

     
так что . Учитывая, что , определяем  по рис.1.3, 1.4 (т.е. для , равного 2 и 4). В первом случае получаем 1,03, во втором - 0,85, а по линейной интерполяции
     

.

     
     Значит,  м.
     
     Расчетная глубина  согласно п.1.1 СНиП равна 16,5 м. Таким образом, для расчетов по РД принимаем =4,14 м, =56,4 м, =12,5 м, для расчетов по СНиП - =4,4 м, =60,0 м, =16,5 м. В обоих случаях экстремальные отметки уровня определяются по упрощенной формуле (2) СНиП     

,

        
но в случае РД она дает

 м,  м,

     
а в случае СНиП -

 м,  м.

     
     Дальнейшие расчеты ведем по п.1.4 СНиП, принимая для расчетов по РД , по СНиП  при примерно равной крутизне .
     
     Результаты расчетов давления сводим в таблицу.
     
     

Таблица П3.1

     
Волновые давления, кПа, на разных аппликатах  

     
      
     Для сопоставления давлений, полученных разными способами, на одинаковых аппликатах в таблице приведены цифры в скобках, полученные линейной интерполяцией. Видно близкое совпадение. Равнодействующие, подсчитанные как площади эпюр, составили по РД =285,5 кН/м, =-272,0 кН/м, по СНиП соответственно 291,0 кН/м, минус 287,3 кН/м. Моменты указанных равнодействующих, подсчитанные как статические моменты площадей эпюр относительно основания =12,5 м, составили по РД =2523 кН, =-1616 кН, по СНиП соответственно 2619 кН и минус 1707 кН. Расчет по предлагаемой методике в условиях данного примере дает снижение нормативных нагрузок до 5%.
     
     Пример 2. Волновые нагрузки на крутонаклонную стену
     
     Определить горизонтальную и вертикальную составляющие равнодействующей волнового давления и момент от нее относительно тылового ребра основания при фронтальном подходе к сооружению по рис.2.1 со стороны моря вершины волны. Угол  равен 30°, ребра основания стены имеют абсциссы минус 7,2 м (морское ребро) и 6,8 м (тыловое ребро), остальные исходные данные принять по примеру 1.
     
     Решение. Из примера 1 заимствуем величины =4,14 м, =56,4 м, с использованном формул (2.5), (2.7) вычисляем
     

, , , .

     
По верхнему полю рис.3.2 находим , так что  м. Формула (2.4) при  дает
     

 м.

     
     Расчеты эпюры давлений  с использованием формулы (2.1) и первых двух колонок табл.П3.1 сведем в табл.П3.2.
     
     

Таблица П3.2

     
     
     Видно, что давления снижены в среднем на 10%. Расчет площади вертикальной эпюры  и статического момента ее относительно основания дает =274,7 кН/м, =2572 кН. При этом горизонтальная составляющая равнодействующей отстоит от основания на
     

 м.

     
     Вертикальная, направленная вниз, составляющая равна
     

 кН/м

     
и отстоит от морского ребра основания на
     

 м

     
или на 8,6 м от тылового ребра (ширина основания =14 м). Таким образом, вертикальная составляющая дает относительно тылового ребра удерживающий момент

 кН.

     
Равнодействующая от взвешивающего давления, распределенного по треугольнику с максимальной интенсивностью 8,5 кПа, равна
     

 кН/м,

     
направлена вверх и дает относительно тылового ребра опрокидывающий момент
     

 кН.

     
     Итак, горизонтальная составляющая равнодействующей равна 274,7 кН/м, вертикальная -
     

 кН/м,

     
а суммарный опрокидывающий момент относительно тылового ребра основания -
     

 кН.

     
     Руководство  предлагает для условий этого примера принимать , а расчеты эпюр волнового давления выполнять по СНиП П-57-75 (современная редакция - СНиП 2.06.04-82*). Первое предложение ведет к завышению волновых нагрузок на 10%, второе - почти на 5% (см. конец примера 1), так что в целом нагрузки будут завышены на 12-15%.
     
     Пример 3. Волновые нагрузки на вертикальную стену с учетом гидравлических потерь.
     
     Повторить расчет, изложенный в примере 1 по Приложению 2 к настоящему РД.
     
     Решение. Заимствуем из примера 1 значения ,  м, вычисляем , . По рис.П2.1 с линейной интерполяцией в пределах графиков и между рис.2.1б, в находим , , а по формуле (П.2.1) -
     

 м.

     
     Упрощенная формула (2) СНиП 2.06.04-82* дает:
     

 м,  м.

     
     Искомые эпюры волновых давлений определяем по СНиП 2.06.04-82* при  м, , .
     
     Результаты расчетов сведем в таблицу П3.3, перенеся нормативные данные из табл.П3.1. В ней по-прежнему в скобках приводятся результаты по интерполяции.
     
     

Таблица П3.3

     
Волновые давления, кПа, на разных аппликатах  

     
     
     Равнодействующие по СНиП 2.06.04-82* остались прежними:  кН/м,  кН/м. По РД расчеты с использованием данных табл.П3.3 дают:  кН/м,  кН/м. Моменты равнодействующих относительно основания составили по СНиП  кН,  кН, по РД соответственно 2161 кН, минус 1542 кН. Расчет по методике Приложения 2 дает снижение нормативных нагрузок на 7-18%.



Текст документа сверен по:
/ Министерство морского флота СССР;
Главное управление проектирования
и капитального строительства. -
М.: В/О Мортехинформреклама, 1990