СП 38.13330.2012
Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)

МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
(ВОЛНОВЫЕ, ЛЕДОВЫЕ И ОТ СУДОВ)

Актуализированная редакция

СНиП 2.06.04-82^*

Москва 2014

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. № 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил».

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 29 декабря 2011 г. № 635/12 и введен в действие с 01 января 2013 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 38.13330.2010. «СНиП 2.06.04-82^* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

Содержание

Введение

Настоящий свод правил является актуализированной редакцией СНиП 2.06.04-82^*. Основанием для разработки нормативного документа является Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Актуализация выполнена Открытым Акционерным Обществом «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (канд. техн. наук А.П. Пак - руководитель темы, д-ра техн. наук Е.Н. Беллендир, В.Б. Глаговский, вед. науч. сотр. А.Б. Векслер, гл. науч. сотр., д-р физ.-мат. наук, профессор В.И. Климович, зав. лаб., канд. техн. наук Н.С. Бакановичус, вед. науч. сотр., канд. техн. наук К.Н. Шаталина), д-р техн. наук, профессор М.А. Колосов (СПГУВК), д-р техн. наук, профессор П.А. Гарибин (СПГУВК), вед. науч. сотр., канд. техн. наук П.М. Кожевников (филиал ОАО «26 ЦНИИ») с учетом замечаний и предложений специалистов ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им. академика Крылова», ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», Института водных проблем РАН, ОАО «ДНИИМФ», ЗАО «ГТ Морстрой», филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Морские берега», ГУ «Государственный гидрологический институт», Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Сочинского государственного университета туризма и курортного дела, Российского государственного гидрометеорологического университета.

СВОД ПРАВИЛ

Дата введения - 2013-01-01

1 Область применения

Настоящие нормы распространяются на проектирование вновь строящихся, реконструкцию и ремонт существующих речных и морских гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.

СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85^* Нагрузки и воздействия»

СП 58.13330.2012 «СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения»

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем документе использованы термины, приведенные ниже, а также в ГОСТ 19185:

3.1 бегущие волны: Волны, видимая форма которых перемещается в пространстве;

3.2 ветровые волны: Колебательное движение воды, вызванное ветром при его воздействии на свободную поверхность;

3.3 волновое давление: Доля (составляющая) гидродинамического давления, обусловленная ветровым волнением свободной поверхности жидкости;

3.4 высота волны: Превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле (рисунок 1);

3.5 вершина волны: Наивысшая точка гребня волны (рисунок 1);

3.6 гребень волны: Часть волны, расположенная выше средней волновой линии (рисунок 1);

3.7 дифракция волн: Искривление фронтов и изменение высот бегущих волн, огибающих препятствия (сооружения, острова, мысы и др.);

3.8 длина волны: Горизонтальное расстояние по лучу волны между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле (рисунок 1);

3.9 длина разгона волн: Протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчетной точки;

3.10 киль тороса: Подводная часть тороса, расположенная ниже его консолидированного слоя;

3.11 консолидированный слой тороса: Часть тороса, в которой образовавшие его блоки льда смерзлись в монолит;

3.12 критическая глубина: Глубина, при которой происходит обрушение волн;

3.13 ледяное поле: Любой относительно плоский участок ледяного покрова более 20 м в поперечнике, окруженный со всех сторон водой;

3.14 ледяной покров: Любая форма образований поверхностного льда, покрывающего в холодное время года поверхность водоема или принесенного течениями и ветрами из соседних районов; среди форм ледяного покрова различают ровный лед, наслоенный лед, торосистое ледяное поле с грядами торосов, отдельные торосы и пр.;

3.15 ложбина волны: Часть волны, расположенная ниже средней волновой линии (рисунок 1);

3.16 луч волны: Линия, перпендикулярная фронту волны;

3.17 льдина: Цельная часть ледяного покрова сравнительно небольшого размера, образующаяся на водной поверхности при постепенном росте льда или от разрушения ледяных полей;

3.18 наслоенный лед: Тип деформированного льда, образовавшегося в результате наслоения одной льдины на другую и характерный для льда толщиной не более 30 см;

3.19 нерегулярные волны: Волны, элементы которых изменяются случайным образом;

3.20 парус тороса: Надводная часть тороса;

3.21 период волны: Интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль;

3.22 подвижка льда: Перемещение ледяного покрова на отдельных участках, происходящее под влиянием течения, ветра, подъема уровня воды;

3.23 подошва волны: Наинизшая точка ложбины волны;

3.24 прибойные волны: Ветровые волны на пологом прибрежном откосе (естественном или искусственном), в пределах которого вследствие трения частиц воды о дно происходит трансформация профиля волн с образованием переднего крутого склона; на завершающем этапе трансформации волн возможно обрушение их гребней в сторону берега (см. разбивающиеся волны);

3.25 профиль волны (главный): Линия пересечения взволнованной поверхности с вертикальной плоскостью в направлении луча волны (рисунок 1);

3.26 разбивающиеся волны: Ветровые волны, у которых при взаимодействии с обрывистым берегом, гидротехническими сооружениями, подводными преградами или круто наклоненным дном происходит трансформация профиля волн с обрушением гребня в сторону берега (преграды);

3.27 расчетные элементы волны: Элементы волны заданной обеспеченности в системе расчетного шторма, принятые в соответствии с классом и видом сооружения;

3.28 расчетный уровень: Уровень воды в водоеме, назначаемый с учетом сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона и сгона, приливов и отливов (рисунок 1);

3.29 расчетный шторм: Шторм повторяемостью один раз за заданный период времени (например, 25, 50 или 100 лет) и характеризующийся максимальными за этот период элементами волн; разным направлениям волн могут соответствовать различные расчетные штормы;

3.30 регулярные волны: Волны, высота и период которых остаются неизменными во времени;

3.31 рефракция волн: Искривление фронтов и изменение высот бегущих волн под воздействием течений или обусловленное изменением глубины на мелководье;

3.32 ровный лед: Лед, имеющий относительно ровные верхнюю и нижнюю поверхности;

3.33 скорость волны: Скорость перемещения гребня волны в данной точке;

3.34 соленость морского льда: Отношение суммарной массы ионов в образовавшемся при таянии льда растворе к массе этого раствора;

3.35 средняя волновая линия: Линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы (рисунок 1);

3.36 стоячие волны: Волны, видимая форма которых в пространстве не перемещается;

3.37 толщина ровного льда: Сумма толщин надводной и подводной частей ледяного покрова;

3.38 торос: Отдельное нагромождение кусков и обломков льда, образовавшегося при сжатии ледяных полей в зоне их контакта;

3.39 торосистое ледяное поле: Поле с грядами торосов, образовавшихся при сжатии ледяного покрова;

3.40 трансформация волн: изменение высоты и длины бегущих волн, искривление их фронтов под воздействием рельефа дна, препятствий, течений;

3.41 фронт волны: Линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня волны;

3.42 штормовой нагон и сгон: Повышение и понижение уровня воды в акватории относительно среднего уровня, вызванные воздействием ветра и уменьшением атмосферного давления в шторме;

3.43 элемент волны (основные): Высота, длина и период волны (рисунок 1).

Рисунок 1 - Профиль и элементы волны

4 Общие положения

4.1 В своде правил установлены нормативные значения нагрузок и воздействий от ветровых волн, льда и судов на гидротехнические сооружения.

Расчетная нагрузка должна определяться как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам γ_f, учитывающий возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную сторону от ее нормативного значения.

Значение коэффициента γ_f для нагрузок волновых, ледовых и от судов должно приниматься согласно требованиям, приведенным в СП 58.13330, для ветровых нагрузок - согласно требованиям СП 20.13330.

4.2 Расчетные элементы волн и ледовых условий на открытых и огражденных акваториях следует принимать на основе результатов инженерно-гидрометеорологических изысканий, многолетних натурных наблюдений и лабораторных исследований. Правила выполнения указанных изысканий приведены в [1], [2].

4.3 Нагрузки и воздействия волн и льда на сооружения I класса, а также на сооружения других классов при расчетной высоте волн более 5 м, полученные расчетными методами, необходимо уточнять на основе натурных и лабораторных исследований.

5 Нагрузки и воздействия волн на гидротехнические сооружения

Основные расчетные положения

5.1 Определение волновых нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения должно производиться для условий расчетного шторма при расчетных уровнях воды в акватории.

5.2 В качестве расчетного шторма следует принимать шторм повторяемостью для сооружений класса:

I - 1 раз в 100 лет;

II - 1 раз в 50 лет;

III и IV - 1 раз в 25 лет.

5.3 Параметры волнения при расчетном шторме: значения высоты, длины и периода волн различной обеспеченности в системе, а также спектральная плотность волнения - должны приниматься по результатам статистической обработки результатов инженерно-гидрометеорологических наблюдений.

При недостаточности данных инженерно-гидрометеорологических изысканий определение параметров волнения расчетного шторма можно производить на основании расчетных методов (приложение А) с последующей их верификацией (проверкой) по имеющимся данным наблюдений в конкретном месте изысканий. При отсутствии таких данных допустима верификация для акваторий со схожими условиями волнообразования.

Рекомендуется согласно [2] показывать соответствие используемых расчетных методов методам (моделям), принятым для таких же целей в международной практике.

5.4 При определении расчетных значений элементов волн на открытых и огражденных акваториях необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (ее значение и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубину воды.

5.5 Расчетные уровни воды и характеристики ветра необходимо определять по результатам статистической обработки данных многолетних рядов наблюдений.

5.6 Расчеты элементов волн должны производиться с учетом деления акватории на следующие зоны по глубине (буквенные обозначения - приложения А и С):

глубоководная - с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волн;

мелководная - с глубиной , где дно оказывает влияние на развитие волн и на основные их характеристики;

прибойная - с глубиной от d_cr до d_cu,r, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн;

приурезовая - с глубиной менее d_cu,r, в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

Характеристики волнения, соответствующие расчетным обеспеченностям скорости ветра и уровня воды в акватории, должны определяться с учетом трансформации волн - изменения их параметров под воздействием течений и с выходом на мелководье, рефракции при сложном рельефе и негоризонтальном дне, дифракции на оградительных сооружениях, обрушения.

Определение параметров волнения должно производиться расчетно-теоретическими методами на основе современных программно-вычислительных комплексов или с использованием номограмм (приложение А) и имеющихся апробированных методов.

5.7 Расчетную обеспеченность высот волн в системе необходимо принимать:

при определении устойчивости и прочности гидротехнических сооружений и их элементов по таблице 1.

Для сооружений I класса и для всех сооружений с периодом собственных колебаний более 2 с необходимо учитывать спектральные характеристики волнения (частотный спектр).

Таблица 1

5.8 Максимальный расчетный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям сводов правил на проектируемые сооружения (объекты).

5.9 При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений I класса - 1 %, II и III классов - 5 %, IV класса - 10 % по наивысшим годовым уровням, определенных с учетом приливно-отливных явлений, сезонных колебаний, ветрового и волнового нагонов.

Примечания

1 В безливных морях для подпорных гравитационных волнозащитных стен II класса и для искусственных пляжей без сооружений обеспеченность расчетных уровней следует принимать равной 1 %.

2 В отдельных случаях при достаточном обосновании допускается при определении волнового воздействия выбирать расчетный уровень воды, исходя из условия максимального воздействия волн на элементы гидротехнических сооружений (например, при рассмотрении размывов основания вблизи сооружения и мероприятий по защите от размыва).

5.10 Высоты ветрового и волнового нагонов следует принимать по данным натурных наблюдений. Для сооружений III и IV классов высоты ветрового и волнового нагонов допускается определять расчетом (приложение Б).

5.11 При динамических расчетах и оценке усталостной прочности элементов конструкций гидротехнических сооружений следует учитывать спектральную плотность ветрового волнения, характеризующую его нерегулярность.

5.12 Воздействие шторма, в том числе в сочетании с течением, на дно акватории у основания гидротехнического сооружения должно оцениваться сравнением значений максимальной придонной скорости и неразмывающей (допускаемой) придонной скорости или соответствующих касательных напряжений, характеризующих грунт, слагающий дно, или материал, используемый для защиты дна от размыва и подмыва основания сооружения (приложение В).

Особенности расчета воздействия волн на сооружения различных типов

Нагрузки на вертикальные стены

5.13 Расчет сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории (рисунок 2) должен производиться при глубине до дна d_br > 1,5h и глубине над бермой d_br > 1,25h; при этом в формулах для свободной волновой поверхности и волнового давления вместо глубины до дна d_b, м, необходимо применять условную расчетную глубину d, м, определяемую по формуле

(1)

где d_f - глубина над подошвой сооружения, м;

k_br - коэффициент, принимаемый по графикам рисунка 3;

h - высота исходной бегущей волны, м, принимаемая на основе гидродинамических (вероятностных) расчетов или по приложению А.

а - при гребне волны; б - при ложбине волны
(с эпюрами взвешивающего волнового давления)

Рисунок 2 - Эпюры давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны открытой
акватории

Рисунок 3 - Графики значений коэффициента k_br

5.14 Горизонтальную волновую нагрузку Р_x на вертикальную стену под воздействием стоячей волны следует принимать по эпюрам волнового давления р по глубине при различном положении гребня и подошвы волны у стены.

Построение эпюр волнового давления p должно производиться по результатам экспериментальных исследований и/или гидродинамических расчетов. Допускается применение способа, приведенного в приложении Г.

5.15 В расчетах устойчивости сооружения и прочности грунтов основания следует учитывать уменьшение волновой нагрузки на секцию вертикальной стены при подходе фронта волны под углом α, град. Коэффициент k_cs снижения нагрузки при этом принимается по таблице 2.

Таблица 2

5.16 В расчетах следует учитывать горизонтальную нагрузку от дифрагированных волн со стороны огражденной акватории (рисунок 4).

а - при гребне волны; б - при ложбине волны

Рисунок 4 - Эпюры давления дифрагированных волн на вертикальную стену
и ее подошву со стороны огражденной акватории

5.17 Взвешивающее волновое давление в горизонтальных швах массивной кладки и по подошве сооружения допускается принимать равным соответствующим значениям горизонтального волнового давления в крайних точках (рисунки 2 и 4) при линейном изменении его в пределах ширины сооружения.

5.18 Максимальную придонную скорость V_{b, max}, м/с, от действия стоячих волн на расстоянии  от передней грани стены следует определять по формуле

(2)

где коэффициент

 - волновое число.

Максимальное значение касательного напряжения на поверхности дна τ_w,max, кПа, от воздействия волн следует определять по формуле

(3)

где f_w = 0,237 (a₀ / k_s)^0,52 - коэффициент трения; при a₀ ≤ 0,63k_s f_w = 0,3;

a₀ = V_{b, max} T / 2π,

 - период волны, с;

ρ - плотность воды, т/м.

k_s = k_{s, gr} + k_sΔ - суммарная гидравлическая шероховатость дна;

k_{s, gr} = αD₅₀ (α = 2 - 4, рекомендуется α = 2,5) - шероховатость плоского (без русловых форм) дна, сложенного грунтом средней крупностью D₅₀, м;

k_s,Δ = 1,1D_b [l - exp (-25D_b / L_b)] - шероховатость, обусловленная донными формами средней высотой D_b, м, и средней длиной L_b, м.

Среднее за период  значение касательного напряжения на поверхности дна , кПа, от воздействия волн должно определяться по формуле

(4)

Возможность размыва дна акватории у основания сооружений следует оценивать сравнением V_b,max и/или τ_w,max с допускаемыми значениями этих величин, при которых грунт остается устойчивым. При превышении этих значений должны разрабатываться мероприятия, обеспечивающие защиту от размыва и подмыва основания сооружения (приложение В).

5.19 Расчет сооружений на воздействие разбивающихся волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине над бермой d_br < 1,25h и глубине до дна d_b ≥1,5h (рисунок 5). Горизонтальную нагрузку Р_хс, кН/м, от разбивающихся волн следует определять по эпюре бокового волнового давления, при построении которой значения р, кПа, для ординат z, м, следует принимать по формулам:

(5)

 

(6)

 

(7)

Рисунок 5 - Эпюры давления разбивающихся волн на вертикальную стену

Вертикальную нагрузку P_zc, кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления и определять по формуле

(8)

где μ - коэффициент, принимаемый равным

следует принимать μ = 0,7; при .

Максимальную придонную скорость воды V_f,max, м/с, над поверхностью бермы перед вертикальной стеной при разбивающихся волнах следует определять по формуле

(9)

5.20 Расчет сооружений на воздействие прибойных волн должен производиться при глубине d_b ≤ d_cr на примыкающем к стене участке дна протяженностью не менее, (рисунок 6). Возвышение вершины максимальной прибойной волны η_c,sur, м, над расчетным уровнем следует определять по формуле

,

(10)

где h_sur - высота прибойной волны, м;

d_cr - критическая глубина, м.

Горизонтальную нагрузку Р_хс, кН/м, от прибойных волн необходимо принимать по эпюре бокового волнового давления, при этом значение р, кПа, для ординат z, м, допускается определять по формулам:

(11)

 

(12)

 

(13)

где  - средняя длина прибойной волны, м.

а - с верхом на уровне дна; б - с возвышающейся над дном постелью

Рисунок 6 - Эпюры давления прибойных волн на вертикальную стену

Вертикальную нагрузку Р_zc, кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой p₃) и определять по формуле

(14)

Максимальная придонная скорость прибойной волны V_b,max, м/с, у основания вертикальной стены со стороны открытой акватории должна определяться по формуле

(15)

5.21 Нагрузки от воздействия разбивающихся и прибойных волн на сооружения I и II классов следует уточнять на основе лабораторных исследований или гидродинамических расчетов.

Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля

5.22 При определении высоты наката волн на откос h_run (рисунок 7) должны учитываться следующие факторы:

высота и длина расчетных волн;

шероховатость поверхности откоса;

фильтрационные свойства материала, образующего откос;

направление и скорость ветра;

глубина воды в акватории перед сооружением;

угол подхода фронта волны к линии уреза воды на откосе.

Расчет высоты наката на откос может производиться методами, приведенными в приложении Д.

Деформируемость за время расчетного шторма пляжных откосов следует оценивать по данным натурных наблюдений (в том числе, на аналогах) и гидравлического моделирования в сочетании с апробированными расчетными методами.

5.23 Волновое давление на защитное плитное крепление откоса должно определяться на основании результатов физического и/или математического моделирования.

Для крепления из бетонных и железобетонных плит при предварительных расчетах допускается определять волновое давление расчетом по зависимостям приложения Д.

Рисунок 7 - Схема к определению высоты h_run наката волн на откос

5.24 При креплении откоса рваным камнем, обыкновенными и фасонными бетонными или железобетонными блоками расчетную массу отдельного элемента можно определять по зависимостям приложения В.

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

5.25 Нагрузки от волн на обтекаемые преграды должны определяться для сооружений I и II классов на основе экспериментальных исследований и/или решения гидродинамической задачи обтекания преграды волновым потоком.

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения должны определяться как сумма скоростного и инерционного компонентов, обусловленных соответственно локальными значениями скорости и ускорения волнового движения жидкости.

Динамический эффект от воздействия нерегулярных волн следует учитывать только в тех случаях, когда период собственных колебаний сооружения соизмерим со средним периодом набегающих волн.

5.26 Максимальную силу воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду (рисунок 8, а) следует определять из ряда значений, получаемых при различных удалениях ӕ = х / λ вершины волны от преграды.

5.27 Максимальные значения нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду, расположенную на некотором удалении от дна акватории или лежащую на дне (рисунок 8, б), должны определяться также при различных удалениях ӕ = х / λ вершины волны от преграды для двух случаев:

максимальной горизонтальной составляющей нагрузки Р_х,max при соответствующем значении вертикальной составляющей нагрузки Р_z;

максимальной вертикальной составляющей нагрузки Р_z,max при соответствующем значении горизонтальной составляющей нагрузки Р_х.

а - вертикальные; б - горизонтальные

Рисунок 8 - Схемы к определению волновых нагрузок на обтекаемые преграды

5.28 Расчет сквозных сооружений или отдельно расположенных обтекаемых преград на нагрузки от волн должен производиться, как правило, с учетом шероховатости их поверхности.

5.29 При выполнении расчетов допускается использование формул, графиков и таблиц, помещенных в приложении Е, основанных на аналитическом решении в третьем приближении задачи о бегущих потенциальных волнах и дополненных данными экспериментальных исследований.

5.30 Максимальную придонную скорость V_b,max, м/с, в точках, расположенных на контуре преграды (θ = 90° и 270°) и впереди преграды на расстоянии 0,25λ от контура преграды (θ = 0°), следует определять по формуле

(16)

где коэффициент φ_r принимается по таблице 3.

Таблица 3

Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения

5.31 Максимальные значения горизонтальной Р_x, кН/м, и вертикальных Р_z и Р_с, кН/м, проекций равнодействующей нагрузки от волн на подводный волнолом необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 9). При этом р, кПа, должно определяться в зависимости от z с учетом уклона дна i по формулам, приведенным в таблице 4.

Таблица 4

Рисунок 9 - Эпюры волнового давления на подводный волнолом

5.32 Максимальную придонную скорость V_b,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением в виде вертикальной или крутонаклонной стены следует определять по зависимости (2).

Для сооружения в виде подводного волнолома при определении V_b,max по формуле (2) коэффициент k_si должен быть принят равным ; при  следует принимать k_sl = 1,1.

Максимальную придонную скорость воды V_b,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением при разбивающихся и прибойных волнах надлежит определять соответственно по формулам (9) и (15).

5.33 Максимальные значения горизонтальной Р_х, кН/м, и вертикальных Р_z и Р_с, кН/м, Проекций равнодействующей нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную волнозащитную стену (при отсутствии засыпки грунта со стороны берега) необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рисунок 10). При этом значения р, кПа, и η_с, м, должны определяться в зависимости от места расположения сооружения:

а) при расположении сооружения в створе последнего обрушения прибойных волн (рисунок 10, а) по формулам:

(17)

 

(18)

б) при расположении сооружения в приурезовой зоне (рисунок 10, б) по формулам:

(19)

 

(20)

в) при расположении сооружения на берегу за линией уреза в пределах наката волн (рисунок 10, в) по формулам:

(21)

 

(22)

где η_с - превышение гребня волны над расчетным уровнем в створе волнозащитной стены, м;

h_br - высота разбивающихся волн, м;

a_n - расстояние от створа последнего обрушения волн до линии уреза (приурезовая зона), м;

a_i - расстояние от створа последнего обрушения волн до сооружения, м;

а_l - расстояние от линии уреза воды до сооружения, м;

а_r - расстояние от линии уреза воды до условной границы наката на берег разбивающихся волн (при отсутствии сооружения), м, определяемое по формуле

(23)

h_{(sur 1 %)} - высота наката волн на берег, м, определяемая по 5.22.

Примечания

1 Если ордината верха сооружения z₁ ≥ -0,3h, м, то значения волнового давления, определяемые по формулам (17), (18) и (21), необходимо умножать на коэффициент k_zd, принимаемый по таблице 5.

2 Нагрузки от прибойных волн на волнозащитные стены при расположении их в прибойной зоне следует определять согласно 5.20.

3 В формулах (19) и (21) давление p_u вычисляется по формуле (17), в которой d - глубина воды в створе последнего обрушения, показанная на рисунке 10а.

Таблица 5

z

а - зона прибойной волны; б - приурезовая зона; в - за линией уреза

Рисунок 10 - Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену при
расположении сооружения

5.34 Максимальные значения горизонтальной Р_х, кН/м, и вертикальной Р_z, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разрушившихся волн на вертикальную волнозащитную стену (с засыпкой грунта со стороны берега) при откате волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давлений (рисунок 11); при этом значение p_r, кПа, должно определяться по формуле

(24)

где Δz_r - понижение поверхности воды от расчетного уровня перед вертикальной стеной при откате волны, м, принимаемое в зависимости от расстояния щ от линии уреза воды до сооружения равным: при a_l ≥ 3h_br Δz_r = 0 и при a_l < 3h_br Δz_r = 0,25 h_br.

5.35 Волновое давление р, кПа, на криволинейный участок стены необходимо принимать по эпюре волнового давления на вертикальную стену согласно 5.33 с ориентированием этой эпюры по нормали к криволинейной поверхности (рисунок 12).

5.36 Максимальные значения горизонтальных Р_х,ехt, Р_х,int, кН, и вертикальной Р_z, кН, проекций равнодействующей нагрузки от волн на элемент буны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 13). При этом значения волнового давления на внешнюю p_ext, кПа, и теневую p_int, кПа, грани буны и соответствующие возвышения гребня волны η_ext, м, и η_int, м, должны определяться по формулам:

(25)

 

(26)

где ka - коэффициент, принимаемый по таблице 6 в зависимости от угла а подхода фронта волны к буне.

Рисунок 11 - Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену
при откате волны

Рисунок 12 - Эпюра давления волн на криволинейный участок волнозащитной стены

Рисунок 13 - Эпюры волнового давления на буну

Таблица 6

Воздействие судовых волн на крепления берегов каналов

5.37 Значения высоты h_sh, м, и длины λ_sh, м, волн, возникающих при движении водоизмещающих судов, следует определять по формулам:

(27)

 

(28)

где d_s и l_u - осадка и длина судна, м;

V - скорость судна, м/с;

δ - коэффициент полноты водоизмещения судна.

Примечание - При определении параметров волны, возникающей при движении водоизмещающих судов в водотоках (реках, каналах), следует учитывать, что скорость судна V, м/с, не должна превышать допускаемое значение V_adm, м/с, определенное нормативными актами для рассматриваемого водного пути. При отсутствии нормативных данных V_adm допускается определять по формуле

(29)

где k_a - отношение подводной площади поперечного сечения судна к площади живого сечения канала А, м²;

b - ширина канала, м, по урезу воды.

При двухстороннем движении однотипных судов численное значение k_a в формуле (29) следует принимать увеличенным вдвое.

5.38 Высоту наката h_rsh, м, судовой волны на откос (рисунок 14) следует определять по формуле (V ≤ V_adm):

(30)

где β_sl - коэффициент, принимаемый для откосов, облицованных сплошными плитами, равным 1,4, каменным мощением - 1,0 и каменной наброской - 0,8.

Рисунок 14 - Эпюра давления судовых волн на крепления берегов каналов при накате волны на откос

5.39 Максимальное значение нагрузки от судовой волны на крепления берегов каналов Р, кН/м, должно приниматься по эпюрам волнового давления, при построении которых рекомендуется использовать приемы, приведенные в приложении Ж.

6 Нагрузки от судов (плавучих объектов) на гидротехнические сооружения

6.1 При расчете гидротехнических сооружений на нагрузки от судов (плавучих объектов) необходимо определять:

нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты;

нагрузки от навала пришвартованного судна на причальное сооружение при действии ветра, течения и волн;

нагрузки от навала судна при его подходе к портовому причальному сооружению;

нагрузки от натяжения швартовов при действии на судно ветра, течения и волн.

Расчетные повторяемости внешних воздействий на акватории порта должны приниматься в зависимости от продолжительности стоянки судов и обусловленного ими типа швартовной системы (таблица 7).

Нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты

6.2 Расчетные значения поперечной F_q, кН, и продольной F_n, кН, составляющих силы воздействия ветра на плавучие объекты следует определять по формулам:

для судов и плавучих причалов с ошвартованными судами

(31)

 

(32)

для плавучих доков

(33)

 

(34)

где A_q и A_n - соответственно боковая и лобовая надводные площади парусности (силуэтов) плавучих объектов, м²;

V_q и V_n - соответственно поперечная и продольная составляющие анемометрической скорости ветра, м/с, принимаемые в соответствии с таблицей 7;

ξ - коэффициент, зависящий от наибольшего горизонтального размера a_h, м, поперечного или продольного силуэтов надводной части плавучего объекта; принимается по таблице 8; при длительной стоянке судов у причала (группы 1 и 4 - 6 таблицы 7) коэффициент ξ = 1;

γ_f - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, учитывающей порывистость ветра и принимаемый по СП 20.13330.

Примечание - Площади парусности следует определять с учетом площадей экранирующих преград, расположенных с наветренной стороны (приложение И).

Таблица 7

Таблица 8

6.3 Расчетные значения поперечной Q_w, кН, и продольной N_w, кН, составляющих силы от воздействия течения на плавучие объекты следует определять по формулам:

(35)

 

(36)

где A_l и A_t - соответственно боковая и лобовая подводные площади парусности плавучих объектов, м²;

С_у, С_х - обобщающие коэффициенты продольной и поперечной силы воздействия течения, определяемые с учетом соотношения осадки плавучего объекта и глубины воды (приложение К).

V_t и V_l - поперечная и продольная составляющие скорости течения, м/с, принимаемые в соответствии с таблицей 7.

6.4 Расчетные максимальные значения поперечной Q, кН, и продольной N, кН, горизонтальных сил от воздействия волн на плавучие объекты следует определять по формулам:

(37)

 

(38)

где ӕ - коэффициент, зависящий от осадки d_s, м, плавучего объекта; принимается по графику на рисунке 15;

γ_l - коэффициент, принимаемый по таблице 9, в которой а_l - наибольший горизонтальный размер продольного силуэта подводной части плавучего объекта, м;

h - высота волны обеспеченностью 5 % в системе, м;

А_l и A_t - обозначения те же, что и в 6.3.

Рисунок 15 - График значений коэффициента ӕ

Примечание - Период изменения волновой нагрузки следует принимать равным среднему периоду волн.

Таблица 9

6.5 При расчете гидротехнических сооружений на действие нагрузок, передающихся от плавучих объектов на палы, корневые части причалов и анкерные опоры (для принятого количества, калибра и длины связей, значения натяжения связей в первоначальном состоянии, массы подвесных грузов и места их закрепления), необходимо определять:

горизонтальные и вертикальные нагрузки на сооружения и анкерные опоры;

наибольшие усилия в связях;

перемещения плавучих объектов.

Примечание - На морях с приливами и отливами определение усилий в элементах раскрепления следует производить при самом высоком и самом низком уровнях воды.

6.6 Нагрузки на анкерные опоры, усилия в связях и перемещения плавучих объектов необходимо определять с учетом динамики действия волн, при этом соотношения периодов свободных и вынужденных колебаний плавучих объектов должны приниматься из условия недопущения резонансных явлений.

Нагрузки от навала пришвартованного судна на сооружение

6.7 Нагрузку от навала пришвартованного судна на сооружение q, кН/м, под действием ветра, течения и волн, высота которых превышает допускаемые при швартовке значения по таблице 10, следует определять по формуле

(39)

где Q_tot - поперечная сила от суммарного воздействия ветра, течения и волн, кН, определяемая согласно 6.2 - 6.4, 6.6;

l_d - длина участка контакта судна с сооружением, м, принимаемая в зависимости от соотношения длины причала L, м, и длины прямолинейной части борта судна (или обноса) l, м, соответственно:

при L ≥ l 1_d = l,

при L < l l_d = L.

Примечание - Для причального фронта, образованного несколькими опорами или палами, распределение нагрузки от пришвартованного судна следует принимать только на те из них, которые располагаются в пределах прямолинейной части борта судна.

Таблица 10

Для уточнения волновой составляющей нагрузки на причальное сооружение от пришвартованного судна допускается использование методики, учитывающей динамический характер волнового воздействия и справедливой во всем диапазоне высот волн h_{5 %} без ограничения его допускаемыми значениями (приложение Л).

Нагрузки от навала судна при подходе к сооружению

6.8 Кинетическую энергию навала судна E_q, кДж, при подходе его к портовому причальному сооружению следует определять по формуле

(40)

где W - расчетное водоизмещение (масса) судна, т;

V_B - нормальная (к поверхности сооружения) составляющая скорости подхода

ψ - коэффициент, учитывающий условия швартовки и конструкцию причальных сооружений.

Значения нормальной составляющей скорости подхода V_B и коэффициента ψ рекомендуется назначать, используя справочные данные приложения М.

6.9 Поперечную горизонтальную силу F_q, кН, от навала судна при подходе к сооружению следует определять для заданного значения энергии навала судна E_q, кДж, по графикам, полученным согласно схеме рисунка 16, следуя по направлению штриховой линии со стрелками.

Суммарная энергия деформации Е_tot, кДж, должна включать энергию деформации отбойных устройств Е_с, кДж, и энергию деформации причального сооружения E_i кДж; при Е_с ≥ 10E_i величину Е_i, допускается не учитывать.

Энергию деформации причального сооружения E_i кДж, следует определять по формуле

(41)

где k_i - коэффициент жесткости причального сооружения в горизонтальном поперечном направлении, кН/м.

Продольная сила F_n, кН, от навала судна при подходе к сооружению должна определяться по формуле

(42)

где μ - коэффициент трения, принимаемый в зависимости от материала лицевой поверхности отбойного устройства: при поверхности из бетона или резины μ = 0,5; при деревянной поверхности μ = 0,4; при полиэтиленовых брусьях μ = 0,1 - 0,15.

6.10 Допускаемое значение нормальной к поверхности сооружения составляющей скорости подхода судна V_adm, м/с, следует определять по формуле

(43)

где E_tot - энергия навала, кДж, принимаемая по графикам, полученным согласно схеме рисунка 16 для случая наименьшей допускаемой силы Fq на причальное сооружение (или на борт судна);

W и ψ - обозначения те же, что и в 6.8.

Следует учитывать, что ограничение скорости подхода к сооружению может быть обусловлено размывающим воздействием на донные отложения и/или крепление дна акватории вблизи сооружения, оказываемым потоком, возникающим за счет работы движителей судна.

а - от энергии Е_tot; б - от нагрузки F_q

Рисунок 16 - Схема построения графиков зависимости деформаций
отбойного устройства (и причального сооружения) f_t

Нагрузки на сооружения от натяжения швартовов

6.11 Нагрузки от натяжения швартовов должны определяться с учетом распределения на швартовные тумбы (или рымы) поперечной составляющей суммарной силы Q_tot, кН, от действия на одно расчетное судно ветра и течения. Значения Q_tot, кН, принимаются согласно 6.2, 6.3.

Воспринимаемую одной тумбой (или рымом) силу S, кН, на уровне козырька (рисунок 17) от всех судов, швартовы которых заведены за тумбу, а также ее поперечную S_q, кН, продольную S_n, кН, и вертикальную S_v, кН, проекции следует определять по формулам:

(44)

 

(45)

 

(46)

 

(47)

где n - число работающих тумб, принимаемое по таблице 11;

α, β - углы наклона швартова, град, принимаемые по таблице 12.

Рисунок 17 - Схема распределения усилия на тумбу от натяжения швартовов

Таблица 11

Таблица 12

Значение силы натяжения швартова S, кН, для судов речного флота должно приниматься по таблице 13.

Таблица 13

Силу, передаваемую на каждую концевую тумбу носовыми или кормовыми продольными швартовами, для морских судов с расчетным водоизмещением более 50 тыс. т следует принимать равной продольной составляющей суммарной силы N_tot, кН, от действия ветра и течения на пришвартованное судно, определенной согласно требованиям 6.2 - 6.4.

Примечание - Более точное определение усилий в швартовых с учетом конкретной схемы швартовки судна может быть выполнено по формулам приложения Н.

6.12 Для специализированных причалов морских портов, состоящих из технологической площадки и отдельно стоящих палов, значения суммарных сил Q_tot, N_tot от действия ветра, течения, определенные согласно 6.2, 6.3, должны распределяться между группами швартовных канатов следующим образом:

а) на носовые, кормовые продольные и прижимные канаты - по 0,8 Q_tot, кН;

б) на шпринги - по 0,6 Q_tot, кН.

Если каждая группа швартовов заводится на несколько палов, то распределение усилий между ними допускается принимать равномерным. Значения углов α и β (см. рисунок 17) и число работающих тумб следует устанавливать по расположению швартовных палов.

Примечание - Для сквозных причальных сооружений I и II классов, расположенных на недостаточно защищенных от волнения акваториях, рекомендуется учитывать волновую составляющую швартовной нагрузки на причал, определяемую на основе апробированных на практике динамических методов расчетов качки пришвартованного судна на волнении или модельных испытаний. Для предварительных оценок допускается использование методики, приведенной в приложении Л.

7 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения

Основные расчетные положения

7.1 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения должны определяться на основе статистических данных о гидрометеорологических и ледовых условиях в районе расположения сооружения, исходя из их ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемых в зависимости от класса сооружений по таблице 14. Нагрузки ото льда на сооружения определяются на период ледовых воздействий.

Таблица 14

7.2 В число исходных данных по расчету ледовых нагрузок входят:

характеристики геометрических размеров и форм рельефа ледяного покрова;

толщина льда;

перепады температур, необходимые при расчете нагрузки от температурного расширения;

максимальная и минимальная скорости подхода льда к сооружению;

температура воздуха, необходимая для расчета прочности льда; скорость ветра и пр.

7.3 Исходные данные для расчета ледовых нагрузок следует назначать путем статистической обработки материалов натурных наблюдений в соответствии с ежегодной вероятностью превышения по классу сооружений.

При отсутствии материалов натурных наблюдений ледовых условий за исходные данные принимаются значения параметров, полученные расчетом по гидрометеорологическим условиям местности, соответствующим заданной ежегодной вероятности превышения.

7.4 Прочностные характеристики ледяного покрова: пределы прочности льда при сжатии R_c и изгибе R_f, МПа, следует вычислять по формулам:

(48)

 

(49)

где N - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле, при этом N ≥ 3;

С_i - значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в i-м слое при температуре t_i;

Δ_i - доверительная граница случайной погрешности определений С_i, МПа, определяемая методами математической статистики;

C_b и Δ_b - значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре t_b и доверительная граница случайной погрешности определений C_b, МПа, определяемые так же, как C_i и Δ_i;

t_b - температура льда на границе лед - вода (температура замерзания), равная для пресной воды 0 °С, а для соленой воды определяемая по формуле t_b = -0,057s_w, где s_w - соленость воды, ‰.

7.5 Нормативное значение С_i определяется с учетом температуры в i-м слое как среднее арифметическое значение прочности льда в соответствии с методикой испытания льда на одноосное сжатие согласно рекомендуемому приложению П.

Распределение температуры по толщине льда и определение ее значения в i-м слое принимается по натурным данным или при их отсутствии на основе решения задачи теплопроводности при стационарном режиме по температуре воздуха, скорости ветра, действующим течениям соответствующей ежегодной вероятности превышения с учетом класса сооружений.

При отсутствии опытных данных значение С_i, допускается принимать по таблицам 15 и 16.

Значение доверительной вероятности а величин R_c и R_f при расчетах ледовых нагрузок принимается равным 0,99 для сооружений I класса и 0,95 - для сооружений II и III классов.

7.6 При рассмотрении прочности льда в условиях первой подвижки речного ледяного покрова значения R_c и R_f, определенные по формулам (48) и (49), допускается уменьшать путем умножения их на коэффициент, принимаемый:

для рек бассейна Среднего и Верхнего Амура и юга Забайкалья - 0,45;

для рек бассейна Нижнего Амура, Средней Лены, Енисея до Енисейска, Оби до Октябрьского и севера европейской части России R_c - 0,5;

для рек бассейна Верхнего Днепра, Верхней Волги, Камы и Тобола, низовья Дона, Волги, Урала и Оби, междуречья Оби и Енисея, Верхней Лены, Алдана и крайнего северо-востока России - 0,64;

для нижних течений Енисея и Лены и рек их междуречья, рек бассейна Алтая - 0,83;

для рек центра, северо-запада и юго-востока европейской части России - 0,83.

Таблица 15

Таблица 16

7.7 Строение ледяного поля (речного и морского) определяется по данным кристаллографического исследования; при их отсутствии допускается принимать, что:

ледяной покров открытых озер, водохранилищ и крупных рек состоит из зернистого и призматического льдов;

ледяной покров морей и устьевых участков рек, впадающих в моря, состоит из зернистого и волокнистого льдов.

Толщина слоя зернистого льда, располагающегося в верхней части ледяного покрова, относится к толщине слоя призматического или волокнистого льда как 1:3.

Нагрузки на сооружения от полей ровного льда

7.8 Нагрузку от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо определять: на отдельно стоящую опору (рисунок 18) с передней гранью в виде треугольника, многогранника или цилиндрического очертания F_c,p, МН, по формуле

(50)

а секцию протяженного сооружения (рисунок 19) F_c,w, МН, по формуле

(51)

где V - скорость движения ледяного поля, м/с. Для водохранилищ и морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3 %-ному значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения;

h_d - толщина ровного льда;

m - коэффициент формы опоры в плане, принимаемый по таблице 17;

А - максимальная площадь ледяного поля (или суммарная площадь нескольких ледяных полей, оказывающих давление друг на друга), м², которая может воздействовать на рассчитываемый элемент сооружения, определяемая по натурным наблюдениям или принимаемая в зависимости от поперечных размеров пролета сооружения как А = 3l², (где l - пролет сооружения);

k_b - коэффициент, принимаемый по таблице 18;

k_v - коэффициент, принимаемый по таблице 19;

γ - половина угла заострения передней грани опоры в плане на уровне действия льда, град; для опоры в виде многогранника или полуциркульного очертания необходимо принимать γ = 70°;

R_c - обозначение то же, что и в 7.4;

ρ - плотность воды, кг/м³.

Рисунок 18 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на отдельно
стоящую вертикальную опору

Рисунок 19 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на секцию
сооружения

Таблица 17

Таблица 18

Таблица 19

Максимальная скорость, учитывающая скорость приложения нагрузки с которой начинается зона хрупкого разрушения, составляет 0,15 м/с, минимальная - 0,01 м/с. При этом, нагрузка F_c,p, определенная по формуле (50), не может быть больше нагрузки F_b,p МН, определяемой по формуле

(52)

а нагрузка F_c,w, определенная по формуле (51), не может быть больше нагрузки F_b,w, МН, определяемой по формуле

(53)

где k - коэффициент, принимаемый по таблице 20;

b_s - ширина секции протяженного сооружения по фронту на уровне действия льда, м.

Нагрузку от воздействия ледяного поля на опору с передней гранью в виде прямоугольника следует определять по формуле (52).

Таблица 20

7.9 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на отдельно стоящую коническую опору или конический ледорез полуциркульного очертания (рисунок 20) при отсутствии смерзания со льдом необходимо определять по формулам:

а) горизонтальную составляющую нагрузки F_k,p, МН,

(54)

б) вертикальную составляющую нагрузки F_v,p, МН,

(55)

где k_h,1, k_h,2 - коэффициенты, принимаемые по таблице 21;

k_h,3, k_h,4, k_v,1, k_v,2 -коэффициенты, принимаемые по таблице 22;

k_v,f - коэффициент, принимаемый по таблице 22а;

ρ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

d - диаметр конуса по ватерлинии, м;

d_t - верхний диаметр конуса, м;

β - угол наклона образующей конуса (передней грани сооружения откосного профиля) к горизонту, град;

R_f, h_d и b - обозначения те же, что в 7.4 и 7.8.

Таблица 21

На секцию откосного профиля или отдельно стоящую опору прямоугольного сечения с наклонной передней гранью (рисунок 21) нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля следует определять по формулам:

а) горизонтальную составляющую нагрузки F_h, МН,

(56)

б) вертикальную составляющую нагрузки F_v, МН

(57)

где k_β - коэффициент, принимаемый по таблице 23;

k_Δ - коэффициент, принимаемый по таблице 24;

m_h - коэффициент, принимаемый по таблице 25;

А₁, А₂, А₃ - коэффициент, принимаемый по таблице 26;

m_v - коэффициент, принимаемый по таблице 27;

f - коэффициент трения.

Таблица 22

Таблица 22а

Рисунок 20 - Схема приложения нагрузок от движущегося ледяного поля на отдельно
стоящую коническую опору

Коэффициенты k_β, m_h, и m_v принимаются в зависимости от высоты Δh, м, надводного скопления обломков льда у откоса или передней грани сооружения. Значение Δh определяется по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии по результатам моделирования. При этом Δh не может быть больше возвышения гребня сооружения над уровнем воды.

Таблица 23

Таблица 24

Таблица 25

Таблица 26

Таблица 27

В случае подвижки смерзшегося с коническим сооружением ледяного поля горизонтальная составляющая нагрузки F_h,f, МН, определяется как на цилиндрическую опору с расчетной шириной b равной диаметру конуса на уровне действия льда, по формуле

(58)

где k_βi - коэффициент, принимаемый по таблице 28;

F_b,p - обозначение то же, что в 7.8.

Вертикальная составляющая нагрузки F_v,p в этом случае отсутствует.

Таблица 28

Рисунок 21 - Схема приложения нагрузок от движущегося ледяного поля на сооружение
откосного профиля

7.10 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн, F_p, МН (рисунок 22) необходимо определять по формуле

(59)

где n_t - общее число колонн в сооружении;

F_b,p - предельная нагрузка, определяемая по формуле (52);

K₁ - коэффициент, определяемый по формуле

(60)

K₂ - коэффициент, принимаемый по таблице 29.

Примечание - Значения коэффициента K₁, определенные по формуле (60), соответствуют коэффициенту вариации предела прочности льда при одноосном сжатии, равному 0,2.

Рисунок 22 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на сооружение
из системы вертикальных колонн

Таблица 29

Локальное давление ледовых образований

7.11 Локальное давление на элементы сооружений от воздействия ледовых образований не должно превышать предела прочности льда на сжатие R_c.

7.12 Нагрузку от воздействия остановившегося поля ровного льда, наваливающегося на сооружение при действии течения воды и ветра F_s, МН, необходимо определять по формуле

(61)

в которой величины р_μ, р_v, р_i и р_μ,а, МПа, определяются по формулам:

(62)

 

(63)

 

(64)

 

(65)

где V_max - максимальная скорость течения воды подо льдом в период ледохода, м/с;

V_w,max - максимальная скорость ветра в период ледохода, м/с;

L_m - средняя длина ледяного поля по направлению потока, принимаемая по данным натурных наблюдений, при их отсутствии для рек допускается принимать L_m равной утроенной ширине реки, м;

i - уклон поверхности потока;

h_d и А - обозначения те же, что в 7.8.

При этом, нагрузка F_s, определенная по формуле (61), не может быть больше нагрузки F_b,w, определенной по формуле (53) при k_v = 0,1.

Примечания

1 Расчетная ширина ледяного поля принимается по данным натурных наблюдений, а для затворов или аналогичных сооружений - не более ширины пролета сооружения.

2 Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки необходимо принимать ниже расчетного уровня воды на 0,2h_d в зимний период, а в период весеннего ледохода - на 0,4h_d.

Нагрузки на сооружения от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении

7.13 Горизонтальную нагрузку q, МН/м, (на 1 м длины по фронту протяженного сооружения) от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении необходимо принимать равной наибольшему значению из полученных за рассматриваемый ряд лет.

Значения q определяются по графикам (рисунок 23) при заданных значениях перепадов температуры воздуха Δθ, °С, и соответствующих им реальных и приведенных толщинах пресного льда h_d, м, и h_red, м.

Значения Δθ следует выбирать путем рассмотрения графиков хода температуры воздуха в ледоставный период для каждого года из рассматриваемого ряда лет при длительности перепадов от 5 ч до 20 сут.

Значения h_d принимаются равными средним толщинам льда к моменту температурного расширения льда.

Значения h_red, м, необходимо определять по формуле с учетом приведения всех составляющих к физическим свойствам льда

(66)

где h_s - средняя толщина снега, м;

h_r - добавочная толщина льда, м, определяемая по таблице 30.

Таблица 30

Рисунок 23 - График значений нагрузки q при температурном расширении пресного льда

7.14 Нагрузку от воздействия ледяного покрова при его температурном расширении на отдельно стоящее сооружение F_t, МН, необходимо определять по формуле

(67)

где k_L - коэффициент, принимаемый по таблице 31;

q, b - обозначения те же, что в 7.8 и 7.13.

Таблица 31

При этом нагрузка F_t, определенная по формуле (67), не может быть больше нагрузки F_t,b, МН, определяемой по формуле

(68)

где R_c - обозначение то же, что в 7.4.

7.15 Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки, определенной согласно 7.14, необходимо принимать ниже расчетного уровня воды на 0,25h_c.

Нагрузки от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды

7.16 Вертикальную нагрузку (на 1 м длины по фронту сооружения) от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды f_d, МН/м (рисунок 24), необходимо определять по формуле

(69)

где h₀ - изменение уровня воды, м; при этом h₀ ≤ h_max,

h_max - максимальная толщина ледяного покрова, м;

v - кинематическая вязкость воды; при температуре 0 °С v = 1,793 ∙ 10^-6 м²/с.

а - при понижении УВ; б - при повышении УВ;
УВЛ - уровень воды при ледоставе

Рисунок 24 - Схемы приложения нагрузок от примерзшего к сооружению ледяного
покрова при изменении уровня воды (УВ)

Нагрузка f_d, определенная по формуле (69), не может быть больше нагрузки f_d,lim, МН/м, определяемой по формуле

(70)

где σ_c,lim - предельное напряжение в сжатом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как (С_i + Δ_i) для нижнего слоя ледяного покрова при температуре t_b в случае понижения уровня воды или для верхнего слоя ледяного покрова при температуре t_u в случае повышения уровня воды;

σ_t,lim - предельное напряжение в растянутом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как 0,3(С_i + Δ_i) для верхнего слоя ледяного покрова при температуре t_u в случае понижения уровня воды или для нижнего слоя ледяного покрова при температуре t_b в случае повышения уровня воды;

C_i, Δ_i, t_b - обозначения те же, что в 7.4.

7.17 Момент силы, воспринимаемый 1 м протяженного сооружения от примерзшего ледяного покрова, М_l, (МН∙м)/м, при изменении уровня воды (рисунок 24), необходимо определять по формуле

(71)

где h₀, h_max - обозначения те же, что в 6.16.

При этом момент силы М_l, определенный по формуле (71), не может быть больше момента М_l,lim, (МН∙м)/м, определяемого по формуле

(72)

где σ_c,lim, σ_t,lim - обозначения те же, что в 7.16.

7.18 Вертикальную нагрузку на отдельно стоящую опору или свайный куст от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды F_d,p, МН (рисунок 25), необходимо определять по формуле

,

(73)

где k_f - коэффициент, определяемый по формуле

,

(74)

где D - поперечный размер (диаметр) опоры или свайного куста, м;

R_f и h_max - обозначения те же, что в 7.4 и 7.16.

Примечание - При прямоугольной форме опоры в плане со сторонами b и с, или для сооружения, состоящего из системы колонн или куста свай с внешними размерами опорной части на уровне действия льда b и с, м, допускается принимать , м.

а - при понижении УВ; б - при повышении УВ

Рисунок 25 - Схемы приложения нагрузки к отдельно стоящей опоре от примерзшего к
ней ледяного покрова при изменении уровня воды (УВ)

7.19 Вертикальную нагрузку на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн, от примерзшего к опорам ледяного покрова при изменении уровня воды F_d,f, МН (рисунок 26), необходимо определять по формуле

(75)

 

(76)

где K - коэффициент, определяемый как произведение коэффициентов K_k, принимаемых для каждой из п колонн по графикам рисунка 27 при заданных значениях a_k, b и параметра

a_k - расстояние от оси произвольно выбранной основной колонны до оси k-й колонны (рисунок 26), м;

b, n_f, h_maxи F_d,p - обозначения те же, что в 7.8, 7.10, 7.17, 7.19.

Рисунок 26 - Схема приложения нагрузки к сооружению, состоящему из системы
вертикальных колонн, от примерзшего к нему ледяного покрова при повышении уровня
воды (при понижении уровня воды сила F_df направлена вниз)

Рисунок 27 - Графики значений коэффициентов K_k

Нагрузки на сооружения от заторных и зажорных масс льда

7.20 Нагрузку от движущейся заторной массы льда на отдельно стоящую опору F_b,j, МН, необходимо определять по формуле

(77)

где R_b,j - нормативное сопротивление заторной массы льда смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равным:

0,45 МПа - для участков рек севернее линии «Воркута - Ханты-Мансийск -Красноярск - Улан-Удэ - Благовещенск - Николаевск на Амуре»,

0,35 МПа - между линиями «Воркута - Ханты-Мансийск - Красноярск - Улан-Удэ - Благовещенск - Николаевск на Амуре» и «Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск»,

0,25 МПа - южнее линии «Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск»;

h_b,i - расчетная толщина заторной массы, м, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии по формуле

(78)

где H_b,i - средняя глубина реки выше затора при максимальном расходе воды заторного периода, м;

m, b - обозначения те же, что в 7.8.

7.21 Нагрузку от движущейся зажорной массы на отдельно стоящую опору F_b,j, МН, необходимо определять по формуле

(79)

где R_b,j - нормативное сопротивление зажорной массы смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равным 0,12 МПа;

h_j - расчетная толщина зажора, м, определяемая по данным натурных наблюдений; при их отсутствии допускается принимать равной 0,8 от средней глубины потока при расходе воды зажорного периода; т,

m, b - обозначения те же, что в 7.8.

Нагрузки от движущегося тороса

7.22 Нагрузку от воздействия движущегося тороса на сооружения вертикального и откосного (при р > 40°) профиля F_r, МН (рисунок 28), необходимо определять по формуле

(80)

где F_u - нагрузка от надводной части тороса (паруса), МН;

F_c - нагрузка от консолидированной части тороса (паруса), МН;

F_k - нагрузка от киля тороса, МН.

1 - надводная часть тороса (парус); 2 - консолидированная часть тороса; 3 - киль тороса

Рисунок 28 - Расчетная модель тороса в момент наибольшего воздействия на сооружение

7.23 Нагрузка от надводной части тороса вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки F_u,h, МН,

(81)

б) вертикальная составляющая нагрузки F_u,v, МН,

(82)

где ρ_i, - плотность льда, кг/м³;

ψ_i- пористость (пустотелость) ледяного образования, при отсутствии специальных исследований, допускается принимать ψ_u = 0,5;

b_u - средняя ширина преграды по фронту в зоне действия ледяного образования, м; си - зацеп между обломками льда в ледяном образовании, МПа, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать c_u = 0,003 ... 0,005 МПа;

φ_u - угол внутреннего трения ледяного образования, град, при отсутствии специальных исследований принимать φ_u = 35 - 40°;

h - глубина погружения киля;

h_u - расчетная высота ледяного образования, определяемая по натурным данным; при их отсутствии допускается определять h_u по формуле

(83)

где h_t - толщина льда на момент образования тороса, м, но не более 0,6 м;

k_u,φ и к_u,с - коэффициенты горизонтальной составляющей пассивного давления ледяного образования, вычисляемые по формулам:

(84)

 

(85)

 

(86)

 

(87)

 

(88)

где α_f - угол трения между льдом и сооружением, град;

(89)

f - коэффициент трения между льдом и сооружением, при отсутствии специальных исследований допускается принимать f = 0,1 - 0,2;

α_u - угол наклона откоса ледяного образования к горизонту, при отсутствии специальных исследований допускается принимать α_u = 30°;

β - обозначение то же, что в 7.9.

Точка приложения равнодействующей нагрузки от надводной части ледяного образования принимается выше уровня воды на 0,33h_u, при F_u,v < 0 нагрузка на сооружение направлена вверх.

7.24 Нагрузка от консолидированной части ледяного образования вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки F_c,h, МН, по формуле (52) - для отдельно стоящего сооружения и по формуле (53) - для секции протяженного сооружения при k_v = 1 с заменой величины h_d на h_c - расчетную толщину консолидированной части и умножением значения R_c на коэффициент r_c - отношение прочностей консолидированной части и ровного льда на сжатие, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать r_c = 0,8, где h_d, R_c - обозначения те же, что в 7.8; толщина консолидированной части тороса приближенно может быть принята равной h_c = (1,8 - 2,0)h_d (приложение Р).

б) вертикальная составляющая нагрузки F_c,v МН,

(90)

Точка приложения равнодействующей нагрузки от консолидированной части принимается ниже уровня воды на 0,5h_c.

7.25 Нагрузка от киля вычисляется по формулам:

а) горизонтальная составляющая нагрузки F_k,h, МН,

(91)

б) вертикальная составляющая нагрузки F_k,v, МН,

(92)

где ψ_k - пористость (пустотелость) ледяного образования, определяемая по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать ψ_k - 0,3 - 0,4;

h_k - расчетная глубина ледяного образования, м; при назначении расчетной глубины ледяного образования можно принять, что h_u /h_k = 2 - 6;

b_k - средняя ширина преграды по фронту в зоне действия ледяного образования, м;

c_k - сцепление (с учетом зацепа) ледяного образования, МПа, определяемое по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать c_k = 0,02 - 0,03 МПа;

φ_k - угол внутреннего трения ледяного образования, град, определяемый по опытным данным; при их отсутствии допускается принимать φ_k = 15 - 20°;

k_k - коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления нагромождения обломков льда, вычисляемый по формулам:

(93)

 

(94)

ρ - обозначение то же, что в 7.9.

Нагрузка F_k,h, определенная по формуле (91), не может быть ни в каком случае больше нагрузки F_b,j, определенной по формуле (79) при замене в ней величин b и h_j на b_k и (h_k - h_c) соответственно.

Точка приложения равнодействующей нагрузки от подводной части ледяного образования принимается ниже уровня воды на 0,33(h_k - h_c).

Примечание - Нагрузка на сооружение вертикального профиля определяется при ρ = 90°.

Приложение А
(рекомендуемое)

Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

А.1 Элементы ветра над поверхностью водоемов должны определяться путем численного прогноза на основе результатов статистической обработки барических полей с помощью вероятностного моделирования и с учетом натурных данных, полученных в соответствии с требованиями [1] и [2] по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям для строительства.

А.2 Элементы течений по глубине водоемов должны устанавливаться путем гидродинамического и вероятностного моделирования с учетом элементов приливных и стоковых течений, а также натурных данных, полученных в соответствии с требованиями [1] и [2] по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям для строительства.

А.3 Определение элементов волн на открытых и огражденных акваториях следует проводить на основе материалов А.6 - А.20.

В качестве исходных данных следует использовать карты глубин и данные об элементах ветра, полученных в соответствии с А.1.

Рекомендуется проводить верификацию полученных значений элементов волн на основе данных измерений, выполненных в натурных условиях в соответствии с [1] и [2].

А.4 Трансформацию волн на течении следует учитывать с помощью апробированных методов расчета.

А.5 Допускается определение характеристик волнения на основе гидродинамического и вероятностного моделирования с использованием спектрально-дискретных или спектрально-параметрических моделей.

Верификацию результатов гидродинамического моделирования рекомендуется проводить по имеющимся данным измерений характеристик волнения в натурных условиях или на физических моделях.

Элементы волн в глубоководной зоне

А.6 Средняя высота , м, и средний период волн , с, в глубоководной зоне должны определяться по расчетной скорости ветра V_w по верхней огибающей кривой рисунка А.1. По значениям безразмерных параметров gt/V_w и , и верхней огибающей кривой следует определять значения  и по меньшему из них принять среднюю высоту и средний период волн.

Длину разгона волны L, м, следует определять по картографическому материалу с учетом направления ветра.

Значения длины предельного разгона L_u, м, допускается принимать по таблице А.1 для заданной расчетной скорости ветра V_w, м.

Таблица А.1

Среднюю длину волн , м, при известном значении Т следует определять по формуле

(А.1)

Примечание - При переменных скоростях ветра вдоль разгона волн допускается принимать h_d по результатам последовательного определения высоты волны для участков с постоянными значениями скорости ветра.

А.7 Высоту волны i %-ной обеспеченности в системе h_di, м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент k_i, принимаемый по графикам рисунка А.2 для безразмерной величины . При сложной конфигурации береговой черты значение  должно приниматься по величине  и верхней огибающей кривой рисунка А.1.

Элементы волн с обеспеченностью по режиму 1; 2; 4 % необходимо принимать по функциям распределения, определяемым по натурным данным.

А.8 При сложной конфигурации подветренной береговой линии средняя высота волн h_d, м, может определяться по формуле

(А.2)

где , м, (при n = 1; ±2; ±3; ±4) - средние высоты волн, которые должны приниматься согласно рисунку А.1 по расчетной скорости ветра V_w и проекциям лучей L_n, м, на направление главного луча, совпадающего с направлением ветра. Лучи проводятся из расчетной точки до пересечения с линией берега с интервалом ± 22,5° от главного луча.

Рисунок А.1 - Графики для определения элементов ветровых волн в глубоководной
и мелководной зонах

При наличии перед расчетным створом большого количества препятствий в виде островов с угловыми размерами менее ±22,5° и суммой угловых размеров более 22,5° среднюю высоту волн , м, в секторе n следует определять по формуле

(A.3)

где ӕ_ni, v_nj - соответственно угловые размеры i-го препятствия и j-го промежутка между соседними препятствиями, отнесенные к углу 22,5° (i = 1, 2, 3 … k_n; j = 1, 2, 3 …, l_n) в пределах n-го сектора, назначаемого в интервале ±11,25° от направления луча.

Средние высоты волн , , м, следует определять по рисунку А.1 по расчетной скорости ветра и разгону L, равному проекциям лучей L_ni и L_nj, м, на направление ветра. Лучи L_ni и L_nj равны соответственно расстоянию от расчетной точки до пересечения с i-м препятствием или подветренным берегом j-м промежутке.

Средний период волн определяется по безразмерному параметру , который принимается согласно рисунку А.1 при известном значении . Среднюю длину волн следует определять по формуле (А.1).

Примечание - Конфигурация береговой черты принимается сложной, если L_max / L_min ≥ 2, где L_max и L_min - наибольший и наименьший лучи, проведенные из расчетной точки в секторе ±45° от направления ветра до пересечения с подветренным берегом.

А.9 Превышение вершины волны над расчетным уровнем η_с, м, определяется по безразмерному параметру η_с / h_i (рисунок А.3) для данного значения  при .

Рисунок А.2 - Графики значений коэффициента k_i

Рисунок А.3 - Графики для определения значений η_с / h_i в мелководной
и η_c,sur / h_j в прибойной зонах

Элементы волн в мелководной зоне

А.10 Высоту волн i %-ной обеспеченности h_i м, в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более следует определять по формуле

(А.4)

где k_t - коэффициент трансформации;

k_r - коэффициент рефракции;

k_l - обобщенный коэффициент потерь;

k_i - коэффициент обеспеченности волн в системе.

Коэффициенты k_t, k_r, k_l следует определять по А.11.

Длина волн, перемещающихся из глубоководной зоны в мелководную, определяется по рисунку А.4 при заданных значениях безразмерных параметров  и . Период волн принимается равным периоду волн в глубоководной зоне.

Превышение вершины волны над расчетным уровнем η_с, м, следует определять по рисунку А.3 для данных безразмерных величин  и .

А.11 Коэффициент трансформации следует принимать по графику 1 рисунка А.5. Коэффициент рефракции должен определяться по формуле

(А.5)

где a_d - расстояние между смежными волновыми лучами в глубоководной зоне, м;

a - расстояние между теми же лучами по линии, проходящей через заданную точку мелководной зоны, м.

Лучи волн на плане рефракции в глубоководной зоне необходимо принимать по заданному направлению распространения волн, а в мелководной зоне их следует продолжать в соответствии со схемой а и графиками б рисунка А.6 согласно штриховой линии со стрелками.

Обобщенный коэффициент потерь k_l должен определяться по заданным значениям параметра  и уклону дна i (таблица А.2); при уклонах дна 0,03 и более следует принимать значение обобщенного коэффициента потерь равным единице.

Примечание - При сложной конфигурации дна и частичной защищенности акватории значение коэффициента k_r следует принимать по результатам определения коэффициентов рефракции для волновых лучей, проводимых из расчетной точки в направлениях через 22,5° от главного луча.

Рисунок А.4 - Графики для определения значений  в мелководной и  
в прибойной зонах

Рисунок А.5 - Графики для определения значений: коэффициента k_t, (1)
и параметра  (2)

Таблица А.2

А.12 Среднюю высоту и средний период волн в мелководной зоне с уклонами дна 0,001 и менее необходимо определять по графикам рисунка А.1. По безразмерным параметрам  и  принимаются значения  и  и по ним определяются  и .

Рисунок А.6 - Схема (а) и графики (б) для построения плана рефракции

Высоту волны i %-ной обеспеченности в системе следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент k_i принимаемый по графикам рисунка А.2. По безразмерным параметрам  и  определяются значения коэффициента k_i, из которых принимается наименьший.

Среднюю длину волн при известном значении среднего периода следует определять в соответствии с А.6.

Превышение вершины волны над расчетным уровнем должно определяться по рисунку А.3.

Примечание - Элементы волн, перемещающихся из мелководной зоны с уклонами дна 0,001 и менее в зону с уклонами дна 0,002 и более, должны определяться согласно А.10 и А.11, при этом высота исходной средней высоты принимается

Элементы волн в прибойной зоне

А.13 Высоту волн в прибойной зоне, м, следует определять для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5: по безразмерной величине  находится значение  и по нему определяется h_{sur 1 %}.

Длину волны в прибойной зоне , м, следует определять по верхней огибающей кривой рисунка А.4, превышение вершины волны над расчетным уровнем η_c,sur, - по верхней огибающей кривой рисунка А.3.

А.14 Критическая глубина d_cr, м, при первом обрушении волн должна определяться для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5 методом последовательных приближений. По ряду задаваемых значений глубин d в соответствии с А.10 и А.11 определяются величины  и по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5 - соответствующие им значения , из которых принимается d_cr, численно совпадающее с одной из задаваемых глубин d.

А.15 Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн d_cr,u при постоянном уклоне дна, следует определять по формуле

(А.6)

где k_u - коэффициент, принимаемый по таблице А.3;

n - число обрушений (включая первое), принимаемое из ряда n = 2, 3 и 4 при выполнении неравенств  и .

При определении глубины последнего обрушения d_cr,u коэффициент k_u или произведение коэффициентов не должны приниматься менее 0,35.

При уклонах дна более 0,05 следует принимать значение критической глубины d_cr = d_cr,u.

Примечание - При переменных уклонах дна допускается принимать d_cr,u по результатам последовательного определения критических глубин для участков дна с постоянными уклонами.

Таблица А.3

Элементы волн на огражденной акватории

А.16 Высоту дифрагированной волны h_dif, м, на огражденной акватории следует определять по формуле

(А.7)

где k_dif - коэффициент дифракции волн, определяемый согласно А.17, А.18 и А.19;

h_i - высота исходной волны i %-ной обеспеченности.

В качестве расчетной длины принимается исходная длина  на входе в акваторию.

А.17 Коэффициент дифракции волн k_dif,s для акватории, огражденной одиночным молом (при заданном значении угла β, град, относительном расстоянии от головы мола до точки в расчетном створе k_dif и значении угла φ, град), следует принимать в соответствии со схемой и графиками рисунка А.7 согласно штриховой линии со стрелками.

Рисунок А.7 - Графики для определения значений коэффициента k_dif,s

А.18 Коэффициент дифракции волн k_dif,c на акватории, огражденной сходящимися молами, определяется по формуле

(А.8)

где ψ_с - коэффициент, принимаемый по рисунку А.8 для данных значений d_c и k_dif,cp.

Значение d_c определяется по формуле

(А.9)

где l₁ и l₂ - расстояния от границ волновой тени (ГВТ) до границ дифракции волн (ГДВ), принимаемые в соответствии со схемой и графиками рисунка А.9 согласно штриховой линии со стрелками;

b - ширина входа в порт, м, принимаемая равной проекции расстояния между головами молов на фронт исходной волны.

Рисунок А.8 - Графики значений коэффициента ψ_с

Рисунок А.9 - Схема (а) и графики (б) для определения значений l и l_a

Значение коэффициента k_dif,cp определяется так же, как и k_dif,s согласно А.17 для точки пересечения главного луча с фронтом волн в расчетном створе.

Положение главного луча на схеме рисунка А.9, а необходимо принимать по точкам, расположенным от границы волновой тени (ГВТ) мола с меньшим углом φ_i, град, на расстояниях х, м, определяемых по формуле

(А.10)

где l_a1 и l_а2 - величины, принимаемые в соответствии со схемой и графиками рисунка А.9.

А.19 Коэффициент дифракции волн k_dif,b для акватории, огражденной волноломом, должен определяться по формуле

(А.11)

где k_dif,sl и k_dif,s2 - коэффициенты дифракции волн, определяемые для головных участков волнолома согласно А.17.

А.20. Высоту дифрагированной волны с учетом отражения ее от сооружений и преград h_dif,r, м, в данной точке огражденной акватории необходимо определять по формуле

(А.12)

где

(А.13)

k_dif,s - коэффициент дифракции в створе отражающей поверхности, определяемый согласно А.17, А.18 и А.19;

k_r и k_p - коэффициенты, определяемые по данным таблицы Д.1 приложения Д;

θ_r - угол между фронтом волны и отражающей поверхностью, град;

r / λ - относительное расстояние от отражающей поверхности до расчетной точки по лучу отраженной волны, при этом направление луча отраженной волны должно приниматься из условия равенства углов подхода и отражения волн;

k_ref,i - коэффициент отражения, принимаемый по таблице А.4; при угле наклона отражающей поверхности к горизонту более 45° следует принимать коэффициент отражения k_ref,i = 1.

Примечание - Высоту волны на огражденной акватории с меняющимися глубинами допускается уточнять согласно А.10 и А.11 при надлежащем обосновании.

Таблица А.4

Приложение Б
(рекомендуемое)

Определение высоты ветрового нагона

Б.1 Высоту ветрового нагона Δh_set, м, при постоянной глубине d акватории и без учета конфигурации береговой линии допускается определять по формуле

(Б.1)

или

(Б.1а)

где α_w - угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

V_w - расчетная скорость ветра, м²/с;

L - длина разгона, м;

k_w - коэффициент, принимаемый по формуле

(Б.2)

v - коэффициент кинематической вязкости воздуха; при g = 9,81 м/с и v = 10^-5 м²/с;

(Б.2)

Б.2 Высоту волнового нагона Δh_wav, м в прибойной зоне допускается определять по формуле, рекомендуемой [1]

(Б.3)

где h_sur - расчетная высота волны по линии первого обрушения, м;

- средний период волны.

Имеются указания, что поскольку параметры волн ограничиваются предельно возможной их крутизной h / λ ≈ 0,1, высота ветрового нагона Δh_wav имеет предел ≈ 1,8 м.

Приложение В
(рекомендуемое)

Оценка устойчивости грунта, подверженного гидродинамическому воздействию (волны, течение)

В.1 Устойчивость грунта, слагающего дно акватории вблизи сооружения, подверженного волновому воздействию, оценивается сравнением придонной максимальной скорости V_b,max (5.18, 5.20, 5.32) или V_f,max (5.19) со значением допускаемой придонной скорости V_b,adm.

Значение V_b,adm, м/с, для грунта крупностью фракций D < 100 мм следует принимать по рисунку В.1, а для грунта крупностью D > 100 мм - по формуле

(В.1)

где ρ_m - плотность материала грунта, т/м³;

ρ - плотность воды, т/м³.

При V_b,max > V_b,adm или V_f,max > V_b,adm следует учитывать возможность размыва дна акватории у основания сооружения и при необходимости предусматривать мероприятия по защите от размыва и подмыва основания сооружения.

В.2 При назначении крупности крепления камнем дна акватории или поверхности насыпей (берм) следует производить проверку устойчивости материала крепления по зависимостям В.1.

Рисунок В.1 - График допускаемых значений скоростей

В.3 При креплении откосов, подверженных волновому воздействию, рваным камнем (горной массой), обыкновенными и фасонными бетонными и железобетонными блоками расчетную массу отдельного элемента m или m_z, т, следует определять:

при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0,7h по формуле

(В.2)

то же, при z > 0,7h по формуле

(В.3)

где k_fr - коэффициент, принимаемый по таблице В.1; при  а также при сложном профиле численное значение коэффициента k_fr следует уточнять по данным опытов;

ρ_m - плотность материала крепления, т/м³.

Таблица В.1

В.4 Крепление откосов несортированной каменной наброской (горной массой) допускается выполнять при высоте волны не более 3,0 м, если пологость откоса ctgφ ≤ 5, и не более 3,5 м при ctgφ > 5. Несортированную каменную наброску следует считать пригодной для крепления откоса, если она характеризуется значениями коэффициента k_gr зернового состава, соответствующими заштрихованной зоне на рисунке В.2.

Значение коэффициента k_gr должно определяться для каждой фракции наброски по формуле

(В.4)

где m - расчетная масса, т, камня крепления;

m_i - средняя масса, т, камня i-й фракции наброски;

D и D_i - приведенные диаметры, м, элементов каменной наброски, т.е. диаметры шара, объем которого равен среднестатистическому объему частиц массой соответственно m и m_i:

(В.5)

При откосах, пологость которых находится в пределах 3 ≤ ctgφ < 5, расчетное значение массы т следует определять по формулам (В.2) и (В.3).

Рисунок В.2 - График для определения допустимого зернового состава несортированной
каменной наброски для крепления откосов

В.5 При пологости откосов 5 ≤ ctgφ ≤ 15, укрепляемых несортированной разнозернистой каменной наброской, расчетную массу камня m, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять по формуле (В.2) при  с умножением полученных результатов на коэффициент

Минимальное содержание фракций размером D_i ≥ D должно приниматься в соответствии с таблицей В.2.

В.6 При пологости откосов ctgφ < 3, укрепляемых несортированной разнозернистой каменной наброской, расчетную массу камня m, т, необходимо определять на основе экспериментальных исследований.

Таблица В.2

В.7 При совместном воздействии волн и течений, совпадающих по направлению, суммарное среднее по времени значение касательного напряжения на поверхность дна необходимо определять по формуле (при τ_с > 0,8 ):

(В.6)

где τ_c - касательное напряжение на дно от воздействия течения, кПа;

 - среднее по времени касательное напряжение от воздействия волн, кПа (см. 5.18, формула (4));

U - средняя по глубине скорость течения, м/с;

С - коэффициент Шези, м^1/2/с.

При наличии угла между направлением волн и течения суммарное среднее по времени касательное напряжение на поверхность дна должно вычисляться как векторная сумма касательных напряжений от волн и течений с учетом направлений.

В.8 При проектировании креплений дна у обтекаемых преград с помощью каменной наброски в случае совместного воздействия волн и течений () допускается применение концепции критических касательных напряжений, согласно которой крупность защитного слоя D₅₀, м, определяется из условия

(В.7)

где ψ_cr - критическое значение числа Шильдса. Рекомендуется принимать ψ_cr в диапазоне 0,03 - 0,035 при проектировании статически устойчивой защиты от размывов, для которой ее возможные деформации затрагивают верхний слой защитного камня на глубину не более чем D₅₀.

Допускается при соответствующем обосновании устраивать вблизи обтекаемых преград (сооружений) динамически устойчивое крепление, которое может деформироваться на большую, чем D₅₀, глубину, не теряя при этом своей основной функции - защиты дна от размывов в течение заданного срока службы сооружения. При этом значение ψ_cr может приниматься равным 0,05 - 0,055; кроме того, должны дополнительно разрабатываться критерии допустимой деформации крепления, превышение которой приводит к отказу - нарушению его защитных свойств.

Приложение Г
(рекомендуемое)

Определение волновой нагрузки на вертикальные стены

Г.1 При действии стоячей волны на вертикальную стену необходимо предусматривать (5.14) три случая определения возвышения или понижения свободной волновой поверхности η, м, у вертикальной стены:

а) η_max = k_η1h - при наибольшем значении отметки волновой поверхности у стены;

б) η_с = k_η2h - при максимальном значении горизонтальной волновой нагрузки Р_хс, кН/м, на стену;

в) η_t = -k_η3h - при наименьшем значении отметки волновой поверхности у стены.

Численные значения входящих коэффициентов k_η1 k_η2, k_η3 определяются по графикам рисунок Г.1.

1 - граница разрушения стоячих волн

Рисунок Г.1 - Графики значений коэффициентов k_η1, k_η2, k_η3

Г.2 Горизонтальную нагрузку на вертикальную стену Р_х кН/м, при воздействии стоячей волны для случаев «б» и «в», указанных в Г.1, рекомендуется принимать по эпюре волнового давления; при этом ординаты эпюры волнового давления р, кПа, на глубине z, м, следует определять по формулам таблицы Г.1, а численные значения входящих в них коэффициентов k₂, k₃, k₄, k₅, k₈ и k₉ по графикам (рисунок Г.2.)

Г.3 Волновое давление р, кПа, на вертикальную стену с возвышением над расчетным уровнем верха сооружения z_sup, м, менее чем на η_max, м, следует определять согласно Г.2 с последующим умножением полученных значений давления на коэффициент k_c, определяемый по формуле

(Г.1)

где знаки «плюс» и «минус» соответствуют положению верха сооружения выше или ниже расчетного уровня воды.

1 - граница разрушения стоячих волн

Рисунок Г.2 - Графики значений коэффициентов k₂, k₃, k₄, k₅, k₈ и k₉

Таблица Г.1

Возвышение или понижение свободной волновой поверхности η определенное по Г.1, следует также умножать на коэффициент k_c.

Горизонтальная линейная волновая нагрузка Р_хс, кН/м, в рассматриваемом случае должна определяться по площади эпюры волнового давления в пределах высоты вертикальной стены.

Г.4 Горизонтальную нагрузку от дифрагированных волн со стороны огражденной акватории следует определять при относительной длине секции сооружения ; при этом расчетную эпюру волнового давления со значениями р, кПа, допускается выполнять по трем точкам, рассматривая следующие случаи:

а) вершина волны совмещена с серединой секции сооружения (5.16, рисунок 4, а):

(Г.2)

 

(Г.3)

 

(Г.4)

б) подошва волны совмещена с серединой секции сооружения (5.15, рисунок 5, 6):

(Г.5)

 

(Г.6)

 

(Г.7)

где h_dif - высота дифрагированной волны, м, определяемая согласно приложению А;

k_l - коэффициент, принимаемый по таблице Г.2

Таблица Г.2

Г.5 Эпюра взвешивающего волнового давления на берменные массивы должна приниматься трапецеидальной (5.13, рисунок 2, б) с ординатами p_br,i кПа, определяемыми (при i = 1, 2 или 3) по формуле

(Г.8)

где x_i- расстояние от стены до соответствующей грани массива, м;

k_br - коэффициент, принимаемый по таблице Г.3;

p_f - волновое давление на уровне подошвы сооружения.

Таблица Г.3

Приложение Д
(рекомендуемое)

Определение высоты наката волн на откос

Д.1 Высоту наката волн на откос h_run м, рекомендуется определять по формуле

(Д.1)

где h_{1 %}- высота волн обеспеченностью 1 % в системе;

k_r, k_p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по таблице Д.1;

k_sp - коэффициент, принимаемый по таблице Д.2;

k_run - коэффициент, зависящий от глубины воды d перед сооружением и пологости волны  и принимаемый по графикам рисунка Д.1. Значения параметра , указанные без скобок, относятся к случаю . При глубине перед сооружением , коэффициент k_run следует принимать по значению , соответствующему глубине d = 2h_{1 %} при значениях параметра , указанному на рисунке Д.1 в скобках.

k_i - коэффициент обеспеченности по накату, принимаемый по таблице Д.3;

k_α - коэффициент, принимаемый по таблице Д.4 в зависимости от угла а между урезом воды и фронтом волны.

Примечание - При определении высоты наката волн на песчаные и гравийно-галечниковые пляжи необходимо учитывать изменение уклона пляжа во время шторма. Наибольшее понижение пляжа на линии уреза воды следует принимать равным 0,3h, м, с выклиниванием на нулевые значения на берегу до высоты наибольшего наката, а в подводной части до глубины d = d_cr, м, для размываемых грунтов или на глубине d = d_cr,u, м, - для неразмываемых фунтов (где h, d_cr и d_cr,u - соответственно высота волны и глубина воды в створах первого и последнего обрушений, м).

Рисунок Д.1 - Графики значений коэффициента k_run

Таблица Д.1

Таблица Д.2

Таблица Д.3

Таблица Д.4

Д.2 Волновое давление на откос при 1,5 ≤ ctgφ ≤ 5, укрепленный монолитными или сборными плитами, определяется эпюрой (рисунок Д.2), в которой максимальное расчетное волновое давление p_d, кПа, равно

(Д.2)

где k_s и k_f - коэффициенты, зависящие от пологости волны  и угла заложения откоса φ:

(Д.3)

 

(Д.4)

p_rel - максимальное относительное волновое давление в точке 2 (рисунок Д.2), принимаемое при h < 4 м по зависимости (h, м).

(Д.5)

при h ≥ 4 м p_rel = 1,7.

Ордината z₂, м, точки 2 приложения максимального расчетного волнового давления p_d определяется по формуле

(Д.6)

где А и В - параметры, м, значения которых определяются по зависимостям:

(Д.7)

 

(Д.8)

Ордината z₃, м, соответствующая высоте наката волн на откос, принимается согласно Д.1.

На участках крепления по откосу выше и ниже точки 2 (см. рисунок Д.2) могут приниматься значения ординат эпюры волнового давления р, кПа, на расстояниях, м:

при l₁ = 0,01251L_φ и l₃ = 0,0265L_φ p = 0,4р_d;

при l₂ = 0,0325L_φ и l₄ = 0,0675L_φ p = 0,1p_d,

где

(Д.9)

Ординаты эпюры волнового противодавления р_с, кПа, на плиты крепления откосов определяются по формуле

(Д.10)

где р_с,rel - относительное волновое противодавление, принимаемое по графикам рисунка Д.3.

Рисунок Д.2 - Эпюра максимального расчетного волнового давления на откос,
укрепленный плитами

Рисунок Д.3 - Графики для определения относительного волнового противодавления

Приложение Е
(рекомендуемое)

Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду

Е.1 Максимальная сила воздействия волн Q_max, кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами a ≤ 0,4λ и b ≤ 0,4λ, (рисунок 8, а) при глубине d > d_cr определяется из ряда значений, получаемых при различных удалениях ӕ = х / λ вершины волны от преграды, по формуле

(E.1)

где Q_i,max и Q_v,max -соответственно инерционный и скоростной компоненты силы воздействия волн, кН:

(E.2)

 

(Е.3)

δ_i и δ_v - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.1;

h и λ - высота и длина расчетной волны;

a - размер преграды по лучу волны, м;

b - размер преграды по фронту волны, м;

k_v - коэффициент перехода от действительных значений скорости и ускорения волнового потока, воздействующего на преграду, к их средним значениям (таблица Е.1);

a_i и a_v - инерционный и скоростной коэффициенты глубины, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка Е.2;

β_i и β_v - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3.

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 должны определяться по формулам:

(Е.4)

 

(Е.5)

где С_i и С_v - уточненные 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 воздействия 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 (Е.1) при различных ӕ.

Таблица Е.1

Рисунок Е.1 - Графики значений коэффициентов сочетания инерционного δ_i (графики 1) и
скоростного δ_v (графики 2) компонентов силы от воздействия волн

Рисунок Е.2 - Графики значений инерционного а_i и скоростного a_v коэффициентов
глубины

Эллиптические преграды - сплошные линии; призматические - штриховые линии:
1 - шероховатая эллиптическая преграда; 2 - гладкая эллиптическая преграда; 3 - шероховатая
в подводной части и гладкая в надводной части вертикальная эллиптическая преграда

Рисунок Е.3 - Графики значений инерционного β_i и скоростного β_v коэффициентов формы
в зависимости от a / b (для Q, q и Р_х) или b / a (для Р_z)

Е.2 Нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтекаемую преграду на глубине z, м, при максимальной силе от воздействия волн Q_max (рисунок 8, а) следует определять по формуле

(Е.6)

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

(E.7)

 

(Е.8)

δ_xi и δ_xv - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении ӕ согласно Е.1;

θ_xi и θ_xv - коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые по графикам а и б рисунка Е.5 при значениях относительной глубины

Е.3 Превышение взволнованной поверхности η, м, над расчетным уровнем должно определяться по формуле

(Е.9)

где η_rel - относительное превышение взволнованной поверхности, определяемое по рисунку Е.6.

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

(E.10)

где η_c,rel - относительное превышение вершины волны, определяемое по рисунку Е.6, при значении ӕ = 0.

Е.4 Нагрузки от волн Q и q на вертикальную обтекаемую преграду при любом ее расположении х, м, относительно вершины волны определяются по формулам (Е.1) и (Е.6). При этом коэффициенты δ_i и δ_v должны приниматься по графикам 1 и 2 рисунка Е.1, а δ_xi и δ_xv - по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 для данного значения ӕ = х / λ.

Е.5 Расстояние z_Q,max, м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду Q_max определяется по формуле

(Е.11)

где δ_i, и δ_v - коэффициенты, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.1 при значении ӕ, соответствующем Q_max;

Рисунок E.4 - Графики значений коэффициентов сочетания инерционного δ_xi
(графики 1) и скоростного δ_xv (графики 2) компонентов горизонтальной нагрузки
от волн

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

(E.12)

 

(E.13)

где ζ_i,rel и ζ_v,rel - относительные ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонентов сил, принимаемые по графикам рисунка Е.7;

μ_i и μ_v - инерционный и скоростной коэффициенты фазы, принимаемые по графикам рисунка Е.8.

Расстояние z_Q от расчетного уровня воды до точки приложения силы Q при любом удалении х вершины волны от преграды следует определять по формуле (Е.11), при этом коэффициенты δ_i и δ_v должны приниматься согласно графикам 1 и 2 рисунка Е.1 для данного значения ӕ = x / λ.

Е.6 Максимальная сила воздействия разбивающихся (разрушающихся) волн Q_cr,max, кН, на вертикальную цилиндрическую преграду диаметром D ≤ 0,4d_cr принимается по результатам определения силы волнового воздействия Q_cr, кН, при различном удалении вершины волны от преграды (рисунок Е.9, а). Рекомендуется выполнять последовательное рассмотрение случаев с интервалом  - , начиная с (где х - удаление, м, вершины разбивающейся волны от оси вертикальной цилиндрической преграды).

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

(Е.14)

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

(E.15)

 

(E.16)

где d_t - глубина воды под подошвой волны, м, (рисунок Е.9, а):

(E.17)

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

η_с,sur - превышение, м, над расчетным уровнем воды вершины волны при первом обрушении;

δ_i,cr и δ_v,cr - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые по графикам рисунка Е.9, б.

Рисунок Е.5 - Графики коэффициентов нагрузки от волн θ_xi, θ_xv, θ_zi, θ_zv, при d / λ: 1) 0,1; 2) 0,15; 3) 0,2; 4) 0,3; 5) 0,5; 6) 1; 7) 5;
λ / d = 40 - сплошные линии; λ / d = 8 - 15 - штриховые линии

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

Рисунок Е.6 - Графики значений коэффициента η_rel

1 - ζ_i,rel, 2 - ζ_v,rel

Рисунок Е.7 - Графики значений относительных ординат

Рисунок Е.8 - Графики значений инерционного μ_i, и скоростного μ_v
коэффициентов фазы

Е.7 Нагрузку от разбивающихся волн q_cr, кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z, м, от расчетного уровня (рисунок Е.9, а) при относительном удалении оси преграды от вершины волны x / d_t необходимо определять по формуле

(Е.18)

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

,

(Е.19)

 

(Е.20)

где ϵ_i,cr, и ϵ_v,cr - инерционный и скоростной коэффициенты, принимаемые соответственно по графикам а и б рисунка E.10 при значениях относительной глубины .

Примечание - Коэффициенты δ_i,cr (рисунок Е.9, б) и ϵ_i,cr (рисунок Е.10, а) следует принимать положительными при x / d_t > 0 и отрицательными при x / d_t < 0.

Рисунок Е.9 - Схема к определению нагрузок от разбивающихся волн и графики значений
коэффициентов δ_i,cr - кривая 1 и δ_v,cr - кривая 2

Е.8 Максимальный опрокидывающий момент M_z,por кН∙м, от волнового давления на сплошное днище вертикальной кругло-цилиндрической преграды, расположенной на гравийно-галечниковом или каменно-набросном основании, относительно центра днища следует определять по формуле

(Е.21)

где β_por - коэффициент опрокидывающего момента, принимаемый по таблице Е.2.

Рисунок E.10 - Графики значений инерционного ϵ_i,cr и скоростного ϵ_v,cr коэффициентов

Полный максимальный опрокидывающий момент, действующий на преграду, определяется как сумма двух моментов: момента от максимальной силы Q_max, равного произведению этой силы, определяемой по Е.1 на плечо, определяемое по Е.5, и максимального момента М_z,por по формуле (Е.21), совпадающего по фазе с максимальной силой Q_max.

Таблица Е.2

E.9 Волновое давление p, кПа, в точке поверхности вертикальной круглоцилиндрической преграды на глубине z ≥ 0 в момент максимума горизонтальной силы Q_max определяется по формуле

(Е.22)

где χ - коэффициент распределения давления, принимаемый по таблице Е.3.

Давление р в точках, лежащих выше расчетного уровня воды (z ≥ 0), принимается:

при χ > 0 по линейному закону между р на уровне z = 0, определяемым по формуле (Е.22), и р = 0 на уровне z = - χh;

при χ < 0 для точек на глубине 0 ≤ z ≤ - χh по линейному закону между р = 0 при z = 0 и значением р, определяемым по формуле (Е.22) при z = - χh.

Е.10 Максимальную донную скорость V_b,max, м/с, в точках, расположенных на контуре преграды (θ = 90° и 270°) и впереди преграды на расстоянии 0,25λ от контура преграды (θ = 0°), следует определять по формуле

(Е.23)

где коэффициент φ_v принимается по таблице Е.4.

Таблица Е.3

Таблица Е.4

Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду

Е.11 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн Р_max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (рисунок 8, б) с поперечными размерами a ≤ 0,1λ, м, и b ≤ 0,1λ, м, при z_c ≤ b, но (z_c - b / 2) > h / 2 и при (d - z_c) ≥ b должно определяться по формуле

(Е.24)

для двух случаев:

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

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

Расстояние х, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных нагрузок P_x,max и P_z,max должны определяться по относительной величине ӕ = х / λ, принимаемой согласно рисункам Е.4 и Е.11.

Е.12 Максимальное значение горизонтальной составляющей нагрузки от волн Р_х,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду определяется из ряда величин, получаемых при различных значениях ӕ, по формуле

(Е.25)

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

(Е.26)

 

(Е.27)

δ_xi и δ_xv - коэффициенты сочетания инерционного и скоростного компонентов нагрузки от волн, принимаемые соответственно по графикам 1 и 2 рисунка Е.4 при значении ӕ согласно Е.1;

θ_xi и θ_xv - то же, что и в Е.2;

β_i и β_v - инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса и прямоугольника, принимаемые по графикам рисунка Е.3 при значениях а / b - для горизонтальной и b / а - для вертикальной составляющих нагрузки.

Рисунок Е.11 - Графики значений коэффициентов сочетания инерционного δ_zi (графики 1)
и скоростного δ_zv (графики 2) компонентов вертикальной нагрузки от волн

Е.13 Максимальное значение вертикальной составляющей нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду Р_z,max, кН/м, следует определять из ряда величин, получаемых при разных значениях ӕ по формуле

(Е.28)

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

(Е.29)

 

(Е.30)

δ_zi и δ_zv - инерционный и скоростной коэффициенты сочетания, принимаемые по графикам 1 и 2 рисунка Е.11.

θ_zi и θ_zv - коэффициенты компонентов волновой нагрузки, принимаемые соответственно по графикам виг рисунка Е.5 при значениях относительной ординаты

β_i и β_v - то же, что и в Е.12.

Е.14 Значение горизонтальной Р_х, кН/м, или вертикальной P_z, кН/м, составляющих нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду при любом ее расположении х относительно вершины волны следует определять соответственно по формулам (Е.25) или (Е.28). При этом коэффициенты сочетания δ_xi, δ_xv или δ_zi, δ_zv должны приниматься по графикам рисунков Е.4 и Е.11 для заданного значения ӕ = х / λ.

Е.15 Максимальное значение равнодействующей нагрузки от волн Р_mах, кН/м, на лежащую на дне цилиндрическую преграду (рисунок 8, б), диаметр которой D ≤ 0,1λ и D ≤ 0,1d должно определяться по формуле (Е.24) для двух случаев, указанных в Е.11.

Е.16 Максимальную горизонтальную Р_х,mах, кН/м, и соответствующую вертикальную Р_z, кН/м, проекции нагрузки от волн, действующих на лежащую на дне цилиндрическую преграду, необходимо определять по формулам:

(Е.31)

 

(Е.32)

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

(Е.33)

 

(Е.34)

δ_xi, δ_xv, θ_xi, θ_xv - то же, что в Е.12.

Максимальную вертикальную P_z,max, кН/м, и соответствующую горизонтальную Р_х, кН/м, проекции нагрузки от волн следует принимать равными

Нагрузки от волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов

Е.17 Нагрузку от волн на сквозное сооружение в виде стержневой системы следует получать суммированием нагрузок, определенных согласно Е.1 - Е.14 как для отдельно стоящих преград с учетом положения каждого элемента относительно профиля расчетной волны. Элементы сооружения должны приниматься как отдельно стоящие обтекаемые преграды при расстояниях между их осями l, равных и более трех диаметров D при l < 3D (где D - наибольший диаметр элемента) волновую нагрузку, полученную на отдельно стоящий элемент сооружения, необходимо умножать на коэффициенты сближения по фронту ψ_t и лучу ψ_l волн, принимаемые по таблице Е.5.

Е.18 Нагрузки от волн на наклонный элемент сквозного сооружения необходимо получать по эпюрам горизонтальной и вертикальной составляющих нагрузки, ординаты которых должны определяться согласно Е.14 с учетом заглубления под расчетный уровень и удаления от вершины расчетной волны отдельных участков элемента.

Примечание - Нагрузки от волн на элементы сооружения, наклоненные к горизонтали или вертикали под углом менее 25°, допускается определять соответственно по Е.4 и Е.14 как на вертикальную или горизонтальную обтекаемую преграду.

Таблица Е.5

Е.19 Динамическую нагрузку от воздействия нерегулярных ветровых волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов следует определять умножением значения статической нагрузки, полученной согласно Е.17 и Е.18 от волн с высотой заданной обеспеченности в системе и средней длиной, на коэффициент динамичности k_d, принимаемый по таблице Е.6.

При отношениях периодов  необходимо выполнять динамический расчет сооружения.

Таблица Е.6

Приложение Ж
(рекомендуемое)

Построение эпюр давления от судовых волн

Для построения эпюр давления на крепление берегов от судовых волн могут быть использованы значения локального давления в характерных точках, приведенные в таблице Ж.1.

В таблице Ж.1 приняты следующие обозначения:

h_sh - высота судовой волны, м;

h_rsh - высота наката судовой волны на откос, м, определяемая по формуле (30);

d_inf- глубина низа крепления откоса, м;

d_sh - глубина воды, м;

d_h - глубина забивки шпунта;

Δz_f - понижение уровня воды, м, за креплением откоса вследствие фильтрации; принимается равным:

0,25h_sh - для крепления протяженностью по откосу от расчетного уровня воды менее 4 м с водонепроницаемым упором;

0,2h_sh - то же, с протяженностью более 4 м с упором в виде каменной призмы;

0,1h_sh - для вертикальной шпунтовой стенки.