Развитие методов расчета волновых и ледовых воздействий на морские гидротехнические сооружения

• Автор: Рогачко, Станислав Иванович
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 312 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОЛН НА ПРЕГРАДЫ БОЛЬШИХ ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ.

1.1. Воздействие регулярных волн на вертикальные цилиндрические преграды

1.2. Воздействие нерегулярных волн на вертикальные цилиндрические преграды большого диаметра
1.3. Расчет волновой нагрузки на вертикальные цилиндрические преграды большого диаметра по рекомендациям действующих норм
1.4. Воздействие длинных волн на вертикальный затопленный цилиндр большого диаметра.

1.5. Воздействие регулярных волн на сооружение типа монопод

1.6. Области применения волновых теорий.

1.7. Параметры волн, используемые при расчетах морских гидротехнических сооружений.

1.8. Выводы.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЛН НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПРЕГРАДЫ БОЛЬШИХ ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ.
2.1. Воздействие волн на затопленный вертикальный цилиндр.
2.2. Воздействие волн на составные вертикальные цилиндрические преграды типа монопод.
2.3. Воздействие волн на вертикальные цилиндрические преграды
2.4. Выводы.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
3.1. Законы подобия и правила моделирования.
3.2. Экспериментальная установка
3.3. рограмма экспериментальных исследований.
3.4. Методы проведения экспериментальных исследований
3.4.1. Методы проведения и обработки результатов опытов с затопленным цилиндром и моноподом
3.4.2. Методы проведения и обработки результатов опытов с вертикальными цилиндрическими преградами.
3.5. Результаты экспериментальных исследований.
3.5.1. Оценка точности измерений.
3.5.2. Затопленный цилиндр.
3.5.3. Монопод.
3.5.4. Вертикальные цилиндрические преграды
3.6. Выводы.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Затопленный цилиндр
4.2 . Монопод.
4.3. Вертикальные цилиндрические преграды 1
4.3.1. Деформация взволнованной поверхности
4.3.2. Волновая нагрузка. I
4.4. Выводы.
5. ПАРАМЕТРЫ ТОРОСИСТЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛЕДОВЫХ НАГРУЗОК ОТ ТОРОСОВ И ЛОКАЛЬНЫХ ЛЕДОВЫХ ДАВЛЕНИЙ.
5.1. Метрические характеристики торосистых образований. 1
5.2. Прочностные характеристики торосистых образований
5.3. Методы расчета ледовой нагрузки от воздействия торосов на вертикальные преграды.
5.4. Локальное давление льда при взаимодействии ледовых образований
с опорными частями гидротехнических сооружений.
5.4.1. Экспериментальные исследования
5.4.2. Методы расчета локального давления льда.
5.5. Выводы
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕДОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
6.1. Моделирование силового воздействия полей торошения на жесткие вертикальные цилиндрические преграды.
6.2. Методы создания крупномасштабных моделей торосов
6.2.1. Метод создания модели поля торошения
6.2.2. Метод создания модели консолидированного слоя тороса в
ледяном покрове
6.2.3. Метод создания пористых образцов льда в лабораторных
условиях.
6.3. Методы исследований метрических характеристик торосов в натурных условиях
6.4. Метод исследований прочностных характеристик торосов
6.4.1. Метод исследований прочностных характеристик надводной части торосов
6.4.2. Метод исследований прочностных характеристик средней части
торосов в лабораторных условиях
6.4.3. Метод исследований прочностных характеристик средней части моделей торосов в полевых условиях
6.5. Метод проведения опытов по взаимодействию ледовых образований
с цилиндрическими преградами.
6.5.1. Метод проведения крупномасштабных опытов по воздействию полей торошения и ровных ледяных полей на вертикальные цилиндрические преграды
6.5.2. Метод экспериментальных исследований локального давления
6.6. Выводы
I ГЛАВА 7. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.
7.1. Исследование метрических характеристик торосистых образований
7.2. Исследование прочностных характеристик торосистых
образований
7.2.1. Исследование интегральной прочности надводной части моделей торосов
7.2.2. Исследование прочностных свойств образцов льда с различной пористостью в лабораторных условиях
7.2.3. Исследование прочностных свойств консолидированной части
Л моделей торосов в натурных условиях
7.3. Взаимодействие моделей полей торошения с цилиндрическими преградами.
7.3.1. Экспериментальные исследования коэффициента торосистости
7.3.2. Экспериментальные исследования составляющих равнодействующей ледовой нагрузки от поля торошения на цилиндрическую преграду
7.4. Экспериментальные исследования локального ледового давления 9 Ф 7.4.1. Результаты экспериментальных исследований.
7.4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований.
7.5. Рекомендации по определению ледовых нагрузок
7.5.1. Рекомендации по определению суммарной ледовой нагрузки от воздействия полей торошения на вертикальные цилиндрические преграды.
7.5.2. Рекомендации по расчету локального давления льда
7.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Формула 1. Расчетная зависимость 1. Применимость этой зависимости правомерна при ОЯ. Я 0,5, а также ОЯ 0,4 и бЯ 0,5. Тем не менее, при выводе выражения дополнительной горизонтальной силы на вертикальную цилиндрическую преграду рис. Рис. Рис. Ум коэффициент момента. Рис. У 5 мв,
была упущена знакопеременность силы, связанная с возвышением свободной поверхности по отношению к статическому горизонту. Это привело к тому, что использование формулы 1. Ьреббиа К. Уокер С. Авторы считают, что дифракция, как явление в жидкости, проявляется в тех случаях, когда отношение ширины преграды О, пересекающей свободную поверхность, к длине волны X больше 0,2. Суть этого явления состоит в том, что вертикальные преграды относительно больших поперечных размеров соизмеримых с длиной волны вызывают возмущения в исходном волнении. Возмущения, распространяясь от преграды, приводят к возвышению свободной поверхности у преграды, нарушая структуру исходных волн, рис. Рис. Кроме этою в работе 8 не уделено должного внимания влиянию нелинейных эффектов на волновую нагрузку. Доусон Г. Дж. Морисона для определения волновой нагрузки на преграды большого диаметра и раскрыл смысл инерционной составляющей волновой нагрузки. Он отметил, что применимость уравнения Дж. Морисона ограничена случаями, когда диаметр преграды относительно невелик по сравнению с длиной воздействующей волны и, следовательно, обратное влияние преграды на параметры волн пренебрежимо мало. Если это условие не выполняется, то необходимо учитывать искажение волны. Было также показано, что, если диаметр преграды соизмерим с длиной волны, то отношение высоты волны к диаметру преграды невелико и скоростная составляющая волновой нагрузки пренебрежимо мала по сравнению с инерционной составляющей. Значения коэффициента инерционного сопротивления С в уравнении Дж. Морисона получены i , i 2 на основании сопоставления с результатами расчетов волновой нагрузки по дифракционной теории. К. ii . Максимальное значение результирующей силы волновой нагрузки на вертикальный цилиндр по i . О у i2 . Из рассмотренных выше работ следует, что вес аналитические исследования о силовом воздействии ветрового волнения на вертикальный цилиндр основаны на линейной теории дифракции волн в классическом изложении М. Д. Хаскинда , , 2. Так как методы расчета волновой нагрузки, основанные на изложенных выше классических решениях, относятся к простой форме преград, то в дальнейшем получили развитие численные методы. Они разрабатывались для преград произвольной формы и основаны на решении систем интегральных уравнений с использованием обобщенной функции Грина 3, 0, 4, 0, 4, 5. Следует отметить, что аналитические решения достаточно точно описывают дифракцию волн на вертикальном цилиндре, но не учитывают нелинейные эффекты. Численные же методы позволяют учитывать эффекты нелинейности волн и другие нюансы. Тем не менее, основным критерием для оценки методов расчета волновой нагрузки попрежнему остаются экспериментальные исследования, проводимые с использованием современных экспериментальных установок и измерительных систем, которые особенно необходимы при определении волновой нагрузки на преграды модели сооружения сложной формы. Задача о силовом воздействии нерегулярных двухмерных волн на вертикальную цилиндрическую преграду относительно большого диаметра решалась , , , с использованием теории дифракции двухмерных, регулярных волн малой амплитуды и линейной спектральной теории. Гак как равнодействующая волновой нагрузки и опрокидывающий момент в данном случае линейно зависят от амплитуды гармонических волн, то для нерегулярных волн был использован принцип суперпозиции соответствующих гармонических составляющих. Хпсо амплитуда гармонических функций равнодействующей волновой нагрузки и суммарного опрокидывающего момента М1 от волн с частотой со. После подстановки выражений равнодействующей волновой нагрузки и суммарного опрокидывающего момента, на основе линейной теории волн в вы
коэффициент обеспеченности значений случайной функции.