Список использованных нормативных документов и технической литературы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
Инженерная школа
Кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений
08.04.01 «Строительство»
«Морские гидротехнические сооружения и сооружения водных путей»
Отчет
«Расчет нагрузок на морскую нефтегазопромысловую платформу»
Выполнил магистрант гр. 3119(а): |
Клепикова В.В |
Проверил: Бобов Д.Г.
«____» _______________ 201__г.
Владивосток
2018
Содержание
Исходные данные | 3 | |
1 Расчет волновые нагрузки | 5 | |
2 Расчет ледовой нагрузки | 9 | |
3 Расчет ветровой нагрузки | 13 | |
4 Расчет снеговой нагрузки | 20 | |
Список использованных нормативных документов и технической литературы | 21 |
Таблица 1- Исходные данные
Волновые нагрузки | |||||
Плотность воды | ρ | 1025 | кг/м3 | ||
Длина волны | λ | 115 | м | ||
Высота волны | h | 4,7 | м | ||
Период волны | Т | 4,2 | с | ||
Диаметр преграды | D | 20 | м | ||
Скорость ветра | Vw | 40 | м/с | ||
Глубина воды при расчетном уровне | d | 50 | м | ||
Ускорение свободного падения | g | 9,81 | м/с2 | ||
Круговая чистота волны 2π/T | ω | 1,49 | 1/с | ||
Волновое число 2π/λ | k | 0,05 | 1/м | ||
Крутизна волны | h/λ | 0,04 | |||
Пологость волны | λ/ h | 25 | |||
d/λ | 0,4 | ||||
λ/d | 2,3 | ||||
D/λ | 0,17 | ||||
Коэффициент инерционного сопротивления [2] | ci | 1,5 | |||
Коэффициент скоростного сопротивления [2] | cv | 0,6 | |||
Ледовые нагрузки
| |||||
Толщина ледяного поля | hd | 0,9 | м | ||
Площадь ледяного поля (5×5 км) | А | 25000000 | м2 | ||
Температура наружного воздуха | t | -30 | °C | ||
εi | 50 | г/кг | |||
Структура льда: Зернистый слой 2 Волокнистый слой 2 | |||||
Соленость воды | sw | 5 | ‰ | ||
Ветровые нагрузки | |||||
Район строительства: Охотское море | |||||
Ветровой район - V | |||||
Нормативное значение ветрового давления | кПа | w0 | 0,6 | ||
Тип местности - А | |||||
Снеговые нагрузки
| |||||
Снеговой район - V | |||||
Вес снегового покрова | кПа | Sg | 2,5 | ||
Средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца | м/с | V | 8,4 | ||
Схема сооружения приведена на рисунке 1
Расчет волновой нагрузки
Расчет волновой нагрузки выполнен по Приложению Е [1].
Расчет ведется для значений æ=0,1; æ=0,15; æ=0,2
1.1 Максимальная сила воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду (результаты вычислений в таблице 7)
(1) |
где, Qi.max – инерционный компонент силы воздействия волн, кН (по формуле 2)
(2) |
Qv.max – скоростной компонент силы воздействия волн, кН (по формуле 3)
(3) |
δi - коэффициент сочетания инерционного компонента максимальной силы от воздействия волн, (график 1 рисунка Е.1 [1])
δv - коэффициент сочетания скоростного компонента максимальной силы от воздействия волн, (график 2 рисунка Е.1 [1])
Таблица 2 – Коэффициенты δi, δv
æ | 0,1 | 0,15 | 0,2 |
δi | 0,8 | 1 | 1,1 |
δv | 0,58 | 0,2 | 0,1 |
h=4,7 м – высота волны;
λ=115 м – длина волны;
ρ=1025 кг/м3 – плотность морской воды;
|
|
D=20 м – диаметр преграды;
kv=0,9 - коэффициент перехода от действительных значений скорости и ускорения волнового потока, воздействующего на преграду, к их средним значениям (таблица Е.1 [1]);
αi=0,98 - инерционный коэффициент глубины (график а рисунка Е.2 [1]);
αv=1,1 - скоростной коэффициент глубины (график а рисунка Е.2 [1]);
βi=(D/2×D)×cv=0,75 - инерционный коэффициент формы преграды с поперечным сечением в виде круга;
βv=cv=0,6 - скоростной коэффициент формы преграды с поперечным сечением в виде круга.
2. Нагрузку от волн на вертикальную обтекаемую преграду, при максимальной силе от воздействия волн qmax (результаты вычислений в таблице 7)
(4) |
где, δxi - коэффициент сочетания инерционного компонента нагрузки от волн (график 1 рисунок Е.4);
δxv - коэффициент сочетания скоростного компонента нагрузки от волн (график 2 рисунок Е.4);
Таблица 3 – Коэффициенты δxi, δxv
æ | 0,1 | 0,15 | 0,2 |
δxi | 0,6 | 0,8 | 0,98 |
δxv | 0,6 | 0,38 | 0,1 |
qi.max – инерционный компонент максимальной нагрузки от волн, кН (по формуле 5, результаты вычислений в таблице 7)
(5) |
qv.max – скоростной компонент максимальной нагрузки от волн, кН (по формуле 6 результаты вычислений в таблице 7)
|
|
(6) |
Где, θxi - коэффициент компонента волновой нагрузки (график а рисунок Е.5, значения в таблице 6);
θxv - коэффициент компонента волновой нагрузки (график б рисунок Е.5, значения в таблице 6);
zrel=(d-z/d) – относительная глубина (результаты вычислений в таблице 6)
3. Превышение взволнованной поверхности, над расчетным уровнем
(7) |
где, ηrel - относительное превышение взволнованной поверхности (рисунок Е.6)
Таблица 4 – Коэффициент ηrel
æ | 0,1 | 0,15 | 0,2 |
ηrel | -0,4 | -0,28 | -0,098 |
Превышение средней волновой линии над расчетным уровнем
(8) |
где, ηc.rel= -0,52 - относительное превышение вершины волны при значении æ=0 (рисунок Е.6)
4. Расстояние от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду (результаты вычислений в таблице 7)
(9) |
(10) |
где, zQ.i - ордината точки приложения инерционного компонента силы (по формуле 10)
где, zQ.v - ордината точки приложения скоростного компонента силы (по формуле 11)
(11) |
Таблица 5 –zQi, zQv
æ | 0,1 | 0,15 | 0,2 |
zQi | 12,7075 | 13,455 | 14,2025 |
zQv | 8,004 | 9,0045 | 10,005 |
μi - инерционный коэффициент фазы (рисунок Е.8)
μv- скоростной коэффициент фазы (рисунок Е.8)
Таблица 6 – μi, μv
æ | 0,1 | 0,15 | 0,2 |
μi | 0,85 | 0,9 | 0,95 |
μv | 1,2 | 1,35 | 1,5 |
ζi.rel=0,13 - относительная ордината точки приложения инерционного компонента силы (рисунок Е.7)
ζv.rel=0,058 - относительная ордината точки приложения инерционного компонента силы (рисунок Е.7)
Таблица 7 – Результаты вычислений
z
| zrel
| θxi
| θxv
| qimax
| qvmax
| q при x равном | ||
0,1 | 0,15 | 0,2 | ||||||
5 | 0,90 | 0,7 | 0,3 | 374,39 | 11,66 | 231,63 | 97,35 | 236,73 |
10 | 0,80 | 0,5 | 0,1 | 267,42 | 3,89 | 162,78 | 64,97 | 166,03 |
15 | 0,70 | 0,4 | 0,08 | 213,94 | 3,11 | 130,23 | 51,97 | 132,82 |
20 | 0,60 | 0,3 | 0,05 | 160,45 | 1,94 | 97,44 | 38,58 | 99,35 |
25 | 0,50 | 0,22 | 0,02 | 117,66 | 0,78 | 71,07 | 27,63 | 72,41 |
30 | 0,40 | 0,18 | 0,01 | 96,27 | 0,39 | 58,00 | 22,35 | 59,07 |
35 | 0,30 | 0,12 | 0 | 64,18 | 0,00 | 38,51 | 14,63 | 39,20 |
40 | 0,20 | 0,1 | 0 | 53,48 | 0,00 | 32,09 | 12,19 | 32,67 |
45 | 0,10 | 0,08 | 0 | 42,79 | 0,00 | 25,67 | 9,76 | 26,13 |
50 | 0,00 | 0,08 | 0 | 42,79 | 0,00 | 25,67 | 9,76 | 26,13 |
Q max | 7967,34 | 9855,75 | 10817,69 | |||||
zQ,max | 12,64 | 13,44 | 14,19 | |||||
η | -1,88 | -1,32 | -0,46 |
Схема расчета нагрузок от волн приведена на рисунке 2
2 Расчет ледовой нагрузки
Расчет ледовой нагрузки выполнен по СП 38.13330.2012 [1].
2.1.1 Прочностные характеристики ледяного покрова:
Предел прочности льда при сжатии:
(12) |
Предел прочности льда при изгибе:
(13) |
где, N=4 - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле
Ci - значение прочности льда на одноосное сжатие
Δi - доверительная граница случайной погрешности определений
Cb и Δb - значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре tb и доверительная граница случайной погрешности определений Cb, МПа;
Температура верхней кромки льда Т= - 30°С, температура нижней кромки льда
Т= - 1,8 °С. Снег на поверхности льда отсутствует.
Температура по толщине льда изменяется линейно (см. рисунок 3)
Рисунок 3 – Схема распространения температуры по толщине льда
Количество жидкой фазы (соляного раствора) в слое ледяного поля ξ (таблица 16 [1]):
(14) |
Прочность льда на одноосное сжатие Сi в зависимости от количества жидкой фазы во льду для каждого слоя (табл. 16 [1]). Доверительная вероятность α=0,99 (сооружения первого класса):
С1±Δ1=7,24±0,7 [МПа];
С2±Δ2=6,0±0,7 [МПа];
С3±Δ3=2,44±0,38 [МПа];
С4±Δ4=1,04±0,16 [МПа].
Рисунок 4 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на сооружение из системы вертикальных колонн
2.1.2 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 Fc.p, определенная по формуле (15), не может быть больше нагрузки Fb.p, MH, определяемой по формуле 15
(15) |
m=1 - коэффициент формы опоры в плане (в виде прямоугольника) (таблица 17 [1])
А=25000000м2 – площадь ледяного поля
kb=1,03 - коэффициент, принимаемый по таблице 18 [1], при b/hd=22;
b=20 м - ширина опоры по фронту сооружения на уровне действия льда
kv=0,3 - коэффициент, принимаемый по таблице 19 [1] (εe =10-2)
εe=v/ke×b=1,2/2,6×20=0,02=2×10-2
v=0,03×40=1,2 м/c - скорость движения ледяного поля. Для 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
ke=2,6 – при b/hd=22
2.1.3 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн Fp (см. схему сооружения)
(16) |
где, nt=4 - общее число колонн в сооружении
К1 – коэффициент, определяемый по формуле 17
(17) |
К2 –коэффициент, принимаемый по таблице 29 (при b/a=20/60=0,3)
b/hd=22;
a=60 м – шаг колонн по фронту сооружения (см. схему сооружения)
b=25 м – ширина опоры по фронту сооружения на уровне действия льда
hd=0,9 – высота ледяного поля;
nf =2 число колонн в первом ряду по фронту сооружения
kn=0,4 – коэффициент принимаемый по таблице 20 (при nf×b/hd>25)
k=0,46 – коэффициент принимаемый по таблице 20 (при b/hd=22)
nf×b/hd=2×20/0,9=44,4
2.2 Нагрузку от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо определять: на отдельно стоящую опору
(18) |
где, v=0,03×40=1,2 м/c - скорость движения ледяного поля. Для 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
hd=0,9 – высота ледяного поля;
m=1,26 - коэффициент формы опоры в плане (полуциркульное очертание) (таблица 17 [1])
А=25000000м2 – площадь ледяного поля
kb=1,02 - коэффициент, принимаемый по таблице 18, при b/hd=22,22;
b=20 м
kv=0,3 - коэффициент, принимаемый по таблице 19 (εe =10-2)
εe=v/ki×b=1,2/2,55×20=0,023
ki=2,023 – значение между b/hd<15при b/hd>25
γ=70° (tg 70=2,74) - половина угла точки передней стороны опоры в плане на уровне воздействия льда; для опоры в виде многогранника или полукруглого контура необходимо принять γ = 70°
2.1.4 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля в зависимости от скорости (результаты расчета в таблице 8, график 1)
Таблица 8 – Зависимость нагрузки от скорости
ἐ | kv | v | Fcp | Fbp |
0,0000001 | 0,1 | 0,000004046 | 0,00101 | 12,51528 |
0,00005 | 0,9 | 0,002023 | 1,52062 | 112,6375 |
0,0003 | 1 | 0,012138 | 9,61726 | 125,1528 |
0,001 | 0,8 | 0,04046 | 28,67313 | 100,1222 |
0,005 | 0,5 | 0,2023 | 113,34051 | 62,57639 |
0,01 | 0,3 | 0,4046 | 175,58636 | 37,54583 |
График 1 – Зависимость нагрузки от скорости
Расчет ветровой нагрузки
Расчет ветровой нагрузки выполнен по СП 20.13330.2016 [3].
3.1 нормативное значение основной ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней w m и пульсационной w p составляющих по формуле 19. Значения w приведены в таблице 9
(19) |
Таблица 9 – Значение основной ветровой нагрузки
№ модуля | wm | wp | w |
1 | 1,87 | 0,72 | 2,60 |
2 | 1,84 | 0,77 | 2,61 |
3 | 1,46 | 0,68 | 2,14 |
4 | 1,69 | 0,78 | 2,47 |
5 | 1,28 | 0,53 | 1,81 |
6 | 0,81 | 0,46 | 1,27 |
7 | 0,81 | 0,47 | 1,28 |
8 | 1,42 | 0,63 | 2,05 |
где, w m - нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки (определяется по формуле 20)
wp - yормативное значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузки (определяется по формуле 21)
3.2 Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки w m в зависимости от эквивалентной высоты z e над поверхностью земли следует определять по формуле 20. Значение wm в таблице 10
(20) |
Таблица 10 – Значение средней составляющей основной ветровой нагрузки w m для разных модулей
№ модуля | w0 (кПа) | k(zе) | cx | wm (кПа) |
1 | 0,6 | 1,85 | 1,6875 | 1,873125 |
2 | 0,6 | 1,86 | 1,65 | 1,8414 |
3 | 0,6 | 1,575 | 1,55 | 1,46475 |
4 | 0,6 | 1,72 | 1,6375 | 1,6899 |
5 | 0,6 | 1,31 | 1,625 | 1,27725 |
6 | 0,6 | 1,125 | 1,2 | 0,81 |
7 | 0,6 | 1,125 | 1,2 | 0,81 |
8 | 0,6 | 1,575 | 1,5 | 1,4175 |
где, w0=0,6 кПа ( V ветровой район) - нормативное значение ветрового давления (по карте 2 прил. Е [3] и табл. 11.1 [3]);
zе - эквивалентная высота (значения в табл. 11, схема к расчету на рисунке 5)
Таблица 11 – Значение эквивалентной высоты
№ модуля | zg | d | b | zе |
1 | 35 | 90 | 15 | 80 |
2 | 60 | 45 | 10 | 82,5 |
3 | 35 | 25 | 16 | 47,5 |
4 | 60 | 5 | 20 | 62,5 |
5 | 15 | 20 | 77,5 | 25 |
6 | 15 | - | 20 | 15 |
7 | 15 | - | 15 | 15 |
8 | 35 | 25 | 25 | 47,5 |
где, z g - высота от поверхности уровня воды;
b- поперечный размер модуля;
d – высота модуля.
k(zе) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты zе<300 м по табл. 11.2 [3] (значение коэффициентов в табл. 12);
Таблица 12 –Значение коэффициента k(zе)
№ модуля | Высота ze | К-т для типа местности А |
1 | 80 | 1,85 |
2 | 82,5 | 1,86 |
3 | 47,5 | 1,575 |
4 | 62,5 | 1,72 |
5 | 25 | 1,31 |
6 | 15 | 1,125 |
7 | 15 | 1,125 |
8 | 47,5 | 1,575 |
с x - аэродинамический коэффициент определяемый по прил. В.1 [3]. Значение коэффициентов в табл. 13
Таблица 13 – значение аэродинамического коэффициента (схема к расчету на рисунке 5)
№ модуля | Расчетная схема | l | b | λ | λe | kλ (при φ=1) | сx |
l/b | λe=λ | 2,5kλ | |||||
1 | 90 | 15 | 6 | 6 | 0,675 | 1,6875 | |
2 | 45 | 10 | 4,5 | 4,5 | 0,66 | 1,65 | |
3 | 25 | 16 | 1,56 | 1,56 | 0,62 | 1,55 |
Продолжение таблицы 13
4 | 20 | 5 | 4,00 | 4,00 | 0,655 | 1,6375 | |
5 | 77,5 | 20 | 3,88 | 3,88 | 0,65 | 1,625 | |
8 | 25 | 25 | 1 | 1,00 | 0,6 | 1,5 | |
6 | по табл. В1 [9] для типа D | 1,2 | |||||
7 | по табл. В1 [9] для типа D | 1,2 |
3.3 Нормативное значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузки wр на эквивалентной высоте zе следует определять по формуле 21. Значение wp в таблице 14
(21) |
Таблица 14 – Значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузки
№ модуля | wm | ζ(ze) | ν | wp |
1 | 1,87 | 0,56 | 0,69 | 0,72 |
2 | 1,84 | 0,55 | 0,76 | 0,77 |
3 | 1,46 | 0,6 | 0,77 | 0,68 |
4 | 1,69 | 0,58 | 0,8 | 0,78 |
5 | 1,28 | 0,67 | 0,62 | 0,53 |
6 | 0,81 | 0,73 | 0,77 | 0,46 |
7 | 0,81 | 0,73 | 0,798 | 0,47 |
8 | 1,42 | 0,6 | 0,74 | 0,63 |
где, ζ(ze) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 [3] (значение коэффициентов в табл. 15);
Таблица 15 – Значение коэффициента пульсации давления ветра ζ(ze)
№ модуля | Высота ze | К-т для типа местности А |
1 | 80 | 0,56 |
2 | 82,5 | 0,55 |
3 | 47,5 | 0,6 |
4 | 62,5 | 0,58 |
5 | 25 | 0,67 |
6 | 15 | 0,73 |
7 | 15 | 0,73 |
8 | 47,5 | 0,6 |
ν- коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра определяемый по таблице 11.6 [3] в зависимости от параметров ρ и Х определяемые по табл. 11.7 [3].
zoy - основная координационная плоскость, параллельно которой расположена расчетная поверхность. Значение ν в таблице 16
Таблица 16 – Значение коэффициентов ν
№ модуля | ρ | X | ν |
ρ=b | X=d | ||
1 | 15 | 90 | 0,69 |
2 | 10 | 45 | 0,76 |
3 | 16 | 25 | 0,77 |
4 | 20 | 5 | 0,8 |
5 | 77,5 | 20 | 0,62 |
6 | 20 | 15 | 0,77 |
7 | 15 | 15 | 0,798 |
8 | 25 | 25 | 0,74 |
3.4 Определяем ветровое давление Р для каждого модуля (таблица 17) и равнодействующею всех сил ΣP
Таблица 17- Ветровое давление Р
№ модуля | w | S | P |
1 | 2,60 | 1350 | 3505,82 |
2 | 2,61 | 450 | 1175,00 |
3 | 2,14 | 400 | 856,59 |
4 | 2,47 | 100 | 247,40 |
5 | 1,81 | 1550 | 2802,12 |
6 | 1,27 | 300,00 | 379,59 |
7 | 1,28 | 225,00 | 288,42 |
8 | 2,05 | 625,00 | 1279,29 |
ΣP | 10534,22 |
3.5 Определяем координаты равнодействующей относительно оси х (значение в таблице 18)
22 |
Определяем координаты равнодействующей относительно оси y (значение в таблице 19)
23 |
Таблица 18 – Координаты х
№ | P | x1 | Pi×xi |
1 | 3505,82 | 7,5 | 26293,62 |
2 | 1175,00 | 38,75 | 45531,15 |
3 | 856,59 | 69,46 | 59498,45 |
4 | 247,40 | 82,5 | 20410,61 |
5 | 2802,12 | 38,75 | 108582,17 |
6 | 379,59 | 57,5 | 21826,44 |
7 | 288,42 | 17,5 | 5047,31 |
8 | 1279,29 | 38,75 | 49572,63 |
ΣPi×xi | 336762,38 | ||
xцт | 31,97 |
Таблица 19- Координаты y
№ модуля | P | y1 | Pi×yi |
1 | 3505,82 | 80 | 280465,25 |
2 | 1175,00 | 82,5 | 96937,28 |
3 | 856,59 | 47,5 | 40687,83 |
4 | 247,40 | 62,5 | 15462,59 |
5 | 2802,12 | 25 | 70053,01 |
6 | 379,59 | 7,5 | 2846,93 |
7 | 288,42 | 7,5 | 2163,13 |
8 | 1279,29 | 47,5 | 60766,45 |
ΣPi×yi | 569382,47 | ||
yцт | 54,05 | ||
|
|
|
|
Расчет снеговой нагрузки
Расчет снеговой нагрузки выполнен по СП 20.13330.2016 [3].
4.1 Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле 24
(24) |
где се=0,23 - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, определяется по формуле 35, значения в таблице 18 ;
(25) |
)=0,734
k - принимается по таблице 11.2 [3] (то же самое что в табл. 10);
b=77,5 м – наименьший размер покрытия.
l=100 м – наибольший размер покрытия
lc=2b-(b2/l)=2*77,5-/77,52/100)
сt=1 - термический коэффициент принимаемый по п. 10.10 [3];
V=8,4 м/с –средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца
μ=1 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие (прил. Г [3] вариант 1);
Sg=2,5 кПа (V снеговой район) - вес снегового покрова на 1 м горизонтальной поверхности земли.
Список использованных нормативных документов и технической литературы
1. СП 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. М.: Минрегион России, 2014 год
2. Книга Кириченко
3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Минрегион России. - М.: ОАО "ЦПП", 2016.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 39; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!