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

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() 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

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() - 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()

№ 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 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 на эквивалентной высоте 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!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!