4. Определение ледовых нагрузок на платформу.

Расчёт ледовых нагрузок ведём в соответствии изменениями к СНиП 2.06.04.-86* (раздел№5)

1) Определяем прочностные характеристики льда при сжатии R_c и изгибе R_f

Определяем R_c и R_f по формулам:

Где N - количество слоёв льда, на которое разбивается по толщине ледовое поле, в курсовом проекте ледовое поле разбиваем на 2 слоя;

C_i - среднеарифметическое значение максимального предела прочности льда при одноосном сжатии для i-го слоя при температуре t_i ;

I - доверительная граница случайной погрешности при определении C_i ;

C_b и b- тоже для нижнего слоя льда.

Морской лёд разбивается по высоте на 2 слоя.

Величины C_i и I для морского льда определяются по таблицам в зависимости от количества жидкой фазы ‰- определённой для каждого I-го слоя в зависимости от солености льда и соответствующей температуры.

1) Определяем температуру для I-го слоя льда по формуле:

ti=(tu-tb)zi+tb

где tu – температура льда по контакту с воздухом

tb - температура льда по контакту льда с водой, принимается по океанологическим таблицам в зависимости от солёности льда

для верхнего слоя льда:

t_зер = [-16-(-4)]0,875 - 4 = -14,5⁰

для нижнего слоя льда

t_вол = [-16-(-4)]0,375 - 4 = -8,5⁰

2) Определяем количество жидкой фазы ‰,

берём при солёности льда 6‰ в зависимости от полученной температуры льда I-го слоя, (по интерполяции).

Для верхнего слоя: ‰ = 42-(4,511)/5=32,1‰ (г/кг)

Для нижнего слоя: ‰ = 50-(0,58)/2=48,0‰ (г/кг)

3) По таблице №28 СНиП находим (C_i I)

Для верхнего слоя:

С_в.с = 3,4-(7,11,8)/25=2,89

I=0,4-(7,10,2)/25=0,343

С_в.с  I = 2,89  0,343

Для нижнего слоя:

С_в.с = 1.9-(231,2)/25=0,796

I=0,2-(230,1)/25=0,108

С_н.с  I = 0,796  0,108

4) Определяем прочность льда при сжатии и изгибе

2,374 мПа

R_f = 0,4(0,796 + 0,108) = 0,36 мПа

2) Определяем нагрузки от ледяных полей на сооружение

F_в,р- сила от движущегося ледяного покрова при прорезании опорой льда.

F_в,р = m  K_v  D  = 0,833,520,32.3741,521,1 =3.48Мн.

hd- толщина льда (по заданию).

m – коэффициент формы опоры, в курсовом проекте принимаем m = 0,83.

- определяем по таблице №30 СНиП. Для морского дна при отношении , где D- диаметр вертикальной опоры сооружения

= =3,52

K_v – определяется по таблице №31 СНиП. В зависимости от величины E_v – эффективная скорость дрейфующего льда в зоне взаимодействия с опорой

E_v = = = 0,1875 K_v = 0,3

E_bp= 3.48 Мн

3) Определяем силу от воздействия движущегося ледяного покрова на сооружение из системы вертикальных колонн:

F_p = n₁K₁K₂ F_в,р

Где n₁- общее число колон в сооружении = 8 шт.

K₁ – коэффициент определяемый по формуле:

K₁= 0,83 + 0,17 = 0,83 + 0,17 = 0,89

Где -число колонн в переднем ряду по фронту сооружения

K₂ - коэффициент определяемый по таблице №36 СНиП. В зависимости от отношения:

= =0,1 K₂ =1

а – шаг колонн в уровне горизонта воды.

F_p = 80,8913,48 = 24,78 Мн

III – Определяем нагрузку от действия ветра на сооружение.

Расчёт ведём в соответствии с (ВСН- 51.3-85.) и СНиП. 2.02.07.-85.

Нормативная ветровая нагрузка на морские специальные сооружения определяются как å статической и динамической нагрузок, рассчитанных при скорости ветра при 2-х минутном интервале осреднения.

1 –Определяем нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки.

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки определяется как сумма составляющих ветровых нагрузок на конструкции или их участок.

Где- -нормативное значение статической составляющей ветрового давления.

=q₀×K =0,9025×1.25 =1,128кПа.

где- q₀ – нормативное значение ветрового давления в кило – Паскалях определяется по формуле в зависимости от скорости ветра .

q₀ = кПа.

К – коэффициент, который учитывает изменения ветрового давления по высоте. Берем примерно для середины сооружения.

A_pi – это контурная площадь конструкции или её участков, определённой для площади перпендикулярной ветровому потоку.

A_pi- определяется по формуле.

A_pi = A_i×j_i×C_i×Î_I

A_i – контурная площадь.

A_i = 20×60 = 1200 м²

j_I- коэффициент заполнения (отношение суммарной площади) = 0,7¸0,8

C_i – аэродинамический коэффициент. Который определяется по СНиП. Для отдельно стоящих плоских конструкций, для вертикальных плоскостей с наветренной стороны С_с = 0,8 , а с подветренной стороны С_с – определяется по таблице в зависимости от соотношений.

=1.0 : и :

С_с = -0,4

Î- коэффициент экранирования в курсовом проекте принимаем равным 1.

A_p= 1200×0.8×(0.8+0.4)×1 = 1152м²

Влияние ограждающего оборудования установленного на площадках платформы учитывают за счёт увеличения площади A_p на 5 %

A_p = 1,05×1152 = 1209,6 м²

= 1,128×1209,6 = 1364,4 кН.

В 1-м приближении динамическую составляющую нагрузки можно считать по такой формуле.

= 1,7×0,8×477,55 = 649,47кН.

Где- -коэффициент динамичности ,определяют по таблице №6( В.С.М) в зависимости от произведения Т_с×Vw, принимается = 1,7

Т_с- период собственной формы колебаний сооружения . В курсовом проекте принимаем – 1,3¸2,08;

n - коэффициент, учитывающий пространственную пульсацию скорости ветра по высоте , принимается = 0,8

q - характеристика пульсационной составляющей ветровой нагрузки на сооружение.

q = ×m_i = 1364,4×0,35 = 477,55 кН.

m_i – коэффициент пульсации скоростного напора для середины конструкции m_i – 0,4¸0,31

Сумма статических и динамических нагрузок на сооружение составит.

Q_в = + =1364,4+649,47 = 2013,87 кН.

IV – Определяем нагрузку от собственного веса сооружения.

Собственный вес элементов определяется по формуле:

(т),

где n – количество элементов;

l_ср – средняя длина элемента;

p=A×ρ – вес 1 погонного метра элемента;

где А=π×D×t ( D – наружный диаметр сваи, t – толщина стенки трубы)

ρ=6,85 т/м³ – плотность стали.

Обьем вытесненной воды определяем как:

, (м³)

Сваи, которые крепят опорный блок к грунту это стальные трубы Æ0,92¸2,13м, толщина стенок t_ст=38¸64мм.

Их забивают в грунт до 150м и более .

Если сваю забивать внутри стоек опорного блока, то их верхнее окончание находится на уровне палубы. Более эффективным считается, если молот при

забивки помещают внутри сваи, тогда нижний конец сваи заглушен. По мере погружения такой сваи в грунт её наращивают. Вверху сваю и стойку соединяют сваркой, а пространство между ними цементируют. Иногда для усиления конструкции в наиболее уязвимых местах на уровне ледового покрова и входа в грунт в внутрь сваи погружают одну или несколько труб и пространство между ними цементируют .

Если держащая сила сваи забитых через опорные блоки недостаточна для обеспечения устойчивости, тогда дополнительно по контуру опорного блока забивают окаймляющие сваи, или концентрируют их возле опорных блоков.

Окаймляющие сваи крепят к опорному блоку под водой непосредственно у дна с помощью муфт. После забивки сваи на заданную глубину пространство между ними и муфтами заполняют цементом. Если опорные стойки большого диаметра имеют заглушку по низу и опираются на грунт, передавая от него часть нагрузок от сооружения, то сваи в этом случае размещают вокруг опорных стоек

Схема устройства такого основания:

Через муфты забивают на глубину 40-70м короткие сваи, что обеспечивает устойчивость блока в начальный период монтажа . Обычно берут короткие сваи затем внутри них бурят скважины и в них погружают трубы на глубину 100м и более. Все трубы заканчиваются над поверхностью дна 20-40м, и пространство между ними бетонируется. Все трубы на участке входа в грунт имеют вставки с более толстыми стенами.

Расчёт веса платформы сводим в табличную форму.

Опор ный блок	№	Æ t	Lср.	n- штук	А(м2)	Ртр	åGтр	pD	Vтр
	1	2,93/50	20	8	0,460	3,61	577.6	9,2	1078.3
	2	1,52/50	56	8	0,238	1,87	837.76	4,7	812.5
	3	1,37/30	23	32	0,129	1,01	929.2	4,3	1355.5
	4	1,02/16	33	40	0,051	0,40	528	3,2	1078.1
Свайый блок	5	1,73/25	33	32	0,135	1,06	1187.2	5,4	2631.3
	6	1,52/25	60	32	0,119	0,93	1843.2	4,7	3482.2
	7	1,22/25	80	32	0,095	0,75	1920	3,8	2991.1

G_{опор.блока}=2872.56 т. G_{свайн.блока}=4950.4 т.G_выт=4324,4 т

G=∑G_опор+∑G_{св.блок}-∑G_выт+∑G_{вер.стр}=2872,56+4950,4-4324,4+1500,0=4998,56 т.

G=4998,56 т.