МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Морские и речные порты, водные пути и их техническая эксплуатация»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«ПРОЕКТ ШЕЛЬФОВОГО СООРУЖЕНИЯ»

Выполнил:

.

Одесса – 2011

СОДЕРЖАНИЕ

I. Cтационарная платформа сквозной конструкции на свайном основании	3
1.Описание конструкции	3
2. Определение параметров волн.	4
3. Выбор размеров элементов платформы	6
4.Определение нагрузок от волнового воздействия на обтекаемые преграды и сквозные сооружения	7
5. Определение ледовых нагрузок на платформу	12
6. Определение нагрузки от действия ветра на сооружение	14
7. Расчет глубины погружения свай.	16
Список литературы	19

Стационарная платформа сквозной конструкции на свайном основании.

У глубоководных платформ на моноблоке сваи и пространственная ферма работают совместно. Принимаются меры по жесткому соединению опорного блока со свая­ми (цементация межтрубного пространства, соединение сваркой), и в результате нагрузки от верхнего строения воспринимаются и сваями, и опорным блоком. В платформах поздней постройки сваи имеют завершение в нижней части блока, а стойки блока передают часть нагрузки непосредственно на грунт.

Увеличение диаметра стоек с целью достижения необходимой плавучести опорного блока ведет к значительному росту металлоем­кости сооружения. Поэтому в конструкциях высоких опорных блоков приходится прибегать к ступенчатому изменению диаметра и толщины труб, составляющих стойки.

Примером такого конструктивного подхода является буровая платформа, предназначенная для установки на глубине 395 м. Сравнительно легкое верхнее строение платформы (масса его состав­ляет 1,5 тыс. т) поддерживается опорным блоком, имеющим в 40 раз большую массу (60 тыс. т). Кроме того, на сваи, закрепляющие блок, должно быть израсходовано 30 тыс. т. стали, на водоотделяющие колонны для куста из 24 скважин - 3 тыс. т.

Верхнее строение (модули с технологическим и энергетическим оборудованием, буровая вышка, складские и жилые помещения, вертолетная площадка) располагаются на палубе - металлическом настиле, уложенном на балках, которые, в свою очередь, опираются на каркас, передающий нагрузки на опорный блок. Модули верхнего строения устанавливаются в 2-3 этажа. Общую массу верхнего строения можно снизить, если выпол­нить его как единую конструкцию. При этом за счет собственной жесткости верхнего строения мо­жет быть облегчен и опорный блок. Однако для монтажных работ в этом случае необходимы краны очень большой грузоподъемности. Обычно палуба изготовляется отдельно от опорного блока и устанавливается на него уже на акватории после закрепления блока сваями. В случае, когда палуба соединяется с опорным блоком еще на берегу, затрудняется буксировка сооружения на плаву, но зато упрощаются монтажные работы в море. Палубный настил должен предотвращать загрязнение акватории буровым раствором, нефтью и другими веществами, и поэтому имеет отбортовку по всему периметру и уклон для сбора сточных вод. Сваи, крепящие опорный блок к грунту, представляют собой стальные трубы диаметром 0,92 - 2,13 м и стенками толщиной 38 - 64 мм, их забивают в донный грунт на глубину до 150 м (в некоторых случаях и глубже). Основные сваи забиваются внутри стоек опорного блока, их верхнее окончание находится на уровне палубы. Сваи, погружаемые ударами по верхнему концу, имеют открытый нижний конец. Если же молот помещается внутри сваи (такое решение более эффективно, особенно при большой длине сваи), нижний конец ее заглушается. По мере погружения в грунт сваю наращивают сверху сваркой. После погружения сваи на заданную глубину часть ее, выступающую над опорным блоком, срезают. По верху сваю и стойку блока соединяют сваркой, а пространство между ними цементируют. В отдельных слу­чаях для усиления конструкции в наиболее уязвимых местах - на уровне воздействия льда и входа в грунт - внутрь сваи погружают дополнительно одну или несколько труб и все пространство между ними цементируют.

Держащая сила свай, забитых через стойки опорного блока, может оказаться недостаточной для обеспечения устойчивости глубоковод­ной платформы от опрокидывания. В этом случае дополнительно забивают окаймляющие сваи. Они могут быть размещены по контуру блока или сконцентрированы около стоек .Возможно, уширение нижней части опорного блока в виде решетчатого ростверка с креплением его сваями по всему кон туру. Это решение особенно Инте ресно, поскольку позволяет обойтись без основных; свай (внутри стоек), а окаймляющие сваи забивать вертикально. Дополнительные (окаймляющие) сваи крепятся к опорному блоку под водой непосредственно у дна с помощью муфт направляющих коротких обрезков труб, приваренных на нескольких уровнях к опорному блоку. После забивки свай на заданную глубину пространство между ними и муфтами заполняют цементным раствором (для этого применяют расширяющиеся цементы). Опорные стойки большого диаметра имеют заглушку понизу и опираются на грунт, передавая при этом на него часть нагрузок от опорного блока. Сваи в этом случае размещаются вокруг стоек. В опорных блоках со ступенчато изменяющимися по диаметру стойками могут применяться только окаймляющие сваи, головы которых располагаются вблизи поверхности грунта. В частности, опорный блок должен быть закреплен с помощью 56 -свай, из которых 16 забиваются через муфты расположенные между стойками блока, а остальные 40- группами по четыре вокруг всех девяти стоек (муфты на стойках на рисунке не изображены).

Схема устройства свайного основания показана на рисунке. Через муфты - трубы диаметром 1,72 м сначала забивают на глубину 75 м „короткие» сваи (они обеспечивают устойчивость блока в началь­ный период монтажных работ в море). Эти сваи делают из труб диаметром 1,52 м и стенками толщиной 25 мм. Затем внутри „коротких» свай бурят скважины и в них, погружают до глубины 135м ниже донной поверхности трубы диаметром 1,22 м. Все трубы (муфты и сваи) завершаются на уровне 45 м над донной поверхностью. Пространство между всеми трубами цементируют. Отметим, что на участке входа в грунт все трубы имеют вставки 15-метровой длины с более толстыми стенками. Масса опорных блоков глубоководных платформ значительно превышает грузоподъемность плавучих кранов и крановых судов. Поэтому независимо от способа доставки блока к месту установки операции постановки его на морское дно всегда предшествует положение блока на плаву.

1 – Определяем среднее значение разгона воды для заданной скорости ветра определяем по формуле.

Где K_vis = 510¹¹

 - вязкость воздуха = 10^-5 м/с²

L_m = 510¹¹ =1,3210⁵ м

Предельные значения разгона принимаем по таблице №4 СНиП в зависимости от заданной скорости ветра. При V_w=38 м/с L_u=28010³ м.(по интерполяции).

L_m =13210³ м –используем в расчёте.

2 –Определяем среднее значение высоты волны - h_d и Т - периода волны

В глубоководной зоне h_d и Т определяются по верхней кривой графика рисунка №1 СНиП стр. №32

Для расчёта определяем две безразмерные величины и

Где: t –время действия ветра (время переводим в секунды t = 253600 = 910⁴ сек.)

g = 9.8 м/с²

Определяем величину - = = 23210

При =23210 0,1 –определяем по графику С.Н.и Па (рис.1 стр.№32) 

= =16,2 м

При = 23210 = 4,6–определяем по графику С.Н.и Па (рис.1 стр.№32) 

Т= =18,6сек.

Определяем величину - = = 895,8

При = 895,8 0,044–определяем по графику С.Н.и Па (рис.1 стр.№32) 

= =6,48м

При = 895,8 =2,75–определяем по графику С.Н.и Па (рис.1 стр.№32) 

Т= =10,66 сек.

Для дальнейших расчётов принимаем наименьшее значение обеих параметров

=6,48м  Т=10,66сек.

3 – Определяем среднюю длину волны.

= =177,33 м.

4 –Определяем высоту волны % -ной обеспеченности.

Определяем путём умножения средней высоты волны на коэффициент K_i –величину, которую определяем по СНиП рис.№2 стр № 33 по безразмерной величине

Волны –0,1% -обеспеченности учитывают при назначении верхней отметки

0,1% - K_0,1% 2,56

1% - K_1% 2,16

5 % - K_5%1,8

высоту волны h_i - определяем по формуле.

h_i = K_i

h_0,1% =6,482,56 =16,59 м

h_1% =6,482,16 =14,00 м

h_5% =6,481,8 =11,66м

5 –Определяем превышение волны над расчётным горизонтом ζ_с (м).

Определяем по графику СНиП рис.№3 стр.№34. в зависимости от безразмерной величины

= =0,0149 =0,6  ζ_с=  =0,616,59=9,95м

= =0,0126 = 0,585 ζ_с =  = 0,585 14,00=8,19 м

6 –Определяем величину ветрового нагона волны.

Определяем по формуле — h_в.н=

Где — a_w –угол между осью водоёма и направления фронта волны.

В курсовом проекте a_w = 0,Þ =1:

— коэф. зависящий от скорости ветра таб.2 СНиП стр.№31.При V_w=38м/сÞ =3,72×10^-6

d — глубина на шельфе.

h_в.н —величина ветрового нагона. Подбирается путём подстановки расхождение с результатом не должно превышать 10%.

h_в.н=3,72×10^-6× =0,63 м

II — Выбор размера элементов сооружения.

Верхние строение платформы представляет собой 2-3_х этажное сооружение , общей площадью около 20000 м² .

Клиренс – верхнего строения должен – быть такой высоты чтобы пропускать волну при максимально большой воде волну 1%-обеспечиности при шторме встречающимся раз в сто лет.

Величину клиренса у платформ сквозной конструкции также как конструкции Ø-опоры < 10 м. Величина клиренса определяется по формуле:

DH=Нmax + 1.1×h_0.1% + h_в.н + h_пр

DH= 115+1,1×9,95+0,63+1=127,6м

Принимаем ∆Н=128 м.

Где: Hmax – наивысший годовой уровень моря 1%- обеспеченности (глубина шельфа).

h_0,1%-- высота гребня высоты волны обеспеченности 0,1%

h_в.н.- наибольший ветровой нагон. h _пр – наибольшая высота прилива условно принимается равная 1 м.

Назначить параметры стоек можно по гибкости .Для опорных стоек и несущих элементов не должна превышать l £100,а для элементов связи не- должна превышать l £150.

Принимаем следующие диаметры труб опорного пирамидального блока:

Стойки – D=1,52/50

Гор. элементы – D=1,02/16

Раскосы – D=0,76/25

1 –Определяем нагрузки от волнового воздействия на обтекаемые преграды и сквозные сооружения.

Расчёт ведём по СНиП 2.06.04.-82.

Максимальные силы от воздействия волн на вертикальные обтекаемые преграды с поперечным размером а£0,4l и b£l:Д£0,4l-определяют из ряда соотношений получаемых при различных положениях преграды относительно вершины волны. При различных значения c=

Максимальное значение действия волнового значения на обтекаемые сооружения и сквозные преграды определяют по формуле.

Где и -инерционные и скоростные компоненты силы воздействующей на сооружение

Определяются по формуле.

= ×1,025×9,81×3,14×1,52²×14.0×1×0,96×1=245.1 кН.

= ×1.025×9.81×1,52×14.0²×1²×1.26×0,53=166.68 кН

Где: - коэффициент принимаемый по таблице №13 СНиП. принимают в зависимости от относительных размеров преграды. Определяют из соотношения

- инерционный коэффициент и скоростной коэффициент глубины. Определяется по графику СНиП рис.№16. определяется исходя из соотношения

- определяется из соотношения

и - инерционные и скоростные коэффициенты формы преграды в виде эллипса определяют по СНиП рис.№17 исходя из соотношений : (для гладкой поверхности.)

- определяем исходя из следующих условий.

1 –Если -тогда можно принять =1.47

2 – Если - допускается принять

3 –Если -нужно определять по формуле. =

Принимаем

2 –Определяем линейную нагрузку q кН/м – на вертикальную обтекаемую преграду на глубине Z при максимальной силе от воздействия волн

Линейная нагрузка определяется по формуле.

Где и -инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн определяется по формуле:

×1,025×9,81×3,14²×1,52²× ×1×=

=9.04

×1,025×9,81×3,14×1,52× ×1²× ×0,53=

=21.12×

Коэффициенты и - коэффициенты линейной нагрузки от волн принимаемые по графикам СНиП рис.№19 стр.№12 при значении относительной глубины , которая определяется по формуле.

Где - глубина на шельфе : - координата глубины. Расчёты сносим в таблицу, расчётные значения и -берём при c = 0; c = 0,05; c = 0,1; c = 0,15; c = 0,2; c = 0,25.

Максимальное расчётные значения и получаем при c = 0,25:

Z(м)
0	1	1	0,4	9.04	8,44	1	0	9.04
23	0,8	0,53	0,1	4,8	2,112	1	0	4,8
46	0,6	0,3	0,03	2,71	0,6336	1	0	2,71
69	0,4	0,17	0	1,537	0	1	0	1,537
115	0	0,08	0	0,72	0	1	0	0,72

По полученным результатам строим эпюру интенсивности линейной нагрузки.

3-Определение превышения взволнованной поверхности над расчётным уровнем моря

Определяется по формуле.

Где- относительное превышение взволнованной поверхности над расчётным уровнем. Определяется по СНиП рис.№20 стр.№13 в зависимости от таких параметров и

Полученные данные сносим в таблицу

0	-0,53	0	-7,42
0,1	-0,40	17,733	-5,6
0,2	-0,12	35,466	-1,68
0,3	0,18	53,199	2,52
0,4	0,39	70,932	5,46
0,5	0,47	88,665	6,58

По полученным данным строим график волновой поверхности.

4-Определяем превышение средней волновой линии над расчётным уровнем Dd

где -относительное превышение вершины волны .Определяем по СНиП стр.13 рис.20 при c=0

м

5-Определяем расстояние от расчётного уровня воды до точки приложения силы от волнового воздействия

Где- и -коэффициенты принимаемые по графикам СНиП при значении c=0,25

и -ординаты точек приложения инерционного и скоростного компонента сил определяются по формулам.

=1,0×0,156×177,33=27,66м

=3,45×0,03×177,33=18,35 м

Где - и -инерционный и скоростной коэффициенты фазы. Принимаем по графику СНиП рис. №22 стр.№13.При значении c=0,25: при =0,648 и =12,7 Þ =1,0 : =3,45

и -относительные ординаты инерционного и скоростного компонента .Определяем по СНиП рис.№21 стр.№13 при- =0,648 Þ =0,156: =0,03.