автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Оптимизация элементов систем заякорения плавучих гидротехнических сооружений

МИНИСТЕРСТВО- ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

вЖ;Ш1Й0)|^ЕНА ПУДОВОГО № АСЕ ОГО ЗНАМЕНИ ШСТЙТУТ ИНШ1ЕРОВ МОРСКОГО ФЛОТА

2 7 !!ЮН ЕМ

На правах рукописи

ЕАЛАКИН Александр Юрьевич

УДК G29.I2.0I5

ОПтаЫИЗАЦШ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТИ1 ЗАЯКОРШЖЯ ПЛАВУЧИХ ШДР01ЕШЧ1Ш'1Х СООРУШИЙ

Специальность 05.22.19 "Эксплуатация водного транспорта"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса - 1994

Работа выполнена'в проекгно-изыскательскогл и научно-исслед! вательском институте водного транспорта Черноюрниипроект ■'

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Тюрин А«П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ковтун В.В. кандидат технических наук, доцент Бугаев В.Т.

Ведущая организация: Черномортехфдот

Защита состоится 29 июня 1994 года в 14 часов на заседании специализированного совета Д 101.04.02. при Одесском институте инженеров морского флота (270029, Одесса, ул. Мечникова, 34)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан Л.Э мая 1994 года.

Учений секретарь специализированного совета, -кандидат технических-наук,

доцент ^ \ .— Н.11. Дидорчу:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Освоение океанов и морей связано о необходимостью разрешения большого количества комплексных проблем, в числе которых важное место занимают вопросы проектирования и эксплуатации плавучих гидротехнических сооружений. В связи с быстрым ростом водоизмещении судов, особенно танкерного флота, многие из современных мировых портов не могут принимать у своих причалов крупнотоннажные суда из-за малых глубин и ограниченных размеров портовых акваторий. Освоение материковых шельфов с целью добычи сырья для промышленности также связано с выходом на большие глубины и требует возведения глубоководных сооружений.

Качественный скачок в организации переработки нефти, газа и навалочных грузов, интенсификация производственных процессов предполагают дальнейшее широкое распространение плавучих гидротехнических сооружений: причалов, хранилищ жидкого топлива, станций различного назначения, волнозащитных плавучестей и т.п. Особенно широкое распространение за последние 30 лет получили рейдовые причалы. Они относятся к наиболее деиевым и быстровозводимым типам причальных сооружений и позволяют производить переработку грузов на акваториях с неограниченными глубинами.

Плавучие гидротехнические сооружения на якорях практически непрерывно подвергаются переменным воздействия!.! ветра, волн и течения. Практика их эксплуатации имеет целый перечень аварий и разрушений не только в экстремальных, но и в обычных гидрометеорологических условиях из-за недостаточной обоснованности технических решений якорных креплений.

Поэтому актуальной задачей в этой области является разработка теоретической базы, обосновывающей методы инженерных расчетов якорных систем позиционирования.

Большой вклад в разработку методов расчета якорных систем внесли A.R. Крылов, ¡O.A. Шиманский, A.A. Уманский, М.Н. Александров, Д.И. Горбунов, И.Н. Давыдов, Э.М. Днафаров, Ю.Д. Кравчук, П.П. Кульмач, B.C. Христофоров, Р.Б. Медешков, ПЛ. Смирнов, А.Л. Ташаев, Т. Базинский.

Несмотря на то, что современные исследования работы якорных систем позволяют решать инженерные задачи по подбору рейдового

оборудования, целый ряд. проблем еще не нашел своего решения. Т; приближенный учет динамического эффекта с использованием приве, ных коэффициентов динамичности. не позволяет проектироввдкам с ; таточной точностью определять величину выдергивающей силы, воз! кающей у рыма якоря. Не решена задача по обеспечению равномер» распределения усилий в якорных связях. Отсутствует решение зад; об определении пассивного давления грунта с учетом частичного 1 полного внутреннего выпора, практически отсутствуют рекомендац по определению перемещений анкерных устройств, в том числе, пр) динамическом воздействии выдергивающей силы.

Таким образом, поставленная в настоящем исследовании зада1 оптимизации элементов систем заякорения яатяется актуальной. Е1 решение будет способствовать принятию более точных и научно 061 нованных проектных решении и, тем самым, повышению надежности ] одновременном снижении стоимости систем заякорения плавучих ги; технических сооружений.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛВДОВАИШ. Целью настоящих исследований ляется теоретически-экспериментальное обоснование совершенство: ния конструктивных элементов систем заякорения и разработка на этой основе новых конструкций рейдового оборудования, обеспечи: щих повышение надежности систем заякорения, а такке рекомендащ по оптимальному проектированию этих систем.

Основными задачами исследования являются:

- анализ исследований рациональных конструктивных схем си тем заякорения плавучих гидротехнических сооружений и методов : расчета;

- создание и экспериментально-теоретическое обоснование п; ципиально новых конструкций элементов рейдового оборудования, : волякяцих существенно увеличить надежность систем заякорения;

- исследование действия выдергивающих сил (динамических и статических) на моделях анкерных устройств;

- разработка новых методов определения пассивного давлени грунта на анкерные устройства с заглубленным гребнем в условия плоской и осесимметрической задач с учетом влияния внутреннего пора;

- разработка методов расчета перемещений анкерных усгройс глубокого заложения при действии статических и динамических си,

з учетом пространственностй их работы;

- разработка методов расчета держащей силы новых видов анкеров. ~

ПРЕДМЕТ И МЕТОДОМ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектом исследования явились системы зашсорения плавучих гидротехнических сооружений, годящиеся под воздействием гидрометеорологических и эксплуатационных нагрузок.

Для решения поставленных в исследованиях задач использованы летоды математического анализа, сравнительного анализа и результаты натурного моделирования, проведенного ранее другими исследо-5ателяш. Численная роализавдя. разработанных теоретических иссле-1;ований осуществлялась с помощью НЭЕМ типа АТ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Научная новизна работы заключается в совершенствований метопов расчета элементов рейдового оборудования и разработке новых сонструктивных элементов, повышающих надежность систем заякорения шавучих гидротехнических сооружений.

1. Разработаны конкретные рекомендации по использованию кон-:трукций демпферов якорных связей в зависимости от величины вы-(ергпвающей силы.

2. Приведены предложения до назначению оптимальной глубины югружения анкера в грунт при действии вертикальных нагрузок.

3. Предложена и экспериментально обоснована новая конструкция якорных связей, позволяющая получать более равномерное распределение усилий в якорных связях системы.

4. Разработана математическая модель, позволяющая в рамках ;трогой постановки задачи определять пассивное давление грунта на щкерные устройства с заглубленным гребнем с учетом влияния внут-юкнего выпора и перемещений этих устройств в рамках плоской и юесишетрической задач.

5. Предложен инженерный метод расчета пассивного давления ■рунта на анкерные устройства с заглубленным гребнем и перемещений шсерных устройств глубокого заложения.

6. Разработан метод определения глубины проникновения в грунт . держащей силы якорей взрывного типа.

- б -

ПРАКТИЧЕСКАЯ ВДШОСТЬ РАБОТЫ. Научная и практическая значимость настоящей работы состоит в повышении надежности систем за-якорения плавучих гидротехнических сооружений при одновременном снижении их стоимости.

Указанный результат достигается за счет разработки и внедрения пяти принципиально новых конструкций элементов рейдового оборудования, существенно улучшающих эксплуатационные характеристики систем заякорения; использования новых методов определения пассивного давления грунтов на анкерные устройства с заглубленным гребнем, позволяющих уточнить деряащую силу мертвых якорей и других типов анкерных устройств, уменьшить объемы песчаной засыпки мертвых якорей, устанавливаемых на поверхности дна, и длину якорных связей (якорных цепей, анкерных тяг).

Составленные алгоритмы и разработанные программы позволяют сокращать время и трудозатраты при комплектовании рейдового обо-рудовшшя и облегчают поиск оптимальных решений.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ проведенных исследований осуществлен; путем внедрения в народное хозяйство новых конструкций элементов ревдового оборудования, таких как: буй, вспомогательный якорь, система заякорения буя, якорная связь, пневматический амортизато] якорной связи. Общий годовой экономический эффект от внедрения указанных конструкций составил 233 тыс. рублей. Долевое участие автора составило 60 тыс. рублей в ценах 1984 г.

Уточненная методика расчета несущей способности анкерных устройств наша применение при разработке ТЗО устройства причало: о. Дамбового в п. йлымевск. При этом за счет сокращения длины анкерных тяг удалось добиться снижения сметной стоимости сооруже ния на 5 %.

Результаты исследований были использованы в типовом проекте "Мертвые якоря", выпущенном Черноморниипроектом в 1988 г.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты выполненных исследований обсуждались:

- на научных семинарах и конференциях профессорско-преподавательского состава 011ИМФ (1386-1991 г.г.);

- на конференции молодых ученых и специалистов "С оюзглорнии-проекта". "Морском транспорт: современные проблемы и перспективь (Черноморншшроект, 1987 г.);

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы проектирования, строительства, реконструкции и технической эксплуатации водно-транспортных гидротехнических сооружений" (Одесса,

1989 г.) ;

- на республиканском научно-техническом совещании "Современные методы проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений" Ц'шнречфлот РС£СР, Москва, 1990 г.);

- на международной. конференции "Современные технологии в транспортном строительстве" (Федерация научно-технических организаций Болгарии, Варна, 1991 г.).

ПУБЛИКАЦИЙ. Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 статьях.

Основные положения, внносише на защиту:

1. Экспериментально-теоретическое обоснование целесообразности применения разработанных при участии автора специальных элементов рейдового оборудования, существенно улучшающих эксплуатационные характеристики плавучих гидротехнических сооружений.

2. Рекомендации по назначению оптимальной глубины погружения анкеров в грунт в зависимости от вида грунта и характера прикладываемой нагрузка.

3. Математическая модель, позволяющая определять пассивное давление грунта на анкерные устройства с заглубленным гребнем и перемещения такого рода анкерных устройств под нагрузками в рамках плоской и осесимметрической задач.

4. Инженерный метод расчета пассивного давления грунта на анкерные устройства с заглубленным гребнем и перемещений анкерных устройств глубокого заложения.

5. Метод определения глубины проникновения в грунт и держащей силы якорей взрывного типа.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ обусловлена корректностью постановки задач и строгим обоснованием применяемых методов расчета;

сходимостью результатов исследований с результатами натурных экспериментов;

практикой эксплуатации плавучих и других видов заанкерованных гидротехнических сооружений.

СТРУКТУРА к ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения четырех глав, заюиочения, списка литературы и прилоисения.

Диссертация изложена на 156 страницах, включая Ш страниц машинописного текста, 37 рисунков, 5 таблиц, 31 страницу прилол; нии, Библиография включает 127 наименований.

2. СОДЕРЖАВ РАБОТЫ

ВО ВВЕДШИМ обоснована актуальность проблемы, с^ормулирова общие цели и задачи исследования и научная новизна работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан анализ современного состояния исследова ний работы систем заякорения плавучих гидротехнических сооруионий, исследованы достоинства и недостатки применяемых в пра1стш( эксплуатации элементов рейдового оборудования.

Констатируется, что при выполнении статических расчетов як них связей в основном завершен переход от использования дриблш: них приемов к применению результатов теоретических решений с дс таточно строгими постановками задач. В то же время теория динал кн плавучих объектов не разработана в таком объеме и на таком уровне, чтобы ее можно было использовать при проектировании. II]: бли:::еыный учет динамического эффекта с использованием результат статических расчетов и приведенных величин коэффициентов динам: ности может привести к существенной недооценке величины выдери вагащей силы, действующей на анкерную опору.

Оценка несущей способности мертвых якорей (анкерных устро! осуществляется на базе двух основных подходов. В нервом случае пользуется система эмпирических коэффициентов (Новиков, Килессс Давыдов, Христофоров), во втором - используются результаты реок теории давления грунта на ограждения (Крей, Терцаги, Костюков, Козлов, Иихайлов). Анализ показывает,' что все существующие мете оценки несущей способности мертвых якорем не свободны от недосг ков и противоречий и в ряде случаев не удовлетворяют требовани практики.

Недостаточно изучены вопросы, связанные с учетом простран-венности работы мертвых якорей. Исследователями и проектировщи: ми, как правило, используются рекомендации Урецкого. Известен ' же метод, используемый в типовом проекте мертвых якорей Черном' ниипроекта. Оба метода исходят из весьма условных предпосылок :

гриводят ic различным результатам.

Проблеме определения перемещений сооружений, контактирующих з грунтовой средой, посвящено большое количество исследований, эднако не представляется возможным использовать результаты этих исследований дня оценки перемещений мертвых якорей без их даль-leiiiuero развития и доработки.

Вшолнешгцп анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Гибкие якорные связи требуют использования значительных акваторий и громоздких комплектов рейдового оборудования; для обоснования преимущества лестккх якорных систем перед гибкими

ie обходимо предусмотреть пути нейтрализации динамического воздой-зтвия на якоря.

2. Существующие элементы вспомогательного рейдового оборудо-10ния не соответствуют современным требованиям.

3. Срок эксплуатации швартовных буев и бочек ограничен из-за ¡епрерывного механического воздействия на них внешних факторов на юверхности моря.

4. Нет обоснования оптимальной глубины погружения мертвого жоря в грунт при действии вертикальных выдергивающих сил.

5. Не разработан метод определения глубины проникновения в "рунт якорей взрывного типа.

6. Оценка несущей способности гравитационных заглубленных скорей производится с помощью эмпирических формул, или на основе >ешений Кулона и Соколовского, полученных для ограждений с неза-"лубленным гребнем, что, в ряде случаев, приводит к значительным »тклонениям от реальных значений.

7. Не исследовано пространственное поведение загруженного дартвого якоря гравитационного типа.

8. Не разработаны универсальные методы оценки энергоемкости ¡.емпферов якорных связей.

Рекомендации для решения проблемы:

- провести теоретические и лабораторные исследования поведе-гия загруженного заглубленного гравитационного якоря в условиях [доской и пространственной задач и разработать инженерный метод >асчста его держащей силы;

- провести исследование поведения загруженных якорных связей различной конструкции и разработать рекомендации по их оптимизации ;

- по результатам исследований определить оптимальную глубину погружения в грунт якорей в виде массивов, плит и оболочек;

- разработать новую конструкцию саыовиишвапщего швартовного буя с увеличенным сроком эксплуатации;

- разработать метод определения глубины погружения в грунт якорек взрывного типа;

- разработать универсальный метод оценки энергоемкости демп-шеров якорных связей;

- на базе проведенных исследований разработать новые конструкции вспомогательных элементов систем заякорения плавучих гидро технических соорукешй.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена экспериментальным исследованиям функционирования загруженных якорных систем.

Решаются следующие задачи:

- исследование функционирования загруженных якорных связей;

- исследование энергоемкости демпферных устройств якорных связей;

- исследование оптимальной глубины погружения в грунт якорей в виде плит, массивов и оболочек.

Б результате проведенных исследований получены следующие результаты:

- применение полужестких якорных связей (конструкция защищен авторским свидетельством) за счет более равномерного распределени натрузки позволяет уменьшить калибр якорных цепей в 1,3-1,5 раза; при этом шарнирное крепление кесткой вставки гарантирует возникло вение у рыла якоря только горизонтальной составляющей выдергивающей силы, а цепная часть связи служит для амортизации рывков.

В результате разработки конструкции полужестких якорных связей рс шена задача по повышению надежности заякорения плавучих гидротехнических сооружений при одновременном снижении стоимости системы заякорения;

- увеличения демпфирующих свойств якорных связей молю добит ся пути.: введения в состав связей специальных демпферных у стронет

грунт выпирается на условную свободную границу) и к определению высоты той части контактной поверхности, вдоль которой действует давление внутреннего выпора. Вдоль остальной части контактной поверхности давление определяется с помощью табличных коэффициентов пассивного давления, получаемых из решения Соколовского-Голушкеви-ча. Высота -t , вдоль которой происходит внутренний выпор определяется из следующих соображений. Полагается, что если линия скольжения в призме вшора пересекается с горизонтальной поверхностью засыпки, то давление в точке пересечения этой линии с контактной поверхностью анкерного устройства характеризуется коэффициентом пассивного давления Соколовского-Голушкевича. Если линия скольжения касается, или не имеет общих точек с поверхностью засыпки, го давление в точке пересечения этой линии с контактной поверхностью характеризуется коэффициентом пассивного давления при внутреннем выпоре. В том случае, если нет необходимости определять напряженное состояние вдоль линии скольжения, для ее построения допустимо пользоваться приближенными решениямичто практически не сказывается на ее форме. Криволинейная часть линии скольжения (рассматривается анкерное устройство с вертикальной абсолютно гладкой" контактной гранью) представляет собой логарифмическую спираль, определяем уравнением:

1к-.ги exp(ftyf)

где <з - угол раствора логарифмической спирали,

г - AsM-ite + ffe)

~ cos f

Заглубление гробня анкерного устройства, при котором внутренний выпор будет происходить вдоль всея высоты контактной поверхности, то есть Аг определяется величиной:

Поскольку при -ty-COK&t зависит от А- линейно,

высота Z- , вдоль которой будет реализоваться давление внутреннего выпора, определяется из пропорции:

U / /

п - 1Ь _ г откуда

l/yuf £

л

(конструкции демпферных устройств защищены авторскими свидетельствами). Поглощая энергию БоздеПстшя на объект, дешферпне устройства уменьшают величину выдергивающей силы, действующей на мертвый якорь.

Полученные в результате проведенных экспериментов значения энергоемкости используются в дальиешем для анализа результатов, полученных теоретическим путем;

- с увеличением глубины установи анкера в грунт сопротивление грунта перемещениям анкера под действием вертикальных как статических, так и дпиашчеысих нагрузок возрастает лишь до определенно]'! глубины, после чего его изменение менее эффективно. Указанная глубина называется оптимальной. Она легко определяется по графикам рис, I, соответствуя точке перелома функциональной кривой. При действии на анкер динамической нагрузки оптимальная глубина его погружения увеличивается по сравнению со статикой для песчаных грунтов на 10-12 %, а для глинистых грунтов на 25-30 %. Таким образом, если принять согласно Гудуашури и Дкиоеву, что при статике Попг = 2,1 с/, где & - диаметр штампа, то при динамическом 11 " " " ~чвисимость пршшмает

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена теоретическим исследованиям загруженного состояния якорных систем.

Решаются следующие задачи:

- исследование пассивного давления грунта на анкерные устройства о заглубленным гребнем в рамках плоской задачи теории предельного напряженного состояния;

- исследование давления грунта на заглубленное анкерное устройство в рамках осесимкетрической задачи пластичности;

- исследование перемещений мертвого якоря глубокого зало;;;ения при динамическом воздействии выдергивающей силы;

- разработка метода расчета анкерных устройств взрывного типа;

- исследование проблемы демпфирования рывков, передаваемых внешней нагрузкой на анкерные устройства;

- расчет нейтрализации динамического эффекта.

вид

л

Исследование пассивного давления грунта на анкерные устройства о заглубленным пюбивк в рамках плоской задачи

(Мири метод решения дифференциальных уравнений предельного равновесия, разработанный Соколовским, базируется на решении четырех краевых задач: Коши, Гурса, Христиановича и смешанной. Поскольку для анкерных устройств с заглубленным гребнем краевые условия на части контура между поверхностью засыпки и гребнем анкерного устройства не определены, задача становится статически неопределимой. Для раскрытия статической неопределимости вводится понятие условной свободной границы, то есть предполагается, что грунтовая среда вокруг анкерного устройства ограничена горизонтальной прямой, проходящей через верхнюю точку устройства, рис. 2.

На условной свободной границе принимаются следующие условия:

ж-л

б

А

2

где ц} - угол внутреннего трения грунта; ^ ~ удельный вес грунта;

- произвольная величина, имеющая размерность напряжений

>и

0 - угол, составлявши большим главным напряжением в данной точке с осью X

Анализ результатов опытов Терцаги и качественных экспериментов автора приводит к вшзоду, что часть грунта перед заглубленным анкерным устройством не выпирается на поверхность засыпки, а обтекает верхнюю грань устройства, то есть происходит частичный внутренний выпор. Следовательно, решение задачи сводится к определении давления грунта при внутреннем выпоре (считается, что при этом

60

64

<9

J

¥

ЗА

tito Ii

4M

26

ix

SO

4P st

44

Р.ЧС.Т

Л (И-1)

давление при внутреннем выпоре определяется следующим образом. Напряжения в зонах I и Ш, рис. 2, определяются анататически с помощью зависимостей Ренгаша. В частности, нормальное напряженно на контактную поверхность дается сТорглулой:

В зоне Г1 система канонических уравнений предельного равновесия решена методом конечных разностей. Для реализации конечно-разностного решения на языке Паскаль была составлена соответствующая вычислительная программа, позволившая определить нормальное давление на контактную поверхность анкерного устройства и безразмерный компонент этого давления, названный автором коэффициентом пассивного давления при внутреннем выпоре. Значения коэффициентов для грунтов с углами внутреннего трения от 6° до 41° сведены в таблицу I.

Сравнение полученных результатов с результатам! натурных экспериментов (Костюков, Гипроречтранс) приведено в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что полученные в диссертации результаты хорошо согласуются с результатам натурного ¡эксперимента.

Вакное практическое значение имеет уточнение конфигурации призш выпора, образующейся перед анкерным устройством. В результате исследования доказано, что линии скольжения в призме выпора всегда криволинейны независимо от шероховатости пли наклона анкерного устройства. Указанный вывод согласуется с экспериментальными данными Териаги, Костюкова, Козлова и др. Доказано, что максимально удаленной от контактной поверхности анкерного устройства является но точка пересечения плоскости выпора с поверхностью засыпки, а точка с координатами ( 0) ~ У ), расстояние до которой /4 определяется из выражения

- ¿o -

Таблица j

йиачеиня коэффициентов пассивного давления при внутреннем вшоре

f À п. g. f Jin. е.

6 1,25 24 7,02

7 1,36 25 7,81

8 1,49 26 8,70

9 1,62 27 S, 71

10 1,78 23 10,85

II 1,94 29 12,14

12 2,13 30 13,63

13 2,34 31 15,28

14 2,57 32 17,19

15 2,83 33 19,37

16 3,12 34 21,87

17 3,44 35 24,74

18 3,80 36 28,06

19 4,20 37 31,90

20 4,63 38 36,36

21 5,13 39 41,55

22 5,69 40 47,62

23 6', 31 41 54,75

Тяблтгша 2

Сравнение получсгяппс результатов с дакнтли натур'--их экспериментов

Метод определения = 1,5 м 1,0 1,5

пассивного давления = 1,0 м 1,0 1,Ь

= 3,0 л 2,0 4,2

йроляагао'31? нотод, кНДГ 273,S Мб, 4 501,4

!Татурн\ь: оксисрге.-.ппт, гЛ/м GC0,0 165,0 550,0

Исследование давления грунта на заглубленное анкерное устройство в рамках осесимметрической задачи пластичности

Поскольку мертвые якоря гравитационного типа, кале правило, работают в условиях пространственной задачи, в работе проводится исследование давления грунта на анкерные устройства в рамках осе-симметрической задачи пластичности.

Очевидно, что для реализации в процессе перемещения анкерного устройства с круглой (квадратной) контактной поверхностью осе-симметрического выпора грунта необходимо достаточно большое заглубление этого устройства с тем, чтобы среду перед ним молено было считать простираощейся до бесконечности во все стороны. Такие анкерные устройства предлагается называть анкерными устройствами глубокого заполнения.

Для раскрытия статической неопределенности предполагается, что внутри бесконечно простираощейся невесомой грунтовой среды, в зоне, располагающей непосредственно за анкерным устройством (в данном случае, плоским штампом), имеется щель (рис. 3).

Для решения задачи, помимо уравнений равновесия сплошной среды используются условия "полной пластичности" Хаара-Кармана

б} = <г2 -2 к) ъ-ъ;

где через ¿Гх, (Тг, обозначены главные напряжения в точ-

ках среды;

К - пластическая постоянная среды, являющаяся комплексной характеристикой связных грунтов, учитывающей и их сцепление и угол внутреннего трения.

На границах щели выполняется условие (Т--К ; где (Г - среднее напряжение в точках среды.

Решение выполнено конечно-разностным методом Ишлинского. В результате получено, что среднее давление невесомой среды па_ единицу площади контактной поверхности составляет Ь, =10,67К. Объемные силы учитывают приближенно известными методами.

Исследование перемещений мертвого якоря глубокого заложения при динамическом воздействии выдергивающей силы

Для оценки перемещений мертвых якорей используется модель обобщенного коэффициента постели Фельдмана, развитая автором для случая осесимметрической задачи.

Перемещение якоря в первом приближении при действии одного рывка определяется выражением:

где - коэффициент, характеризующие; вязкость грунта;

¡^ - обобщенны]! коэффициент постели Фельдмана; ^ - масса всего плавучего объекта с учетом присоединенной массы воды;

¡7 - площадь контактной поверхности якоря;

- начальная скорость перемещения якоря.

Интенсивность давлешш якоря на грунт с учетом возникающих по краям контактной поверхности якоря областей предельного состояния определяется выражением

01 К Зфр^/'Р

где предельный угол деформации;

$ - радиус (полудлина) контактной поверхности якоря.

Последующие приближения определяются формулами:

<?г ¿1 <> -

у ~ к и

После определения с необходимой степенью точности величины фактического перемещения якоря при одном рывке, определяется его перемещение при расчетном количестве рывков /I , по формуле

¿к --$Ч><

Разработка метода расчета анкерных устройств взрывного типа

Разработка метода расчета якорей взрывного типа в настоящем исследовании сводится к определении глубины проникновения в грунт таких якорей и к определению их держащей силы.

Предлагается для определения глубины проникновения якоря в грунт использовать эмпирическую зависимость

У - скорость движения веретена в момент встречи с преградой;

Р - угол, образованный продольной осью веретена и нормалью к поверхности грунта;

/2-- коэффициент разворота веретена.

Получаемая глубина проникновения якоря в грунт корректируется с учетом аномальных свойств поверхностного (набухшего) слоя грунта. Задача сводится к определению глубины проникновения веретена в нижний слой грунта, имеющий состояние естественной влажности, с учетом сопротивляемости поверхностного слоя грунта. В результате действительная глубина проникновения определяется выражением

где Д - коэффициент, зависящий от формы наконечника якорного

веретена;

коэффициент податливости грунтовой среды прониканию; £ - коэффициент размерности;

- масса якорного веретена; с/( - диаметр якорного веретена;

где

- глубина проникновения без учета влияния аномальных свойств поверхностного слоя;

^ - толщина поверхностного слоя;

! ^г у - коэффициенты податливости прониканию поверх' ностного и низшего слоев.

-'¿А -

При действии вертикальной отрывающей силы деркащая способность анкерного устройства мокет быть представлена в виде:

где л О- - периметр веретена;

'Г - расчетное сопротивление трения.

Исследование проблемы демпфирования рывков, передаваемых внешней нагрузкой на анкерные устройства

Вопрос о способности якорной связи демпфировать внешние рыв-ковые воздействия сводится к определению жесткостных характерней связи, а, следовательно, полню; перемещений буя от воздействия внешних нагрузок (статических и динамических). В этом случае энергопоглощаемость якорной связи определяется как

А

где А - полное перемещение буя;

- Рдоп. *

где Рдоп. - статическое усилие в цепи;

= ^; ^

где амплитуда волнового давления;

Ку - коэффициент динамичности.

Определив энергопоглощаемость якорной связи без использования демпферных устройств и, зная расчетную энергию рывка, можно оценить целесообразность использования различных демпферных устройств.

В случае включения в состав якорной связи демпферных устройств полная энергопоглощаемость якорной связи определяется из выражения: А

где £' - полная энергопоглощаемость якорной связи с демпфера ш;

£ - энергия, поглощаемая якорной связью без дегяпф.еров; ¿V энеРгия> поглощаемая демпферами.

Расчет нейтрализации динамического эффекта

Приводится принцип расчета двух типов демпферов новой конструкции: пневматического и гидравлического.

Энергоемкость пневматического демпфера определяется выраже-

где удельный вес воды;

глубина погружения дешаера;

Ц - радиус донышка демпфера;

- расстояние, на которое выдвигаются цилиндры демпфера;

¡С- степень разряжения внутри демпфера.

Энергоемкость гидравлического демпфера определяется выражением:

где Рг - сопротивление выжиманию воды;

Рл - сила, необходимая для начала сжатия пружины;

- сада, необходимая для полного сжатия пру пины;

- упругая деформация пружины.

Для облегчения задачи подбора демпферов в конкретных условиях эксплуатации автором составлены программы расчета на языке Фортран-1У.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена описанию пяти принципиально новых конструкций элементов систем заякорения, созданных при участии автора в результате проведения настоящего исследования и защищенных авторским свидетельствами.

В результате проведения исследования созданы следующие конструкции: якорная система с комбинированными (полужесткими) якорным связями, вспомогательный якорь, пневматический и гидравлический демпферы (амортизаторы) и самовсплывающий буй.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ перечислены основные результаты диссертационной работы.

1. Теоретически обоснсюана оценка пассивного давления грунт на анкерное устройство с заглубленным гребнем с учетом влияния внутреннего выпора в рамках плоской задачи теорш предельного не пряженного состояния. Создан инженерный метод определения 'пассиЕ ного давления на анкерное устройство с заглубленным гребнем.

2. Создано теоретическое обоснование по определению давлени грунта на гравитационный якорь глубокого залокения в рамках осе-симметрической задачи пластичности.

3. Созданы теоретические предпосылки по оценке перемещений загруженного мертвого осесимметрического якоря при статическом и динамическом воздействии выдергивающей силы.

4. Разработана методика расчета глубины проникновения в грунт и держащей силы якорей взрывного типа.

5. Уточнена зависимость характера распределения усилий в элементах якорной системы от ее кесткости и вида нагрузки.

6. Уточнена зависимость оптимальной глубины погружения гравитационного якоря в грунт от характера нагрузки в условиях сшу чего и связного грунтов.

7. Откорректировано теоретическое обоснование расчета демпферных устройств якорных связей.

8. Уточнены рекомендации но нейтрализации динамического эффекта, передающегося через якорную связь на рым якоря.

9. Разработаны (в соавторстве) новые конструкции: саковспль вающего буя, дешсТерних устройств, якорной системы, всиомогател! иого якоря.

Результаты диссертационной работы использованы при проектировании на стадии ТЭО причатьных сооружений о, Дамбового в п. Ид ичевск. Внедрены в народное хозяйство пять новых конструкций элс ментов рейдового оборудования. Эффективность внедрения подтвержу на соответствующими актами.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в а дующих печатных труда:-: автора.

I. Демпфирование рывков, передаваемых внешней! нагрузкой на анкерные устройства //Сооружения и механизация морских портов: Сб. научн. тр. /ОИЙШ. - М., 1983. - С. 20-23 (соавтор Ю.11. Бал

ин).

2. Расчет анкерных устройств взрывного типа //Сооружения и ехализация морских портов: Сб. научи. тр. /ОИИМФ. - ГЛ., 1983.

С. (соавтор Ю.П. Балакпн).

3. Определение рациональной глубины погружения анкера в рунт в зависимости от характера нагрузки //Инженерное развитие орских портов: Сб. научи, тр. /ОИИКФ. - М., 1988..- С. 22-23.

4. Определение пассивного давления грунтов на мертвый якорь равитационного типа в рамках осесимкетрической задачи пластич-ости. Материалы Всесоюзной научн.-техн. кон$. "Проблеш проекти-ования, строительства, реконструкции и технической эксплуатации одно-транспортных гидротехнических сооружений". М-0, 1989,

. Ю-П.

5. Определение перемещений заглубленного мертвого якоря гра-итадаонного типа при динамическом воздействии выдергивающей силы, атериалы Всесоюзной научн.-техн. конф. "Проблеш проектирования, троительства, реконструкции и технической эксплуатации водно-ранспортных сооружений". ГЛ.—0., 1989, с. 11-12 - (соавтор Л.Н. По-ова).

6. Новый метод определения пассивного давления на заглубление анкерные объекты. Материалы республиканского ваучн.-технич. овещ. "Современные методы проектирования, строительства и эксплу-тапди сооружений". М., 1990, с. 66.

7. Определение перемещений осесимметрического мертвого якоря лубокого заложения при динамическом воздействии выдергивающей си-ы. //Расчет и строительство морских портовых сооружений: Сб. на-чннх тр. /Соазморниипроект. - М. 1991. - С. 60-65.

8. Определение пассивного давления слабых связных грунтов на ертвый якорь гравитационного типа в рамках осесишетрической зода-л пластичности. //Прогрессивные технологии, материалы, конструили и методы исследований для строительства в прибрежной зоне моря: б. научных тр. /Чериоморншшроект. - М., 1991. - С. 69-72.

Зак. 519 > тир.&э , подл, кпеч. 2.6.05. 9Ьг. .Усл.печ.лист . КМД ОИИМФ Одесса ул.Мечникова,34