автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Взаимодействие цилиндрических конструкций с размываемым дном водохранилищ в потоке жидкости

ШН1СТЕРСГВ0 0СВ1ТЙ УКРА1НИ ШВСЬКИЙ ДЕРЖАВШИ -ТЕХН1ЧНИИ УН1ВЕРСИТЕТ БУ21ЕЙШПБЛ I АРХ1ТЕКТУРЙ

рГВ оя

на правах рукопису

МЖЩОРЙЧ Олексакдр Микйгобич

БЗАОШЯ ШШЕЩРЙЧНИХ КОНСТРШШ 3 РОЗНЙВНИН ШЮН БОДОИКЩ У готош Р1ДЙНИ

05.23.16 Г1дравл1кз 1 1нженерна г1дролсг1я

АВТОРЕФЕРАТ дисертац11 на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чких наук

КлТв - 1934

Робота виконаыа в 1нститут! г!дромехан1ки АН УкраГни та в

Полтазськоыу -1кженерно-0уд1ведьному 1нститут1. Науков! кер1вники: - доктор ф!зико-математичних наук М.В.Сагтанов - кандидат техн!чних наук, доцент С.М.СреОнш.

0ф!ц!йн1 опояенти - доктор техн1чких наук, професор, зав1дуючий в1дд1лсн Ки1вського Шституту г!дромехан!ки АН Укра!ни Ы.Г.Пивовар - кандидат техн1чних наук , доцент кафедри "Г1дравл1ка I водов1дведення" КиКвського Державного техн1чного ун!верситету Суд!вни-пгва 1 арх1тектури А.М.Кравчук

Пров1дна установа: - Iпетитут г1дротехн1ки 1 мел1орац11 УкраКн-ськоГ Академ!Г аграриях наук

Захает в!дОудеться "Ш" яовтня 1994 р. о " ¿3 " годин!

на зас!данн! спец!ал!зовано* вченоТ. ради • К 068.05.08 Ки1вського Державного техн1чного ■ ун1вэрситету 0уд1вництва 1 арх!тектури за адресов: '.

252037. м. Ш1 в - 37, Пов1трофлотський проспект, 31, К1МН.466 •

3 дисертац1ею ложна ознайомитись в 01бл1отец! КДТУБ1А

Автореферат роз!сланий " 9 " вересня 1994 р.

В1дгуки.на автореферат у двох црим!рниках за п1дписом, затвершкеним печаткою, прохання надсилати за адресов:

252037. м. Шэ - 37, Пов1трсфлотський проспект, 31, НДТУБ1А, Вчена рада.

ВЧЕНИИ СЕКРСТАР спец!ал1зован&1 вчено! ради кандидат техн!чних наук, професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальн}сть теми; Необх1дн1сть досл1дження 1 освоения ре-сурс!в Св1тового океану п!д1ймае питания створення р!зноман1т-них техн1чних засо01в, приэначених для розв1дки, проведения досл!джень 1 використання перспективних п1дводних ролоыпц.

В даний час найрозповсш*ен1шим видом транспортування нафто- 1 газопродукт1в, а також твердо! подр!Онено* ШнеральноТ сировини с г1дротранспорт трубопроводами, як! покладен1 на ыорське дно, або проходять кр1зь товиу води.

Застосування р1зноман!тного технологичного 1 експлуатаШй-ного обладнання неможливе Оез належиого енергетичного зв'язку цього обладнання э плавучою базо» за допсмогою мереж! п!дводних кабел!в. В цьому випадку п1дводииЯ кабе. , окр1м того, цо в1н виступае засоОом для розм!шення в кьоиу електропровод1в для живлення електродвигун!в I 1нструмент1в 1 забезпечус функцИ п!дводного зв'язку, призначений також для розм1иення в ньсшу спед1альних канал1в для, зв'язку э телеапаратурою, коитрольниш приладами 1 т.1н.

Найб!лып .попщрениш конструктивними елементами б1лыпост1 пристроив, як1 зад1ян1 в комплекс! роб1т. з використання ресур-с!в морських родовит, с жорстк! або гнучк! ши1ндричн1 системи.

Особлиэий 1нтерес становлять цил1нцричн! системи, траса прокладки ягаос маке проходити рельефом дна, яке- мае як р!вн! д1лянки, так 1 Шдйоми 1 схили з р1знин покриттям (п1сок, гра-в!й, глина, мул або скельна основа).

Так! системи п!д час експлуатааН п1ддаиться р1знонан!тним впливам. залежно в!д хвиль, характеру донного грунту, п!дводннх теч1й, як1 обумовлен! ф1зичним обм1нним црацессм через ы1сцев! в1дм)нност1 температури, густини 1 солоност!. Таким чином, пи-л1нярична конструкШя витримуе при зануренн! окр}ы сил внутр!&-нього тиску, агинання, скручування також навантаження в1д зов-н1шнього впливу середовша, як! викликають крут1шя, поздовжнс перем1шення, температуря! розшрення, вЮрац!» 1 т. 1н.

Тому вивчення повед!нки ютс конструкШЯ в р!знях умовах становить значний як науковий, так I праеткчний !нтерес. Вигна-чення над!йних умов експлуатаиП таких систем Еимагаз детальных '(-кспершенталъшх досл!джень в ла<5оратор1ях 1 к^турнкх умсьах.

Нета тюботи полягала в кошлгкскс7<у екстк^?тен?5лънсну

досл!дженн! г1дродинаы1чно! взаемодП водного потоку з шл1НП-ричним елементом 1 донним грунтом р1зних фракШй у випадку р1э-ного розмШення шл1нцрично1 конструкцП в!дносно пове1осн1 дна (поблизу донного грунту, беэпосереднъо на грунт1 1 зануреноТ в донний грунт). •

Наукова новизна роботи:

- встановлен1 залежност! зм1ни коефШ!ент1в г1дродинам!ч-них сил при п1дход1 шШндрично! конструкцП до плоско* шорст-ко! поверхн1;

- детально вивчена структура розпод!лу тиску на поверхн1 цил1нцра 1 шорсткого екрана в малодосл1джен1й цридсшШ облас-т1;

-виявлен! 1 цроанал1зован1 аномальн! зм1ни ШдйомноИ сияй цри о0т!канн1 ивл1ндр£ вошш потокам поблизу паяного грунту;

-досл!джений цродес розливу донного грунту б!ля шШнпра, що обт1касться поперечним припонним потоком;

-запропонований метод розрахунку статично! ст!йкост! шл1ндричних конструкШй п1д д1ею цридонних теч1й;

-досл!джен1 сили, що д1ють на заглиблен! в донний грунт гнучк! шл1ндричн1 конструкцП цри Ух п!дйом! з дна)

-запропонований ряд 1нженерних р1шень вдя стаб1л1запП пи-л1нцричшк конструкШй на'дн1водоймита.

Практична и!нн!сть тюботи визначаеться;

- можлив1стю використати одержан1 результата для розрахунку величини допустимо! придонно! зсуваючоТ швипкост1;

- одержан! експериментальн! дан1 можуть бути використан! цри визначенв! г!дродинам1чних навантажень на п1двопн1 конструкцП та розрахунку !х м!1шост1{

- зацропонована в робот! формула дозволяс визначити глиои-ну розмиву грунту п!д укладеною на нього шШнщшною конструк-ц1ех>;

- вивчене явизце саыозаглийлення.цил1ндричних конструкШй в донний грунт дозволяе в цроцес1 1х прокладки зменшкти пер!од небезпечного впливу нестац1онарних навантажень;

-оц1нка необх!дних зусиль цри п1дйом! шл1ндричша конст-рукц1й з донного грунту дас шжлив1сть п1д час ремонтних роб!т передбачити техн!чн! характеристики вантажоп1дйомних пристроив.

Одержан! результата - нов1 I можуть знайти застосування цри вцр1шеш! задач, пов'язаних з проектуванкям цротяжних сие-

тем, укладкою fx на донний грунт i заоезпеменням *х довгов!ч-ност! при над1йн!й ексшуатацП. „На захист mwmszn

-результата експериментального внзначення г!дродинам!чних . сил тШндричноГ хонструкцП поблизу торстког поверхн1;

■ -ЯХ1СН1 результата доел!дження вшшву близькост! донно! по-верхн! на розпоШл тиску по поверхн! цюиндра;

-досл!дження вгииву поперечного (до нил!ндричноТ перепони) потоку на переформування дна русла!

-рекомендаш Т до використання результата досл!дження явн-ща самозаглиблгшя цгшндричнот конструкцП, вклшажяи конкрет-н! техн!чн! ptmemw;

- метод розрахунку статично! сПйкост! шл!нпричних конст-рукц!й при д1Т шдводних теч!й з викорнстанням результата екс- . периментального визначення коефЩ!ент!в Пдр0динаы!чних сил;

- результата досл!джень силових характеристик заглиблених в' донний грунт протяжних шШндрнчшх систем в процес! 1х п!дйому.

Реал! зал}я результат!в тюботи." Частина результат!в експе-риментальних досл!джень дисертац!йно! робота використана в нау-ково-досл!дницьких розробках, як! реал1зован! орган!зац!ею п/'с Р6805, що п!дтверджусться актами запровадження науково- . досл!дницьких poOiT. Оч1куваний економ!чний ефект в!д запровадження результата досл!джень складае 298,5 тис.крб. (в ц!нах 1990 р.).

Аггообап!я роботи ! публ!капП. За темою дисертацП спубл!- . ковано -14 друкованих праоь, у тому числ! одержано два авторских св!доцтва на винах!д.

Основн! результата досл!джень, поданих в дисертацП, обго-воривались на Респу0л1канських наукаво-техн!чних конфереш!ях (м. КиТв, 1984, 1987, 1992 p.p.), 1У Всесоюзн1Я науково-тех-н1чн!й ков$еренцП (м. Горький, 1986 р.), Всесоюзн1й науково-техн!чн!й конференцП (м. МиколаУв, 1988 р.), Всесоюзн1й школ! э техн!чних засоб!в 1 метод!в вивчення океану (м. Геленджик,-' I98S р.), Всесоюзн1й науково-техн1чн!й конференцП (м. Кал!н!н-град, 1990 р.) Республ1канськ1й науково-техн!чн!й ковференцП (м. Р1вне, 1990 р.), 37-39 , 41-45 наукових конференц!ях профе-сор!в, викладач1в, наукових прац!вкшс!в, а сп! рант!.в I студент!в Полтавського !гскенеряо-буд!вельнсго 1нстятуту (м. Полтава,

1986-1987, I98S-I993 p.p.).

Структура 1 оОсяг роботи. ДисертаШя складаеться 1з всту-пу, семи роздШвч висновку 1 списку використано! л!тератури. Робота викладена на 182 стор!нкзх, вклвчаачи 142 стор!нки машинописного тексту, 64 рисунка 1 4 таблиц!. Б10л1ограф1я наИчус 130 назв. ■

0С1ШШ ЗШСТ РОЕОТЙ.

Оск!льки пашенок обт!-какня цнл1ндра та 1нших поганообт!ч-ких т!л поблизу поверхн! Смея«!) значно в1др1зкясться з!д емту-ai!'i обт!кашя таких т!л потоком р!дини в оезыеяному простор!, то вязка увага в робот! щлшляеться огляну в1домих нзпрямк!Б, метод!з ! результат 1в досл!джень, як! щжевячен! визченнв про-цес!в обт1канкя пкл1ндра в кеоййежених потеках. Окреыо розгля-дгаться ?! напрямки, в якях вивчазся характер обт!канпя п1двод-hoY квнярукйТ поблязу плоского екранз, як "гладкого" так ! .пюрстксго.а такса; зисв'тлзо-оться штаняя воаемозггошу потеку р!-дини ! шдводно! конструкцП ка пронес переформувзння донно! поверхн! еодоймя; ч

Аыал1з л!тературких джерел свШи-ъ, шо на значку шуметь пктань в.галуз! обт!кання цшнвдричних т1л потоком р!дини (особливо Оезмежниы) отриман! досить' вичерпн! в!дпов!д!. Яетальн! досл1даення ц!с! тематики здШснквзлись, попинажяи з Л.Цравдтля, такими вчениш як А.Таусент, Д.Шеккелс, А.Окаяма, Ф.Анутлл!, Т.Сарпкайя, Д.В.Щтеренл!хт, С.И.Девн1н, С.М.Горл!н та !ш!. Значно ызше роб!т присвячених експериментальному дос-л1дженню оСт!кання шл1адра поблизу плоско! шорстко! поверхн!. За результатами в1домих досл1джень ця Щлянка обПкання шл!нд-ра' придонним' потоком залишаеться на цей час найменш вивченою. Дан1 шх досл!джень нер1дко суперечлив!. Окр1м того,' у б!льшос-т1 випадк!в обт!кання швИндра велось поблизу поверхн!, яка яв-ляз собою г!дравл!чно гладкий екран, або екран, до мае незначну mopcTKicTb (Б1рман Р.В., Здравкович М.М., Коваленко В.Н., Ди-ковська Н.Д. I 1н.).

Питанию вивчення мюцевого розливу донного грунту в зон! шл1ндрично! перешкоди.(здеб1льшсго вертикально!), процесу пе-реформування донно! поверхн! црисвячен! прац! таких в!домих

вчених як е.М. Лоурсен, I. Ларрас, Б. Нелв!л, Еттема, 1.1.Лев!, В.С.Нуромов, В.О. Большаков, О.В.Андреев, В.С.Алтун!н та 1нш.

Однак, лише поояинок1 прац1 присвячен1 безпосередкьому. впливу горизонтально! пережоди на цроцес переформування донно! поверхн1 або п!дйому занурених в донний грунт шШндричних конструкЩй.

Всеце зумовило напрямок дослШжень, яким присвячена робота. Експерементальн1 досл!дження проводились в лаборатор!! г!д-равл1ки Полтазського 1нженерно-буд1вельного !нституту. Як1сне досл!дження - г!дродинэм!чних характеристик шл!ндричних конст-рукц1й в р1эних умовах обт1кання зажадало■розробки 1 ствсрення спеШально! комплексно! експериментально! установки (Рис. I), яка оснащена високочутливою тензометричною системою, шо дозво-ляе вести дослШ досить широкого обсят, м!н!мальному П переналаджуванн!. " •

Особливу увагу црид!лено питаниям розробки моделей протяж-них пил1ндричних конструкц!й (Рис. 2), донних грунт1в, детально розкрит 1 1х кокструктивн1 характеристики. В- дан!й робот! донна поверхня моделювалась металевими листами 1з штучной шорстк1стю в широкому д1алозон1 к = 0,1 + 40 мм. При пьому в рол! скального грунту використовувались асбоцементн1 або металев1 гашти. 1нш1 види донних грунт 1в моделтались металевими листами з на-несеними.на' !х поверхню с!яними фраки!ями! п!сок - 4 $ракп1! (с!п < 0,25 мм; 0,25 -0,5 мм; 0,5 + 1,0 мм; 1,0 + 2,0 мм), гра-в!й - 3 фракцП ( йгр - 2 + 5 мм; 5 + 10 мм; 10 + 20 мм) 1 галька ( = 20 + 40 мм).

За результатами досл!джень визначен! 1нтегральн! характеристики обт!кання щвИндра з допомогою тензометр!!. Досл1ди велись в автомодельнШ докризовШ'зон! обт!кання при числах. Ре = (2+6И04.

Конструкц1я експериментально! установки дозволяла •зд!йсню-вати досл!дження обт!кання модел1 в д!апазон! И^/с! = де Ь - в1дстань в!д нижньо! тв!рно! модел! до поверхн! екрана.

Одержан1 кое$1ц!енти г!дродинам!чних сил при обт!канн1 цв-л!ндра в безмерному потоп! (сили лобового опору 1 п!дйомно! си-ли) сп!впадають 1з загальнов1домими, а. саме Сх = 1.2 ! Су = 0. Однак картина оОт!каняя цил1ндра поблизу поверхн1 суттсво зм!нюеться. Анал1з одержаних залежностей Сх = -КМ 1 Су = ^(Ь) показуе, ко у вс!х вкладках зкгченвя Сх, пслянзги з

>ипип/г*//7л//п11глиг} ч///>////'///1

РисЛ Схема експериментально! установки дослхдяення гвдродина-М1чних характеристик цилиадричних конструкцгй

I - микроманометр; 2 - каркас: 3 - механизм гпдйоыу фальшдна; 4 - трубка Што-Ребока; 5 - нгж; б - маховик; 7 - батарея п'е-зометри; 8 - гвинт; 9 '- блок живлення; 10 - тензопгдсилсвач;

II - реестрируючий прилад; 12 - дослзджувана модель; 13 -каркас фальшдна; 14 - донний грунт; 15 - пхдвтсха фальшдна.

11 2 3

Рис. 2

Мод ел I цилхнД' рично! конст-РУКЦ11

I - нхх; 2 - герметична резинова оболонка; 3 - дослхджувана р1-лянка моделх; 4 - двокомпонентн! тензотерези; 5 - тензодатчики; 6 - боков! лIлянки модели; 7 - стержень; 8 - трубка повного тоскуй - трубка статичного тиску; 10 - реэиновт трубки /сполучн!/

в!дстаней h 1.0, розташозуються нижче Сх = 1.2, (ио не су-перечить даним !нших досл!дник!в), хоча {Г мають тенденц!ю до зростання, тобто значению Сх в безмежному простор!. При змен-шенн! зазору до значень0.5 < h < 1.0 спостер!гаеться деяке эб!лыиекня коеф!ц1ента Сх за рахунок впливу твердо! меж!, що сприяе появ! на переднШ частин! в!дбитих е$ект!в. Почшагочи з h s. 0.4 спостер!гаеться зменшення значения Сх, сск!лъки нижня частина модел! попадае на д!лянку потоку меншо! !нтенсивност!.

На рис. 3 подан1 затежност! Сх = fCh) 1 Су = f(h) за результатами обт!каккя шл!ндра поблиэу скельного грунту.

Для поверхонь, як! моделтагь п!сок, грав!й ! гальку, за-лежност! Сх = f(h) носять под!0ний характер.

Значну увагу в досл!дженнях Оуло прид!лено впливу близь-кост! шорстко! донно! поверхн! на повед1нку п!дйомно! сили Су. Якщо при наближенн! модел1 до скельного грунту коеф!ц1ент п!дйомно! сили Су, починаоти з h < 2.5, плавно збШшувався в!д О до значения Су а 0.5, то вплиз на Су !нших грунт!в виявився дещо !ншм.

При проведенн! досл!д!в з використанням екрана, покритого п!ском великих фракц!й, грав!ем або галькою, в зон! O.I< h <0.4 спостер!гаеться эмензення значения коеф{ц!етта Су аж до виник-некня негативно! п1дйомно! сили. При п!цход! до грунту цил1нд-рична конструкщя попадае в сферу обт!кання, в як!й шорстк!сть Фракц!й грунту зд!йснюе вплив на турбулентн! сть потоку в зазор! ! конструкц!я в такому випадку обт!каеться по верхн!й ! нижн!й поверхнях потоками з р!зниш ступенями турбулентност!.

В п1дсумку досл!ди показали суттеву р1знидю в обт!канн! вдл!ндра в безмежнсму потоц! ! б!ля екрана. Цей факт поен!сто Шдтверджуе б!льш ранн1 роботи !нших автор!в. 1стотний егошв шорсткост!. екрана на г1дродинам!чн1 характеристики цил1ндра, виявлений в робот!, е вагомим доповненням до под!бних досл!д-жень, як1 ведуться в ц!й сфер!. Експерименти Шдтвердили появу в!д'емно! п!дйомно! сили залежно в!д розм!р!в фракцШ грунту, який покривас екран при наближенн! до нього в д!апазон! 0.1 < h < 0.4. -

Ноява тако! ситуац!! з одного боку сприяе росту напру/,ель в т!л! конструкцП, яка укладаеться. Але сл!д в!дзначити, ио !! ст!йк!сть п!д вшивом придонних поток!в зб!льшуеться за рахунок притискувзння до грунту.

Рис. 3 Гхдродина&ачнх характеристики цкящцра поблнзу скелястого данного грунту

Ь=oj33

Is®«452£ffi

 ж

% w

■«ЙИИШ

_ Грунт - m сок к-0.5+1. о**

Ь~о,1 /Т7\ Л =о,озз Tf'0M7e

гяъщпии

Рис. 4 3a*e*HtcT» Cf>=f (h, к)

10

Давчи к1льк!сну оц!нку одержаним в процес! досл!д1в результатам (визначення безрозм1рних коеф!ц!ент1в Сх 1 Су) тензо-метричн! вим!ри ке в повн!й м!р! розкривали суть явиш, шо в1д-Оувалися.

Б зв'язку з цим великий 1нтерес викликають досл!дження розпод!лу тиску на поверхн! цил1ндра, який обт!каеться потоком, Досягненню ц1е" мети сприяли так зван! "перфорозан1" модел!, як! дозволили визначити додатн!й 1 в!д'емний тиск в кожн!й точ-ц! кола досл!джуваного перер!зу цал1ндра, зм!шення зон тиску при п!дход1 модел1 до донноТ поверхн!, зростання або эниження тиску в будь-як!й П точд1. Таким же чином, розглянувши рсзпо-д!л тиску на поверхн! екрана, до якого наСлижаеться шл1ндрична кснструкц!я, можна зрооити висновок про яввда, шо в1дСуваютьсл в д1лянках екрана, куди покладасться кон^ _,/кц!я. Так! в!домос-т! дозваляють передбачити ситуафю, яка характеризус зануре?шя конструкцП в грунт або оголения заглибленоТ конструкцП.

Досл!ди показали, ио цри п!дход! цил!ндра до донного грунту в1дбуваеться поступове переформування епюри тиску на його позерхн! (Рис. 4). Пом!тне зм1]дення д!лянки в1д'емного тиску I р1с-т його значения в нижн!й частин1 при зменшенн! Л . Шо сто-суеться розпод!лу тиску на екран1, то необх!дно в!дзначити, цо у вс1х вкладках в1н додатн1й (Ср * 0.1). перед шл!ндром 1 в1-д'синий.за-його м1делевим перер!зсм.

Досл!джешя з використанням пневмометрП також п!дтвердили суттевий вплив шорсткоТ донно! позерхн! на г!дродинам1чн! характеристики пил!ядра, ио обт1каеться. На рис.-5 подан! результата досл!джешя розпод1лу в!дносного тиску Ср на поверхн! ш-л!ндра поблизу поверхн1 (!1 = 0.1) з р!зним донзим грунтом. 1з зб!льшенням характернее розм!р!в фракц!й грунту епюра розпод!лу тиску суттево зм!нюс свою форму. При п!дход! шл!ндра до екрана в!дм!чаеться змШення зони додатнього тиску на фронтальн!й поверхн! шШндра в1д екметричного положения вниз, в б!к екрана, причому зм1шення йде з розширенням зоки додатнього тиску на нижн1й поверхн1 • шл!ндра. Розгорнут1 граф!ки залежносг! Ср=-^(1, к, ф) дозволили визначити кути в!дриву потоку на ци-л1ндр1, розташованого поблизу екрана (0.03 < (1 < 0.5) 1 вста-новити, що на верхн!й поверхн! Ф61вр = 80+90°, со характерно для докризового режиму, а на нижн!й поверхн! ф^^р = 100+105°, шо характерно для кризи обт!кання/

тсок к= 1,0+2™

щ * * > • »»«><>»» оооо о о О ООО

грайю - галька

ь

скеля

Рис. 5 Роз под I л тисху по гозгрсиг пияхцзра

^ /7=05 Л =025 Ь-0,125 П°Ц03

■с

- И?

О О о с ««¿ооо д&еБвСвббвоа»о«оо9)с<«(«в«ей«в|оов»

11111 ГГИ ¡1 I > > I I ' ~г—,—7—т-; ц 1 ■! I , I , I | !■! I , I .П' . I 1 ■ 1 I I I 1 I I 1 111 I

Рис. б. Спхвввдношення сили лобового опору та

пхдйошо I силй

Рис. 7 Залезснхсть 0/—$(к,к)

12

Таким чином, в вдх умовах реал!зуеться комО!над{я докризо вого ! кризового режим1в, шо призводить до зм!н п!дйомно! сжш Ру (рис. 6).

Знания велнчини 1 напряг,ку г!дродинзм!чних сил е важпивим чинкиком для вир!шення низки практичних задач, зокрема, для Еивчення СТ1ЙК0СТ1 п!дводних цил1ндричних конструкШй, як1 ук-ладакться на дснну поверхню.

Анал!з 1 узагальнення матер!ал!в викладених вище досл!д!в дозволили побудувати результуюч! залежост! Сх = f(h, к> 1 Су я 1=(Ь, к), як! подан! на рис. 7. Остання залежн!сть наочно показуе вс1 стад!! трансформац!К коеф1ц!ента п1дйошо! сили Су при оСт1канн1 п!дводно! цил1ндрично! конструкц!" поблизу докно! поэерхн!.

Гюдальа! досл1ди ставили за мету вивчення процес1в розкиву донного грунту на д1лянц! укладки цил!ндрично! конструкт I, загяиОлекня П э грунт 1 дереформузання донно! поверхн! п!д д!-ею водного потоку. Таким чином зд1йснювався поступовиЯ перех!д в гп-гганн! вивчення ззаемодП цшиндра з поверхнею як штучно'! шорсткост1, так 1 з реальною поверхнею, основною складовою час-тиною яко! с п!сок р1зних Фракц1й.

Досл!ди проводились .за р!зними методиками, як! дозволяли поступово анэл!зуватк те чи !нше явище. В одному випадку модель конструкц!'/ роом!иувзлась на р!зних в!деталях Ь в!д донно! поверхн! гик до дотику, в !ниому - покладалась безпосерепньо ка деяний грунт. У першому випадку (рис.3) досл!джуваэся розмив в зон! укладання цил1изричкоК конструкц! 1', анал!зувався процес переформування донно! поверхн! в час!, визначались вектори эгидкостей потоку в*р!зних перер!зах вздовж дна русла. В 1ниюму вкладку досл!длгення встановили ! вивчали явите самозаглиолекня цил!кцричноУ конструкт!: (рис.9) в доншЗ грунт (п!сок Д-0.25 -- 2.0 мм)

Досл1дження показали, що за 3 години обт1кзння цшЦндра потоком при швшхкост! V = С.З м/с зэглиблення пил!ндра досягло значения 0.5 й. а його зм!щення назустр!ч потоку склало 0.1 с1. Рельеф донноТ поверхн1 при цьому зазнав суттевих зм!н на в!дс-танях до ЗЬ вгору по потоку I до. 5 £3 вниз по штоку. .

Анал!з результат^ числения досл!джень дозволив автору эапропонувати формулу для визнзчення глибини занурення цил1нд-ричноТ конструкц! I у в донний грунт-

-100''ЛV 100^ууу у•-</' /У/У;/'400

у,, , ////^¿'у? ,, ууУ^Уу У/

Рис. 8 Розмив донного грунта пвд цилхндроы

V

г-згод.

Рис. 9 Самозаглиблекня цилгндра з донний грунт

тсок

Рис. 10 Залежшсть

Рг\'*5 тсок+граЬЮ

гоа£ш_

N

Н-

75 10 Ю 13 175 21) Рис. II Залекнгсть Су-^(С^)

Т -1-]/-0,127*% П=5 2-V-0,16*Ус

Рис. 12 Залежн1сть Се=/(С{) Рис. 13 Залежнхсть

14

У / V2

= 0.393 (-) (1)

б { 2 д

0ск!льки ефективн!сть Дов!льного самозаглиблення цил!нд-рично! конструкцП в грунт недостатки, то в подальшому досл!д-ним шляхом 1 анал!зом результат!в досл!джень доведена можли--в1сть 1нтенсиф!кацП пронесу самозаглиблення цил!ндричноТ конструкцП в донний грунт шяхом встановлення на н!й спец!аль-них бандаж!в (що регулкють зазор м!ж конструкйе», яку уклада-ють, I донною поверхнею). -В результат! застосування под!бних бандэж!в час заглибленнд шл!идрично1 модел! скоротився б!льше н!ж в Ю раз!в з одночасним зб!льшенням глибини розмиву грунту (зануренням в'нього модел! на глибину до 0.7 с1). 1нтенсиф1кац!я процесу самозаглиблення дозволить значно скоротити час дП на конструкц1ю нестац!онарних навантажень.

3 одного боку явще самозаглиблення досить виг 1 дне, ос-к!льки без додатковкх витрат дозволяе захистити п!дводну конструкцию. 3 другого боку, воно ускладнюе проведения ремонтнлх операц!й, потреба в яких виникае досить часто. Тому значна ува-га з робот! прид!лена, визначенню сил, необх!дних для п!дйому гнучких иил1ндричних кокструкц!й з донного грунту.

При цьому досл'джувались елементи пил!ндра 1 протяжн! сис-темк, закурен! в донний грунт р!зких фракцШ. В роя! протяжных систем використовувалися подобен! д!лянки (довжиною 5 м> про-иислового кабеля р!зних д!аметр!в э гумозим 1золяп!йним покрит-тям, як1 засипалися р!зними видами грунт!в (п!сок, грав!й I су-м!ш п!ску з грав!ем) товеиной до 0.7 й.

Для анал!зу одержаних результат!в були введен! так! без-розм!рн! параметри, як! могли б повн!ше описати пропес форму-вання силово! д11 грунту на п!дйом кабеля. Одним 1з таких пара-метр!в, який в!дпов!дае критер!» Н'ютона, був коеф!ц!ент Су

Г

Су = -5— (2)

■

де Г - зусилля п1дйому, V - шеидк1стъ п!дйому кабеля, шп - по-гонна маса кабеля. •

На рис. 10 1 рис. II за результатами досл!~джень подан! в!дпов!дн! залежност! Су = -КМ I Су = -КС^), як! вказугть на значний р!ст зусиль п!дйому при зб!лыпенн1 заглиблення конст-

рука!! або зменшенн! характерних розм!р!в фракШЙ грунту (зрос-тання коеф!ц!енту С+, який характеризуе роботу, що затрачаеться на подолання сил тертя 1 зм!ну структури грунту). Остання обс-тавина пояснюеться явишем "присмоктування" мо'дел! до Бологого др!бнозернистого грунту. При п1дйом! конструкцП в такому сере-довщ! спостер!гаеться злипання частинок п!ску м!ж собою 1 в початковий момент п!лйому разом з кокструкц!ею п!д1ймаеться увесь верхн1й шар п!сково! суы!ш1, утворшчи пустоти, куди зав-дяки щ1льност1 п!щаного шару не встигае д!йти вода, викликаюта розр!дження, яке сприяе утриманню модел1. Це зумовлюе зб!льшен-ня сили п!дйому конструкцП'.

Анал!з результат!в досл!джень з урахуванням характерних .параметр!в кабеля 1 грунту дозволив побудувати залежн!сть СЕ = ) (рис. 12), яка дас можлив!сть викорйстати одержан! дан! для розрахунку потужност! та !ших силових характеристик п!дйоыних пристро!в. Приклад такого розрахунку запропонований в дан!й робот!.

Окр1м цього, досл!дження показали, що початкове (п!кове) зусилля в!дриву кабеля в!д грунту в к!лька раз!в, а 1нколи 1 на порядок перевищуе вагу д!лянки кабеля, яка п!д!ймаеться, 1 пок-риваючого його грунту (рис. 13). При 'цьому час перебування конструкцП в грунт! суттевого впливу не мае.

Результата кошлексних досл!джень дозволили задропонувати !нженерний метод розрахунку статично! ст1йкост! Шдводних ш-л!ндричних конструкШй при д1! водних поток!в.

Цри.цьому з урахуванням - в! домих сп!вв!дношень , д!ючих на Шдводну конструкц!ю сил, розглядаються вс! чинники, що вплива-гть на ст!йк1сть конструкцП, уточниться р1вняння, що описують умови ст1йкост1 1 м1даост! конструкцП п!д д!ею нестац!онарних навантажень. Використовуючи результата попередн1х досл!джень (коеф1ц!енти г!дродинам!чних сил Сх 1 Су), а також <5еручи до уваги умови розм!щення конструкцП на р1зних грунтах (коеф!ц1-ент тертя * 1 коефШ1ент п, який характеризуе умови стикання п1дводно! конструкцП з грунтом), автор щгапонуе формулу для визначення критично! швидкост1 потоку, цри який конструкц!я втрачае ст!йк!сть (швиШсть зсуву):

р й- (Сх + п -Г Су) - 16

2 п * а

Пор1внк8ли вирахуване за формулою (3) значения Уэс 1з швидкостями, як! виявлен1 на трас! укладення, можна визначити небезпечн! д!лянки нест!йкого положения системи, шо уклада-еться. Стосовно до грунту, який покриваЪ цю д!лянку, можна пе-редбачити в1дпов1дне 1нженерне р1шення для забезпечення потр!б-но! ст!йкост! контрукц!Т. Зокрема, таким вир!шенням може бути зб1льшення ваги Б конструкцП за рахунок застосування додат-кових вантаж1в. Таким чином, зб!лылуеться запас ст1йкост1,

На п!дстав1 результат!в проведенних досл!джень запропоно-ван! конструктивн! р!шення, як! забезпечують ста01л1зац!ю п!д-водно! конструкц!1 на донному грунт!,-або зменшують д1ю неста-цЮнарних навантаяень на конструкШю в процес! П укладення. Не р!зного роду обт!чники, як!' розм1щуються на поверхн! щл1кд-ричноТ конструкцП п!д час У1 укладення, при контакт! з донною поверхнею забезпечують нерухом!сть конструкп1Т на грунт!. Подан1 також 1нженерн1 пропозицП щодо пристосувань, як! сприя-ють 1ктенси$!кацП процесу самозаглиблення цил!ндрично* конструкц! 1 в донний грунт. Частина цих пропозиц1й захищена авторсь-кими св!доцтвами. .

0СЮБН1 ВШЮВКИ

1. Одержан! значения г!дродинам!чних.сил (коеф!ц!ента лобового опору 1 коеф!ц1ента п1дйомао1 сили) цри обт1канн! цил!н-дричного елемента поблизу плоского шррсткого екрана аж. до дотику цил1ндром ц!е! поверхн!. Цри цьому виявлен! суттев1 зм!ни цих коеф!ц!ент1в в!д 1х значень в необмеженому потоц1. Встанов-лено, шо при зазорах менше н1ж 0,4 д!аметра цил1ндра мае м1сце явише притягування пил1ндра до екрана, причому процес обт1кання суцроводжусться сильною нестаи1онарн!стю.

Важшвим е той факт, шо в робот!, на в1дм!ну в!д ранн1иих досл1джень, вивчена 1 проанал!зована зы!на г!дродинам!чних кое-ф!ц1ент1в залежно в!д характерних розм!р!в фракШЙ донного

грунту-

Ш досл!дн1 дан! важлив! при розробц! 1нженерних заход1в щодо зниження в!брац!1 конструкцП та зменшення нестац! онарних йршес1в. ^- ■

2. Проведен! досл!ди з вивчення взаеыодП шн1нцра з роэ-

мивним донним грунтом та процесу .його самозаглиблення. Досл!д-жене явище, яке характеризуемся тим, що при наявносг! цридон-ких поток!в Шдводна конструкция самозанурюеться'в донний грунт на.значну глибину. ОскШки цей процес досить важливий з точки зору зниження Оуд!вельних витрат, сцрямованнх на штучне зану-рення конструкцП в грунт, то досл!ди проводились також з метою 1нтенси$1калП цроцесу самозаглиблення п!дводно! конструкцП в донний. грунт.

3. Зацропонован1 конструктивн1 1нженерн1 заходи, як! п!д-вищують ст!йк!сть п!дводно! протяжно! конструкц! Г при попаданн! I! на тверду поверхню, знижують нестац1онарн! явища 1, таким чином, дозволяють уникати авар!йних ситуац!й.

4. Визначен1 силов1 характеристики занурених в донний грунт цшИндричних конструкц!й при п1дйом1, наприклад, зам1н1 з!псовано! певно! д!лянки протяжно! системи. Виявлено, шо в по-чатковий момент п!дйому 1з п!щаного грунту конструкцП зусилля в!дриву I! в!д грунту за рахунок "засмоктування" зб!льшуеться в десятки раз1в. Щ в!дошст1 важяив1 для выбору необх1дного ава-р!йного технолог1чного силового обладнання 1 розробки в1дпов!д-них 1нженерних заход1в, як! сприяють зменшенню цього зусилля.

5. Запропонований ряд конструктивних р1шень, як! сцрияють зменшенню в10рац11 протяжно! системи, пов^язано! !'з зривом ви-хор!в потоку при укладенн1 п1дводнс! конструкцП 1, одночасно, Шдвшцуючих ст1йк!сть II при дП цридонних поток1в.

6. Розроблен! ун1Еерсальн! установки для проведения експе-риментальних досл!джень обт1кання цил!ндра поблизу екрана; за-нурених в груйт конструкц1й; для вивчення силових характеристик, взаемодП цил!ндра з донним грунтом.

Розроблен! модел! протяжних гЛдводних конструкц1й (трубопровод^,' кабел!в зв'язку 1 т.1н.), як1 дозволяють п1д час дос- . л!д1в вихлхнати побочн! ефекти впливу траниць г!дроканалу.

7. На основ! одержан® даних уточнен! р!вняння, як! опису-. ють ст1йк!сть Шдводно! конструкцП 1 запропонований метод роэ-рахунку статично! ст!йкост! конструкцП при дП на не! цридонних поток!в.

Одержан! в дисертац!йн1й робот1 результата можуть бути рекомендован! для використання при проектуванн!, укладенн! 1 експлуатацП протяжних п1дводних систем на дн! морських .аквато-р!й 1 на д!дводних переходах через р!зноман!тн! водн!' перепонк.

Голобн! результата дисертаШ надруковано в роботах;

1. Сребнкк С.И,, Молодорич А.Н., Цецуренко C.B. Об устойчивости щшпдапеских конструкция при воздействии придонных потоков.-Полтава:1386,-10 с. /Рук. деп. в Укр.НЙИШ 2.10.SB г., № 2386 - Ук.87г./.

2. Сребнюк С.Н., Молодорич А.Н., Цепуренко C.B. О гидравлических характеристиках цилиндра вблизи плоского шероховатого -экрана.-Полтава: 1987,-24 с. /Рук. деп. в Укр.НШШГЙ 11.08.87

г., ;г 1640 - Ук87г./.

3. Сребнюк С.М., Молодорич А.Н.. Копоненко В.П. Расчет устойчивости подводного трубопровода, уложенного на морское дно. // Проблем гидромех. в освоении океана. 4.1. Тегпеы доклада IУ Pi опубл. кокф. 470 приклад, гидромех. Часть П.- Киев: M АН УССР, 1987. с. 2G5 - 207.

4. Сребнкк С.М., Молодорич А.Н., Горбань В.А., Забора В.В. Пкспер^лептглы-ме исследования отрывного обтекания шышндра

плоского шероховатого экрана, // Совершенствование срздсгз и истодов гкепервменхальной гидромеханики судна для рознггяя ¡isy-шого прогресса s судостроения. Тезисы докладов Всесоюзной наг-шо-техияческой ков$ерекиш.-Д.: Судостроение. 1988,-с. 138 -139.

5. Сребнюк С.М., Молодорич А.Н., Забора В.В., Пыгаиш А.И. О взаимодействии цилиндра с податливей поверхностью.// Тезисы докл. 1У Всесоюзной научно-технической конференши.-Нкколаез: 1988,-с. 120-121. 4

6. А. с. * 271940. МКИ В 63 в 21/00. Способ укладки подводного кабеля и устройство реализации его. /Молодорич А.Н. и др.(СССР), 1988. а 4

7. А. с. » 287978. ШИ В 63 в 21/00. Обтекатель-стабилизатор, /Молодорич А.Н. и др.(СССР), 1Э89.

8. Сребнкк С.М., Молодоряч А.Н. Расчет устойчивости трубопровода при воздействии водных потоков. // Интенсификация строительного производства. Тезисы докладов областной научно-технической конференции.-Полтава: 1989.-е. 41-46.

9. Сребнюк С.М., Молодорич А.Н., Сребнюк В.Н. Исследование процесса самозаглубления подводных протяженных систем в донный грунт.// Сборник тезисов докладов Всесоюзной околи по те/ничес-

ким средствам и методам изучения океана.-М.: 1989.-е.189.

10. Сребнюк С.М., Молодорич А.Н., Сребнюк В.Н. Гидромеханизация заглубления трубопровода в дно водного перехода.// Механизация производственных процессов в водохозяйственном строительстве. Тезисы докладов научш-техн. кон&.-Ровно: 1990.-е. 37.

11. Сребнш С.М., Молодорич А.Н., Горбань В.А., Сребнш В.Н. Некоторые вопросы динамики заиленых подводных цилиндрических конструкций.-В кн.: Повышение эффективности экспериментальных исследований гидродинамики судка для решения задач в судо- ■ строении. Доклады Всесоюзной научно-технической конференции. -Л.: Судостроение. 19Э1.-С.156-163.

12. Колодорич А.Н. Пути снижения строительных затрат при прокладке трубопроводов через водные преграды.// снижение материалоемкости и трудовых затрат в строительстве. Сб. научн. тр. -*.:УМКВО, 1991.-е. 178-182. .

13. Сребнш С.Ы., Молодорич А.Н., Горбань В.А., Салтанов Н.В. Экспериментальные исследования обтекания цилиндрических конструкций вблизи морского дна // Цроблемы гидромех. в освоении океана. Тезисы докл. У Республ. кон&. по прикладной гидромеханике. Киев: ИГМ АН УССР,-1992.-е.84-85.

14. Сребнш С.И., Молодорич А.Н, Повышение эффективности прокладки подводных трубопроводов.// Конструкции зданий и строительное производство. Сб. науч. тр.-К.: 1СД0, 1993.-е.14-20.