ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН У ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ГИДРАВЛИКА. ГЕОТЕХНИКА. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 627.33

DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.922-932

Исследование коэффициента отражения волн у причальных сооружений

Наталья Владимировна Шунько, Николай Дмитриевич Зуев

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Изложены экспериментальные исследования, выполненные с целью изучения значений коэффициента отражения волн у конструкций причальных сооружений с передней вертикальной стенкой. Представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных на основе физического моделирования.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования осуществлялись на основе метода физического моделирования. Исследования с применением этого метода являются неотъемлемой частью научного сопровождения всех проектируемых современных крупных морских грузовых комплексов. Метод физического моделирования применительно к портовым сооружениям позволяет не только получить на модели идентичную с натурным объектом волновую картину, но и непосредственно изучать взаимодействие волн с проектируемыми гидротехническими сооружениями в необходимом временном диапазоне. Эксперименты производились в волновом лотке, входящем в состав научно-экспериментальной базы НОЦ «Гидротехника» НИУ МГСУ, и с применением новейшей измерительной аппаратуры фирмы Wallingford (Великобритания). N N Результаты. Экспериментально получены значения коэффициента отражения волн у причального сооружения с пе-

О О редней вертикальной стенкой (тип конструкции причала — больверк) при воздействии на него расчетного шторма.

В основном нормативном документе РФ — СП 38.13330.2018 сведения, посвященные определению коэффициента N N отражения волн, представлены не для всех типов конструкций гидротехнических сооружений и не в полном объеме.

* ® Обладая информацией о точных значениях коэффициента отражения волн у различных типов гидротехнических со-

> (0 С И 2

> 1П оружений, например причальных, можно обоснованно понижать их высотную отметку, что приведет в конечном итоге

к значительному удешевлению строительства и сокращению сроков возведения объекта. Ш Выводы. Результаты данных научных исследований обеспечат реализацию возведения новейших проектов мор-

ских портов, терминалов и грузовых комплексов, возводимых в сложных природных условиях, в частности в суровых арктических широтах, в регионах с интенсивной добычей углеводородного сырья и сжиженного природного газа. ^ 5 Данное обстоятельство актуально для решения приоритетной задачи современности — строительства новых объ-

¡2 75 ектов перегрузочных комплексов Северного морского пути.

"си ф КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: причальное сооружение, больверк, коэффициент отражения волн, параметры волнения,

волнограф, гребень волны, физическое моделирование, волногасящая камера

ш £

о ё

Е о ¿Г О

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Шунько Н.В., Зуев Н.Д. Исследование коэффициента отражения волн у причальных сооруже-

о У ний // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 7. С. 922-932. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.922-932

СО <£

CD

g £= Автор, ответственный за переписку: Наталья Владимировна Шунько, natshunko@rambler.ru.

z J

«J A study on the wave reflection coefficient near berthing facilities

Natalia V. Shunko, Nikolai D. Zuev

со Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

9 E (MGSU); Moscow, Russian Federation

-

со ^

T- ^

ABSTRACT

OT g Introduction. The article deals with the experimental studies on values of the wave reflection coefficient near the structures

— 2 of berthing facilities with a front vertical wall. The authors present the findings of experimental studies conducted in the form

of physical modeling.

O jj Materials and methods. The method of physical modeling was employed to conduct the experimental studies. These

O studies are an integral part of the research project that benefits all modern large marine cargo facilities being designed.

^ S The method of physical modeling, applied to port facilities, allows obtaining a model wave, identical to that of a full-scale

S object, and studying interaction between waves and designed hydraulic engineering structures within a pre-set time range.

h £ Experiments were conducted in a wave flume of the Hydraulic Engineering Centre for Research and Experiments at NRU

jj jj MGSU. The most advanced measuring equipment, produced by Wallingford (UK), was used in the experiment.

U > Results. As a result of the experiment, the authors obtained values of the coefficient of reflection of waves near a berthing

facility with a vertical front wall (the bulwark type of the berthing structure), subjected to the impact of a standard storm.

© Н.В. Шунько, Н.Д. Зуев, 2022 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

The main Russian regulatory document, SP (Construction regulations) 38.13330.2018 doesn't have information about the definition of the wave reflection coefficient for all types of hydraulic structures, and the information available there is not exhaustive. The availability of information about the exact values of the wave reflection coefficient for various types of hydraulic structures, such as berthing facilities, can reasonably reduce their elevation, that will ultimately lead to a substantial reduction in construction costs and time.

Conclusions. The results of these scientific studies will ensure the successful implementation of the most recent designs of seaports, terminals and cargo complexes in unfavourable natural environments, including the harsh climate of Arctic latitudes, regions where raw hydrocarbons and liquefied natural gas are intensively extracted. This will help to solve the priority task of our time: construction of new transshipment facilities along the Northern Sea Route.

KEYWORDS: berthing structure, bulwark, wave reflection coefficient, wave parameters, wave gauge, wave crest, physical modeling, wave damping chamber.

FOR CITATION: Shunko N.V., Zuev N.D. A study on the wave reflection coefficient near berthing facilities. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(7):922-932. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.922-932 (rus.).

Corresponding author: Natalia V. Shunko, natshunko@rambler.ru.

ВВЕДЕНИЕ

Представленные в данной работе экспериментальные исследования, проведенные с применением современной измерительной аппаратуры, осуществлялись впервые в научной практике. Целью представленных экспериментальных исследований являлось уточнение и внесение дополнений в раздел СП 38.13330.20181 «Элементы волн на огражденной акватории», посвященный определению значений коэффициента отражения волн у причальных сооружений, при воздействии на них расчетного шторма.

При проектировании причальных сооружений на морских портовых акваториях необходимо исключить воздействие ветровых волн на верхнее сооружение причала. С этой целью применяют инженерные расчеты верхней отметки сооружения с учетом превышения гребня волны над расчетным уровнем моря в соответствии с рекомендациями СП 38.13330.20181.

Конструкции сооружений причалов часто выполняют в виде больверка [2-4]. Как известно, волны малой крутизны на передней вертикальной стенке больверка формируют гребень, вдвое превышающий исходный, из-за взаимодействия подходящих к вертикальной стенке волн, с отраженными от нее волнами. Коэффициент отражения волн от причала данного типа близок к единице.

Как показали экспериментальные исследова-ния2, применение конструкций свайного типа с тыловой шпунтовой стенкой и подпричальным откосом не всегда дает желаемый эффект уменьшения коэффициента отражения волн. При этом расходы на строительство таких конструкций причалов возрастают пропорционально значению высоты ветровой волны. Следовательно, проведя мероприятия по снижению коэффициента отражения волн от со-

оружения, можно существенно уменьшить стоимость строительства причальных сооружений [3, 4].

Представленная в данной работе тема становится наиболее актуальной в связи с развитием инфраструктуры существующих и строительством новых северных морских портов, терминалов и комплексов, в районах с богатыми минерально-сырьевыми месторождениями и в соответствии с документом «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года», утвержденным указом Президента России 26 октября этого года. Ключевой проблемой «Стратегии...» является низкий уровень развития транспортной инфраструктуры Северного морского пути (СМП). Как известно, регион Северного морского пути характеризуется крайне суровыми природными условиями: длительными периодами времени с низкими температурами воздуха; значительными колебаниями уровней воды, вызываемыми приливо-отливными и сгонно-нагонными явлениями; приливо-отливными течениями; наличием припайных и дрейфующих ледяных образований [5-7]. А в безледные периоды года эти регионы характеризуются еще жесткими штормами со значительными параметрами ветровых волн. Дальневосточным регионам присуща повышенная сейсмическая активность. Важными гидротехническими сооружениями морских грузовых портов, терминалов и комплексов являются причальные сооружения, которые необходимо возвести в сжатые сроки, максимально используя благоприятные «окна» погоды.

Таким образом, представляется наиболее интересным и важным исследование методами физического моделирования на уменьшенных копиях сооружений причалов с изучением возможности понижения значений коэффициента отражения волн у данных сооружений.

1 СП 38.13330.2018. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. Издание официальное. Министерство регионального развития РФ. 2018.

2 Отчет о НИР. «Физическое моделирование волновых процессов и работы конструкций сооружений для обеспечения разработки проектной документации на строительство объекта "Комплекс перегрузки угля «Лавна» в морском порту Мурманск"». Этап № 2 «Физическое моделирование в волновом лотке взаимодействия волн с сооружением комплекса». М. : НИУ МГСУ, 2018.

< П

iH G Г

S 2

0 со § co

1 s

у 1

j to

^ i

n °

s 3 o

zs (

о §

e w

§ 2

n g

s 6

r 6

t (

cc §

s )

ii

® 7 л ' . DO

■ т

s □

s У с о <D Ж , ,

О О 10 10 10 10

сч N

N N

о о

N N

¡г ш

и 3

> (Л

с «

и I»

I

<и <и

О ё

о

о о со < со

8« ™ §

(Л "

от Е

Е о

£ о

^ с

ю о

£ « о Е

СП ^ т- ^

<л ю

«г? Г

О (О

и >

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные исследования проводились на основе метода физического моделирования. В процессе научного сопровождения, в состав которого входит физическое моделирование, в каждом конкретном случае решаются в первую очередь те вопросы, на которых нет ответов в действующих нормативных документах. Получить такие ответы возможно лишь на основании анализа результатов правильно поставленных экспериментальных исследований в лабораторных условиях [8-10]. Результаты натурных исследований имеют безусловно большую ценность, но их проведение связано со значительными затратами и зависимостью от погодных условий. При этом возможность варьирования исходными параметрами отсутствует. Лабораторные эксперименты являются предпочтительными, так как лишены этих недостатков.

Экспериментальные исследования проведены в волновом комплексе научно-исследовательской лаборатории «Гидротехнические сооружения» НОЦ «Гидротехника» НИУ МГСУ В опытах было использовано оборудование фирмы HR WaШng-(Великобритания) с автоматизированной системой сбора и обработки экспериментальной информации в режиме реального времени, включающей: датчики-волнографы; 8-канальный электронный блок опроса волнографов; пакет комплексных программ для выбора режима работы, статистической обработки и визуализации данных экспериментов. Средняя квадратичная погрешность измерения высоты волны в экспериментах составляла не более ± 2 %, а доверительный интервал — не менее 90 %.

Все приведенные в статье параметры указаны в натурных величинах, без пересчета на модель.

Экспериментальные исследования в волновом лотке по изучению работы конструкции причального сооружения проводились для проектирующегося объекта: Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений (ЦСКМС), Комплекс для изготовления оснований гравитационного типа и интеграции модулей верхних строений, расположенного в районе побережья Кольского залива, у мыса Белокаменный и мыса Великий3.

Основная конструкция причала с передней сплошной свайной вертикальной стенкой (рис. 1) на примере четырех опытов дорабатывалась различными волнога-сящими приспособлениями для уменьшения результирующей высоты волны у сооружения. В частности, были рассмотрены вариации устройства камер гашения с установкой их с различным шагом в сплошной свайной вертикальной стенке причала [3, 4].

В опытах была использована стандартная методика [11-15] с соблюдением подобия между натурной конструкцией и модельной по числу Фруда, при масштабном коэффициенте М = 1/50. Волновые параметры волн шторма юго-восточного направления в экспериментах составили: hl % = 1,7 м, Тср = 3,1 с (сооружение I класса). Длина волны — X = 15,0 м. Уровень воды 1 % обеспеченности составил: +2,270 м БС. Верхняя отметка кордона причала: +4,000 м БС.

Измерение коэффициента отражения осуществлялось с помощью специальной установки (разработчик — фирма HR Wallingford (Великобритания)), включающей четыре датчика волнения [16-19], регистрирующих колебания водной поверхности в процессе опыта, их расположение представлено на рис. 2.

Расчет коэффициента отражения волн Сг проводился по методике, приведенной в источниках [16-20]. Всего было проведено четыре опыта.

Опыт № 1. Изучение работы конструкции причала в виде сплошной вертикальной свайной стенки

Модель причального сооружения перед экспериментами приведена на рис. 3.

Экспериментальные исследования приведены на рис. 4.

Опыт № 2. Изучение работы конструкции причала с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке, с шагом установки Б = 40,19 м

Готовая к эксперименту модель приведена на рис. 5.

Экспериментальные исследования приведены на рис. 6.

Опыт № 3. Изучение работы конструкции причала с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке, с шагом их установки Б = 12,5 м

Готовая к эксперименту модель приведена на рис. 7.

Экспериментальные исследования в опыте № 3 приведены на рис. 8.

Опыт № 4. Изучение работы конструкции причала с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке (шаг установки Б = 12,5 м) и откосом из каменной наброски в камере гашения

Условия эксперимента соответствовали предыдущим опытам. В тыловой части свайной вертикальной стенки был установлен каменный откос

3 Отчет о НИР. Математическое и физическое моделирование волновых процессов, для обеспечения разработки проектной документации по объекту «Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений (ЦСКМС). Комплекс для изготовления оснований гравитационного типа и интеграции модулей верхних строений». Арх. 7260/р.349-17. М. : НИУ МГСУ, 2017.

Съемный охранный брус_ 960

Removable safety bar +4,000

37 960

+2,270 (5 %)

Монолитный оголовок MD4 +1 800 Покрытие

■Анкерная-тяга-А2-(0100 стать С345) шаг 1590 Anchor rod A2 (0100 C345) , spacing 1590

Граница поЗсчетов t. объемов работ

Boundary of the estimated amount of work T900

■•■■Ж/Б ' палка

ФасаЗ причала № 5 Berth 5 facade

Секция С3

Section C3 28 600

Швартовая тумба ТС0-80

Охранный брус Mooring bollard Safety bar TS0-80

20

Стремянка С1 Ladder C1

20

Секция С4 Section C4

28 600 20 Швартовая тумба ТС0-80

Охранный брус Mooring bollard Safety bar TS0-80

Секция С4 Section C4

Стремянка С1 Ladder C1

28 600 20 Швартовая тумба ТС0-80

Охранный брус Mooring bollard Safety bar TS0-80

Секция С4 Section C4

Стремянка С1 Ladder C1

28 600 20 Швартовая тумба ТС0-80

Охранный брус Mooring bollard Safety bar TS0-80

Стремянка С1 Ladder C1

Рис. 1. Модель конструкции причального сооружения с передней вертикальной свайной стенкой — поперечное сечение и фрагмент фасада

Fig. 1. Model of the construction of a berthing facility with a vertical front piling wall: a cross section and a fragment of the facade

< П

iH G Г

S 2

0 co § co

1 s

у 1

j to

^ i

n °

s> 3 o

zs (

о =?

о §

e w

§ 2

n 0

a cd

г 6

t (

pt §

ss )

II

® 7 л ' . DO

■ T

s □

s У с о <D Ж J, J,

2 2 О О 10 10 10 10

сч N

N N

о о

N N

¡г ш

U 3 > (Л С И

со N

i

<u <u

О ё —■

о

о <£ со <f CD

8 «

Z ■ ^

от 13 от iE

с уклоном 1:1,8 (рис. 9). Каменная наброска откоса была представлена сортированным камнем с массой на рис. 10. 50,0-100,0 кг.

Экспериментальные исследования приведены

Рис. 2. Датчики-волнографы в рабочем положении Fig. 2. Wave gauge sensors in the working position

Рис. 3. Подготовленная к опыту № 1 модель причала в волновом лотке

Fig. 3. Model of a berth in a wave flume prepared for Experiment 1

<5 Fig. 4. Impact of SE waves on the berth model in Experiment 1

E о

CL °

^ с

ю о

S «

о E

СП ^

T- ^

£

ОТ °

£ w

■s

r

iE 3s

О (П

Рис. 6. Воздействие волн ЮВ направления на модель причала в опыте № 2

Fig. 6. Impact of SE waves on the berth model in Experiment 2

Рис. 7. Модель причала опыта № 3 в волновом лотке Fig. 7. Berth model in the wave flume in Experiment 3

Рис. 4. Воздействие волн ЮВ направления на модель причала в опыте № 1

Рис. 5. Подготовленная к опыту № 2 модель причала Рис. 8. Воздействие волн ЮВ направления на модель при-

в волновом лотке чала в опыте № 3

Fig. 5. Model of a berth in a wave flume prepared for Experiment 2 Fig. 8. Impact of SE waves on the berth model in Experiment 3 926

Рис. 9. Вид каменного откоса за вертикальной стенкой причала в опыте № 4

Fig. 9. A stone slope behind the vertical wall of the pier in Experiment 4

Рис. 10. Воздействие волн ЮВ направления на модель причала в опыте № 4

Fig. 10. Impact of SE waves on the berth model in Experiment 4

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результат анализа измерения коэффициента отражения волн от изучаемой конструкции сооружения причала в опыте № 1 приведен на рис. 11.

На основании проведенного опыта № 1 по исследованию воздействия шторма юго-восточного направления на конструкцию причального сооружения, выполненную в виде сплошной вертикальной свайной стенки, установлено:

• зафиксирован заплеск на сооружение, достигающий отметки +4,500 м;

• отмечен перелив воды через монолитный оголовок конструкции причала по фронту движения волны;

• сброс элементов каменной отсыпки у свай конструкции в опыте отсутствовал;

• коэффициент отражения волн у вертикальной стенки причала составил Сг = 0,7.

Результат анализа измерения коэффициента отражения волн от изучаемой конструкции сооружения причала в опыте № 2 приведен на рис. 12.

На основании проведенного опыта № 2 по исследованию воздействия шторма ЮВ направления на конструкцию причала с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке, с шагом установки = 40,19 м, выявлено:

• зафиксирован заплеск на сооружение, достигающий отметки +4,500 м;

Анализ отражения Reflection analisys

а я и н и

S т

300-

200-

100-

с

О

т

н

g J

s s

q=

1,8 1,9

Частота, Гц Frequency, Hz

--график спектральной энергии падающей волны;

— общий коэффициент отражения

Рис. 11. Анализ экспериментальных данных в опыте № 1: ■ —0— — график спектральной энергии отраженной волны; -Fig. 11. Analysis of experimental data obtained in Experiment 1: —O— — the graph of the spectral energy of the incident wave is indicated; —0— — the graph of the spectral energy of the reflected wave is indicated; —X--the total reflection coefficient is indicated

< П

i H G Г

S 2

0 со § со

1 s

y 1

j со

u-

^ i

n °

s 3 o

zs ( о §

§ 2 n g

s б

a cd

г 6 t ( an

ss )

ii

® 7 л ' . DO

■ T

s У с о <D *

J, J,

M 2 О О 10 10 10 10

0

я я я я

s т

~ о

M

H ч^ ° я о гя

Щ 1-4

Р 5-о «

600 500 400 300 200 100 0

-100

Анализ отражения Reflection analisys

я

О

- 2,0 я

" 1,5 ^ S я -S

s 8

- 1,0

- 0,5 ® r я .3 я S

0 л cc £

- -0,5

Частота, Гц Frequency, Hz

— график спектральной энергии падающей волны;

— общий коэффициент отражения

Рис. 12. Анализ экспериментальных данных в опыте № 2: -—0— — график спектральной энергии отраженной волны; -

Fig. 12. Analysis of experimental data obtained in Experiment 2: —О--the graph of the spectral energy of the incident wave

is indicated; —0— — the graph of the spectral energy of the reflected wave is indicated; —H--the total reflection coefficient

is indicated

N N N N О О N N

К ш U 3

> (Л

с и to I»

1 - S

<U ф

О ё

о

о о

со <

со S:

8 «

™ §

ОТ "

от Е —

с

Е о

CL ° ^ с

ю о

S ц

о Е с5 °

СП ^ т- ^

от от

£ w

Г

ïl

О (0

• отмечен перелив воды через монолитный оголовок конструкции причала по фронту движения волны;

• сброс элементов каменной отсыпки у свай конструкции в опыте отсутствовал;

• коэффициент отражения волн у вертикальной стенки причала составил Сг = 0,6.

Результат анализа измерений коэффициента отражения волн от изучаемой конструкции сооружения причала в опыте № 3 приведен на рис. 13.

На основании проведенного опыта № 3 по исследованию воздействия шторма юго-восточного направления на конструкцию причального сооружения с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке, с шагом их установки = 12,5 м, было установлено:

• заплеск на сооружение причала — не зафиксирован;

• гребень волны в камере гашения достигал низовой грани ростверка;

• перелив воды через верхнее строение конструкции причала по фронту движения волны не зафиксирован;

• сброс элементов каменной отсыпки у свай конструкции в опыте отсутствовал;

• коэффициент отражения волн у вертикальной стенки причала составил Сг = 0,5.

Результат анализа измерения коэффициента отражения волн от изучаемой конструкции сооружения причала в опыте № 4 приведен на рис. 14.

На основании проведенного опыта № 4 по исследованию воздействия шторма юго-восточного

а ц

и н и

s т

Анализ отражения Reflection analisys

400-

1 300-

g я с

Я fc; 3

о ^ ч я ■ £ я я £

н

Ее

я

О

200-

100-

0-1

"1 1 Г 1,8 1,9 Частота, Гц Frequency, Hz

"1,2 я и я ~

-1,0 ■S .S a 5

-0,8 & £ F s

-0,6 ® = IS .3

-0,4 я B S <u

-0,2 il $

J-0 &

Рис. 13. Анализ экспериментальных данных в опыте № 3: —0— — график спектральной энергии отраженной волны;

— график спектральной энергии падающей волны; — общий коэффициент отражения

Fig. 13. Analysis of experimental data obtained in Experiment 3: —O— — the graph of the spectral energy of the incident wave

is indicated; —0— — the graph of the spectral energy of the reflected wave is indicated; —H--the total reflection coefficient

is indicated

Анализ отражения Reflection analisys

я с

|-ч 3

ая на

Л 1

л а

Ее

с

О

ty

si n

600 500 400 300 200 100 0

-2,5

-2,0

" 1,5

- 1,0

-0,5

т

н

<и Е

s .2

я "

s щ

q=

£

£

Частота, Гц Frequency, Hz

— график спектральной энергии падающей волны;

— общий коэффициент отражения

Рис. 14. Анализ экспериментальных данных в опыте № 4: ■ —0— — график спектральной энергии отраженной волны; -Fig. 14. Analysis of experimental data obtained in Experiment 4: —O— — the graph of the spectral energy of the incident wave

is indicated; —0— — the graph of the spectral energy of the reflected wave is indicated; —Ц--the total reflection coefficient

is indicated

направления на конструкцию причального сооружения с наличием камер гашения в передней вертикальной свайной стенке (шаг установки 5 = 12,5 м) и откосом из каменной наброски в камере гашения было установлено:

• заплеск на сооружение причала не фиксировался;

• гребень волны в камере гашения не достигал низовой грани ростверка;

• перелив воды через верхнее строение конструкции причала по фронту движения волны не фиксировался;

• сброс элементов каменной отсыпки у свай конструкции в опыте отсутствовал;

• коэффициент отражения волн у вертикальной стенки причала составил Сг = 0,4.

Результаты экспериментальных исследований по четырем опытам сведены в табличную форму и приведены в таблице.

По результатам исследований волногасящих свойств причального сооружения с конструкцией типа больверк можно сделать вывод, что наиболее

эффективным показало себя причальное сооружение с шагом камер гашения 12,5 м и наличием каменного откоса в камере гашения.

На основании анализа результатов проведенных экспериментальных исследований по изучению эффективности конструкций причальных сооружений с вертикальной сплошной свайной стенкой сформулированы следующие выводы:

• применение у причальных сооружений с вертикальной сплошной свайной стенкой волногасящих камер с каменной отсыпкой и уменьшением шага установки таких камер: от значений SA, = 2,7 до значений SA, = 0,8 позволяет уменьшить коэффициент отражения волн со значений 0,7 до значений 0,4;

• понижение значений коэффициента отражения волн у передних вертикальных стенок причальных сооружений позволит уменьшить высоту ростверка причала, снизить его высотную отметку и, следовательно, оптимизировать стоимость возведения такого сооружения. Сроки возведения такого объекта существенно сокращаются;

Номер опыта Experiment number Шаг камер гашения, м Wave damping chamber spacing, m Наличие откоса в камере гашения Availability of a slope in a wave damping chamber Значение коэффициента отражения Сг Value of reflection coefficient С r

1 Без камер гашения No wave damping chamber — 0,7

2 40 190 — 0,6

3 12 500 — 0,5

4 12 500 Есть / Yes 0,4

< п

iH G Г

S 2

0 с/з n с/3

1 s y 1

j cd

u-

^ i

n °

s 3 o

=s (

oi

о n

03 03

0)

Сводная таблица значений коэффициента отражения волн от передней вертикальной стенки причального сооружения (тип больверк)

Summary table of wave reflection coefficient values from the front vertical wall of the berthing structure (bulwark type)

i\j со о

s § Г §6

c я

h о

с 9

ss )

il

л ' . DO ■ т

s У с о <D X , ,

M 2 О О 10 10 10 10

0

сч N

N N

о о

N N

• отмечается хорошая работа компьютерной программы HR DAQ по измерению коэффициентов отражения волн от гидротехнических сооружений, с получением достаточной точности результатов, регистрируемых измерительной аппаратурой фирмы WaШngford (Великобритания).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Воздействие ветровых волн на морские гидротехнические сооружения представляет собой весьма сложный процесс, связанный с многообразием исходных данных, подлежащих учету на различных стадиях выполнения проекта. В основных нормативных документах, в частности СП 38.13330.20181, рассмотрены не все расчетные сценарии взаимодействия волн и сооружений. Возможны ситуации, когда отсутствуют рекомендации для расчета сооружения, конструкция которого или регион эксплуатации не встречались ранее в проектной практике. Сложность проектирования гидротехнических сооружений связана также с необходимостью учета взаимовлияния различных факторов на работу таких сооружений, которые в каждом новом районе строительства существенно отличаются друг от друга. Следует отметить уникальность и неповторимость, по ряду признаков, самих конструк-

ций гидротехнических сооружений, что также вносит свои сложности в необходимые проектные расчеты. Особенно актуально это для северных районов нашей страны, где в последнее время идет оживленное строительство грузовых причальных линий в составе морских перегрузочных комплексов природных ресурсов в очень сложных условиях. НИУ МГСУ регулярно осуществляет научное сопровождение подобных объектов, в том числе и с применением обширной научно-экспериментальной базы для выполнения физического моделирования [21-23]. Ко всему вышесказанному следует добавить, что и многие расчетные зависимости в действующих нормативах выводились преимущественно эмпирическим путем, причем достаточно давно. В связи с этим крайне необходимо их дополнительное уточнение с проведением крупномасштабных экспериментальных исследований, в том числе, с применением современной точной измерительной аппаратуры.

Таким образом, перспективы применения метода физического моделирования, с задействованием в экспериментах новейшей измерительной аппаратуры и уникального лабораторного оборудования для разработки уточнений, дополнений в рекомендации нормативных документов Российской Федерации, а в ряде случаев и новых разделов, довольно значительны.

К ш U 3

> (Л

с и to I»

1 - $

<u ф

О ё

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

о

о о

со <

со S:

8 «

™ §

ОТ "

от Е

Е о

CL ° ^ с

ю о

S «

о Е с5 °

СП ^ т- ^

от от

£ w

г

О (О

1. Рогачко С.И., Шунько Н.В. Научное сопровождение проектирования берегозащитных сооружений // Вестник МГСУ. 2016. № 12. С. 103-113. DOI: 10.22227/1997-0935.2016.12.103-113

2. Зуев С.С., Рубцова С.С. Применение специальных геотехнических технологий в портовом строительстве // Гидротехника. 2020. № 4 (61). С. 64-69.

3. Гавриленко В.А. Строительство причалов на слабом основании // Гидротехника. 2013. № 1 (30). С. 73-75.

4. Шахин В.М., Бакланов А.А., Радионов А.Е. Объемные подпричальные волногасители // Гидротехника. 2018. № 4 (53). С. 30-31.

5. Рогачко С.И. Проблемы проектирования морских портов в северных широтах // Гидротехника. 2020. № 4 (61). С. 36-39.

6. Мирзоев Д.А. Морские нефтегазопромысло-вые гидротехнические сооружения — актуальные проблемы и перспективы развития // Гидротехника. 2021. № 4 (65). С. 5-9.

7. Мудрик И.В. Производственный кластер по изготовлению железобетонных оснований гравитационного типа в рамках развития инфраструктуры Арктики и Северного морского пути // Гидротехника. 2020. № 4 (61). С. 28-30.

8. ZuevN.D., Shun'ko A.S., Shun'ko N.V. Investigation of coefficient of reflection of waves produced by

a rock-fill inclined bank protection structure // Power Technology and Engineering. 2019. Vol. 53. Issue 1. Pp. 29-32. DOI: 10.1007/s10749-019-01029-5

9. Зуев Н.Д., Шунько А.С., Шунько Н.В. Исследование коэффициента отражения волн от гидротехнического сооружения сквозного типа с под-причальным откосом // Экономика строительства и природопользования. 2021. № 3 (80). С. 139-149. DOI: 10.37279/2519-4453-2021-3-139-149

10. Rousar L., Zachoval Z., Julien P. Incipient motion of coarse uniform gravel // Journal of Hydraulic Research. 2016. Vol. 54. Issue 6. Pp. 615-630. DOI: 10.1080/00221686.2016.1212286

11. Кантаржи И.Г., Мордвинцев К.П. Численное и физическое моделирование в МГСУ морских портовых гидротехнических сооружений // Наука и Безопасность. 2015. № 2 (15). С. 2-16.

12. Kantardgi I.G., Zheleznyak M.J. Laboratory and numerical study of waves in the port area // Magazine of Civil Engineering. 2016. № 6 (66). С. 49-59. DOI: 10.5862/MCE.66.5

13. Hughes S.A. Physical models and laboratory techniques in coastal engineering // Advanced Series on Ocean Engineering. 1993. DOI: 10.1142/2154

14. Пиляев С.И. Особенности моделирования волновых процессов на акваториях портов // Вестник МГСУ. 2010. № 4. Т. 2. С. 30-35.

15. ArraultA., Finaud-Guyot P., Archambeau P., Bruwier M., Erpicum S., Pirotton M. et al. Hydrodynamics of long-duration urban floods: experiments and numerical modeling // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2016. Vol. 16. Issue 6. Pp. 1413-1429. DOI: 10.5194/nhess-16-1413-2016

16. Beresford P.J. HR Wave Maker. Wave generation control program. Software manual // HR Report IT 453. 2003. Issue 5.

17. Kajima R. Estimation of an incident wave spectrum under the influence of reflection // Coastal Engineering in Japan. 1969. Vol. 12. Issue 1. Pp. 9-16. DOI: 10.1080/05785634.1969.11924086

18. Aziz Tayfun M. Sampling-rate errors in statistics of wave heights and periods // Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1993. Vol. 119. Issue 2. Pp. 172-192. DOI: 10.1061/(asce)0733-950x(1993)119:2(172)

19. Perrott D. How to determine analogue sampling system parameters // Based on Instrument Users' Note No. 54, May 1984. Internal memo, HR Wallingford, Dec. 1992. Pp. 41-47.

20. Altomare C., Gironella X., Sospedra J. Wave reflection: small and large scale experiments on wave absorbing quay walls // Conference: Coasts, Marine Structures and Breakwaters. 2013.

21. Приходько О.А., Зуев Н.Д., Шунько А.С., Шунько Н.В. Исследование эффективности волнозащитных сооружений портового комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств ЗАО «Восточная нефтехимическая компания» // Вестник МГСУ. 2016. Т. 12. № 5 (104). С. 496-505. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.496-505

22. Шунько А.С., Шунько Н.В. Физическое моделирование грузового причала терминала «Утренний» // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 9. C. 47-51. DOI: 10.33622/08697019.2021.09.47-51

23. Зуев Н.Д., Шунько А.С., Шунько Н.В. Физическое моделирование проектируемого морского терминала Находкинского завода минеральных удобрений // Гидротехническое строительство. 2022. № 1. С. 37-40.

Поступила в редакцию 30 мая 2022 г. Принята в доработанном виде 4 июля 2022 г. Одобрена для публикации 4 июля 2022 г.

Об авторах: Наталья Владимировна Шунько — кандидат технических наук, заведующая НИЛ «Гидротехнические сооружения», руководитель НОЦ «Гидротехника»; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 22255075, Scopus: 57191531249, ResearcherlD: AAE-9024-2022, ORCID: 0000-0002-2967-9710; nаtshunko@rambler.ru;

Николай Дмитриевич Зуев — кандидат технических наук, заведующий сектором измерений НИЛ «Гидротехнические сооружения»; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 1156386; nd43zuev@yandex.ru.

Вклад авторов:

Шунько Н.В. — идея, концепция исследования, развитие методики исследований, руководство и организация проведения экспериментов, написание статьи, научное редактирование текста. Зуев Н.Д. — развитие методики исследований, разработка методики строительства физической модели, подготовка и отладка измерительной аппаратуры, проведение экспериментов, научное редактирование текста. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Rogachko S.I., Shun'ko N.V. Scientific Monitoring of Bank Protection Structures Designing. Vest-nik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2016; 12:103-113. DOI: 10.22227/19970935.2016.12.103-113 (rus.).

2. Zuev S.S., Rubtsova S.S. Using special geotech-nical solutions in port construction projects. Hydrotech-nics. 2020; 4(61):64-69. (rus.).

3. Gavrilenko V.A. Construction of berths on a weak foundation. Hydrotechnics. 2013; 1(30):73-75. (rus.).

4. Shakhin V.M., Baklanov A.A., Ra-dionov A.E. Volumetric sub-berth wave dampers. Hydrotechnics. 2018; 4(53):30-31. (rus.).

5. Rogachko S.I. Possible challenges in designing of seaports in north polar region. Hydrotechnics. 2020; 4(61):36-39. (rus.).

6. Mirzoyev D. Current challenges and development prospects of offshore oil and gas hydrotechnical facilities. Hydrotechnics. 2021; 4(65):5-9. (rus.).

7. Mudrik I.V. Creation of a CGBs production cluster as part of the arctic and NSR infrastructure de-

< n i H

G Г

S 2

0 co § co

1 s

у 1

j to

u-

^ i

n °

s> 3 o

zs (

о §

e w

§ 2

n 0

s 6

a cd

г 6 t (

ss )

ii

® 7 л ' . DO

■ T

s У с о <D *

2 2 О О 2 2 2 2

tv N

N N

o o

N N

¡É o

U 3 > in C M

to N

i <D <u

O g

o

o o co < CD

8 « Si §

CO "

co IE

E o

CL ° c

Ln o

S «

o E

CD ^

T- ^

CO CO

velopment project. Hydrotechnics. 2020; 4(61):28-30. (rus.).

8. Zuev N.D., Shun'ko A. S., Shun'ko N.V. Investigation of coefficient of reflection of waves produced by a rock-fill inclined bank protection structure. Power Technology and Engineering. 2019; 53(1):29-32. DOI: 10.1007/s10749-019-01029-5

9. Zuev N.D., Shunko A.S., Shunko N.V. Study of the wave reflection coefficient from a through-type hydraulic structure with a berthing slope. Economics of construction and nature management. 2021; 3(80):139-149. DOI: 10.37279/2519-4453-2021-3-139-149 (rus.).

10. Rousar L., Zachoval Z., Julien P. Incipient motion of coarse uniform gravel. Journal of Hydraulic Research. 2016; 54(6):615-630. DOI: 10.1080/00221686. 2016.1212286

11. Kantarzhi I.G., Mordvintsev K.P. Numerical and physical modeling in MGSU of marine port hydraulic structures. Science and Security. 2015; 2(15):2-16. (rus.).

12. Kantardgi I.G., Zheleznyak M.J. Laboratory and numerical study of waves in the port area. Magazine of Civil Engineering. 2016; 6(66):49-59. DOI: 10.5862/ MCE.66.5

13. Hughes S.A. Physical models and laboratory techniques in coastal engineering. Advanced Series on Ocean Engineering. 1993. DOI: 10.1142/2154

14. Pilyaev S.I. Features of wave processes modeling on water areas in ports. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2010; 4(2):30-35. (rus.).

15. Arrault A., Finaud-Guyot P., Archambeau P., Bruwier M., Erpicum S., Pirotton M. et al. Hydrodynamics of long-duration urban floods: experiments and numerical modelling. Natural Hazards and Earth System Sciences. 2016; 16(6):1413-1429. DOI: 10.5194/ nhess-16-1413-2016

Received May 30, 2022.

Adopted in revised form on July 4, 2022.

Approved for publication on July 4, 2022.

BioNOTEs: Natalia V. Shunko — Candidate of Technical Sciences, Head of the Research Laboratory "Hydraulic Engineering Structures", Head of the REC "Hydrotechnics"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 22255075, Scopus: 57191531249, ResearcherID: AAE-9024-2022, ORCID: 0000-0002-2967-9710; natshunko@rambler.ru;

Nikolai D. Zuev — Candidate of Technical Sciences, Head of the Measurement Sector of the Scientific Research Laboratory "Hydraulic Engineering Structures"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 1156386; nd43zuev@ yandex.ru.

16. Beresford P.J. HR Wave Maker. Wave generation control program. Software manual. HR Report IT 453. 2003; 5.

17. Kajima R. Estimation of an incident wave spectrum under the influence of reflection. Coastal Engineering in Japan. 1969; 12(1):9-16. DOI: 10.1080/05 785634.1969.11924086

18. Aziz Tayfun M. Sampling-rate errors in statistics of wave heights and periods. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1993; 119(2):172-192. DOI: 10.1061/(asce)0733-950x(1993)119:2(172)

19. Perrott D. How to determine analogue sampling system parameters. Based on Instrument Users' Note No. 54, May 1984. Internal memo, H.R. Wallingford, Dec. 1992; 41-47.

20. Altomare C., Gironella X., Sospedra J. Wave reflection: small and large scale experiments on wave absorbing quay walls. Conference: Coasts, Marine Structures and Breakwaters. 2013.

21. Prikhod'ko O. A., Zuev N.D., Shunko A.S., Shunko N.V. Study of effectiveness of breakwater structures of the "Eastern Petrochemical Company" JSC Oil Refinery and Petrochemical Plants Port Complex. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2016; 12(5):496-505. DOI: 10.22227/19970935.2017.5.496-505 (rus.).

22. Shunko A.S., Shunko N.V. Physical modeling of the cargo berth of the terminal "Utrenny". Industrial and Civil Engineering. 2021; 9:47-50. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.47-51 (rus.).

23. Zuev N.D., Shunko A.S., Shunko N.V. Physical modeling of the projected sea terminal of the Nakhodka mineral fertilizers plant. Power Technology and Engineering. 2022; 1:37-40. (rus.).

r

ES

o iñ

Contribution of the authors:

Natalia V. Shunko — idea, concept of research, development of research methodology, management and organization of experiments, writing an article, scientific editing of the text.

Nikolai D. Zuev — development of research methods, development of methods for building a physical model, preparation and debugging of measuring equipment, conducting experiments, scientific editing of the text.

The authors declare that there is no conflict of interest.