Волновая нагрузка на верхнее строение морских гидротехнических сооружений сквозного типа Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 627.223.6

DOI: 10.15587/2313-8416.2018.140259

ВОЛНОВАЯ НАГРУЗКА НА ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ МОРСКИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ СКВОЗНОГО ТИПА

© И. Н. Панова, С. И. Рогачко

В настоящей работе представлены результаты исследования вертикальной составляющей волновой нагрузки на верхнее строение морских гидротехнических сооружений сквозного типа в глубоководной и мелководной зоне в зависимости от значения волнового числа и длины верхнего строения в направлении луча волны. Разработанная методика расчета волновой нагрузки рекомендуется для использования в нормативных документах

Ключевые слова: вертикальная составляющая волновой нагрузки, верхнее строение, клиренс, глубоководная, мелководная зона

1. Введение

Среди морских гидротехнических сооружений многочисленную группу составляют конструкции, подверженные прямому силовому воздействию ветровых волн. Это оградительные и берегозащитные сооружения, причалы на незащищенных акваториях, в том числе рейдовые, морские нефтегазопромысло-вые гидротехнические сооружения (МНГС). Ныне действующий нормативный документ СНиП 2.06.0482* [1] и его актуализированная редакция [2] не содержит рекомендаций по расчету волновых нагрузок на верхнее строение гидротехнических сооружений сквозного типа (рис. 1). Вследствие этого, отметка линии кордона рейдовых причалов назначается конструктивно [3], а отметка нижней части палубы МНГС принимается с большим запасом [4].

б

Рис. 1. Гидротехнические сооружения сквозного типа: а - нефтяная платформа; б - одноточечный рейдовый причал

2. Анализ последних источников и публикаций

Математические модели и расчетные методики определения вертикальных гидродинамических волновых нагрузок на горизонтальные элементы морских гидротехнических сооружений, изложены в работе ученых Сочинского государственного университета [5]. В Одесской государственной академии строительства и архитектуры была разработана и реализована программа исследований вертикальной составляющей волновой нагрузки, действующей на верхнее строение сооружений сквозного типа, которая включала экспериментальную часть с последующей обработкой результатов опытов [6, 7]. В итоге были получены эмпирические и теоретические зависимости по расчету вертикальной составляющей волновой нагрузки в условиях глубокой воды при значениях волнового числа более 1 [8, 9]. Однако для расчета волновой нагрузки необходим более широкий диапазон значения волнового числа, например, менее 1, а также наличие расчетных зависимостей для условий относительного мелководья.

3. Цели и задачи исследования

Цель исследования - разработка методик определения вертикальной составляющей волновой нагрузки на верхнее строение морских гидротехнических сооружений сквозного типа, расположенных как в глубоководной, так и в мелководной зоне при различных значениях волнового числа.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определение расчетных зависимостей для глубоководной зоны при значении волнового числа менее 1.

2. Разработка методики определения волновой нагрузки для мелководной зоны при любом значении волнового числа.

3. Использование разработанных методик для практических расчетов и сравнение полученных результатов.

4. Исследование вертикальной составляющей волновой нагрузки и методика ее определения

Исследование волновых нагрузок должно базироваться на волновых теориях в соответствии с об-

а

ластью их рационального использования [10, 11]. Так, в условиях глубокой воды наиболее точные результаты расчетов дает теория волн малой амплитуды. Данная теория предполагает, что двухмерные регулярные волны распространяются над непроницаемым горизонтальным дном при конечной глубине, которая больше половины длины волны. Используя данную теорию и результаты эксперимента [8, 9], были получены расчетные зависимости для определения вертикальной составляющей линейной волновой нагрузки в условиях глубокой воды Рг, кН/м (рис. 2) при значениях волнового числа к>1(1), (2), (3) и при к<1 (4), (5), (6):

1 <A P =—

/2 2 1,2л

lpgkp = 2,6Ahlpkp

A/ < I <a

/2 2 1,2л

l' = У

l > A P. =

l ' =l/

hl 1,2л

l> pgk p = 2,6Ahl ' pk

l < У Pz = 2,6 Ahlpk sin(k2 л / 2)

(1)

l' pgkp = 2,6 Ahl' pkp

(2)

(3)

(4)

зоны, в мелководной - дно влияет на характер волнения. При этом трехмерные волны преобразуются в двухмерные, а круговые движения частиц преобразуются в эллиптические. Наиболее точно этот волновой процесс описывается уравнением Стокса (8) [12]

I V I

Рис. 2. Расчетная схема для определения вертикальной составляющей волновой нагрузки на верхнее строение гидротехнических сооружений

У < l <A Pz = 2,6.Ahl'pkp sin(k2 л /2) l' = У (5)

I > А Рг = 2,6.Ак1'ркр 8ш(к2л /2) Г = 1/2, (6)

где X - длина волны, м; к - высота волны 1 % обеспеченности в системе расчетного шторма, м; р - плотность воды, т/м3; I - длина верхнего строения в направлении луча волны, м; А - клиренс верхнего строения - расстояние от спокойного уровня воды до низа верхнего строения , м; а - амплитуда волны, м; ' - приведеная длина верхнего строения в направлении луча волны,м; к=2п/Х - волновое число; кр - коэффициент, определяемый по формуле (7):

kp =-58,36931—1 +123,9126 i —

(7)

-87,9252— + 21,5155

h h Г = — cos(kx - at) = — cos(kx - at) +

лк2 chkd(2 + ch2kd)

(8)

8A

shikd

cos2(kx -at),

где ^ - возвышение водной поверхности относительно спокойного уровня води, м; к - высота волны, м; а> - частота волны (т=2ж/Т); Т - период волны, с; к - волновое число (к=2п/Х); X - длина волны, м.

Выполнив аналогичные исследования, приведенные в [8, 9], были получены расчетные зависимости для определения вертикальной составляющей линейной волновой нагрузки в условиях мелководья Рг, кН/м при значениях волнового числа к>0,5(9, 10,11), при к<0,5 (12)-(14)

l < у P. = ■

A

1,2 л

(h + A)lpgk р

(9)

У < l <A P =-(h + A)l ' pgk l' = A/ (10)

1,2 л

Полученные расчетные зависимости (1)-(7) целесообразно использовать для диапазона крутизны волны И/Х=1/18^1/32 в условиях глубокой воды при отношении клиренса к амплитуде Д/а=0,5^0,93.

В условиях мелководья, когда глубина составляет менее половины длины волны, целесообразно использование теории Стокса или теории волн конечной амплитуды [12]. В отличие от глубоководной

l > A Pz =-A(h + A)l'pgkp l' = К (11)

1,2 л

l <A

Pz = 1~2~(h sin {лk2/2) + A sin ^k2 ))lpgkp (12)

Vi A1 ~Л

pz = sin (— 2 /2)+A sin (2— 2 ))l'pgkP

l' = y2 (13) l > V

Pz = i^-(h sin (—2 /2)+ A sin (2-k2 ))l'pgkp l' = ^, (14)

где h, X, l, l', p, kp - то же, что в формулах (1) - (6), А -параметр, определяемый с помощью формулы (15)

-h2 chkd(2 + ch2kd)

А =--—;---(15)

8V sh kd

В настоящей работе был выполнен пример расчета волновой нагрузки на верхнее строение рейдового причала сквозной конструкции для двух случаев:

1 случай - сооружение находилось в глубоководной зоне.

Исходные данные: расчетная высота волны h %=5 м; длина волны Х=90 м; глубина воды перед сооружением d=50 м; клиренс Л=2,23 м; длина верхнего строения в направлении луча волны 1=200 м; плотность морской воды р=1,02 т/м3. Решение

Проверялось условие d=50м>X/2=90/2=45 м -следовательно, сооружение находилось в глубоководной зоне [1, 2].

Определялось волновое число к=2л/Х=2^3, 14/90=0,07<1.

Так как длина верхнего строения 1=200 м>Х=90 м, применялись формулы (6) и (7) с учетом амплитуды волны а=^о/о/2=5/2=2,5 м; отношения Л/а=2,23/2,5=0,89 и приведенной длины верхнего

строения l ' = У2 =200/2=100 м.

Pz = 2,6Vhl'pkp sin(k2- / 2) = = 2,6 • 90 • 5 ^100 ^1,02 • 0,28 • sin(0,07M80° /2) = = 257,2 кН

kp =-58,3693J +123,9126J -

-87,9252— + 21,5155 = 0,28. a

2 случай - сооружение находилось в мелководной зоне.

Исходные данные: такие же, как в первом случае, кроме глубины, d=30 м.

Решение:

Проверялось условие d=30 м<Х/2=90/2=45 м -следовательно, сооружение находилось в мелководной зоне [1, 2].

Определялось волновое число k=2n/X=2^3, 14/90=0,07<0,5 - следовательно, применялись формулы (14) и (15) c учетом bd=0,07^30=2,1.

Pz = Y"—(h sin (—2 /2)+ A sin (2-k2 ))lpgkp =

= 90 /1,2 • 3,14 (5 • sin (180° • 0,072 /2)) + 0, 25x

хsin(2•180o•0,072))100•1,02•9,81•0,28=308,8 кН

А -h2 chkd(2 + ch2kd)

" 8V sh3kd ~ = (3,14^52/8^90) (ch2,1 (2 + ch2^2,1) / sh3 2,1) = 0,25

5. Результаты исследования

Согласно формуле (7) при значении Л/а=0,9285 коэффициент kp близок к нулю и вертикальная составляющая волновой нагрузки в этом случае также практически равна нулю. Следовательно, в отличие от существующих рекомендаций [3] клиренс верхнего строения нефтяных платформ и рейдовых причалов сквозного типа можно назначать с меньшим запасом и с учетом волновой нагрузки от расчетной высоты волн 1 / обеспеченности в системе расчетного шторма.

6. Выводы

1. Были получены расчетные зависимости для определения вертикальной составляющей волновой нагрузки на верхнее строение сооружений сквозного типа, расположенных в глубоководной зоне при значении волнового числа менее 1.

2. Была разработана методика расчета волновой нагрузки для условий относительного мелководья при различных значениях волнового числа.

3. Практические расчеты вертикальной составляющей волновой нагрузки, выполненные по разработанным методикам, показали, что в мелководной зоне волновая нагрузка больше, чем в глубоководной.

Литература

1. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Москва: Стройиздат, 1995. 40 с.

2. СП 38.13330.2012. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Москва, 2012. 111 с.

3. Свод правил. Проектирование морских ледостойких платформ. Часть I. Классификация, основные положения, требования к нагрузкам и воздействиям. Остойчивость. СП - 33 - 10100. Москва, 2001.

4. Рогачко С. И. Определение отметки низа верхнего строения морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 2005. № 7. С. 15.

5. Лещенко С. В., Макаров К. Н. Методика расчета вертикальных гидродинамических волновых нагрузок на горизонтальные элементы морских гидротехнических сооружений // Гидротехника. 2013. № 2 (31). С. 20-25.

6. Панова И. Н. Экспериментальные исследования волновой нагрузки на верхнее строение гидротехнических сооружений // Вгсник Одесько! державно! академл будiвництва та архпектури. 2015. № 56. C. 177-180.

7. Рогачко С. И., Панова И. Н. Экспериментальные исследования волновых нагрузок // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2016. T. 1, № 7 (79). С. 10-16. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59889

8. Панова И. Н. Влияние ветровых волн на верхнее строение морских гидротехнических сооружений: дис. ... канд. техн. наук. Одесса, 2016. 135 с.

9. Панова И. Н. Влияние ветровых волн на верхнее строение морских гидротехнических сооружений: автореф. ... канд. техн. наук. Одесса, 2016. 20 с.

10. Халфин И. Ш. Воздействие волн на морские нефтегазо-промысловые сооружения. Москва: Недра, 1990. 311 с.

11. Ле Меоте Б. Введение в гидродинамику и теорию волн на воде. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. 367 с.

12. Дорофеев В. С., Рогачко С. И. Воздействие ветровых волн на гидротехнические сооружения. Одесса: ОГАСА, 2012. 224 с.

Дата надходження рукопису 05.06.2018

Панова Ирина Николаевна, кандидат технических наук, преподаватель высшей категории, Мореходный колледж технического флота Национального университета «Одесская морская академия», ул. Ма-разлиевская, 40/42, г. Одесса, Украина, 65014 E-mail: panirina@meta.ua

Рогачко Станислав Иванович, доктор технических наук, профессор, кафедрa морских и речных портов, сооружений континентального шельфа, Одесский национальный морской университет, ул. Мечникова, 34, г. Одесса, Украина, 65029 E-mail: office@onmu/odessa.ua

УДК 664.662:664

Б01: 10.15587/2313-8416.2018.140256

РОЗРОБКА КОМПЛЕКСНОГО ХЛ1БОПЕКАРСЬКОГО ПОЛ1ПШУВАЧА «СВ1Ж1СТЬ КСБ +» ДЛЯ ПОДОВЖЕННЯ СВ1ЖОСТ1 БУЛОЧНИХ ВИРОБ1В

© Т. О. Васильченко, О. А. Бшик, Ю. В. Бондаренко, А. М. Грищенко

У статтi розглянуто розроблення комплексного хлiбопекарського полтшувача «Свiжiсть КСБ +», до складу якого входить в якостi функцюнальног основи концентрат сироватковий бшковий сухий «КСБ-УФ-65», а активно'1 частини - ферментний препарат Новамш 1500 МО, суха пшенична клейковина, яблучний пектин, мальтодекстрин, лецитин, аскорбiнова кислота. Встановлено оптимальне дозування комплексного хлiбопекарського полтшувача «Свiжiсть КСБ +» в кiлькостi 1,5 % до маси борошна, за якого подовжуеться свiжiсть не упакованих булочних виробiв до 72 год.

Ключовi слова: комплексний хлiбопекарський полтшувач, концентрат сироватковий бшковий сухий «КСБ-УФ-65», булочт вироби, черствiння

1. Вступ

Хлiбобулочнi вироби користуються суттевим попитом серед споживачiв i представлен доволi рiз-номаштшм асортиментом, що задовольняе потреби уах верств населення Украни [1]. Основним показ-ником споживчих властивостей цих виробiв е !х свь жють, осшльки свiжовипеченим хлiбобулочним ви-робам притаманш виражеш аромат i смак, еластична м'якушка, хрустка скоринка [2]. У процеа зберпання яшсть хлiбобулочних виробiв знижуеться, що пов'язано з черствшням та усиханням. Ц процеси залежать ввд рецептурних компоненпв, способу пс-товедення, якосп борошна, умов збер^ання тощо [3].

Для забезпечення конкурентноспроможносп продукцп хлiбопекарськi пiдприемства переходять на прискоренi технологii, а саме - виключають опера-цiю бродшня, яка тривае вiд однiеi' до трьох годин, i вводять операцш вiдлежування тривалiстю 20... 30 хв. Це скорочуе тривалiсть виробництва, але при цьому втрачаються споживчi властивостi (аромат,

смак) та збшьшуеться кришкуватiсть хлiбобулочних виробiв.

Для покращання споживчих властивостей виробники в бшьшосп випадкiв використовують комплексш хлiбопекарськi полiпшувачi, якi приз-наченi для коректування хлiбопекарських властивостей борошна, штенсифжацп процесу виробництва, покращання органолептичних i Ф!зико-х!м!ч-них показникiв якостi та подовження тривалост свiжостi [4].

Тому актуальним напрямом наукових досль джень у технологи хлiбопечення е розробка нових комплексних хлiбопекарських полiпшувачiв направлено! дп, як! поряд з покращанням споживчих властивостей хлiбобулочних виро6!в будуть покращувати !х харчову цшшсть.

2. Лiтературний огляд

Для штенсифжаци процесiв виробництва хль бобулочних виро6!в та уповiльнення процесу !х черс-