Расчеты плавучих опор и устройств

При расчете плавучести опордля перевозки и монтажа пролетных строений должны быть проверены:

а) по первому предельному состоянию (на расчетные нагрузки):

- плавучесть;

- остойчивость плавучих опор и плавучей системы в целом;

- плавучесть отдельной опоры, балластируемой через донные отверстия в поддонах;

- прочность плашкоутов (барж), обстройки и соединительных ферм;

б) по второму предельному состоянию (на нормативные нагрузки): объем водного балласта и емкость балластных резервуаров, с учетом допустимых осадок, деформации плавучих опор и погрузочных обустройств.

· Перечень и сочетания нагрузок приведены в табл. 8.3.

При расчете плавучих опор на прочность, при втором сочетании
нагрузок, коэффициент сочетаний временных нагрузок nс принимается равным 0,95. К временным нагрузкам относятся все нагрузки, кроме
нагрузок 2, 3 и 8.

Коэффициенты надежности по нагрузке gf принимаются по табл. 8.4.

Плавучесть плавучих опор определяют по формуле (3.3), согласно которой предельное водоизмещение плавучей системы должно быть больше суммы расчетных весов: веса плашкоута с опорой и обустройствами, и веса перевозимого пролетного строения с обустройствами.

Таблица 8.3

Перечень и сочетание нагрузок на плавучие опоры

№ нагрузки Нагрузки и воздействия При расчете на прочность При расчете на плавучесть При расчете на остойчивость
сочетания нагрузок плавсистемы в целом отдельной опоры плавсистемы в целом отдельной опоры
Вес перевозимого пролетного строения с обустройствами Р Вес плавучих опор с обустройствами и оборудованием G Вес остаточного балласта Gост Вес регулируемого балласта Gрег Вес рабочего балласта Gраб Давление ветра на пролетное строение Wпр Давление ветра на плавучую опору Wоп Гидростатическое давление воды Волновая нагрузка + + + + – – – + – + + + + – + + + + + + + + – – – + – – + + + + – – + – + + + + – + + + – – + + – – – + + –

Примечания. 1. Приведенные нагрузки учитываются при расчетах плавучих опор в продольном и поперечном направлениях.

2. Приведенные нагрузки № 1, 2, 6 и 7 исчисляются по указаниям раздела 4, с соответствующими коэффициентами надежности, условий работы и перегрузки по табл. 3.1 и 4.13.

3. Гидростатическое давление воды определяется по указаниям разд. 4. При расчете плашкоутов и барж на изгиб и поперечную силу от гидростатического давления в уровне днища плашкоута (баржи) форма эпюря гидростатического давления должна соответствовать форме эпюры объема вытесненной плашкоутом (баржей) воды.

Таблица 8.4

Коэффициенты надежности gf

Нагрузки и воздействия Коэффициенты надежности при расчете
на прочность на плаву- честь на устойчивость
Вес пролетного строения с обустройствами Вес обстройки плавучих опор из инвентарных конструкций Вес остальных конструкций опор и оборудования Вес водного балласта Ветровая нагрузка Гидростатическое давление воды Волновая нагрузка 1,1   1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1   1,2 1,1 1,0 – 1,0 – 0,9   0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 –

Остойчивость плавучей системы – это способность опоры, выведенной действием внешних сил из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения действия этих сил. Расчет остойчивости ведут на действие расчетных нагрузок. При этом рассматривают равновесие плавучей системы при действии на неё наклоняющих и восстанавливающих нагрузок.

В случае, когда плашкоуты не загружены балластом или имеют твердый балласт, положение которого при наклоне системы не изменяется, центр тяжести системы совпадает с осью симметрии плашкоута.

При балластировке плашкоутов водным балластом перетекание его в наклонном положении системы приводит к смещению центра тяжести системы и к уменьшению остойчивости.

· Расчет обстройки плавучих опор (рис. 8.10)осуществляют на узловые нагрузки от пролетного строения.

РУ = Расчеты плавучих опор и устройств - №1 - открытая онлайн библиотека , (8.29)

где Расчеты плавучих опор и устройств - №2 - открытая онлайн библиотека – число узлов (башен из элементов МИК-С) опирания пролетного строения на обстройку; Wпс = wп L H jпс – расчетная ветровая нагрузка на пролетное строение; wп = q0 k c – интенсивность ветровой нагрузки (4.20); L, H и В – соответственно полная длина, высота и ширина пролетного строения; jпс – коэффициент заполнениядля решетчатого пролетного строения.

Расчеты плавучих опор и устройств - №3 - открытая онлайн библиотека

Рис. 8.10. Схема плавучей системы для транспортировки пролетного строения

Узел обстройки (башня из элементов МИК-С) конструируется из 4 стоек. Нагрузка на одну стойку с учетом собственного веса обстройки Gобс

NСТ = Расчеты плавучих опор и устройств - №4 - открытая онлайн библиотека . (8.30)

По полученному значению NСТ подбирают сечение стоек из расчетных нагрузок на элементы МИК-С, приведенных в прил. 7.

· Грузоподъемность плашкоутов для перевозки пролетных строений обеспечивается достаточным количеством понтонов.

Необходимое количество понтонов пп в плавсистеме определяют по формуле

пп = Расчеты плавучих опор и устройств - №5 - открытая онлайн библиотека , (8.31)

где SQj – расчетный вес плавсистемы; Qо = 26,3тс – грузоподъемность одного понтона КС при сухом борте 0,5 м, при постановке понтона плашмя (33,0 тс – при постановке понтона на ребро) – прил. 5.

Расчетный вес плавсистемы определяют как сумму

SQj = Р + Gоп + Gрег + G1 + G2 + Gост, (8.32)

где Р – расчетный вес перевозимого строения с обустройствами; Gоп – вес плавучих опор с обустройствами и оборудованием.

Вес обстройки плавучих опор можно рассчитать по прил. 7, а вес обустройств и оборудования в курсовых работах можно принять ориентировочно в размере 15 % от веса обстройки.

Вес плашкоутов из понтонов КС в данном случае учитывать не следует, так как указанная выше грузоподъемность понтона предусматривает внешнюю нагрузку на него. Во всех остальных расчетах вес понтонов надо учитывать.

Gрег = кв А g hрег – вес регулировочного балласта, необходимого для регулирования осадки плавучих опор на случай возможных колебаний уровня воды за время одного цикла перевозки;

hрег – принимается по данным водомерных постов (в курсовых работах можно принять равным 0,1 м);

А – общая площадь плашкоутов по ватерлинии. Для плавсистемы из двух плавучих опор, изображенной на рис. 8.10, – А = 2 В L, где В – ширина плашкоута, м; L – длина плашкоута, м;

g– объемный вес пресной воды;

кв = 0,97 – коэффициент полноты водоизмещения для понтонов;

G1 = кв А g h1– вес балласта, необходимого для опускания плавсистемы при установке пролетного строения на опоры (можно принять h1 = 0,2 м);

G2 = 0,05 Р – вес балласта для устранения крена или дифферента плавсистемы при неточной постановке пролетного строения;

Gост = кв А g hост – вес остаточного (мертвого) балласта. Для понтонов, балластируемых наливом воды насосами hост = 0,1 м, для балластируемых через донные отверстия hост = 0,08 м;

Кн – коэффициент надежности, принимаемый равным: для плавучих опор из понтонов КС, балластируемых через донные отверстия – 1,125, для плавучих опор, балластируемых с помощью насосов – 1,20.

· Расчет балластировки плавучих опор осуществляют по формуле определения общего веса балласта

Gб = Расчеты плавучих опор и устройств - №6 - открытая онлайн библиотека + Gрег + G1 + G2 + Gост, (8.33)

где Расчеты плавучих опор и устройств - №6 - открытая онлайн библиотека – нормативный вес пролетного строения с обустройствами.

Емкость балластных резервуаровдолжна вмещать

VБП = Расчеты плавучих опор и устройств - №8 - открытая онлайн библиотека ,

при этом следует учитывать, что при балластировке через донные отверстия уровень воды в балластных понтонах не может быть выше уровня воды за бортом.

Производительность балластировочных средств (компрессоров или насосов) должна быть такой, чтобы обеспечивать балластировку плавучих опор в течение 1,5–2,0 ч. и разбалластировку в течение 2,0–2,5 ч.

· Плавучесть опор при балластировке через донные отверстияобеспечивается небалластными понтонами. Число небалластных понтонов в плашкоуте

Пнп = Расчеты плавучих опор и устройств - №9 - открытая онлайн библиотека .

При определении Gоп учитывают только вес балластных понтонов.

· Остойчивость плавучей системы определяется условием

r – а >0, (8.34)

гдеr– метацентрический радиус

r = Расчеты плавучих опор и устройств - №10 - открытая онлайн библиотека , (8.35)

где Расчеты плавучих опор и устройств - №11 - открытая онлайн библиотека = 2 Расчеты плавучих опор и устройств - №12 - открытая онлайн библиотека – момент инерции площади плашкоутов в уровне ватерлинии относительно поперечной оси Х;S Расчеты плавучих опор и устройств - №13 - открытая онлайн библиотека – сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах относительно осей, проходящих через центр тяжести этих поверхностей параллельно оси наклонения плавучей опоры; S Расчеты плавучих опор и устройств - №13 - открытая онлайн библиотека = nбп Расчеты плавучих опор и устройств - №15 - открытая онлайн библиотека , здесь nбп – количество балластных понтонов в плавсистеме; SVр – объем (водоизмещение) погруженной части опор плавсистемы, который определяется как SVр = Расчеты плавучих опор и устройств - №16 - открытая онлайн библиотека , где
g – объемный вес воды; а – расстояние от центра тяжести плавучей системы до центра водоизмещения.

· Осадка плавучих опор tГ, м, от расчетных ветровых нагрузок, вызывающих крен или дифферент отдельной опоры (плавучей системы) определяется по формуле

tГ = b tg j, (8.36)

где j – угол крена или дифферента плавучей опоры (системы); b – половина размера плавучей опоры в плоскости кренящего (дифферентующего) момента.

Угол дифферента плавсистемы определяют из формулы

tg j = Расчеты плавучих опор и устройств - №17 - открытая онлайн библиотека ,

где SMw – суммарный момент относительно центра водоизмещения от расчетных ветровых нагрузок, приходящийся на плавопоры; т = 1,2 – коэффициент, учитывающий динамическое воздействие ветра при его порывах

SMw = Wпс hпр + Wоп hоп,

где Wпс = wп L H jnc – расчетная ветровая нагрузка на пролетное строение; Wоп = 2 wп bоп hоп j1 – расчетная ветровая нагрузка на опоры.

Здесь wп определяется при go = 0,5 КПа (50 кгс/м2); j1 = 0,9 – коэффициент заполнения для обстройки опор из элементов МИК-С.

При расчетах остойчивости, осадки и дифферента по условиям (8.34) и (8.36) все нагрузки должны приниматься расчетными. Значение коэффициента перегрузки для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием должно приниматься в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).

· Осадку плавучих опор от вертикальных нагрузок определяют по формуле

tв = Расчеты плавучих опор и устройств - №18 - открытая онлайн библиотека . (8.37)

Значения величин см. формулы (8.31), (8.32).

Дополнительная осадка плавучих опор от ветровой нагрузки (при дифференте)

Tд = 0,5 Lп tg j.

Полная осадка плавучих опор

tп = tв + tд .

Величина сухого борта при дифференте

hс.б. = Hп – tп,

где Н – высота понтона КС в плашкоуте.

При дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а кромка днища – выходить из воды.