Концептуальное проектирование средств океанотехники

Министерство Образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный  Морской Технический Университет 

 

 

 

Кафедра океанотехники и морских  технологий

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Концептуальное проектирование средств океанотехники

 

 

 

 

23 вариант

 

 

 

 

 

Выполнила

студентка гр.1420

 

Проверил

доцент, к.т.н.

Карлинский С.Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г.

 

Содержание

 

1. Исходные данные…………………………….…………..3
2. Содержание работы………………………..…………….3
3. Обозначения…………………………………………...….3
4. Расчет нагрузок:……………………………..…….……..4

Ледовая нагрузка…………………………………...……4

Нагрузка от течения…………………….………….……4

5. Расчет устойчивости……………………………….……5

Расчет клиренса…………………………………….……5

            Расчет на устойчивость……………………………..…..5

            Расчет веса сооружения……………………………..…..5

            Вычисление количества балласта…………………..…6

            Проверка на поверхностный сдвиг…………………....7

            Проверка на глубинный сдвиг…………….......7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

Ледостойкая железобетонная платформа для Сахалина гравитационного типа в виде базового понтона с размерами в плане 80х80 м с четырьмя колоннами диаметром по 20 м. Глубина моря 50 м. Масса ВС=14000 т. Zg_ВС = 5 м. На платформу воздействует лед толщиной 2,0 м и прочностью Rc=Rh= 1 МПа, и течение со скоростью 1 м/с. Устойчивость платформы обеспечивается жидким  балластом (морской водой), залитым в понтон, и, при необходимости, песчаной пульпой плотностью в воздухе 1,6 т/м³.

Коэффициент трения несвязного грунта от поверхностного сдвига = 0,7. Глубинный сдвиг начинается при давлении на дно более 0,2 МПа, и не допускается с коэффициентом безопасности 1,05.

 

2. Содержание работы

1) Разместить колонны, определить  клиренс корпуса и высоту колонн  ОО.

2) Определить воздействия на  платформу от волны и от  льда.

3) Проверить устойчивость платформы  от сдвига и опрокидывания  определить количество твердого  балласта, необходимого для устойчивости  с КБ не менее 1,5.

4) Проверить устойчивость платформы  к глубинному сдвигу по непревышению  давления на грунт 0,2 МПа. При большем давлении увеличить горизонтальные размеры ОО и сделать расчет по п.п. 2 и 3 во втором приближении.

5) Результаты расчетов показать  на эскизе сооружения

 

3. Обозначения

ВС – верхнее строение

ОЧ – опорная часть

ЯСУ – якорная система  удержания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет нагрузок.

 

 Ледовая нагрузка.

Воздействия ледяного поля на отдельно стоящую опору с передней гранью в виде полуциркульного очертания  при прорезании ею льда F_b вычисляем по следующей формуле:

                                               F_b,p =  mR_bbh_d ; 

где :

b – ширина сооружения (опоры или секции сооружения) по фронту и на уровне действия льда, м;

h_d  – расчетная толщина льда, м, принимаемая равной: для речного льда 0,8 от максимальной за зимний период толщины льда обеспеченностью 1%, для морского - максимальной толщине льда 1% - ной обеспеченности.

R_b  – нормативное сопротивление льда смятию.

m – коэф. формы опоры в плане, принимаем 0,9(определяемый в табл.29* Пособие)

 

Нормативное сопротивление льда смятию вычисляем по формуле:

 

                                                  R_b = k_bR_c ; 

где:

R_c -    нормативное сопротивление льда сжатию,примем 1 МПа

     k_b - коэффициент, принимаемый по Таблице 1.

 

                                                                                                                   Таблица 1.

Значение b/hd	1	3	10	20	30 и более
Коэффициент kb	2,5	2	1,5	1,2	1

 

Для вычислений берем диаметр 1 колонны (b = 20 м.)

Толщина льда по условиям = 2 м.

Следовательно b/h_{d =}  20/2 = 10

Коэффициент k_b будет равен 1,5

                                                  R_b =1,5*1=1,5 МПа

 

Подставив численные значения в  формулу для F_b,p, получим:

 

.

 

(*) Рассчитываем с учетом коэффициента  безопасности:

      

                                          F_b,p = 162*1,3=210,6 МН   

 

 

(*) таблица 1 в пособии

 

 

 

 Нагрузка от течения.

Для определения нагрузок от течения  используем уравнение Морисона:

 

где:

где r - плотность воды = 1,025 т/м³

А – лобовая площадь стержня = (h_кол*b_кол)*число колонн м² 

С_D – коэффициент сопротивления = 0,7 для цилиндра

v_x  – скорость воды в центре элемента. = 1 м/с

 

Коэффициент C_D зависит от формы поперечного сечения и может быть принято:

• для круга, эллипса = 0,7,
• для квадрата в грань = 2,
• для квадрата по диагонали (ромба)= 1,5,
• для квадрата со скругленными углами=0,7,
• для треугольника в грань=2,
• для треугольника в угол=1,3

    

 Лобовая площадь А равна:

 

                                      

 

Подставив численные значения в  формулу для F_D , получим:

 

 

            С учетом коэффициента безопасности (*)

                          F_D = 1,2*1,3= 1,6 МН                            

 

5. Расчет устойчивости:

 

1. Расчет клиренса

Для вычисления необходимого клиренса используем формулу:

 

h₁₀₀ – высота льда раз в 100лет ; л – толщина льда из задания

 

Для вычисления высоты понтона нам  сначала необходимо определить массу  всей конструкции.

 

2.  Расчет на устойчивость.

Расчет производим по формуле :

           Момент  силы                             

 

                     z_ice- плечо действия силы (глубина моря = 50м)

Подставив численные значения в  формулу, получим:

 

 

3.   Расчет веса сооружения.

Рассчитать вес сооружения, необходимый  для противостояния опрокидывающему  моменту по формуле:

 

G > 2Mопр /B

В- поперечный размер днища в направлении  действия нагрузок

Подставив численные значения в  формулу, получим:

  

 

Для учета коэффициента безопасности, домножаем полученное значение на 1,5.

В итоге получим :                   

 

 

4.  Вычисление количества балласта.

Вычисляем вес понтона по формуле:

 

               0,4 – коэф.для отсеков затопляемых при погружении

 

Высоту понтона h принимаем 10 м.

 

Подставив численные значения в  формулу, получим:

Вычисляем массу колонн по формуле:

              V_4кол = 1256 м³ ; V_пон = LBh = 64000 м³

Для вычисления суммарного веса  используем формулу:

                                    G_plat = G_вс+ G_п+G_4к

Подставив численные значения в  формулу, получим:

G_plat = 140+256+243,7 = 639,7 МН.

Вычислим вес необходимого балласта:

G_.б.  = G - G_plat + F_a

          G – вес сооруж. С учетом коэф.безопасноти 1,5

          F_a – сила Архимеда = g V_пон = 1,025*9,81*(80*80*10)=642,8

            

Подставив численные значения в  формулу, получим:

 

G_б.  = 394,87–639,7+642,8 = 397,97 МН=39797т

M_б = 397,97/9,8 = 40609 т

 

Внутренний объем понтона (доступный) составляет порядка 30%от общего объема понтона = 44000 м³

Суммарно по объему = 35400м³(воды) + 8600м³(пульпы) = 44000м³.

 

 

5.  Проверка на поверхностный сдвиг.

Рассчитываем необходимый вес  платформы для предотвращения поверхностного сдвига с коэффициентом безопасности 1,5 по формуле:

 

                                  F_тр = k_тр G

где:k_тр =0,7 – при гладком днище.

          G – вес сооруж. С учетом коэф.безопасноти 1,5

             Подставив численные значения  в формулу, получим:

С учетом коэф. безопасности = 1,5

Вывод: т.к. F_тр=414,5 больше чем определенное нами ранее F=210,6, то можно сделать вывод, что у нас выполняется условие на сдвиг.

 

 

6.  Проверка на глубинный сдвиг.

Проверяем по формуле P = G/S

Подставив численные значения в  формулу, получим:

          Р_пред = 0,2 МПа (для слабого грунта)

С учетом коэф.безопасности 1,05

Р = 0,062* 1,05 = 0,0651 МПа

                            

Вывод: для ледостойкой железобетонной платформы для Сахалина гравитационного типа получены следующие данные , , , , V_внутр=44000 м³, , .