Budownictwo morskie

Jednym z głównych zadań projektanta budowli morskiej jest poprawne uwzględnienie kombinacji oddziaływań takich czynników jak: falowanie, prądy morskie, wiatr, zjawiska sejsmiczne. Innym istotnym elementem jego pracy jest zagwarantowanie spełnienia warunków stateczności budowli poprzez umiejętną analizę współoddziaływania środowiska morskiego i budowli morskiej z jednoczesnym interaktywnym projektowaniem geometrii budowli oraz doborem właściwych parametrów materiałowych. Niniejsza publikacja dotyczy wybranych zagadnień związanych z inżynierią morską. Na przykładzie typowych budowli morskich: falochronu pionowościennego, falochronu narzutowego oraz rurociągu podmorskiego przedstawiono metody umożliwiające określenie obciążenia tych budowli – zarówno w postaci obciążenia hydrostatycznego, jak i obciążenia hydrodynamicznego. Autor krok po kroku prezentuje szczegółowe rozwiązania licznych zadań rachunkowych, w których uwzględniono typowe schematy obciążeń, możliwe do zaistnienia w warunkach rzeczywistej pracy budowli morskiej. Aby ułatwić Czytelnikowi do maksimum osiągnięcie pozytywnych wyników samokształcenia na bazie prezentowanej książki, autor daje Czytelnikowi możliwość skorzystania z darmowej wersji wykonawczej autorskiego programu komputerowego, przygotowanego specjalnie jako uzupełnienie materiału przedstawionego w książce.

Spis treści

1. WSTĘP 1 2. FALA PROGRESYWNA REGULARNA 8 2.1. Wprowadzenie 8 2.2. De?nicje podstawowych elementów i parametrów fali 9 2.3. Zakresy stosowalności wzorów dla fal regularnych 12 2.4. Fala progresywna sinusoidalna 14 2.4.1. Prędkość propagacji fali 14 2.4.2. Długość i okres fali 14 2.4.3. Rzędna pro?lu fali 31 2.4.4. Kinematyka ruchu orbitalnego cząstek wody 35 2.4.5. Ciśnienie wody w ruchu falowym 44 2.4.6. Energia fali 53 3.FALOWANIE WIATROWE 60 3.1. Wprowadzenie 60 3.2. Falowanie wiatrowe jako proces stochastyczny stacjonarny 61 3.3. Statystyczne parametry fali wiatrowej 63 3.3.1. Rozkłady prawdopodobieństwa Gaussa i Rayleigha 64 3.3.2. Analiza statystyczna w dziedzinie czasu 80 3.4. Widmowe właściwości fal wiatrowych 87 3.4.1. Analiza widmowa w dziedzinie częstotliwości 87 3.4.2. Funkcja widmowej gęstości energii falowania 90 3.4.3. Widmo Piersona-Moskowitza 94 3.4.4. Widmo JONSWAP 96 3.5. Prognoza długoterminowa wysokości fali projektowej 103 3.5.1. Okres trwałości budowli, okres powtarzalności sztormu projektowego, wysokość faliprojektowej 103 3.5.2. Rozkłady prawdopodobieństwa ekstremalnych wysokości fali 113 4. FALOCHRON PIONOWOŚCIENNY 136 4.1. Wprowadzenie 136 4.2. Fala stojąca sinusoidalna–zjawisko odbicia fali regularnej 145 4.2.1. Rzędna pro?lu fali 147 4.2.2. Wzniesienie poziomu falowania 150 4.2.3. Położenie swobodnej powierzchni fali przed falochronem 154 4.2.4. Ciśnienie wody w ruchufalowym 158 4.3. Obciążenie falochronu pionowościennego falą stojącą sinusoidalną 160 4.3.1. Obciążenie budowli wysokiej siłą poziomą 161 4.3.2. Obciążenie budowli posadowionej na fundamencie narzutowym 204 4.3.3. Siła wyporu działająca na falochron 214 4.4. Obciążenie falochronu pionowościennego falą załamującą się 231 4.4.1. Transformacja fali w strefie brzegowej 231 4.4.2. Koncepcja równoważnej fali głębokowodnej 234 4.4.3. Warunki załamania fali 237 4.4.4. Załamanie fali przed morską budowlą hydrotechniczną 255 4.4.5. Uderzenie fali w pionowościenny element konstrukcji falochronu 260 4.4.6. MetodaMinikina 267 4.4.7. Metoda Gody 280 4.4.8. Metoda Gody-Takahashiego 293 4.4.9. Innemetody obliczeniowe 296 4.5. Warunki stateczności skrzyni falochronu 303 4.5.1. Stateczność skrzyni falochronu na przesunięcie i obrót 305 4.5.2. Nośność podłoża fundamentowego 309 5. FALOCHRON NARZUTOWY 313 5.1. Wprowadzenie 313 5.2. Wyznaczanie ciężaru elementów narzutu ochronnego 319 5.2.1. Narzut ochronny z bloków skalnych lub kamienia łamanego 319 5.2.2. Narzut ochronny z betonowych bloków kształtowych 325 5.2.3. Współczynnik stateczności KD we wzorze Hudsona 330 5.2.4. Współczynnik stateczności Ns we wzorze van derMeera 333 5.2.5. Wpływ zmiany ciężaru właściwego betonu bloku kształtowego 338 5.3. Podstawowe parametry geometryczne falochronu narzutowego 340 5.3.1. Załamanie fali 340 5.3.2. Optymalne nachylenie skarpy 344 5.3.3. Rzędna korony falochronu – wysokość nabiegania fali na skarpę 347 5.3.4. Szerokość korony 356 5.3.5. Grubość warstwy ochronnej 357 5.3.6. Wielkość narzutu kamiennego w warstwach pośrednich i w rdzeniu 358 6. RUROCIĄG PODMORSKI 361 6.1. Wprowadzenie 361 6.2. Elementy składowe konstrukcji rurociągu podmorskiego 365 6.3. Układ sił działających na rurociąg podmorski 366 6.3.1. Ciężar rurociągu podmorskiego 368 6.3.2. Ciężar nadkładu gruntowego 370 6.3.3. Wypór hydrostatyczny działający na rurociąg podmorski 371 6.3.4. Wypór hydrostatyczny działający na nadkład gruntowy 377 6.3.5. Ciężar efektywny 377 6.3.6. Warunek równowagi sił pionowych w układzie rurociągu podmorskiego 378 7. CIĘŻAR WŁAŚCIWY WODY MORSKIEJ 398 7.1. Zasolenie mórz i oceanów 398 7.2. Gęstość i ciężar właściwy wodymorskiej 400 Bibliografia 402 Dodatek – tablice współczynnika długości fali ?h 414