Оградительное сооружение акватории порта

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству. Сооружение включает волнозащитные молы в виде стенки, имеющей сквозные отверстия. Последние выполнены в виде примыкающих к дну акватории арочных сводов, высота которых меньше уровня воды в спокойном состоянии акватории. Стенка между сводами снабжена оппозитно расположенными по бокам ребрами переменного сечения, ширина и толщина которых симметрично параболически возрастает от верхней кромки стенки к основанию на дне акватории. Благодаря этому снижаются лобовое сопротивление сооружения и динамические нагрузки на него, а также уменьшается удельная материалоемкость и повышается безопасность сооружения, кроме того, улучшается экологическая обстановка в акватории. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относиться к гидротехническому строительству и может быть использовано для защиты берега и акватории порта от волновых воздействий.

Известно берегозащитное сооружение, включающее призматические блоки с наклонной фронтальной гранью, при этом блоки выполнены пустотелыми и снабжены равномерно расположенными сквозными отверстиями (RU №2073077 С1, МПК⁶ Е 02 В 3/06, 1997).

Технический недостаток подобных сооружений: не полностью учтены современные требования безопасности жизнедеятельности и экологической стабильности - выступающая вверх и наружу острая кромка призматических блоков препятствует нахождению на сооружении обслуживающего персонала, размещению средств сигнализации, спасательных средств (при необходимости) и т.п.; во внутренней (пустотелой) полости блоков будет скапливаться гравий, песок, мусор, водоросли, мертвый планктон, что ухудшает экологическую обстановку в акватории порта; пустотелые призмы с относительно мелкими отверстиями это места ранения и гибели рыб и других морских обитателей.

Известны также оградительное сооружение, пропускающее воду в одном направлении, в подводной части сооружения выполнен сквозной проточный канал с клапаном для пропускания воды в одном направлении (JR Япония, заявка №63-52170, МПК⁴ Е 02 В 3/06, 1988); оградительное сооружение акватории порта, содержащее волнозащитные молы в виде стенки, имеющей сквозные отверстия (SU №1155656 А, МПК⁴ Е 02 В 3/06, 1985).

Технический недостаток этих сооружений: недостаточно высокие волногасящие свойства и, как следствие, повышенные динамические нагрузки на стенку прямоугольной формы в сечении; лобовые удары, повреждения, а иногда и гибель рыбы и других морских обитателей из-за прямо возвышающейся стенки; отсутствие ограждения на верхней (горизонтальной) плоскости стенки; необоснованное скопление и застой воды за стенкой, поскольку отверстия снабжены клапанами и пропускают воду в одном направлении; повышенная удельная материалоемкость сооружения.

Техническая задача: снижение лобового сопротивления, динамических нагрузок и удельной материалоемкости, улучшение экологической обстановки в акватории, повышение безопасности сооружения.

Согласно изобретению сквозные отверстия в стенке выполнены в виде примыкающих к дну акватории арочных сводов, высота которых меньше уровня воды в спокойном состоянии акватории, стенка между сводами снабжена оппозитно расположенными по бокам ребрами переменного сечения, ширина и толщина которых симметрично параболически возрастает от верхней кромки стенки к основанию на дне акватории.

Наряду с этим основание стенки в плане выполнено, например, в виде неправильного, с двумя короткими сторонами шестигранника, описывающего указанные ребра у их основания; арочные своды выполнены в виде параболы, наибольшее расстояние которой, перпендикулярное вертикальной оси параболы, находится на дне акватории и равно или меньше расстоянию между основаниями стенки; ребра и арочные своды выполнены со скруглением острых углов; верхняя плоскость стенки снабжена ограждением.

На фиг.1 изображен общий вид оградительного сооружения акватории порта, вид в плане; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3-5 - разрезы Б-Б, В-В, Г-Г на фиг.2, соответственно.

Оградительное сооружение акватории 1 порта содержит волнозащитные молы 2 и 3, между оголовками 4 которых расположены ворота 5. Волнозащитные молы выполнены в виде стенки 6 (фиг.2-4), в которой предусмотрены сквозные отверстия. Последние выполнены в виде примыкающих к дну акватории арочных сводов 7, высота h которых меньше уровня воды в спокойном состоянии акватории. Стенка 6 между сводами 7 снабжена оппозитно расположенными по бокам ребрами 8 и 9 переменного сечения. Их ширина и высота симметрично параболически возрастает от верхней кромки стенки 6 к основанию 10 на дне акватории. Основание 10 стенки в плане (фиг.4) выполнено, например, в виде неправильного, с двумя короткими сторонами 11 шестигранника, описывающего указанные ребра 8 и 9 у их основания. Арочные своды 7 выполнены в виде параболы (фиг.2), наибольшее расстояние l которой, перпендикулярное вертикальной оси I-I параболы, находится на дне акватории и равно или меньше расстоянию l₁ между основаниями 10 стенки 6. Ребра 8, 9 и арочные своды 7 выполнены со скруглением 12 и 13 острых углов соответственно. Верхняя плоскость 14 стенки 6 (фиг.3) снабжена ограждением 15 с перилами.

Оградительное сооружение акватории порта используется следующим образом.

Набегание морских волн 16 на стенки 6 волнозащитных молов 2 и 3 сопровождается перемещением морской воды у дна акватории с меньшей скоростью, на поверхности - с большей. Волновые воздействия вызывают ударные динамические нагрузки на стенки 6, а перемещение огромных масс воды - напор (дополнительное давление) на эти же стенки. Напор частично уменьшается, поскольку часть движущейся воды проходит через сквозные отверстия значительного поперечного сечения проемы, образованные арочными сводами 7. Остальная масса воды воздействует в основном на верхнюю часть (выше арочных сводов 7) стенки 6, при этом волны дробятся при взаимодействии с ребрами 9 стенки, обращенными в сторону открытого моря. Поскольку ребра имеют переменное сечение, а их ширина и толщина симметрично параболически возрастает от верхней кромки плоскости 14 стенки 6 к основанию 10 на дне акватории, то водные массы и волны не только дробятся, но и частично скользят вдоль стенки 6 в стороны от ребер 9, при этом вода дополнительно отводится в проемы, ограниченные арочными сводами 7. Наличие на ребрах 9 и 10 и арочных сводах 7 скруглений 12 и 13 острых кромок соответственно устраняет такие негативные явления как концентрация удельного давления на острых кромках (кромочный удар) и, как следствие, их интенсивное механическое и эрозионное разрушение.

Волновое движение воды в акватории порта происходит возвратно-поступательно (показано стрелками на фиг.1) накаты воды чередуются с откатами. Вода, поступающая при накате в акваторию, проникает через водозащитные молы 2 и 3 - через проемы в стенке 6, ограниченные арочными сводами 7, возвращается в открытое море, за пределы акватории, при откате -через те же проемы в стенке. При откате вода рассекается противолежащими, обращенными в сторону акватории ребрами 8 стенки 6 и направляется под арочные своды. Этот процесс перемещения масс воды не сопровождается скапливанием у стенки 6 гравия, песка, мусора, мертвого планктона и т.п., т.е. не образуются наносы и заиливание у стенки. Это достигается тем, что основания 10 заглублены ниже уровня дна акватории (фиг.2, 3); на расстоянии l под арочными сводами 7 основание отсутствует (фиг.2), и придонные воды свободно проходят в акваторию и возвращаются в открытое море; у стенки 6, за пределами расстояний l, скапливанию донных отложений препятствуют ребра 8 и 9 переменного сечения - плавно раздвигают поток, направляя воду в проемы между арочными сводами 7. Благодаря этому вода в акватории порта не застаивается при отсутствии здесь волнения воды. Это способствует благоприятной экологической обстановке в акватории, наличию и здесь рыбы, других морских обитателей, планктона; травмирование последних существенно сокращается. У стенки 6 и В акватории отсутствуют застойные зоны, и не происходит наращивание водорослей.

Под действием напора воды и динамических нагрузок при волнении моря стенка 6 испытывает сложные напряжения изгиба и сжатия, при этом по законам механики наибольшие напряжения должны возникать у защемления консоли, т.е. на дне моря. Но в нашем случае наиболее опасные сечения усилены ребрами 8 и 9, которые замыкаются на массивные основания 10. На расстояниях l₁ между основаниями ребра отсутствуют, но здесь и стенка 6 практически не доходит до дна моря и, следовательно, на этом участке нет защемления стенки. Это означает, что места наибольших напряжений удалены, и стенка в пролете между ребрами 8, с одной стороны, или между ребрами 9, с другой стороны, воспринимает лишь давление воды и динамические нагрузки на ограниченной площади. Следовательно, стенка с учетом ее специальных ребер 8 и 9, при наличии проемов, ограниченных арочными сводами 7, построена по принципу мостов с арочными пролетами, а это наиболее рациональная схема силовой конструкции. Основание 10 плане стенки 6, выполненное в виде неправильного, с двумя короткими сторонами шестигранника, наиболее полно и при минимальной длине периметра описывает ребра 8 и 9 при их максимальных размерах у основания, при этом длина коротких сторон 11 шестигранника несколько больше толщины стенки 6. Благодаря этому ряд оснований 10 под стенкой 6 передает на дно акватории нагрузку от собственного веса в наиболее массивных узлах волнозащитных молов 2 и 3.

С другой стороны, описанная конструкция молов характеризуется рациональной ажурностью, т.е. минимальной удельной материалоемкостью. Целенаправленный силовой поток, наличие силовых узлов с ребрами 8 и 9 переменного сечения и проемов с арочными сводами 7 при минимальной массе конструкции - это факторы, снижающие лобовое сопротивление и динамические нагрузки и повышающие безопасность сооружения. Этому способствуют и выполнение арочных сводов 7 в виде параболы, и наличие на верхней плоскости 14 стенок 6 ограждения 15 с перилами. Названное устройство обеспечивает безопасный проход обслуживающего персонала при размещении и обслуживании сигнализации, спасательных средств и т.п.

В итоге в описанном оградительном сооружении акватории порта решается комплексная научно-техническая проблема, направленная на снижение лобового сопротивления, динамических нагрузок и удельной материалоемкости, улучшение экологической обстановки в акватории, повышение безопасности сооружения.

Формула изобретения

1. Оградительное сооружение акватории порта, содержащее волнозащитные молы в виде стенки, имеющей сквозные отверстия, отличающееся тем, что сквозные отверстия в стенке выполнены в виде примыкающих к дну акватории арочных сводов, высота которых меньше уровня воды в спокойном состоянии акватории, стенка между сводами снабжена оппозитно расположенными по бокам ребрами переменного сечения, ширина и толщина которых симметрично параболически возрастает от верхней кромки стенки к соответствующему основанию на дне акватории.

2. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что каждое основание стенки в плане выполнено, например, в виде неправильного с двумя короткими сторонами шестигранника, описывающего указанные ребра у их основания.

3. Сооружение по п.1 или 2, отличающееся тем, что арочные своды выполнены в виде параболы, наибольшее расстояние которой, перпендикулярное вертикальной оси параболы, находится на дне акватории и равно или меньше расстояния между основаниями стенки.

4. Сооружение по п.1 или 3, отличающееся тем, что ребра и арочные своды выполнены со скруглением острых углов.

5. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что верхняя плоскость стенки снабжена ограждениями.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5