Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы б развиты* морских странах активно работают над соэЗанием и внедрением 6 практику нобых конструктивных типов сквозных или частично-проницаемых инженерных сооружений - оградительные сооружения из перфорированных стенок, кессоны с волногасящими камерами и др.. которые имеют существенные преимущества перед тяжелыми и дорогими гравитационными сооружениями, а именно:
высокая эффективность (высокий коэффициент волногашэния. низкий коэффициент отражения; уменьшение максимальной волновой нагрузки; равномерное распределение нагрузки во времени и в пространстве; увеличение общей устойчивости; уменьшение отражения в замкнутых акваториях);
экономия расхода материалов (ажурность конструкции, более низкий проектный уровень гребня, нет необходимости 6 защитной наброске искусственных массивов);
возможности удовлетворения экологическим требованиям к береговым сооружениям (водообмен и предотвращение загрязнения акваторий. минимальное вмешательство в природное равновесие береговой зоны).
Пополнительные Факторы, обуславливающие развитие сквозных берегозащитных сооружений: развитие строительных технологий, -юзволяюших создать скбозные сооружения сложной геометрии; быстрое эаэвитие методов математического моделирования и возможности их чепосредственного применения в процессах исследования и ^оектирования сооружений сложной геометрии.
В общем случае математическое описание взаимодействия чорского волнения со сквозными берегозащитными сооружениями гвосіится к решению задачи движения нестационарного потока со :вободной поверхностью в неоднородной области со сложными границами. Из-за сложности процесса взаимодействия. включающего множество независимых параметров, полное решение этой задачи пока че получено.
Нормативный документ, регламентирующий расчет обтекаемых элементов и сквозных сооружений - СНиП 2.06.04-82 - охватывает Ь основном расчет волновой нагрузки и изменения уровня поверхности юлько для обтекаемых элементов заданной геометрии, в зависимости зт параметров волнения и глубины. Нагрузки на сквозные сооружения, доставленные из обтекаемых элементов определяются путем гуммирования нагрузок на отдельные элементы, умноженных на коэффициенты сближения элементов по фронту и по лучу волнения. При
эгтюм максимальная нагрузка определяется путем последовательных приближений. Такой подход является недостаточным Зля расчет) сквозных берегозащитных сооружений. Зля которых важны эффекты отражения и гашения волновой энергии.
Основной поЗхоЭ при исследовании ск&озных берегозащитных сооружении - метод гидравлического моделирования. В то же бремя исслеЗователи работают наЭ созданием упрощенных математических моделей, удовлетворяющих условием конкрепных случаев сравнительно элементарной геометрии.
Следует опметить. что экспериментальные исслеЗобания. и б частности гидравлические модельное исслеЗобания являются сложны:-! и деликатным процессом, требующий современного экспериментального оборудования и значительного экспериментального опыта. Моделирование сквозных сооружений сопробожваеп'ся ряЗом трудностей и нерешенных проблемо*, которое нуждаюпх:я Ь дальнейших исслеЗобаний: ЬоспроизбоЗимость случайных процессов (каким является морское болнение) б определенных лабораторных условиях, оценка масштабних эффектов, несоблюдение граничных условий и начального состояния системы и Зр . Сказанное позволяет заключили, что созбанис надежных экспериментальных метоЗой. как и расчетных алгоритмов Зля исслеЗобания скбоэных берегпзаицлпных сооружений является актуальной научной проблемой.
Цель и з а д о ч и и с с л е 3 о в а н и я. Основной целью настоящего исследования является разработка теорепико-экспериментальных меподов Зля опреОеления основных характеристик взаимодействия морского волнения со сквозными дерегоэашипными сооружениями б промежуточной и мелководной зоне:. Проблема охватывает опрепеление основных кинематических характеристик волнового потока (скороспь, изменение поверхности воЗьп. а также параметры внешней вилновпа нагрузки (обиие волновые силы и моменты), не охвапьвая динамический анализ сооружений. В работе решаются следующие основные задачи:
разработка меподоо количественной оценки масштабных эффектов; и критериев Л. їм обеспечения авгтмоЗельности ппи гидравлическом моделировании взаимодействия морского волнения со сквозными сооружениями;
разработка экспериментальных методов и специфического экспериментального оборудования Зля предотвращения влияния краевых модельных эффектов:
разработка математической модели взаимодействия регулярных мелководных волн го сквозными берегозащитными сооружениями, составленными из одной или более проницаемых преграЭ; разработка
алгоритма и Вычислительной программы сіля определения параметров взаимодействия:
осуществление серии методических экспериментальных исследований и систематизирование экспериментальных результатов с целью совершенствования экспериментального подхода и верификация математической модели;
Формулирование рекомендаций для практического применения полученных огиіенип в области экспериментальных исследований и проектирования берегозащитных сооружений.
Научная новизна. Разработана и экспериментально подтврржденз сметем) критериев для оценки автомодельноеі и влияния масштабних эффектов при гидравлическом моделировании сквозных берегозащитных сооружений. Разработан оригинальний тип волчопоодуктопа с волноглся'цей контактной' границей для генерирования регулярных и нерегулярных волн . Волнопродуктор о5есп--чі.,вае"і гаі!/?чие щтратг-нных от модели волн. На основе линейной гс-орич длинны* волн и с учетом разности счлрпепео перед и за олвззной гре.-.р.-дей р.т.рг'иоті-.на магг-зг-'З^чческая модель, взаимодействия Ззлч з г-Зо'п-'і "!Ч Г'Г с "Оздзз'.і, ,:'"і :ОЗбг .З3і: ! 000..1^^3.^^...:1.---злеози ґ::іі,і з Г \ ми. /' ---з-Л'-зз.-З' ^РС'-'О з-.г".з дла рз"'.'! г;з за >з.іх зі.пгв
П р_ з_ ь. 11 4jj_ijj _j-_ и_я__ Ц_і'_н_н ')__'"_'_ і ^_ _Р а_б о ты Применение
І" : ",. збЗ.'З. , — г-! .і ^ Е З ,ГИ іГї> 'З- і ,3 ЗЧОЛ-КЗЗ І ;Г : ЛЗЗов-ЗПЬ 3 р. ШЗЗн. !3' ,но
0P0t:3!,(J.3. .ви!.!_. КС.НГПР>ЬЦ1Л1 г квп 1М| З бег wpi ")"'J |[;ТНЫХ ГГ Зру.т 3H3U .
Представленные ткопериментальные методики применимы при
осуществлении гидравлических модельных исследований. Разработанные вычислительные программы по чвзняиті вичі !сзяг,ъ отозжеццо. поохожденчр и гашение волн, а также волновую нагрузку.
Р е а л и з ,-) ц ц я р є з у л (. т а т о в р а боты.
Разработанные экспериментальные и вычислительные методы внедрены в деятельности Гидротехнической лаборатории Института гидро- и аэродинамики Болгарской академии наук. Они применены при выполнении ряда исследовательских и проектных работ: Модельные исследования берегозащитных сооружений возле г. Коварна, Модельные исследования новых конструкций сооружений для верегпоащиты. Расчет волнолома из перфорированных кессонов порта г. "алян и др.
Апробация работ ы. Основные результаты работы докладывались на: симпозиуме МАГИ по масштабным эффектам (Торонто. Канада.1086); международной конференции "Прогрессивные технологии в транспортном строительстве" (Парна 1187г.); 17-ой сессии научно-методологического семинара по гидро-- и аэродинамике (Варна. 1QR8 г і. четвертом и пятом конгрессах морской ассоциации стран восточного Средиземноморья - ШАЕМ ( Варна. 1987г. и Афины. Греция.
1990?.); международном симпозиуме HADMAR'91 (Варна. 19913.). а также на секциях НТС и семинарах БИГС.
Пп теме диссертации опубликовано восемь работ.
Обь ем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка литературы: общий объем диссертации 167 страниц. 6 том числе 113 страниц текста.