ГОСТ Р 55615.3-2013 Возобновляемая энергетика. Приливные электростанции. Часть 3. Морские гидротехнические сооружения. Требования к нагрузкам и воздействиям

ГОСТ Р 55615.3-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Возобновляемая энергетика

ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Часть 3

МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Требования к нагрузкам и воздействиям

Renewable power engineering. Tidal power plants. Part 3. Sea hydraulic structures. Requirements for loads and actions

ОКС 27.140

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский институт энергетических сооружений" (ОАО "НИИЭС")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 330 "Процессы, оборудование и энергетические системы на основе возобновляемых источников энергии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. N 1033-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Настоящий стандарт является нормативным техническим документом, устанавливающим единые требования к нагрузкам и воздействиям на морские гидротехнические сооружения приливных электростанций на всех этапах их жизненного цикла (инициация, проектирование, строительство, эксплуатация).

Разработка настоящего стандарта вызвана необходимостью формирования требований технического регулирования в области гидротехнических сооружений приливных электростанций, размещение которых прогнозируется в суровых климатических условиях.

Применение настоящего стандарта позволит обеспечить выполнение обязательных требований, установленных законодательством в области безопасного строительства, безаварийной эксплуатации приливных электростанций, повысит их защищенность от аварий и катастроф с крупными ущербами.

Соблюдение требований и норм настоящего стандарта на этапах инженерных изысканий, проектирования и строительства гидротехнических сооружений позволяет оптимизировать затраты на создание приливных электростанций.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на процессы определения и учета нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (ГТС) приливных электростанций (ПЭС) при их строительстве, эксплуатации, реконструкции и ремонте.

1.2 Требования и нормы настоящего стандарта распространяются на основные ГТС ПЭС, в том числе возводимые наплавным способом: здания ПЭС, судопропускные, рыбопропускные, водопропускные, водосбросные и водосливные сооружения, глухие плотины, устои, подпорные стены и сопрягающие сооружения, входящие в состав напорного фронта ПЭС.

1.3 При вводе в действие новых законодательных актов, технических регламентов, нормативных правовых и методических документов, требования которых отличаются от приведенных в данном стандарте, следует пользоваться вновь введенными требованиями этих документов до внесения в настоящий стандарт соответствующих изменений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения

ГОСТ 25546-82 Краны грузоподъемные. Режимы работы

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 19185, [2], [3], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 атмосферное обледенение (гололед): Замерзшие на поверхностях объекта, сооружения осадки пресной воды в виде мокрого снега, дождя или переохлажденных капель, а также при парении моря, тумане при различных сочетаниях температур воздуха и скоростей ветра, обусловливающих медленное, быстрое и очень быстрое обледенение.

3.2 балл шкалы MSK-64: Мера опасности землетрясения, определяемая по реакции людей и животных, изменениям земной поверхности, показаниям сейсмометрических приборов, тяжести повреждения некоторых типов зданий и сооружений в несейсмическом исполнении.

3.3 бассейн приливной электростанции: Часть морской акватории, отсеченная напорными сооружениями приливной электростанции с целью использования энергии приливов.

3.4 биологическое обрастание: Поселение морских организмов (бактерий, водорослей, беспозвоночных животных) на наружных поверхностях гидротехнических сооружений и на их конструкциях (конструктивных элементах турбинных трактов, пазах затворов, сороудерживающих решетках и др.), вызывающее увеличение шероховатости стен, веса сооружения, зарастание водоводов, усиление электрохимической коррозии материалов.

3.5 брызговое обледенение: Замерзшие на поверхности сооружения и установленного на нем оборудования брызги от воздействия ветровых волн и капель воды с них, занесенных ветром на сооружение, а также от затекшей на палубу воды и брошенной ветром на конструкции.

3.6 ветровое течение: Течение, обусловленное как непосредственно влекущим действием ветра, так и наклоном уровенной поверхности и перераспределением плотности воды, вызванных ветром.

3.7 внутриводное обледенение: Замерзшая на подводных поверхностях сооружения и оборудования переохлажденная при сильном турбулентном перемешивании вода. К внутриводному льду относятся донный лед, нарастающий на находящихся в воде неподвижных телах, и шуга, свободно плавающая в воде.

3.8 воздействие: Явление, вызывающее изменение напряженно-деформированного состояния строительных конструкций и (или) основания здания или сооружения.

3.9 волновое течение: Непериодическое морское течение, существующее вследствие незамкнутости орбит волнового движения.

3.10 высота волны: Превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

3.11 диаграмма статической остойчивости: Кривая, показывающая зависимость восстанавливающего момента, который действует на наплавной объект, от угла крена наплавного объекта (см. рисунок 1).

Примечание - Диаграмма статической остойчивости вычерчивается в двух координатных осях: по горизонтальной оси откладываются углы крена, по вертикальной - восстанавливающие моменты или плечи восстанавливающих моментов.

3.12 диаметральная плоскость наплавного объекта: Вертикальная плоскость, условно ориентированная в продольном направлении наплавного объекта и являющаяся продольно-вертикальной плоскостью симметрии геометрической поверхности корпуса наплавного объекта.

3.13 длина волны: Горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

3.14 интенсивность землетрясения: Оценка воздействия землетрясения в баллах 12-балльной шкалы MSK-64, определяемая по микросейсмическим описаниям разрушений и повреждений природных объектов, грунта, зданий и сооружений, движений тел, а также по наблюдениям и ощущениям людей.

3.15 карты ОСР-97: Комплект из трех карт, показывающих распределение сейсмической опасности на территории России с различной вероятностью непревышения картируемой балльности.

3.16 квадратурные приливы: Приливы, наблюдающиеся в периоды, когда Луна и Солнце находятся под прямым углом относительно Земли (первая и последняя четверти Луны). Величины приливов наименьшие.

3.17 льдина: Цельная часть морского ледяного покрова размером от долей метра до десятков километров в поперечнике и толщиной от нескольких сантиметров до нескольких метров.

3.18 ледяное поле: Любой относительно плоский кусок морского льда более 20 м в поперечнике. Подразделяются на гигантские (более 10 км в поперечнике), обширные (от 2 до 10 км) и большие (от 500 м до 2 км) поля, обломки полей (от 100 до 500 м) и крупнобитый лед (от 20 до 100 м).

3.19 магнитуда: Используемая в сейсмологии мера землетрясения, опосредованно характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в форме сейсмических волн.

3.20 максимальное расчетное землетрясение: Землетрясение максимальной интенсивности на площадке строительства с повторяемостью один раз в 1000 лет и один раз в 5000 лет - для объектов повышенной ответственности.

Примечание - Принимается по комплексным картам ОСР-97-В и ОСР-97-С соответственно по [2].

3.21 малая вода: Минимальный уровень моря в продолжение одного периода приливных колебаний (за лунные сутки 24 ч 50 мин или их половину) [см. рисунок А.1 (приложение А)].

3.22 мелкобитый лед: Любой относительно плоский кусок морского льда менее 20 м в поперечнике (в том числе тертый лед и ледяная каша, образованные обломками льда менее 2 м).

3.23 метацентр: Точка пересечения линий действия силы поддержания (равнодействующей) при изменении угла наклона наплавного объекта на небольшую величину [см. рисунок К.1 (приложение К)].

Примечание - При крене наплавного объекта силы поддержания пересекаются в поперечном метацентре, при дифференте в - продольном.

3.24 метацентрическая высота: Возвышение метацентра над центром тяжести наплавного объекта в прямом положении [см. рисунок К.1 (приложение К)].

Примечание - При малых отклонениях наплавного объекта от прямого положения (практически при крене 7°-10° и дифференте до 1°-1,5°) метацентрические высоты называют начальными.

3.25 метацентрический радиус (поперечный и продольный): Расстояние от центра величины наплавного объекта до метацентра (поперечного или продольного) [см. рисунок К.1 (приложение К)].

3.26 мидель-шпангоут наплавного объекта: Вертикальная плоскость, условно ориентированная в поперечном направлении наплавного объекта и делящая корпус объекта на две равные по длине части - носовую и кормовую применительно к положению при буксировке наплавного объекта.

Примечания

1 У гидротехнических сооружений деление на носовую и кормовую части чисто условное: конструктивно они совпадают.

2 Другие шпангоуты, расположенные между мидель-шпангоутом и носовой частью сооружения, называют передними, а расположенные между мидель-шпангоутом и кормовой частью сооружения - задними.

3.27 морская операция: Действия, производимые на внутренних водных путях и в море, которые необходимы для постройки, транспортировки (буксировки) и установки наплавного объекта на место эксплуатации.

3.28 нагрузка: Механическая сила, прилагаемая к строительным конструкциям и (или) основанию здания или сооружения и определяющая их напряженно-деформируемое состояние.

3.29 наивысший теоретический уровень моря: Полученный расчетом приливной уровень, наибольший из возможных по астрономическим условиям.

3.30 наинизший теоретический уровень моря: Полученный расчетом приливной уровень, наименьший из возможных по астрономическим условиям.

3.31 наледь: Ледяное образование на контактирующих с морской водой наружных стенах, откосах ГТС в зоне переменного уровня моря.

3.32 наплавной способ строительства морских гидротехнических сооружений: Способ, при котором ячеистое тонкостенное сооружение в целом, как наплавное сооружение или его отдельный самостоятельно плавающий наплавной блок (см. 8.1), являющийся одной из составных частей наплавного сооружения:

- возводят в сухом доке в районе ближайшего промышленного центра или в котловане вблизи места эксплуатации, а возможно и в ином месте, отвечающем соответствующим океанологическим, геологическим и другим требованиям (см. 8.2);

- перегоняют на плаву с возможностью использования понтонов, преимущественно на мелководных участках трассы, из сухого дока (котлована) к месту эксплуатации (см. 8.3);

- позиционируют в створе, погружают на основание (постель), балластируют и сопрягают (см. 8.4) с основанием и с ранее установленным (возведенным) соседним сооружением (блоком).

3.33 наплесковое обледенение: Наледь на поверхностях сооружения и оборудования, расположенных в зоне переменного уровня моря, обусловленного приливно-отливными, сгонно-нагонными и волновыми колебаниями уровня воды при низких температурах воздуха.

3.34 нормативные нагрузки: Нагрузки, устанавливаемые нормами в качестве основных характеристик внешних воздействий на проектируемые здания, сооружения, их конструкции и основания для условий нормальной эксплуатации зданий и сооружений (см. 5.3.1).

3.35 нуль глубин: Условная уровенная поверхность, к которой приводят измеренные глубины при камеральной обработке материалов [см. рисунок А.1 (приложение А)].

Примечания

1 За нуль глубин принимается на морях с приливами менее 50 см средний многолетний уровень моря, на морях с приливами 50 см и более - наинизший теоретический уровень моря.

2 Отметки глубин на морских навигационных картах даются от наинизшего теоретического уровня моря.

3.36 особые нагрузки: Нагрузки и воздействия (например, землетрясение, взрыв, пожар, отказ работы несущего элемента конструкций, авария оборудования), создающие аварийные ситуации с возможными катастрофическими последствиями (см. 5.2.5).

3.37 остойчивость: Способность наплавного объекта противодействовать внешним усилиям, отклоняющим его от положения равновесия, и способность вновь возвращаться в исходное положение равновесия после прекращения действия этих усилий.

Примечания

1 Различают поперечную и продольную остойчивость, т.е. способность выравнивать крен и дифферент. Продольная остойчивость обычно много больше поперечной (в десятки и даже сотни раз) за счет большей остойчивости формы (остойчивость веса одинакова при наклонениях во всех плоскостях). Как правило, для наплавных объектов строят только диаграммы поперечной остойчивости.

2 Рассматривают начальную остойчивость - при малых углах крена (в среднем до 7°-10° и остойчивость на больших углах крена (больше 10°).

3.38 период волны: Интервал времени между прохождениями двух смежных вершин волн или двух смежных подошв.

3.39 плечо статической остойчивости: Восстанавливающий момент, отнесенный к единице веса наплавного объекта [см. рисунок К.1 (приложение К)].

3.40 полная вода: Максимальный уровень моря в продолжение одного периода приливных колебаний (за лунные сутки 24 ч 50 мин или их половину) [см. рисунок А.1 (приложение А)].

3.41 полусуточные приливы: Приливы с периодом приблизительно в половину суток, т.е. имеющие в продолжение суток два минимума и два максимума.

3.42 приливная электростанция; ПЭС: Гидроэлектрическая станция, использующая энергию морских приливов и отливов.

3.43 приливные течения: Течения, вызванные приливными волнами.

3.44 припай: Неподвижный лед, скрепленный с берегом или гидротехническим сооружением ледяной стеной или ледяным барьером, образовавшийся на месте или в результате примерзания к берегу или сооружению дрейфующего льда любого возраста.

3.45 проектное землетрясение: Землетрясение максимальной интенсивности на площадке строительства с повторяемостью один раз в 500 лет.

3.46 расчетная площадь ледяного поля (или суммарная площадь нескольких ледяных полей, оказывающих давление друг на друга): Площадь ледяного поля заданной обеспеченности, определяемая по натурным наблюдениям в данном или смежных пунктах.

3.47 расчетная сейсмическая интенсивность: Величина расчетного сейсмического воздействия, выраженная в баллах микросейсмической шкалы или в кинематических параметрах движения грунта (ускорения, скорости, смещения).

3.48 расчетная скорость ветра при определении элементов волн и ветровых нагрузок: Скорость ветра заданной обеспеченности на высоте 10 м над уровнем моря (земли), соответствующая 10-минутному интервалу осреднения.

3.49 расчетная толщина ровного льда: Толщина ровного льда заданной обеспеченности.

3.50 расчетное значение нагрузки: Предельное (максимальное или минимальное) значение нагрузки в течение срока эксплуатации объекта (см. 5.3.2).

3.51 расчетное сочетание нагрузок: Все возможные неблагоприятные комбинации нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании объекта (см. 5.4).

3.52 расчетный уровень моря: Суммарный уровень моря, возможный один раз в течение заданного ряда лет или заданной обеспеченности.

Примечание - Обеспеченность уровня моря - это вероятность того, что уровень моря равен или превышает заданное значение. При наличии достаточно длинных рядов наблюдений (100 и более лет) в данном или смежных пунктах, за расчетный уровень моря может быть принята величина наблюденного суммарного уровня заданной обеспеченности. В случае недостаточно продолжительного ряда наблюдений или их отсутствия за расчетный уровень моря следует принимать величину суммарного уровня моря, возможного один раз в течение заданного ряда лет (10, 20, 25, 50 и 100), которая определяется на основе данных гидродинамического моделирования, выполняемого за период не менее 40 лет с использованием данных реанализа, и вероятностного моделирования.

3.53 расчетные характеристики гидрометеорологического режима: Числовые значения параметров гидрометеорологического режима заданной обеспеченности, используемые в расчетах при проектировании, независимо от методов их получения.

3.54 расчетный шторм: Шторм, наблюдающийся один раз в течение заданного ряда лет с такой скоростью, направлением, разгоном и продолжительностью действия ветра, при которых в расчетной точке формируются волны с максимальными за этот ряд лет элементами.

3.55 ровный лед: Морской лед, который не подвергался деформации и имеющий относительно ровные верхнюю и нижнюю поверхности.

3.56 сгонно-нагонные колебания уровня моря: Изменения уровня морей и океанов под воздействием ветра и атмосферного давления.

3.57 сейсмические волны: Процесс распространения возмущений напряженно-деформированного состояния земной коры из очага землетрясения на определенные участки недр и поверхности Земли.

3.58 сейсмическое воздействие: Движение грунта, вызванное природными или техногенными факторами (землетрясения, взрывы, движения транспорта, работа промышленного оборудования), обусловливающее движение, деформации, иногда разрушение сооружений и других объектов.

3.59 сейсмическое микрорайонирование: Комплекс геофизических, инженерно-геологических и инженерно-сейсмологических работ, имеющих целью выделение на территории объекта микрозон, существенно различающихся по параметрам колебаний грунта при землетрясениях.

3.60 сейсмичность площадки строительства: Интенсивность расчетных сейсмических воздействий на площадке строительства с соответствующими категориями повторяемости за нормативный срок.

Примечание - Сейсмичность устанавливается в соответствии с картами сейсмического районирования по [2] (приложение Б) и сейсмомикрорайонирования площадки строительства и измеряется в баллах по шкале MSK-64.

3.61 сейшевые колебания уровня моря (бассейна приливной электростанции): Свободные колебания уровня моря (бассейна) в виде стоячих волн в замкнутых и полузамкнутых водоемах, происходящие по инерции после воздействия и последующего ослабления или исчезновения внешних сил: ветра, атмосферного давления, шквалов и порывов бури, воздушных волн или землетрясений.

3.62 сейшевые течения: Непериодические течения, возникающие вследствие сейшевых колебаний уровня моря (бассейна).

3.63 сизигийные приливы: Приливы, наблюдающиеся в периоды, когда приливообразующие силы Луны и Солнца взаимно складываются. Величины приливов наибольшие.

3.64 скорость движения ледяного поля: Скорость, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается для приливных участков морей принимать равной скорости течения воды вблизи поверхности или 3% от значения скорости ветра 1%-ной обеспеченности в период движения льда.

3.65 сочетание внешних воздействий заданное: Установленная для объекта совокупность воздействия природных факторов внешней среды для данного расчетного режима в назначенном районе эксплуатации или во время морской операции.

3.66 средний многолетний уровень моря: Величина, полученная в результате осреднения наблюденных значений уровня за многолетний интервал времени или полученная путем осреднения данных гидродинамического моделирования колебаний суммарного уровня и течений для данной акватории, выполненного для достаточно продолжительного периода времени (не менее 40 лет).

3.67 средний уровень моря: Величина, полученная в результате осреднения наблюденных или полученных в результате гидродинамического моделирования значений суммарного уровня за определенный интервал времени [см. рисунок А.1 (приложение А)].

3.68 стамуха: Торос или гряда торосов, севшие на дно мелководной части моря, которые могут всплывать и дрейфовать вследствие приливов или ветрового воздействия.

Примечание - При динамических процессах киль стамухи может пропахивать дно, образуя борозды, и разрушаться от взаимодействия с грунтом, а также с конструкциями крепления дна и откосами гидротехнических сооружений.

3.69 суммарное течение: Течение, обусловленное совокупным влиянием всех действующих сил.

3.70 суммарный уровень моря: Уровень моря, обусловленный совокупным влиянием сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона, приливов и отливов.

3.71 суммарный уровень моря максимальный: Наивысший уровень моря, обусловленный совокупным влиянием сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона и полных вод приливных явлений, наблюдавшийся за определенный временной период.

3.72 суммарный уровень моря минимальный: Наинизший уровень моря, обусловленный совокупным влиянием сезонных и годовых колебаний, ветрового сгона и малых вод приливных явлений, наблюдавшийся за определенный временной период.

3.73 торос: Нагромождение обломков льда, образовавшихся при взаимодействии (сжатии, сдвиге) льдин в зоне их контакта. Торос включает парус, консолидированную часть и киль.

3.74 торосистая гряда (гряда торосов): Протяженное нагромождение обломков льда, образовавшееся в результате взаимодействия ледяных полей на линии их контакта (одна из разновидностей торосов).

3.75 цунами: Морские волны, образующиеся в океанах (морях) под действием землетрясений и вулканических извержений на морском дне или вблизи берегов.

Примечание - Волны цунами имеют длины, измеряемые десятками и сотнями километров, скорости, измеряемые сотнями километров в час, и высоты у берегов, измеряемые несколькими метрами, а иногда и десятками метров.

3.76 шторм: Условия на морской акватории, при которых скорость ветра, осредненная за 10 мин, равна 15 м/с или более.

4 Сокращения

ГТС - гидротехническое сооружение;

НТД - нормативно-технический документ;

ПЭС - приливная электростанция;

РМРС - Российский морской регистр судоходства;

СМЗ - среднее многолетнее значение гидрометеорологического параметра, например скорости ветра или температуры воздуха наиболее холодной пятидневки ;

СУМ - суммарный уровень моря.

5 Основные расчетные положения о расчетах, нагрузках, воздействиях и их сочетаниях

5.1 Класс сооружений

5.1.1 Гидротехнические сооружения ПЭС в зависимости от глубины моря в месте их установки, типа грунтов основания, их социально-экономической ответственности и условий эксплуатации подразделяют на классы.

Класс основных ГТС приливных электростанций следует назначать в соответствии с приложением Б, учитывающим требования [4].

Заказчик проекта гидротехнического сооружения ПЭС вправе своим решением повысить класс сооружения по сравнению с полученным по приложению Б.

5.1.2 Класс основных сооружений, входящих в состав напорного фронта, согласно [4] должен устанавливаться по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

5.1.3 Класс основных ГТС (кроме оговоренных в 5.1.8) следует принимать равным наиболее высокому его значению из определенных по таблицам Б.1 и Б.2 (приложение Б).

5.1.4 Класс второстепенных ГТС согласно [4] следует принимать на единицу ниже класса основных сооружений данного гидроузла, но не выше, как правило, III класса.

5.1.5 Временные сооружения согласно [4] следует относить к IV классу. В случае если разрушение этих сооружений может вызвать последствия катастрофического характера или значительную задержку возведения основных сооружений I и II классов, допускается при надлежащем обосновании относить их к III классу.

5.1.6 Класс основных ГТС комплексного гидроузла, обеспечивающего одновременно потребности нескольких участников водохозяйственного комплекса (энергетики, транспорта и пр.), следует устанавливать по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

При совмещении в одном сооружении двух или нескольких функций различного назначения (например, причальных с оградительными или ограждающих с навигационными) класс следует устанавливать по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

5.1.7 При пересечении или сопряжении ГТС, которые могут быть отнесены к разным классам, следует для всех сооружений принимать класс более ответственного сооружения.

5.1.8 Берегоукрепительные сооружения следует относить к III классу. В случаях, когда авария берегоукрепительного сооружения может привести к последствиям катастрофического характера (вследствие оползня, подмыва и пр.), сооружение следует относить ко II классу.

5.2 Нагрузки и воздействия

5.2.1 Для обоснования надежности и безопасности ГТС приливных электростанций согласно [4] должны быть выполнены расчеты гидравлического, фильтрационного и температурного режимов, а также напряженно-деформированного состояния системы "сооружение-основание" на основе применения современных, главным образом численных, методов механики сплошной среды с учетом реальных свойств материалов и пород оснований.

5.2.2 Расчеты гидротехнических сооружений ПЭС необходимо производить на воздействие природных и техногенных факторов через продуцируемые этими факторами нагрузки и воздействия, которые подлежат учету на всех этапах жизненного цикла сооружения.

5.2.3 Нагрузки и воздействия на ГТС согласно [4] подразделяют на постоянные, временные (длительные, кратковременные) и особые.

5.2.4 Перечни основных нагрузок и воздействий на морские ГТС приливных электростанций приведены:

- от природных факторов, продуцирующих нагрузки и воздействия во время эксплуатации ГТС, в таблице Д.1 (приложение Д), для которых в графе 3 таблицы Г.1 (приложение Г) даны проценты обеспеченности параметров природных факторов или указания на использование их средних или средних многолетних значений;

- от природных факторов, продуцирующих нагрузки и воздействия во время строительства и ремонта ГТС, в таблице Д.1 (приложение Д), для которых в графе 3 таблицы Г.1 (приложение Г) даны проценты обеспеченности параметров природных факторов или указания на использование их средних или средних многолетних значений, включая и позиции, по которым в графе 2 таблицы Г.1 (приложение Г) даны примечания о величинах нагрузок и воздействий, подлежащих учету во время строительства ГТС и включаемых в состав основных нагрузок и воздействий строительного периода вместо их значений по графе 3 таблицы Г.1 (приложение Г);

- от техногенных факторов в таблице Ж.1 (приложение Ж).

5.2.5 Перечни особых нагрузок и воздействий на морские ГТС приливных электростанций приведены:

- от природных факторов во время эксплуатации ГТС в таблице Д.1 (приложение Д), для которых в графе 4 таблицы Г.1 (приложение Г) даны проценты обеспеченности параметров природных факторов или указания на использование их средних или средних многолетних значений;

- от природных факторов во время строительства и ремонта ГТС в таблице Д.1 (приложение Д), для которых в графе 2 таблицы Г.1 (приложение Г) даны проценты обеспеченности параметров природных факторов или указания на использование их средних или средних многолетних значений без учета нагрузок и воздействий, включенных в состав основных согласно перечислению 2) в 5.2.4;

- от техногенных факторов во время строительства, эксплуатации и ремонта в таблице Ж.1 (приложение Ж) согласно разделу 10.

5.3 Нормативное и расчетное значение нагрузок

5.3.1 Нормативное значение нагрузок и воздействий следует определять по нормативным документам на проектирование отдельных видов ГТС, их конструкций и оснований.

Нормативные документы и рекомендуемые источники для определения нормативных значений нагрузок и воздействий указаны для нагрузок и воздействий, обусловленных:

- природными факторами - в таблице Д.1 (приложение Д);

- техногенными факторами - в таблице Ж.1 (приложение Ж).

5.3.2 Расчетное значение нагрузки определяют умножением нормативного значения нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке , соответствующий рассматриваемому предельному состоянию.

Коэффициенты надежности по нагрузкам и воздействиям от природных факторов при расчетах по предельным состояниям первой группы приведены в приложении Е.

Коэффициенты надежности по нагрузкам и воздействиям от техногенных факторов при расчетах по предельным состояниям первой группы приведены в приложении И.

5.4 Сочетания нагрузок и воздействий

5.4.1 ГТС приливных электростанций следует рассчитывать на основные и особые сочетания нагрузок и воздействий в период их строительства, эксплуатации и ремонта.

5.4.2 Основные сочетания в период эксплуатации ГТС согласно [4] включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия.

В основные сочетания в период строительства и ремонта ГТС рекомендуется включать нагрузки и воздействия, аналогичные основным в период эксплуатации, за исключением позиций, по которым в графе 2 таблицы Г.1 (приложение Г) даны примечания, подлежащие учету в составе основных сочетаний.

5.4.3 Особые сочетания при эксплуатации ГТС включают постоянные, временные длительные, кратковременные и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий техногенного происхождения или одну (одно) и более особых нагрузок и воздействий природного происхождения, которые имеют одноименную физическую природу происхождения (возникновения) и проявляются одновременно: ветер, ветровая волна, ветровое и волновое течение, сгонно-нагонные колебания уровня на акватории моря или бассейна ПЭС.

Согласно [5] определение волновых нагрузок и воздействий на ГТС должно производиться для условий расчетного шторма при расчетных уровнях воды в акватории.

Особые сочетания при строительстве и ремонте ГТС включают постоянные, временные длительные, кратковременные и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий техногенного происхождения или одну (одно) и более особых нагрузок и воздействий природного происхождения, которые имеют одноименную физическую природу происхождения (возникновения) и проявляются одновременно.

5.4.4 Согласно [4] нагрузки и воздействия необходимо принимать в наиболее неблагоприятных, но реальных для рассматриваемого расчетного случая сочетаниях отдельно для строительного и эксплуатационного периодов и расчетного ремонтного случая. Эти сочетания устанавливаются из вариации следующих факторов:

- типа и стадии (фазы) строительства, эксплуатации, реконструкции, ремонта сооружения и его основания;

- вариантов одновременного действия природных и техногенных факторов, а также технологических процессов, реализуемых на объектах, продуцирующих соответствующие нагрузки и воздействия на ГТС и их конструкции.

5.4.5 Расчетные заданной обеспеченности волновые и ледовые нагрузки при любых сочетаниях являются взаимоисключающими, кроме наледей и морских обледенений контактирующих с морской водой конструкций ГТС в зоне переменного уровня моря. Однако, при наличии на акватории мелкобитого льда и волнения с параметрами волн ниже расчетных в зоне переменного уровня моря, мелкобитый лед будет оказывать истирающее воздействие на конструкции ГТС, которое должно учитываться при проектировании.

5.4.6 Нагрузки и воздействия от взрывов согласно [6] следует относить к особым, и в этих сочетаниях допускается не учитывать следующие кратковременные нагрузки и воздействия:

- нагрузки от грузоподъемных, перегрузочных и транспортных средств;

- нагрузки, связанные с выполнением крановых, погрузочно-разгрузочных, транспортных операций, включая вес транспортируемых грузов;

- нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

- нагрузки от атмосферного гололеда;

- нагрузки от температурных воздействий;

- ветровую и снеговую нагрузки.

5.5 Предельные состояния системы "сооружение - основание"

5.5.1 Обеспечение надежности и безопасности системы "сооружение - основание" согласно [4] должно обосновываться результатами расчетов по методу предельных состояний их прочности (в том числе фильтрационной), устойчивости, деформаций и смещений.

Расчеты необходимо производить по первой и второй группе предельных состояний.

5.5.2 По первой группе предельных состояний (потеря несущей способности и (или) полная непригодность сооружений, их конструкций и оснований к эксплуатации) должны быть выполнены следующие расчеты:

- общей прочности и устойчивости системы "сооружение - основание";

- общей фильтрационной прочности оснований и грунтовых сооружений;

- прочности отдельных элементов сооружений, разрушение которых приводит к прекращению эксплуатации сооружений;

- перемещений конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружений в целом.

5.5.3 По второй группе предельных состояний (непригодность к нормальной эксплуатации) должны быть выполнены расчеты:

- местной, в том числе фильтрационной, прочности оснований и сооружений;

- перемещений и деформаций;

- образования или раскрытия трещин и строительных швов;

- прочности отдельных элементов сооружений, не относящиеся к расчетам по предельным состояниям первой группы.

5.5.4 Недопущение наступления предельных состояний ГТС должно обеспечиваться выполнением условия по формуле:

, (1)

где - коэффициент сочетания нагрузок;

- расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния;

- расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра (при расчетах по первой группе предельных состояний - расчетное значение; при расчетах по второй группе предельных состояний - нормативное значение), установленного нормами проектирования отдельных видов ГТС;

- коэффициент надежности по нагрузке;

- коэффициент надежности по материалу;

- коэффициент надежности по грунту;

- коэффициент условий работы, учитывающий тип сооружения, конструкции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем, вид предельного состояния и другие факторы;

- коэффициент надежности по ответственности сооружения.

5.5.5 Значения коэффициентов: сочетания нагрузок надежности по нагрузке , надежности по материалу , надежности по грунту и условий работы согласно [2], [6] и [4] приведены в таблице В.1 (приложение В).

5.5.6 ГТС, их конструкции и основания, как правило, надлежит проектировать таким образом, чтобы условие недопущения наступления предельных состояний соблюдалось на всех этапах строительства и эксплуатации, в том числе и в конце расчетного срока их службы.

Расчетные сроки службы основных ГТС гидроузла в зависимости от их класса согласно [4] должны приниматься равными:

- для сооружений I и II классов - 100 лет;

- для сооружений III и IV классов - 50 лет.

При надлежащем технико-экономическом обосновании назначенный срок службы отдельных конструкций и элементов сооружения, разрушение которых не влияет на сохранность основных сооружений гидроузла, согласно [4] допускается уменьшать. При этом проектной документацией должны быть предусмотрены технические решения, обеспечивающие восстановление разрушенных и ремонт поврежденных конструкций и элементов сооружения. Не менее чем за 2 года до истечения расчетного срока службы сооружения собственник (эксплуатирующая организация) должны выполнить работы по всестороннему обследованию его состояния и, при необходимости, - по разработке проектной документации усиления (реконструкции) объекта или его ликвидации.

5.5.7 Расчеты конструкций и сооружений, как правило, следует производить согласно [4] с учетом нелинейных и неупругих деформаций, влияния трещин и неоднородности материалов, изменения физико-механических характеристик строительных материалов и грунтов основания во времени, поэтапности возведения и нагружения сооружений.

5.5.8 Выбор предельных состояний и методов расчета ГТС при оценке их надежности и безопасности осуществляется в соответствии с нормами проектирования отдельных видов сооружений и конструкций.

С целью более полного раскрытия неопределенностей по факторам, определяющим надежность и безопасность ГТС и конструкций, уточнения расчетных характеристик и расчетных схем, сочетаний нагрузок и воздействий, а также предельных состояний и оптимизации проектирования по методу предельных состояний допускается применение вероятностного анализа для обоснования принимаемых технических решений системы "сооружение - основание".

5.5.9 Согласно [4] для ГТС допускаемые значения уровня риска аварий не должны превышать значений, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Допускаемые значения уровня риска аварий на напорных ГТС

6 Нагрузки и воздействия от природных и техногенных факторов

6.1 Нагрузки и воздействия от природных факторов

6.1.1 Номенклатуру природных факторов и их параметров с процентами обеспеченности для расчета нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения ПЭС при их основном и особом сочетаниях в период строительства и эксплуатации (ремонта) с учетом требований [2], [6] и [4] следует принимать по таблице Г.1 (приложение Г).

6.1.2 Заказчик имеет право устанавливать более жесткие требования к процентам обеспеченности параметров факторов природной среды как для периода эксплуатации, так и для периода строительства и ремонта.

6.1.3 Средние многолетние значения гидрометеорологических параметров окружающей природной среды для основных сочетаний нагрузок и воздействий на ГТС, указанные в графе 3 таблицы Г.1 (приложение Г), по усмотрению заказчика проектной документации, при соответствующем обосновании, могут быть заменены на значения этих параметров, соответствующих конкретному проценту обеспеченности или определенной повторяемости.

6.1.4 Приведенные в таблице Г.1 (приложение Г) проценты обеспеченности параметров воздействующих на ГТС факторов внешней среды в период их строительства являются минимально допустимыми и должны быть использованы при расчетах и проработках схем возведения сооружений и могут корректироваться в сторону увеличения при соответствующем обосновании.

6.1.5 При установлении основных размеров ГТС определяющими должны быть нагрузки и воздействия заданных в таблице Г.1 (приложение Г) обеспеченностей во время эксплуатации сооружения. Не допускается устанавливать указанные размеры по обеспеченностям нагрузок и воздействий строительного периода.

6.1.6 Нагрузки и воздействия на морские ГТС приливных электростанций от природных факторов приведены в таблице Д.1 (приложение Д).

6.1.7 Коэффициенты надежности по нагрузкам и воздействиям от природных факторов при расчетах по предельным состояниям первой группы согласно [2], [6], [7] и [4] следует принимать в соответствии с таблицей Е.1 (приложение Е).

6.2 Нагрузки и воздействия от техногенных факторов

6.2.1 Рекомендуемая номенклатура основных постоянных и временных длительных и кратковременных нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения ПЭС от техногенных факторов, подлежащих учету при основном и особом сочетаниях нагрузок и воздействий в период строительства и эксплуатации и ремонта сооружений, с учетом требований [6] и [4], приведена в таблице Ж.1 (приложение Ж).

6.2.2 Значения коэффициентов надежности по нагрузкам и воздействиям от техногенных факторов при расчетах по предельным состояниям первой группы следует принимать с учетом требований [6] и [4] в соответствии с таблицей И.1 (приложение И).

7 Общие положения об инженерных изысканиях и научных исследованиях

7.1 Инженерные изыскания

7.1.1 Получение параметров, воздействующих на ГТС факторов природной среды и техногенных факторов должно производиться адекватно этапам жизненного цикла ГТС приливной электростанции: инициация, проектирование, строительство и эксплуатация.

7.1.2 На этапе инициации производят сбор и систематизацию всех имеющихся материалов по природно-климатическим условиям створа ПЭС, используя для этого лоции морей, омывающих побережье Российской Федерации, морские навигационные карты, опубликованные гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей Российской Федерации, справочники Государственного фонда данных о состоянии природной среды, научно-прикладные справочники по климату Российской Федерации, данные архивов на магнитных носителях Автоматизированной информационной системы Государственного водного кадастра, периодические издания Государственного водного кадастра; таблицы приливов, имеющиеся архивные фондовые материалы федеральных и других органов власти, институтов системы Российской академии наук, акционерных обществ и иных организаций, научно-техническую литературу, данные по пунктам-аналогам. Недостающие параметры определяют приближенными методами расчета.

Техногенные факторы на этапе инициации определяют по данным научно-технической литературы и опыту работ с объектами-аналогами из числа ранее запроектированных или находящихся в эксплуатации ПЭС.

Полученные указанным путем приближенные параметры и характеристики природно-климатических условий створа ПЭС и техногенных факторов, воздействующих на ГТС приливных электростанций, принимают за основу, которую используют при выполнении оценочных расчетов и проведении анализа целесообразности строительства ПЭС в заданном створе на этапе инициации.

7.1.3 На стадии проектирования достоверные расчетные параметры факторов природной среды с заданной обеспеченностью, а также другие необходимые для проектирования исходные данные по природно-климатическим условиям должны быть получены в результате выполнения и обработки материалов инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-гидрометеорологических и инженерно-экологических изысканий.

7.1.4 Инженерные изыскания для строительства морских ГТС приливных электростанций выполняют по техническому заданию, которое должно:

- учитывать специфику морских работ согласно [1];

- содержать все перечисленные в таблице Г.1 (приложение Г) параметры природных факторов и проценты их обеспеченностей, а также другие, необходимые для разработки проектной документации, характеристики, параметры и показатели природно-климатических условий створа ПЭС, в частности, для производства отдельных видов строительных работ и проведения морских операций.

7.1.5 Состав, объем и обоснование изыскательских работ должны отражаться в программе инженерных изысканий, которая должна учитывать специфику морских работ согласно [1].

7.1.6 При разработке проектной документации обязательно должна быть составлена электронная база данных по гидрометеорологии акватории створа ПЭС, подлежащая использованию при буксировке наплавных блоков, их позиционировании на точке установки в створе, погружении, сопряжении с основанием и между собой, балластировке блоков, замыкании створа ПЭС и при выполнении других работ.

7.1.7 На стадии строительства ГТС приливной электростанции должен проводиться необходимый минимум работ по гидрометеорологии для последующего мониторинга при эксплуатации объектов ПЭС, который должен быть увязан с производственным экологическим мониторингом и контролем окружающей среды во время строительства и эксплуатации объектов ПЭС.

7.2 Научные исследования

7.2.1 Основные технические решения, определяющие надежность и безопасность ГТС I и II классов, наряду с расчетами согласно [4] должны обосновываться научно-исследовательскими, в том числе экспериментальными работами, результаты которых следует приводить в составе проектной документации.

7.2.2 В случаях, указанных в таблицах Г.1 (приложение Г), Д.1 (приложение Д) и Ж.1 (приложение Ж), для получения, проверки и уточнения параметров природных и техногенных факторов, воздействующих на морские ГТС приливных электростанций в период их строительства, эксплуатации, модернизации и ремонта рекомендуется проводить научные исследования в натурных и лабораторных условиях, гидродинамическое и вероятностное моделирование, компьютерное и физическое моделирование, использовать методы лабораторного и численного моделирования.

8 Нагрузки и воздействия на наплавные сооружения и блоки по фазам их возведения

8.1 Разбивка сооружения на наплавные блоки

8.1.1 ГТС, протяженные вдоль створа ПЭС, например здания приливных электростанций, водопропускные сооружения и глухие плотины, а также протяженные поперек створа, например судопропускные сооружения, разбивают на секции температурно-осадочными швами в направлении соответственно вдоль или поперек створа ПЭС.

Секцию при наплавном способе строительства ГТС принимают за наплавной блок.

ГТС с небольшими плановыми размерами, например устои и сопрягающие сооружения, которые не разбивают на секции температурно-осадочными швами, при наплавном способе строительства принимают за наплавные единицы в целом - наплавное сооружение.

Примечание - Далее по тексту, где это возможно, термин "наплавное сооружение" опущен и заменен термином "наплавной блок".

8.1.2 Наплавной блок должен обеспечивать:

- присущую ему функциональную роль в составе ПЭС;

- размещение в блоке технологического оборудования, например требуемого количества гидроагрегатов в наплавном блоке здания ПЭС;

- прочность и оптимальные характеристики и условия при морской буксировке, позиционировании в створе ПЭС, погружении и закреплении наплавного блока на месте эксплуатации в створе с учетом допустимых "окон" погодных условий и фактора времени, для удовлетворения которых отношение ширины наплавного блока к его длине не рекомендуется принимать более соотношения 1:2 для блоков глухой плотины и 1:3 - для блоков более сложных сооружений, например здания ПЭС.

При надлежащем обосновании длина наплавного блока может быть увеличена.

8.2 Строительство наплавного блока в сухом доке

8.2.1 Нагрузки и воздействия на возводимые наплавным способом ГТС, подлежащие учету при расчетах прочности сооружений, формируются в процессе строительных и технологических операций, а также при воздействии природных и техногенных факторов при строительстве и эксплуатации, которые реализуются:

- в сухом доке (котловане вне створа ПЭС) при реализации конструктивных элементов, узлов, конструкций, наплавного блока в целом, его испытаниях, всплытии и выводе;

- на морской акватории при буксировке и отстое наплавного блока как на трассе, так и в районе створа ПЭС;

- в первой фазе установки на место эксплуатации в створе ПЭС: при позиционировании, погружении на грунт (постель), снятии с грунта, включая всплытие (при необходимости), задавливании в грунт, отведении воды из-под подошвы наплавного блока, его выравнивании и временном закреплении приемом водного и, при необходимости, частично твердого (постоянного) балласта;

- во второй фазе установки на место эксплуатации в створе ПЭС: при нагнетании растворов под подошву наплавного блока, выполнении иных операций по сопряжению с основанием, наплавных блоков между собой, с соседним сооружением и окончательном закреплении наплавного блока приемом твердого (постоянного) балласта;

- в третьей фазе установки на место эксплуатации в створе ПЭС: при креплении основания у сооружений со стороны моря и бассейна ПЭС, замыкании напорного фронта, испытаниях гидроагрегатов и сооружений, в период временной эксплуатации сооружений гидроузла и до его сдачи в эксплуатацию;

- при эксплуатации в створе ПЭС от восприятия нагрузок и воздействий природных и техногенных факторов согласно разделу 6;

- при реконструкции и ремонте на месте эксплуатации в створе ПЭС от восприятия нагрузок и воздействий природных и техногенных факторов согласно разделу 6 и дополнительных нагрузок и воздействий, обусловленных технологией и оборудованием, используемых при реконструкции и ремонте.

8.2.2 Нагрузки и воздействия на наплавные блоки в период строительства в сухом доке (котловане) идентичны таковым при классическом способе строительства ГТС за перемычками в створе гидроузла.

8.3 Буксировка наплавного блока по морской акватории

8.3.1 Обязательным требованием к нагрузкам и воздействиям на наплавной блок при буксировке по морской акватории является установление расчетных параметров ветровой волны, при которых должна производиться проверка прочности наплавного блока при его постановке:

- на гребень расчетной ветровой волны (перегиб плавающего блока), когда направление волны совпадает с продольной осью наплавного блока;

- на ложбину расчетной волны (прогиб плавающего блока), когда направление волны совпадает с продольной осью наплавного блока;

- на косой курс к расчетной ветровой волне, когда направление волны не совпадает с продольной осью наплавного блока.

8.3.2 Для расчета прочности наплавного блока при буксировке по морской акватории расчетные параметры ветровой волны необходимо принимать равными:

- длину волны - равной длине наплавного блока ;

- высоту волны на прямом и косом курсах - согласно таблице 2.

Таблица 2 - Расчетные высоты ветровых волн для наплавных блоков при буксировке

8.4 Первая фаза установки наплавного блока на место эксплуатации

8.4.1 Установка наплавного блока на место эксплуатации в створе ПЭС требует обеспечения:

- гидростатической остойчивости в процессе погружения на дно моря или на постель. При этом остойчивость должна быть обеспечена за счет начальной метацентрической высоты не менее 0,3 м при всех операциях установки и в конце погружения (1-2 м до грунта, постели);

- устойчивости после касания дна (постели) и временного закрепления наплавного блока приемом водного и, при необходимости, частично твердого (постоянного) балласта на горизонтальное смещение в любом направлении, в частности на сдвиг перпендикулярно линии створа, поворот в плане, крен и осадку под действием природных факторов с процентами обеспеченности их параметров для периода строительства. Устойчивость блока должна исключать его подъем, отрыв по периметру от дна. Ограниченный отрыв от дна по периметру сооружения следует рассматривать как аварийное состояние.

8.4.2 Допускается производить расчеты устойчивости наплавного блока на сдвиг и против горизонтального поворота на дне моря (постели) для окон погоды, заданных для операции установки блока в створе ПЭС, при обязательном выполнении расчетов для погодных условий, которые могут возникнуть в случае задержек или непредвиденных событий, препятствующих своевременному приему твердого (постоянного) балласта.

8.4.3 Выявление наиболее неблагоприятных нагрузок и их сочетаний на наплавной блок при первой фазе его установки на месте эксплуатации в створе ПЭС должно производиться путем последовательного рассмотрения каждой указанной в 8.2.1 операции первой фазы установки блока. Оценка условий выполнения операций по установке может проводиться на основе статического анализа сочетаний нагрузок, включающих: плавучесть, собственный вес находящегося на плаву блока, внешние нагрузки, реакции грунта и реакции системы позиционирования. Анализ общей прочности блока при нагрузках первой фазы установки может не проводиться в случае подтверждения его прочности в более тяжелых гидрометеорологических условиях на этапах буксировки.

8.4.4 В процессе установки наплавного блока рекомендуется учитывать следующие нагрузки на конструктивные элементы блока:

- нагрузки от элементов системы позиционирования (якорной, швартовной, буксирных линий), которые должны рассматриваться при воздействии расчетных природных и максимальных техногенных факторов;

- нагрузки от удара волн (слемминг) на погружаемые элементы блока;

- нагрузки от течений воды;

- нагрузки от водного балласта и его перемещений, возникающие при различных схемах балластировки, в частности на отсеки, должны определяться для максимальной осадки блока в процессе установки и не должны превышать допускаемых значений;

- силы притяжения блока ко дну, вызванные оттоком воды из-под блока;

- реакции грунта в процессе установки блока на дно (постель), включающие нормальные и касательные нагрузки на подошву и "юбку" фундамента в процессе заглубления в грунт, должны рассматриваться отдельно в течение операций установки блока, его выравнивания и задавливания в грунт дна;

- реакции (нагрузки) от ранее установленного и окончательно закрепленного соседнего блока, которые должны рассматриваться отдельно в течение этапов установки блока, его выравнивания и задавливания в грунт дна;

- нагрузки, обусловленные погрешностями установки.

8.4.5 Значения нагрузок, перечисленных в 8.4.4, следует определять с учетом следующих факторов:

- ограничений, обусловленных прочностью конструкций блока и несущей способностью грунта;

- пропускной способности системы отвода воды из-под "юбки";

- параметров балластировки;

- необходимости использования "погодного окна" для проведения операций по установке.

8.4.6 В целях недопущения превышения расчетных величин нагрузок и воздействий на наплавной блок при его установке на место эксплуатации в створе ПЭС требуется в проекте и при производстве строительных работ обеспечить:

- возможность управления процессом погружения блока;

- обратимость процесса погружения блока и возможность его всплытия;

- исключение внезапных и относительно больших перемещений блока при касании дна;

- наблюдение и контроль за учтенными в проекте нагрузками, превышение которых при погружении блока способно вызвать перегрузку его конструктивных элементов;

- контроль осадки, наклонов (кренов, дифферентов) блока на плаву;

- контроль и управление работой балластно-осушительной системы, обеспечивающей скорость погружения, безопасный спуск, касание дна и заглубление блока в грунт. Балластная система должна обеспечивать возможность немедленного прекращения погружения в критических ситуациях, требуемую загрузку (массу) блока для преодоления сопротивления грунта, достижение необходимой глубины погружения ниже поверхности дна, а также внецентренную балластировку блока для выравнивания его наклонов в допускаемых пределах;

- наблюдение и контроль навигационных параметров и внешних условий;

- оценку возможных неточностей в определении (промерах) глубин, топографии дна и наличия подводных опасностей.

8.4.7 Должно проводиться компьютерное моделирование динамического поведения наплавного блока в момент его установки на место эксплуатации в створе ПЭС при заданных погодных условиях с учетом их ухудшения при водной балластировке как исправного блока, так и для различных случаев его повреждения, с использованием компьютерных программ, одобренных РМРС.

Поврежденным наплавным блоком признают блок, у которого при его нахождении на плаву обнаружено аварийное поступление воды в один из турбинных трактов, или водонепроницаемый при буксировке отсек, или иное сухое помещение, но при этом блок остается на плаву в положении равновесия с надводным бортом (см. 9.1.1), обеспечивающим отсутствие прогрессивного заливания водой любого другого турбинного тракта, водонепроницаемого отсека или иного сухого помещения, обладает непотопляемостью (см. 9.6) и пригоден для установки на место эксплуатации в створе ПЭС.

8.5 Вторая фаза установки наплавного блока на место эксплуатации

8.5.1 В процессе второй фазы установки наплавного блока на место эксплуатации в створе ПЭС рекомендуется учитывать следующие нагрузки строительного периода:

- гидростатические нагрузки от расчетных уровней воды в створе ПЭС;

- нагрузки от воздействия ветровых волн и волнового взвешивания;

- нагрузки от течений воды;

- нагрузки от загружаемого твердого (постоянного) балласта;

- нагрузки от нагнетания растворов под подошву блока, выполнения иных операций по сопряжению с основанием, сопряжения наплавных блоков между собой.

8.6 Третья фаза установки наплавного блока на место эксплуатации

8.6.1 В процессе третьей фазы установки наплавного блока на место эксплуатации в створе ПЭС рекомендуется учитывать нагрузки и воздействия строительного периода при закрытии прорана в створе ПЭС и возможных испытаниях гидроагрегатов под напорами, превышающими расчетные.

8.7 Эксплуатация сооружения

8.7.1 Нагрузки и воздействия на возведенные наплавным способом ГТС в период их эксплуатации в створе ПЭС идентичны таковым при классическом способе строительства за перемычками в створе гидроузла и определяются воздействием природных и техногенных факторов с параметрами и процентами обеспеченности для расчета нагрузок и воздействий при их основном и особом сочетаниях согласно разделу 6.

8.8 Реконструкция и ремонт сооружения

8.8.1 Нагрузки и воздействия на возведенные наплавным способом ГТС в период их реконструкции и ремонта на месте эксплуатации в створе ПЭС идентичны таковым при эксплуатации этих сооружений (см. 8.7.1) и дополняются нагрузками и воздействиями, обусловленными технологией и оборудованием, используемыми при реконструкции и ремонте.

8.8.2 Для ремонта гидроагрегатов, другого оборудования, размещенного в турбинных трактах, и строительных конструкций турбинных трактов может быть осушен только один турбинный тракт в наплавном блоке. Аналогичные работы в других турбинных трактах одного наплавного блока могут быть выполнены только после завершения работ в ранее осушенном турбинном тракте и после его затопления водой.

9 Требования к плавучести, остойчивости и качке наплавного блока

9.1 Плавучесть и надводный борт

9.1.1 Надводный борт наплавного блока, измеряемый от ватерлинии до его верхней палубы, должен быть:

- не менее 0,5 м при буксировках на акватории и в подходных каналах завода, сухого дока (котлована) и при короткой морской буксировке;

- не менее 2 м, как правило, в периоды нахождения на плаву и при местной буксировке в неповрежденном состоянии, если не будет показано, что требования к остойчивости неповрежденного и поврежденного блока (см. 8.4.7) по-прежнему могут быть выполнены;

- минимальным по всему периметру верхней палубы блока в поврежденном состоянии.

9.2 Начальная метацентрическая высота

9.2.1 Для наплавного блока в неповрежденном состоянии при длительном нахождении на плаву (морской буксировке более 3 сут или отстое на акватории вблизи створа ПЭС) начальная метацентрическая высота согласно [1] должна быть не менее 0,3 м с учетом свободных поверхностей в затопленных турбинных трактах, водонепроницаемых отсеках и иных сухих помещениях.

9.2.2 При расчетах остойчивости и запаса плавучести наплавного блока необходимо учитывать:

- погрешности в определении масс, центра тяжести, плотности водного и песчано-гравийного балласта, забортной воды, эффект свободных поверхностей в затопленных отсеках, турбинных трактах, помещениях и цистернах;

- кренящий момент от ветра со скоростью, рассчитанной, как правило, при осреднении за 10 мин на высоте 10 м над поверхностью моря, в соответствии с погодными условиями, принятыми для данной операции и местности (на акватории завода-строителя, дока, по трассе морской буксировки, в створе ПЭС).

9.2.3 Начальная метацентрическая высота должна рассчитываться с учетом влияния (усилий и моментов) одной или нескольких действующих систем удержания: якорной системы, буксирных линий, швартовов (от ранее установленных в створе наплавных блоков, судов, бочек), стропов от кранового судна.

9.3 Диаграмма остойчивости

9.3.1 Для наплавного блока в процессе нахождения на плаву во всем диапазоне осадок: от начальной осадки (в начале строительства) до осадки, соответствующей весу при установке на штатное место в створе ПЭС, должны быть построены диаграммы остойчивости относительно самых неблагоприятных осей наклонения [1].

При наличии систем удержания: якорной системы удержания, буксирных линий, швартовов (от ранее установленных в створе наплавных блоков, судов, бочек) - диаграммы восстанавливающих моментов согласно [1] должны быть построены с учетом влияния указанных систем связей. При этом также может быть использован, например, метод "компьютерного кренования" - расчет по программе, одобренной надзорным органом.

Кривая восстанавливающих моментов согласно [1] должна быть положительной от нулевого значения угла крена до угла, определяющего второе пересечение указанной кривой с кривой кренящего момента или до угла крена, соответствующего входу в воду ближайшего отверстия, проема, считающегося открытым.

9.4 Свободно плавающий наплавной блок

9.4.1 Для свободно плавающего неповрежденного наплавного блока согласно [1] должны выполняться следующие условия:

а) Плечо остойчивости должно оставаться положительным до следующего угла наклонения относительно положения равновесия:

, максимально 40°, (2)

где - протяженность положительной части диаграммы остойчивости, град;

- максимальное динамическое наклонение от действия ветра и волн, град;

- начальная метацентрическая высота, м.

Для коротких операций с надежным прогнозом погоды (короткая буксировка, установка на штатное место в створе ПЭС) допускается ослабление требования до 15°.

б) Соотношение площадей А, В и С, образующихся на диаграмме статической остойчивости на рисунке 1 при пересечении кривой восстанавливающего момента и ветрового кренящего момента, должно отвечать условию:

. (3)

Площади А, В и С образуются согласно требованиям [1].

Рисунок 1 - Диаграмма статической остойчивости

9.4.2 Если перегон наплавного блока будет производиться зимой, то должна быть проверена остойчивость с учетом обледенения и снега в соответствии с методиками надзорного органа.

9.4.3 Пример расчета статической остойчивости наплавного объекта приведен в приложении К.

9.5 Плавучесть и остойчивость при погружении/всплытии и установке на место эксплуатации

9.5.1 В процессе погружения/всплытия и при установке наплавного блока на место эксплуатации в створе ПЭС метацентрическая высота согласно [1], рассчитанная с учетом влияния якорных и швартовных связей, а при поддержке с помощью плавучего крана еще и с учетом влияния стропов, должна быть положительной во всем диапазоне осадок.

9.6 Непотопляемость

9.6.1 Непотопляемость наплавного блока при буксировке в закрытой акватории (завода-строителя, дока) и при речной буксировке не требует рассмотрения. Должны быть рассмотрены случаи аварии: столкновение, течь, эксплуатационная неисправность.

9.6.2 Поврежденный наплавной блок (см. 8.4.7) должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице Л.1 (приложение Л).

9.6.3 У поврежденного наплавного блока должно быть выполнено условие соотношения площадей А, В и С, образующихся на диаграмме статической остойчивости, при пересечении кривой восстанавливающего момента и ветрового кренящего момента , согласно требованиям [1].

9.6.4 Должна быть обеспечена прочность водонепроницаемых переборок поврежденного наплавного блока под гидростатическим давлением, соответствующим погружению блока при аварийной посадке на грунт и установке на штатное место в створе ПЭС.

9.6.5 Кривая восстанавливающих моментов после повреждения должна согласно [1] иметь протяженность не менее 7°. Эта протяженность должна измеряться от угла, определяющего первое пересечение, до угла, определяющего второе пересечение с кривой кренящего момента, или до угла, при котором входит в воду отверстие, через которое может поступать вода внутрь наплавного блока, смотря по тому, что меньше.

Угол крена в конечной стадии затопления после повреждения согласно [1] не должен превышать 15°. Угол наклонения при повреждении более 15° может быть допущен, если будет доказано, что при больших углах наклонения:

- требования непотопляемости могут быть удовлетворены;

- важнейшее оборудование (например, насосы и генераторы) продолжат работу;

- целостность конструкции не будет подвергаться риску повреждения;

- блок может быть возвращен к допустимым условиям буксировки.

9.7 Качка

9.7.1 Расчетная амплитуда качки наплавного блока - амплитуда колебаний относительно рассматриваемой оси наклонения, вызванных ветровым волнением, набегающим на блок от направления, перпендикулярного оси наклонения. Расчетная амплитуда качки согласно [1] имеет 1,1%-ную обеспеченность и принимается равной:

, (4)

где - дисперсия качки, град (рад).

9.7.2 Расчетная амплитуда качки должна определяться с учетом глубины воды (если глубина воды меньше , где - ускорение силы тяжести, м/с, - средний период крупных волн), а при использовании системы удержания - с учетом ее влияния, а также при различных вариантах повреждения системы удержания.

9.7.3 Высота, период и спектр волнения принимаются в соответствии с рекомендациями, приведенными в [1].

9.7.4 Определение опрокидывающего момента с учетом качки производится при использовании диаграммы статической остойчивости из условия равенства работ опрокидывающего и восстанавливающего моментов, с учетом энергии качки и угла статического крена от давления предельного ветра (см. рисунок 2). Для этого диаграмма статической остойчивости продолжается в области отрицательных углов на такой участок, чтобы прямая МК, параллельная оси абсцисс, отсекала заштрихованные площади и , равные друг другу, и разность углов, соответствующих точкам и , была равна амплитуде качки.

Рисунок 2 - Определение опрокидывающего момента наплавного блока по диаграмме статической остойчивости

9.7.5 Амплитуды колебаний для заданной балльности и обеспеченности волнения определяются по результатам компьютерного моделирования или по результатам модельных испытаний, если они будут проведены, или другими способами, согласованными с надзорными органами и экспертизой.

9.8 Кренование

9.8.1 Остойчивость наплавного блока перед буксировкой, а также с расчетной метацентрической высотой, близкой к допускаемому минимуму, должна согласно [1] контролироваться проведением кренования до начала проведения морских операций.

9.8.2 При сомнении в точности расчетов массы и центра тяжести наплавного блока допускается проведение кренования блока с обеспечением безопасности проведения опыта и накренением блока не более чем на половину градуса. Точность кренования в этом случае обеспечивается применением высокоточных угломерных приборов.

9.9 Контроль веса и плавучести

9.9.1 При проектировании, строительстве и испытаниях наплавного блока в готовом виде должны быть обеспечены следующие параметры блока: осадка, крен, дифферент, остойчивость в транспортном положении и в процессе погружения и давление на грунт (постель).

9.9.2 При формировании методологии контроля веса (нагрузки) и плавучести наплавного блока необходимо исходить из следующих основных положений:

- простота в реализации;

- обеспечение минимизации вероятности возникновения ошибок при определении нагрузки;

- жесткость требований к определению нагрузки должна соответствовать точности, необходимой для гарантированного обеспечения параметров.

9.10 Система координат наплавного блока

9.10.1 Система координат наплавного блока как пространственного объекта должна быть трехмерной, допускать внесение в конструкцию блока необходимых изменений, обеспечивать простоту ассоциации координат материальной части блока с определенными объемами (отсеками, зонами и т.п.), обеспечивать минимизацию информации.

9.10.2 Для целей контроля нагрузки и плавучести наплавного блока рекомендуется использовать ортогональную (прямоугольную) систему координат со следующими основными базовыми плоскостями:

- основная плоскость (горизонтальная плоскость, задающая начало координат блока по высоте). Рекомендуется основную плоскость располагать в плоскости подошвы блока;

- диаметральная плоскость (вертикальная плоскость, условно ориентированная в продольном направлении блока и являющаяся продольно-вертикальной плоскостью симметрии геометрической поверхности корпуса блока);

- плоскость теоретического мидель-шпангоута (см. 3.26).

Пересечение перечисленных трех основных базовых плоскостей образует координатные оси:

- ось Z - вертикальная ось с положительным направлением оси вверх;

- ось X - горизонтальная ось с положительным направлением оси в сторону условно принятой носовой части блока;

- ось Y - горизонтальная ось с положительным направлением оси в сторону условно принятого правого борта блока.

9.10.3 В дополнение к основным базовым плоскостям, для облегчения выполнения расчетов нагрузки по конкретной конструктивной (материальной) части наплавного блока, назначаются вспомогательные базовые плоскости частей блока, параллельные основным базовым плоскостям.

9.11 Компьютерные программы для кораблестроительных расчетов

9.11.1 Кораблестроительные расчеты (плавучесть, остойчивость, непотопляемость) должны выполняться по программам, одобренным РМРС.

Приложение А
(справочное)

Основные элементы приливных колебаний уровня моря*

_______________

* Основные элементы приливных колебаний уровня моря приведены в справочных целях для демонстрации наглядности терминов по уровням приливного моря, определения которых приведены в разделе 3.

Рисунок А.1 - Характеристики прилива

Приложение Б
(обязательное)

Класс гидротехнических сооружений

Б.1 Постоянные ГТС приливных электростанций включают основные и второстепенные сооружения.

Б.2 К основным ГТС относятся следующие сооружения:

- здания ПЭС, здания монтажных площадок;

- плотины (глухие, включающие ограждающие и разделительные плотины, водопропускные, водосбросные и водосливные);

- устои, подпорные стены и сопрягающие сооружения, входящие в состав напорного фронта;

- берегоукрепительные и регуляционные сооружения;

- оградительные сооружения портов;

- водосбросы, водоспуски, водовыпуски;

- водоприемники, водозаборные сооружения;

- каналы судоходные;

- подводные подводящие и отводящие каналы;

- трубопроводы;

- судоходные сооружения (судопропускные сооружения, шлюзы, судоходные плотины, судоходные палы);

- рыбопропускные сооружения, входящие в состав напорного фронта;

- ГТС портов (причалы, набережные, пирсы, причальные палы), судостроительных и судоремонтных предприятий, паромных переправ, кроме отнесенных к второстепенным;

- ГТС инженерной защиты памятников культуры и природы;

- эстакады в открытом море, искусственные острова;

- платформы для строительно-монтажных работ;

- ГТС средств навигационного оборудования.

Б.3 К второстепенным ГТС относятся следующие сооружения:

- ледозащитные сооружения;

- разделительные стенки;

- отдельно стоящие служебно-вспомогательные причалы;

- устои и подпорные стены, не входящие в состав напорного фронта;

- берегоукрепительные сооружения портов;

- рыбозащитные сооружения;

- другие сооружения, не перечисленные в составе основных.

Примечание - В зависимости от возможного ущерба при разрушении и при соответствующем обосновании второстепенные сооружения допускается относить к основным сооружениям.

Таблица Б.1 - Класс основных ГТС в зависимости от глубины морской акватории в месте их установки и типа грунтов основания

Таблица Б.2 - Класс основных ГТС в зависимости от их социально-экономической ответственности и условий эксплуатации

Приложение В
(обязательное)

Коэффициенты сочетания нагрузок, надежности и условий работы

Таблица В.1

Приложение Г
(обязательное)

Природные факторы, их параметры и проценты обеспеченности при строительстве и эксплуатации сооружений

Таблица Г.1

Приложение Д
(справочное)

Нормативные нагрузки и воздействия от природных факторов

Таблица Д.1

Приложение Е
(обязательное)

Коэффициенты надежности по нагрузкам и воздействиям от природных факторов при расчетах по предельным состояниям I группы

Таблица Е.1

Приложение Ж
(справочное)

Нормативные нагрузки и воздействия от техногенных факторов

Таблица Ж.1

Приложение И
(обязательное)

Коэффициенты надежности по нагрузкам и воздействиям от техногенных факторов при расчетах по предельным состояниям I группы

Таблица И.1

Приложение К
(справочное)

Пример построения диаграммы статической остойчивости плавающего объекта*

_______________

* Пример построения диаграммы статической остойчивости плавающего объекта приведен в справочных целях для учета и обеспечения инженерами-гидротехниками, проектирующими возводимые наплавным способом ГТС, основных мореходных качеств названных сооружений в период их нахождения на плаву (плавучесть, остойчивость, непотопляемость, качка).

К.1 Общие сведения по остойчивости плавающего объекта*

_______________

* Далее по тексту настоящего приложения под плавающим объектом понимаются любые возводимые наплавным способом ГТС и их отдельные блоки в период их нахождения на плаву (см. 3.32 и 8.1).

Водоизмещающий объект, плавающий на поверхности тихой воды, в спокойном состоянии при определенных внешних воздействиях может находиться в равновесии, которое обеспечивается за счет равенства следующих сил, принимаемых за сосредоточенные:

- сил тяжести (точнее весового водоизмещения) объекта, приложенных в его центре тяжести и направленных во всех случаях перпендикулярно к ватерлинии;

- сил поддержания (или сил плавучести) со стороны воды, противодействующих силам тяжести и приложенных к объекту в центре его подводного объема, называемом центром величины.

Происхождения этих сил не зависят друг от друга и поэтому направления их действия также независимы (самостоятельны) и они могут действовать вдоль:

- одной вертикальной линии навстречу друг другу;

- параллельных линий, образуя пару сил, параллельных и перпендикулярных действующей ватерлинии.

Эти две категории сил участвуют в обеспечении остойчивости, хотя их взаимодействие при крене объекта существенно изменяется.

В действительности реакция воды на погруженный в нее неподвижный объект проявляется в виде неравномерно распределенного гидростатического давления в точках наружной поверхности погруженного корпуса. При наклонениях объекта эта распределенная нагрузка изменяется по своему характеру, однако результирующая вертикальная сила (сила плавучести) остается постоянной согласно третьему закону Ньютона (действие равно противодействию).

Перераспределение гидростатического давления по поверхности объекта при его наклонении приводит к изменению положения центра величины внутри объекта.

В итоге получаются две ситуации, изображенные на рисунке К.1 и обусловленные пространственным положением объекта:

- при вертикальном положении объекта с ватерлинией его центр тяжести и центр величины расположены на одной вертикали, следовательно, момент силы веса и плавучести равен нулю;

- при наклонном положении объекта с ватерлинией его центр тяжести и центр величины уже не лежат на одной вертикали, хотя и остаются параллельными и образуют в пространстве пару сил, момент которой не равен нулю, противодействует внешнему кренящему моменту и поэтому его называют восстанавливающим моментом. Знак этого момента принимают положительным, если его действие стремится уменьшать угол крена.

Вертикально плавающий объект при появлении внешних моментов, обусловленных ветром, волнением, течением, обледенением и другими факторами, первоначально не оказывает им противодействия (поскольку вес и сила поддержания проходят по одной прямой) и вследствие отсутствия этого противодействия объект начинает наклоняться, изменяя конфигурацию подводного объема и "теряя симметрию" погруженного объема.

Процесс наклонения заканчивается тогда, когда внутренний (восстанавливающий) момент достигает величины внешнего момента и наступает новое состояние равновесия, теперь уже для наклоненного объекта. Это состояние будет сохраняться, пока внешний момент не изменится или не исчезнет. Как только это произойдет, восстанавливающий момент заставит объект принять вновь вертикальное положение, т.е. восстановит исходное положение объекта.

При любом изменении баланса между внешним кренящим и восстанавливающим моментами объект будет изменять свое положение на поверхности воды в направлении действия большего по величине момента.

Такова физическая картина статической остойчивости, рассматривающая равновесные состояния объекта под действием постоянных внешних моментов, и условия этого равновесия.

- ватерлиния при вертикальном плавании объекта; - ватерлиния при плавании объекта с креном; - начальный поперечный метацентр; - центр тяжести объекта; - центр величины объекта при отсутствии крена; - центр величины объекта при наличии крена; - начальная поперечная метацентрическая высота; - начальный поперечный метацентрический радиус; - плечо поперечной статической остойчивости

Рисунок К.1 - Схема образования восстанавливающего момента

Примечание - Динамическая остойчивость занимается комплексом проблем, включая опрокидывание объекта, в реальных условиях его эксплуатации.

При рассмотрении остойчивости принято различать поперечную и продольную остойчивость, т.е. способность объекта выравнивать крен и дифферент. Продольная остойчивость обычно много больше поперечной (в десятки и даже сотни раз) за счет большей остойчивости формы (остойчивость веса одинакова при наклонениях во всех плоскостях). В таких случаях для наплавных объектов ГТС строят только диаграммы поперечной остойчивости.

Величина восстанавливающего момента может быть вычислена по формуле для любой пары сил как произведение одной (любой из двух) силы на расстояние между ними, называемое плечом статической остойчивости:

. (К.1)

Для расчетного контроля наличия у плавающего объекта положительной остойчивости используем понятия метацентра и начальной метацентрической высоты.

Поперечный метацентр является центром кривизны той траектории, по которой центр величины перемещается при наклонении плавающего объекта.

Следовательно, метацентр (как и центр величины) является специфической точкой, поведение которой исключительно определяется лишь геометрией формы объекта в подводной части и его осадкой.

Положение метацентра, соответствующее посадке объекта без крена, принято называть начальным поперечным метацентром .

Расстояние между центром тяжести объекта и начальным метацентром в конкретном варианте загрузки, измеренное в диаметральной плоскости, называется начальной поперечной метацентрической высотой .

Чем ниже располагается центр тяжести по отношению к постоянному (для данной осадки) начальному метацентру , тем больше будет метацентрическая высота объекта , т.е. тем больше оказывается плечо восстанавливающего момента и его величина.

При малых наклонениях плавающего объекта метацентр приблизительно находится на месте начального метацентра , поскольку траектория центра величины близка к окружности и ее радиус постоянен. Из треугольника на рисунке К.2 с вершиной в метацентре вытекает формула, справедливая при малых углах крена (10°12°):

, (К.2)

где - угол крена в радианах.

Рисунок К.2 - Плечо статической остойчивости

Из формул (К.1) и (К.2) легко получить формулу (К.3) для плеча статической остойчивости:

. (К.3)

Как видно из формулы (К.3) плечо статической остойчивости и метацентрическая высота не зависят от веса плавающего объекта и его водоизмещения, а представляют собой универсальные характеристики остойчивости, с помощью которых можно сравнивать остойчивость объектов разных типов и размеров.

Метацентрическая высота не должна принимать отрицательных значений.

Из формулы (К.1) следует, что порядок величин восстанавливающего момента определяется в основном величиной водоизмещения судна , следовательно, плечо статической остойчивости является управляющей величиной, влияющей на диапазон изменения момента при данном водоизмещении.

От малейших изменений плеча восстанавливающего момента за счет неточностей его вычисления или погрешностей исходной информации существенно зависит величина момента , определяющего способность объекта сопротивляться наклонениям, т.е. его остойчивость.

Таким образом, начальная метацентрическая высота играет роль универсальной характеристики остойчивости, позволяющей судить о ее наличии и величине безотносительно от размеров плавающего объекта.

При произвольных поперечных наклонениях плавающего объекта кривизна траектории центра величины изменяется. Эта траектория - уже не окружность с постоянным радиусом кривизны, а является некой плоской кривой, имеющей в каждой своей точке разные значения кривизны и радиуса кривизны. Как правило, этот радиус с креном объекта увеличивается и поперечный метацентр (как начало этого радиуса) выходит из диаметральной плоскости и перемещается по своей траектории, отслеживая перемещения центра величины в подводной части плавающего объекта. При этом, разумеется, само понятие метацентрической высоты становится неприменимым, и лишь восстанавливающий момент и его плечо остаются единственными характеристиками остойчивости объекта при больших наклонениях.

Итак, для контроля остойчивости плавающего объекта необходимо на первом этапе оценить значение начальной поперечной метацентрической высоты , пользуясь формулой:

, (К.4)

где и - аппликаты соответственно центра тяжести и начального поперечного метацентра, отсчитываемые от основной плоскости, в которой располагается начало системы координат OXYZ плавающего объекта.

Плечо восстанавливающего момента и сам восстанавливающий момент имеют геометрическую интерпретацию в виде приведенной на рисунке К.3 диаграммы статической остойчивости, графически изображающей зависимость плеча восстанавливающего момента или самого момента от угла крена . Диаграмму, как правило, изображают для крена плавающего объекта только на правый борт, поскольку вся картина при крене на левый борт для симметричного объекта отличается только знаком момента .

Рисунок К.3 - Диаграмма статической остойчивости

Для подтверждения правильности построения диаграммы статической остойчивости на ней делают следующее построение: откладывают угол 1 рад (57,30°) и строят треугольник с гипотенузой, касательной к диаграмме при 0, и горизонтальным катетом 57,30°. Вертикальный (противолежащий) катет должен оказаться равным метацентрической высоте в масштабе оси (м).

Угол крена , при котором диаграмма пересекает ось абсцисс, называется углом заката диаграммы. Угол заката определяет только то значение угла крена, при котором силы веса и плавучести будут действовать вдоль одной прямой и 0.

К.2 Исходные данные для расчета поперечной статической остойчивости плавающего объекта

Наименование и назначение плавающего объекта - стилизованный наплавной блок гидротехнического сооружения приливной электростанции.

Тип объекта - железобетонный, несамоходный.

Толщина нижней железобетонной плиты - 1,2 м.

Водоизмещение - 139042,21 т, включая 45000 т жидкого балласта, залитого в отсеки под нижнюю кромку перекрытия отсеков, который оказался необходимым для увеличения остойчивости объекта согласно предыдущему варианту описываемого расчета.

Скорость буксировки объекта - 3,7 узла.

Координатные оси и основные размеры плавающего объекта показаны на рисунке К.4.

Рисунок К.4 - Поперечное сечение плавающего объекта по мидель - шпангоуту с основными размерами в м

К.3 Определение водоизмещения и координат центра тяжести плавающего объекта

В связи с тем, что рассматриваемый в примере объект представляет собой параллелепипед с длиной, многократно превышающей размеры его поперечного сечения, все расчеты выполняем для условного отсека объекта длиной 1 м.

Исходные данные сведены в таблицу К.1.

Таблица К.1 - Исходные данные для расчета координат центра тяжести

По известным с рисунка К.1 толщине железобетонного днища блока 1,2 м и высоте жидкого балласта 8,33 м определяем аппликату балласта м.

Таблица К.2 - Расчет водоизмещения и координат центра тяжести объекта в эксплуатационном случае нагрузки

Для настоящего примера расчета поправка на свободную поверхность жидкости в балластных отсеках и цистернах плавающего объекта не вводится ввиду отсутствия свободных поверхностей.

Водоизмещение и аппликату центра тяжести плавающего объекта определяем по формулам (К.5) и (К.6):

, (К.5)

- водоизмещение:

т;

- аппликата центра тяжести плавающего объекта:

, (К.6)

Подставляя цифровые значения параметров, получим аппликату центра тяжести объекта с балластом, показанную на рисунке К.4:

м.

Водоизмещение по грузовую марку определяем как площадь поперечного сечения объекта с коэффициентом запаса 0,9:

т.

Условие плавучести объекта выполнено, так как 1158,69 т < 1589,63 т.

К.4 Расчет и построение диаграммы статической остойчивости

Плечи статической остойчивости диаграммы статической остойчивости обычно определяют с помощью интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен) , представляющих собой универсальные графики для конкретного судна, отражающих форму его корпуса в части остойчивости. Пантокарены поставляются на судно проектировщиком в составе информации об остойчивости и прочности для капитана судна.

В практике строительства гидротехнических сооружений наплавным способом пантокарены не строят ввиду их крайне редкой востребованности: наплавные гидротехнические сооружения и/или их наплавные блоки находятся на плаву (буксировка, отстой, погружение/всплытие) в течение нескольких суток, иногда месяца-двух, что несоразмерно мало по сравнению с расчетным сроком их эксплуатации на грунте в створе приливной электростанции до 50 лет (сооружения III и IV классов) и 100 лет (сооружения I и II классов).

В связи с изложенным и простотой обводов рассматриваемого в настоящем примере плавающего объекта, определяем необходимые величины для построения диаграммы статической остойчивости расчетным путем.

Для малых углов крена (до 12°) объектов плоскость ватерлинии считается проходящей через точку пересечения оси и плоскости ватерлинии при отсутствии крена. Это обстоятельство упрощает расчет положения центра тяжести подводной части объекта.

Для больших углов крена необходимо уточнять положение плоскости ватерлинии в соответствии с обеспечением площади подводной части объекта, соответствующей его водоизмещению.

Для определения метацентрической высоты по формуле (К.4) необходимо получить точку пересечения линии, проходящей через центр величины (центр тяжести подводной части объекта) и перпендикулярную плоскости ватерлинии при различных кренах, с осью (см. рисунок К.2). Это будет координата начального поперечного метацентра.

Определим координаты и для центров величины при кренах плавающего объекта от 0° до 12° с шагом 0,5°.

При этом область подводной части плавающего объекта из прямоугольника со сторонами 45,0·25,75 м превращается в трапецию. Стороны трапеции (см. рисунок К.5) определяем по нижеследующим соотношениям:

меньшая сторона , (К.7)

большая сторона , (К.8)

Рисунок К.5 - Определение площади и центра тяжести трапеции

Координаты центра тяжести получающихся трапеций и определяем по формуле (К.6), разбивая трапецию на отдельные простые элементы (прямоугольники и треугольники), либо по справочной формуле координат центра тяжести трапеции, показанной на рисунке К.5.

Для определения координат точки пересечения прямой, проведенной из центра величины перпендикулярно плоскости ватерлинии до пересечения с осью, воспользуемся формулами аналитической геометрии.

Пересечение плоскости ватерлинии с плавающим объектом - это прямая, которая описывается уравнением:

, (К.9)

где ;

.

Перпендикулярная ей прямая имеет тангенс угла наклона, определяемый соотношением

. (К.10)

Тогда уравнение перпендикулярной прямой будет иметь вид:

, (К.11)

где из уравнения (К.11) при 0,

т.е. точка пересечения с осью определяется из условия 0, и при этом определится следующим образом:

, (К.12)

где и - координаты центров величины при различных углах крена;

- определяется по формуле (К.10).

Результаты расчета координат центров величины при малых углах крена и аппликата точки для определения метацентрической высоты приведены в таблице К.3.

Величины , полученные в расчете, имеют некоторый разброс, связанный с точностью счета. Для надежности принимаем минимальное значение как аппликату точки (начального поперечного метацентра) для определения метацентрической высоты.

Таким образом, искомая аппликата начального поперечного метацентра принимается равной 19,428 м, а метацентрическая высота равна:

м.

Графическое отображение выполненных расчетов представлено на рисунках К.6 и К.7.

Рисунок К.6 - Общий вид расчетной схемы для положений ватерлинии при углах крена 6 и 12 градусов с заштрихованной трапецией, соответствующей углу крена объекта 12°

Рисунок К.7 - Укрупненная деталь рисунка К.6 для первых 25 точек перемещения центра величины при кренах плавающего объекта от 0° до 12° с шагом 0,5°

Таблица К.3 - Расчет координат центра величины и метацентрической высоты

Как следует из графических материалов, аналитические расчеты полностью совпадают с результатами измерений по чертежам.

Таким образом, сравнением графического и аналитического методов расчета, можно сделать предварительный вывод, что метацентрическая высота определена верно, 4,42 м.

К.5 Построение диаграммы статической остойчивости

Построение диаграммы статической остойчивости выполняется при гораздо больших кренах, чем начальные. Это обстоятельство приводит к необходимости более детального определения параметров подводной части плавающего объекта, так как плоскость ватерлинии уже не проходит через точку пересечения оси и плоскости ватерлинии при отсутствии крена.

Как уже было указано, для больших кренов необходимо уточнять положение плоскости ватерлинии в соответствии с обеспечением площади подводной части судна, соответствующей его водоизмещению 1533,69 т, т.е. упомянутая площадь в рассматриваемом примере должна быть равной 1533,69 м.

Поэтому для последующих расчетов необходимо:

- при каждом расчетном крене находить положение ватерлинии, отсекающее необходимую площадь, соответствующую водоизмещению судна;

- определять координаты центра тяжести (центра величины) и этой фигуры (в соответствии с общепринятыми способами определения координат центра тяжести);

- от полученного центра величины проводить линию, перпендикулярную плоскости ватерлинии рассчитываемого крена;

- определять расстояние между центром тяжести плавающего объекта и линией, перпендикулярной крену.

Это расстояние и будет искомым плечом пары сил , определяющей восстанавливающий момент.

Шаг изменения кренов можно существенно увеличить.

Результаты расчетов сведены в таблицу К.4.

Таблица К.4 - Расчет координат центра величины при больших углах крена

Графические построения приведены на рисунках К.8-К.11.

Рисунок К.8 - Положения ватерлиний и соответствующих им перпендикуляров при изменении углов крена от 0° до 90°

Рисунок К.9 - Измеренные плечи пар сил ), при кренах от 0° до 90°

Рисунок К.10 - Положения ватерлиний и соответствующих им перпендикуляров при изменении углов крена от 0° до 160°

На основании выполненных расчетов и иллюстраций к ним построена диаграмма статической остойчивости, которая приведена на рисунке К.12.

Точка заката не показана на диаграмме статической остойчивости.

Как видно из диаграммы статической остойчивости, определение метацентрической высоты выполнено верно.

Диаграмма динамической остойчивости в настоящем примере не приводится, но она может быть разработана на основании выполненных расчетов.

В соответствии с проведенными расчетами справедливы следующие выводы по рассмотренному объекту:

- начальная поперечная метацентрическая высота 4,42 м0,3 м;

- максимальное плечо диаграммы статической остойчивости 5,40 м (должно быть не менее 0,3 м);

- угол максимума диаграммы статической остойчивости равен 70° (не должен быть менее 30°);

- угол заката диаграммы статической остойчивости более 120° (не должен быть менее 60°).

На изложенных расчетах и выполненном построении диаграммы статической остойчивости проиллюстрировано применение методики к возводимым наплавным способом гидротехническим сооружениям (отдельным наплавным блокам) в период их нахождения на плаву. Полученные результаты являются основанием для последующих расчетов других мореходных качеств плавающего объекта согласно требованиям [1].

Рисунок К.11 - Измеренные плечи пар сил при кренах от 0° до 140°

Рисунок К.12 - Диаграмма статической остойчивости

Приложение Л
(справочное)

Общие требования по обеспечению остойчивости неповрежденного и поврежденного наплавного блока

Таблица Л.1

Библиография

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2015