Оригинално заглавие:
Thomas H. Dawson
OFFSHORE STRUCTURAL ENGINEERING
PRENTICE-HALL, INC.
Englewood Cliffs, New Jersey
*
Аннотация
Изложены общие принципы проектирования опорных конструкций стационарных буровых установок, а также методы расчета прочности конструкций и их устойчивости при внешних воздействиях. Приведены сведения из-строительной механики, сопротивления материалов, механики грунтов, гидравлики волн, динамики сооружений. Книга иллюстрирована простыми и четкими схемами, рисунками реальных объектов.
Книга предназначена для инженеров, занимающихся строительством сооружений на континентальном шельфе, может быть использована студентами при изучении курса специальных морских гидротехнических сооружений.
*
Оглавление
Предисловие 5
1. ВВЕДЕНИЕ 7
1.1. Проектирование стационарных морских гидротехнических сооружений 7
1.2. Стационарные морские гидротехнические сооружения .... 9
Конструкции с ферменным опорным основанием 9
Ледостойкие конструкции 17
Гравитационные конструкции 18
Глубоководные конструкции 22
1.3. Расчет стационарных сооружений 24
2. МАТРИЧНАЯ ФОРМА РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ 27
2.1. Матричные соотношения 27
Прямой метод жесткости 32
2.2. Плоские фермы 35
Условные обозначения 38
2.3. Пространственные фермы 44
2.4. Плоские рамы 46
Матрица жесткости элемента 47
Произвольно ориентированный на плоскости элемент . 49
Учет равномерно распределенных нагрузок 61
Другие виды неузловых нагрузок 69
2.5. Пространственные рамы 69
Задачи 72
3. ВНЕШНИЕ НАГРУЗКИ 77
3.1. Скорость ветра 78
3.2. Ветровые нагрузки 80
3.3. Морские волны 84
Теория волн Эри 84
Теория волн Стокса 87
Теория кноидальных волн 9?
Области применимости волновых теорий 96
3.4. Волновые нагрузки на вертикальные колонны 97
Нагрузки от волн Эри 99
Нагрузки от волн Стокса 101
Нагрузки от кноидальных волн 105
Эффекты относительного движения 105
Влияние диаметра колонны 106
3.5. Волновая нагрузка на наклонные цилиндрические элементы 107
3.6. Максимальные волновые нагрузки на морское гидротехническое сооружение ПО
3.7. Приведение волновых нагрузок к узловым 114
3.8. Силы поддержания . 118
3.9. Нагрузки от течения 122
3.10. Дополнительные внешние нагрузки 123
Задачи 125
4. МЕТОДЫ СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА 129
4.1. Расчетные воздействия окружающей среды 129
4.2. Расчеты стальных сооружений морского шельфа как рамных систем 130
4.3. Увеличение напряжений, обусловленное продольным изгибом 137
4.4. Напряжения в стальных цилиндрических элементах от наружного давления 141
Свободный цилиндрический элемент 141
Закрепленный цилиндрический элемент 144
4.5. Критерий прочности для стальных элементов 150
4.6. Кольцевые подкрепления 154
4.7. Расчеты узловых соединений 157
4.8. Расчеты железобетонных сооружений морского шельфа . . 163
4.9. Напряжения в бетонных сооружениях от наружного давления 178
Влияние закрепления концов 179
Сферические днища цилиндров 181
4.10. Оценка влияния динамического характера воздействий . . 185
Задачи 191
5. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ 195
5.1. Характеристика грунта 195
5.2. Сваи для сооружения ферменного типа 197
5.3. Определение несущей способности сваи при действии осевых нагрузок 199
5.4. Упругая реакция свай на осевую нагрузку 204
5.5. Реакция сваи на циклическую горизонтальную нагрузку . . 207
5.6. Жесткостные характеристики эквивалентных свай 214
5.7. Фундаменты гравитационных сооружений морского шельфа 218
5.8. Несущая способность фундаментов 219
5.9. Сопротивление фундамента скольжению . . . 221
5.10. Расчет фундамента на нагрузки общего типа 221
5.11. Упругая реакция основания 225
5.12. Осадка фундамента 228
Задачи 232
6. ДИНАМИКА СООРУЖЕНИЙ МОРСКОГО ШЕЛЬФА 235
6.1. Приведение волнового воздействия к узловым нагрузкам 235
6.2. Уравнения динамики 240
6.3. Разложение по формам собственных колебаний 245
6.4. Итерационный метод определения форм колебаний 252
6.5. Расчеты напряжений 256
6.6. Динамическая реакция на нерегулярные волны 260
6.7. Реакция сооружения на сейсмические воздействия 266
Задачи 274
Приложение. Матричная алгебра 277
Список литературы 282
*
ПРЕДИСЛОВИЕ
Эта книга задумана как введение в курс проектирования стационарных морских гидротехнических сооружений. В ней нашли отражение основы строительной, механики и вопросы, связанные с волновыми нагрузками, свайными основаниями и динамической реакцией сооружения, которые в настоящее время приобретают особое значение.
Основные представления базируются целиком на материале, излагаемом в курсах инженерной механики для студентов последних лет обучения. Требуемый для понимания материала уровень математической базы ограничен пределами, достаточными для проведения обычных вычислений и решения дифференциальных уравнений. Для лучшего усвоения материала и иллюстрации применения полученных формул изложение теории в книге сопровождается большим количеством числовых примеров.
За общим введением, представленным главой 1, следует изложение теории расчета стержневых систем в виде ферм и рам — глава 2. Приводя эту теорию, автор счел целесообразным использовать современные матричные методы, имея в виду применение ЭВМ для решения сложных задач. Такой подход имеет явные преимущества, состоящие в сжатом изложении теории и возможности ее непосредственного применения к решению практических задач без необходимости изучения техники получения приближенных решений. Для читателя, незнакомого с матричной алгеброй, краткое, но вполне достаточное ее изложение приведено в приложении.
В главе 3 рассматриваются нагрузки на сооружения от воздействий окружающей среды. К ним относятся нагрузки от ветра и волн, течения, гидростатического давления, плавающего льда и наносов. Сведения, приведенные в предыдущих двух главах, объединяются главой 4, в которой излагаются методы статического расчета стационарных морских гидротехнических сооружений. Помимо стальных ферменного типа конструкций определенное внимание уделяется бетонным конструкциям с предварительно напряженным или обычным армированием, необходимым для восприятия воздействий окружающей среды. В этой же главе даны основы динамики сооружений, используемые при оценке пригодности статических расчетов для проектируемого сооружения.
Глава 5 знакомит с расчетом оснований морских гидротехнических сооружений. В ней приведены краткое введение в механику грунтов, инженерные способы расчета свай и фундаментов. Предложены приближенные методы учета взаимодействия сооружения и грунтового основания.
Наконец, в главе 6 получили развитие вопросы динамического расчета, кратко изложенные в главе 4; в их числе изменяющиеся во времени волновые нагрузки, системы со многими степенями свободы, динамическая реакция системы на нерегулярное случайное волнение моря и реакция сооружений на сейсмические воздействия.
