Определения площади контакта с грунтом и глубины вдавливания

Необходимо знать область контакта корпуса судна с грунтом, чтобы предусмотреть усиление корпуса в этом районе. Для определения площади контакта применяется упрощенное уравнение реакции:

где:

– реакция грунта;

– давление грунта на корпус;

– площадь пятна контакта.

Если, то чем больше давление Р, тем меньше площадь и наоборот.

Площадь зависит от свойств грунта, чем он мягче, тем глубже корпус войдет в него.

Более точное выражение представляет собой вид:

Чтобы узнать насколько корпус судна углубляется в грунт мы заменяем (для упрощения расчетов) корпус судна треугольным клином и далее рассматриваем только его. В расчетах принимаем, что грунт давит на обе подпорные стенки (обе стороны клина).

«2» в формуле (3.2) означает 2 симметричные подпорные стенки (проекции корпуса симметричные друг другу) образующие клин (рис. 3.1).

Рисунок 3.1. Симметричный клин.

– половина ширины плоской части днища корпуса (рис. 3.2). В данном курсовом проекте принимается равной 0, 75м.

Рисунок 3.2. Плоская часть днища.

В следствии того, что взяты 2 подпорные стенки (симметричный клин), ширина плоской части днища уменьшена в 2 раза.

Отсюда:

где:

– ширина плоской части днища, равная длине подпорной стенки.

Следовательно формула (3.2.1) для определения глубины вдавливания получает вид:

Смысл интеграла в том, что давление P(x’) распределяется вдоль наклона подпорной стенки. Для того, чтобы посчитать давление, его необходимо суммировать и спроецировать на вертикальную ось (рис. 3.3).

Рисунок 3.3. Проекция ширины области контакта.

b – ширина области контакта (проекция длины подпорной стенки на горизонтальную ось).

Подставляя в уравнение (3.2.2) формулу (2.2) получаем:

Длина подпорной стенки принимается равной 1, 5 м.

Подставляя в формулу (2.1) числовые значения получаем:

Отсюда уравнение (3.3.1) принимает вид:

Результатом решения является ширина горизонтальной проекции наклонной стенки и глубина вдавливания .

Решая квадратное уравнение получаем корни:

=0, 926 м;

=-2.084 м.

В связи с тем, что отрицательного значения быть не может следует, что ширина области контакта b равна 0, 926 м.

Отсюда длина оси, проходящей через подпорную стенку равна:

Давление на поверхности грунта (в точке 3) равно:

Давление в нижней точке днища (в точке 2) равно:

Глубина вдавливания корпуса в грунт равна:

Таким образом мы получаем общую картину швартовки судна на необорудованный берег (рис.3.4).

Рисунок 3.4. Схема вдавливания грунта судном при наклоне подпорной стенки равном 67 градусов.

Заключение

Данные этого исследования необходимы для проектирования конструкций днища. при низкой прочности днища могут быть введены ограничения на условия швартовки. Например, если сила F_z должна быть фиксированной, следовательно чем больше водоизмещение судна, тем меньше должна быть скорость швартовки. Также можно ограничить районы швартовки по крутости берега.

Следует учитывать свойства грунта. Чем выше коэффициент трения µ, тем больше усилие, прилагаемое носовой оконечностью судна на грунт.

Рекомендуется определить угол наклона морского дна в месте швартовки. Чем выше угол наклона, тем ниже должна быть скорость. Чем мягче грунт, тем больше площадь контакта корпуса с грунтом. Следовательно давление распределяется на большее число днищевых балок. Отсюда следует, что требования к прочности каждой отдельной балке может быть снижено.

Идеальный случай, когда угол поверхности грунта α совпадает с формой корпуса, т.е. когда корпус не вдавливается в грунт, а просто ложится на него.

Список использованной литературы

1) СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».