TIÊu chuẩn ngành 22 tcn 222-95

TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG (DO SÓNG VÀ DO TÀU) LÊN CÔNG TRÌNH THỦY

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

1. QUY ĐỊNH CHUNG

1.1. Tiêu chuẩn này dùng để xác định các tải trọng và tác động do sóng và do tàu khi thiết kế mới hoặc thiết kế cải tạo các công trình giao thông đường thủy ở sông và ở biển.

1.2. Tiêu chuẩn quy định các giá trị tiêu chuẩn của tải trọng do sóng và do tàu tác động lên các công trình thủy. Giá trị tính toán của các tải trọng này được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số vượt tải n để xét khả năng sai khác của tải trọng thực tế so với giá trị tiêu chuẩn theo hướng bất lợi cho công trình. Hệ số n đối với các tải trọng do sóng và do tàu được quy định như sau:

n = 1,0 đối với tải trọng do sóng;

n = 1,2 đối với tải trọng do tàu.

1.3. Đối với các công trình hợp tác với nước ngoài cho phép áp dụng các tiêu chuẩn và phương pháp khác để xác định tải trọng do sóng và do tàu, nhưng phải được cấp xét duyệt đồ án chấp thuận.

1.4. Khi sự tương tác giữa công trình với sóng khác với các trường hợp quy định trong Tiêu chuẩn này (chẳng hạn khi có sóng lừng, khi công trình có các dạng cấu tạo khác v.v…) thì được phép tính toán tải trọng theo các tiêu chuẩn khác hoặc dùng các số liệu đo đạc thực tế và trên mô hình.

1.5. Đối với các công trình thủy thuộc cấp I thì tải trọng sóng và các thông số tính toán của sóng trong khu nước được che chắn hoặc từ phía vùng nước không được che chắn cần chỉnh lý lại trên cơ sở quan trắc thực địa và thí nghiệm trên mô hình.

2. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY CÓ MẶT CẮT THẲNG ĐỨNG HOẶC DỐC NGHIÊNG

Tải trọng do sóng đứng lên công trình có mặt cắt thẳng đứng

2.1. Khi độ sâu nước đến đáy d_b > 1,5h và độ sâu nước trên khối lát thềm ở móng công trình d_br ≥ 1,25h thì phải tính toán công trình chịu tải trọng của sóng đứng từ phía vùng nước không được che chắn (Hình 1).



Hình 1. Biểu đồ áp lực sóng đứng tác dụng lên mặt tường thẳng đứng từ phía vùng nước không được che chắn

a- khi chịu đỉnh sóng; b- khi chịu chân sóng (kèm theo biểu đồ phân áp lực của sóng dưới các khối lát thềm móng công trình)

Trong tính toán này phải dùng độ sâu tính toán giả định d(m) thay cho độ sâu đến đáy d_b(m) trong các công thức xác định bề mặt sóng và áp lực sóng.

Độ sâu tính toán giả định d(m) được xác định theo công thức:

d = d_f + k_br (d_h – d_f) (1)

Trong đó:

d_f – độ sâu nước trên lớp đệm móng công trình, m;

k_br – hệ số, xác định theo đồ thị ở Hình 2;

h – chiều cao sóng di động, m, lấy theo Phụ lục 1.



Hình 2. Đồ thị các giá trị của hệ số k_br

2.2. Dao động lên xuống  (m) của bề mặt tự do của sóng (kể từ mực nước tính toán) phải xác định theo công thức:

(2)

Trong đó:

T – trị số trung bình của chu kỳ sóng, sec;

t – thời gian, sec;

- chỉ số sóng;

- trị số trung bình của chiều dài sóng, m;

Khi sóng đứng tác động lên tường thẳng đứng cần xem xét 3 trường hợp xác định  theo công thức (2) đối với các giá trị cost sau đây:

a) cost = 1 – khi trước tường là đỉnh sóng với độ cao _max (m) so với mực nước tính toán;

b) 1 > cost > 0 - ở thời điểm mà tải trọng sóng theo hướng ngang P_xc (kN/m) đạt giá trị cực đại, lúc bề mặt sóng cao hơn mực nước tính toán một độ cao là _c; trong trường hợp này trị số cost phải xác định theo công thức:

cost = (3)

c) cost = - 1 - ở thời điểm tải trọng sóng theo hướng ngang P_xt (kN/m) đạt giá trị cực đại, lúc chân sóng nằm thấp hơn mực nước tính toán một độ cao bằng _t.

p = ghe^-kz cost - g (4)

- g

- g

Trong đó:

 - khối lượng riêng của nước, t/m³;

g – gia tốc trọng trường 9,81 m/sec²;

z – tung độ của các điểm (z₁ = _c; z₂ = 0; …; z_n = d) tính từ mực nước tính toán, m.

k_c = 0,76 ± 0,19; (5)

Trong đó dấu “+” và dấu “-“ tương ứng với các vị trí của đỉnh công trình nằm cao hơn hoặc thấp hơn mực nước tính toán.

Trị số dao động lên xuống η của bề mặt tự do của sóng xác định theo Điều 2.2 cũng phải nhân với hệ số k_c.

Trong trường hợp này tải trọng sóng theo hướng ngang P_xc (kN/m) phải xác định theo diện tích biểu đồ áp lực sóng trong phạm vi chiều cao của mặt tường thẳng đứng.

2.6. Khi sóng từ vùng nước không được che chắn tiến vào công trình dưới một góc  (độ) giữa đầu sóng và công trình thì trong các tính toán ổn định công trình và độ bền của đất nền trị số tải trọng sóng lên mặt tường thẳng đứng đã xác định theo Điều 2.3 và Điều 2.4 phải được giảm bớt bằng cách nhân với hệ số k_cs. Giá trị của hệ số k_cs được lấy như sau:

a) Đỉnh sóng trùng với điểm giữa của phân đoạn công trình (Hình 6, a):

z₁ = _max = , p₁ = 0; (6)

z₂ = 0, p₂ = k₁g; (7)

và z₃ = d_f , p₃ = k₁g; (8)

b) Chân sóng trùng với điểm giữa của phân đoạn công trình (Hình 6, b):

z₁ = 0, p₁ = 0; (9)

z₂ = _t = , p₂ = k₁g_t; (10)

z₃ = d_f, p₃ = - k₁g (11)

Trong đó:

h_dif – chiều cao sóng nhiễu xạ (m), xác định theo Phụ lục bắt buộc số 1;

k₁ – hệ số lấy theo Bảng 2.

a – khi có đỉnh sóng; b – khi có chân sóng

Chiều dài tương đối của phân đoạn 1/	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Hệ số k1	0,98	0,92	0,85	0,76	0,64	0,51	0,38	0,23
Ghi chú: Khi độ sâu ở phía khu nước được che chắn d ≥ 0,3thì phải dựng biểu đồ áp lực sóng hình tam giác với áp lực sóng bằng 0 tại độ sâu z3 = 0,3(Hình 6)

v_b,max = (12)

trong đó:

k_sl – hệ số lấy theo Bảng 3.

Độ thoải của sóng /h	8	10	15	20	30
Hệ số ksl	0,6	0,7	0,75	0,8	1

P_br,i = k_brgh (13)

Trong đó:

x_i – khoảng cách từ tường đến cạnh tương ứng của khối lát thềm, m;

k_br – hệ số lấy theo Bảng 4;

p_f – áp lực sóng ở cao độ đáy công trình.

Độ sâu tương đối d/	Hệ số kbr khi độ thoải của sóng bằng /h
	≤ 15	≥ 20
< 0,27	0,86	0,64
Từ 0,27 đến 0,32	0,60	0,44
> 0,32	0,30	0,30

Tải trọng nằm ngang P_xc (kN/m) do sóng vỡ tác động lên tường phải lấy theo diện tích biểu đồ áp lực sóng nằm ngang. Trong biểu đồ này trị số p (kPa) tại tung độ z(m) phải xác định theo các công thức sau:

z₁ = - h, p₁ = 0 (14)

z₂ = 0, p₂ = 1,5gh (15)

z₃ = d_f, p₃ = (16)



Hình 8: Biểu đồ áp lực sóng vỡ lên mặt tường thẳng đứng

Tải trọng thẳng đứng P_zc (kN/m) do sóng vỡ tác động lên đáy tường phải lấy bằng diện tích biểu đồ phản áp lực của sóng và xác định theo công thức:

P_zc =  (17)

Trong đó:  - hệ số, lấy theo Bảng 5

	≤ 3	5	7	9
Hệ số 	0,7	0,8	0,9	1,0

v_f,max = (18)

a – khi mặt trên lớp đệm nằm ngang cao độ đáy

b – khi lớp đệm nằm trên cao độ đáy.

2.12. Khi đáy nước trước tường trên suốt một đoạn dài ≥ 0,5kể từ mép tường trở ra có độ sâu d_b ≤ d_cr (Hình 9) thì phải tính toán công trình chịu tải trọng của sóng đổ từ phía vùng nước không được che chắn. Trong trường hợp này độ cao _{c, sur} (m) của đỉnh sóng đổ cao nhất so với mực nước tính toán phải xác định theo công thức:

_c,sur = - 0,5d_f – h_sur (19)

Trong đó:

h_sur – chiều cao của sóng đổ, m;

d_cr – độ sâu lâm giới, m;

Tải trọng nằm ngang P_xc (kN/m) do sóng đổ tác động phải lấy theo diện tích biểu đồ áp lực ngang của sóng. Trong biểu đồ này trị số p (kPa) tại tung độ z(m) phải xác định theo các công thức sau:

z₁ = -h_sur, p₁ = 0; (20)

z₂ = , p₂ = 1,5gh_sur; (21)

z₃ = d_f, p₃ = (22)

Trong đó:

Tải trọng thẳng đứng P_zc (kN/m) do sóng đổ tác động phải lấy bằng diện tích biểu đồ phản áp lực của sóng (với tung độ biểu đồ p₃) và xác định theo công thức:

p_zc = 0,7; (23)

Lưu tốc đáy lớn nhất của sóng đổ v_b,max(m/sec) phía trước tường thẳng đứng từ phía vùng nước không che chắn phải xác định theo công thức:

v_b,max = ; (24)

2.13. Khi có đủ luận cứ thì việc tính toán tải trọng do sóng vỡ và sóng đổ tác động lên mặt tường thẳng đứng (xem Hình 8 và 9) cũng có thể thực hiện theo các phương pháp động học, trong đó xét đến các xung áp lực và lực quán tính.

Tải trọng và tác động của sóng lên các mái dốc công trình

2.14. Khi sóng (h_1%) tiến vào theo hướng vuông góc với công trình và độ sâu nước trước công trình d ≥ 2h_1% thì chiều cao sóng leo lên mái dốc phải xác định theo công thức:

h_{run t%} = k_r k_p k_Np k_run h_1%; (25)

Trong đó:

h_{run 1%} - chiều cao sóng leo lên mái dốc với suất bảo đảm 1%;

k_r, k_p – hệ số nhám và hệ số cho nước thấm qua của mái dốc, lấy theo Bảng 6;

k_sp – hệ số, lấy theo Bảng 7;

k_run – hệ số, lấy theo các đồ thị ở Hình 10 tùy thuộc vào độ thoải của sóng _d/h_1% ở vùng nước sâu;

h_1% - chiều cao sóng di động với suất bảo đảm 1%.

Khi độ sâu nước trước công trình d < 2h_1% thì hệ số k_run phải lấy đối với các độ thoải của sóng ghi trong các dấu ngoặc trên Hình 10 cho độ sâu d = 2h_1%.