Tiêu chuẩn và chú giải đối với các công trình cảng ở nhật bản Phần 4 pot

- II.28 - R = a/ t n (Công thức Sherman) (3.1.3) R = a/(t + b) (Công thức Talbot) (3.1.4) trong đó R : cờng độ ma (mm/h) t : thời gian ma (phút) a,b,n : hằng số (4) Về tải trọng tuyết tác động lên các công trình cảng v bến, xem 15.3.4. Tải trọng tuyết 3.2. Gió (Điều 3, Khoản 1 Thông báo) Sẽ l chuẩn xác khi đa các đặc tính của gió vo việc tính sóng v xem các đặc điểm của gió l nguyên nhân của một ngoại lực tác động lên các công trình cảng v bến nh quy định dới đây : (1) Khi tính vận tốc gió v hớng gió dùng trong việc ớc tính sóng v sóng bão, việc đo đạc gió thực tế hoặc các giá trị tính toán đợc đối với gió gradien đều sử dụng đợc, với tất cả sự hiệu chỉnh cần thiết cần lm với các chiều cao đo đạc v.v (2) Vận tốc của gió tác động lên công trình cảng v bến phải đợc xác lập dựa trên các số liệu thống kê trong một thời kỳ thích hợp cùng với các đặc điểm của công trình v kết cấu. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ (1) Gió gradien (a) Vận tốc của gió gradien có thể biểu thị bằng một hm số của gradien áp lực, bán kính cong của các đờng đẳng áp, vĩ độ v tỷ trọng không khí nh trong phơng trình (3.2.1) á á ạ ã ă ă â Đ ww MYU MY 22 sin / 11sin cr crp rV cr g (3.2.1) trong đó : V g : vận tốc của gió gradien (cm/s); trong trờng hợp một gió xoáy nghịch, phơng trình (3.2.1) cho một giá trị âm, khi đó phải lấy giá trị tuyệt đối. p / r : gradien áp lực ( lấy l dơng với gió xoáy thuận, l âm với gió xoáy nghịch) (g/cm 2 /s 2 ) r : bán kính cong của đờng đẳng áp (cm) Y : vận tốc góc của sự quay của trái đất (S -1 ); w = 7,29 . 10 5 /s M : vĩ độ ( o ) U a : tỉ trọng không khí (g/m 3 ) Trớc khi tính toán, các đơn vị đo lờng cần đổi thnh đơn vị CGS liệt kê trên đây. Cần biết 1 o vĩ độ tơng ứng với một khoảng cách khoảng 1,11 . 10 7 cm v một áp lực không khí 1,0 hPa bằng 10 3 g/cm/ s 2 (b) Một gió gradien m đờng thẳng áp l đờng thẳng (nghĩa l bán kính cong trong phơng trình (3.2.1) l vô hạn) đợc gọi l gió geostrophic. Trờng hợp ny, vận tốc gió l V = ( p / r )/ (2 U a rwsin M ). (2) Vận tốc gió thực tế ở mặt biển thờng thấp hơn giá trị có đợc từ phơng trình gió gradien. Hơn nữa, tuy phơng của một cơn gió gradien về lý thuyết thì song song với các đờng đẳng áp, gió ở mặt biển thổi với một góc D no đó so với đờng đẳng áp nh đã phác hoạ trong Hình T.3.2.2. ở Bắc bán cầu, gió xung quanh một xoáy thuận thổi theo chiều ngợc kim đồng hồ v hớng vo trong, trong khi gió www.Gia24.vn - II.29 - xung quanh một xoáy nghịch thổi theo chiều kim đồng hồ v hớng ra ngoi. Đợc biết rằng mối quan hệ giữa vận tốc của gió gradien v vận tốc gió thực tế ở mặt biển thay đổi theo vĩ độ. Mối quan hệ trong các điều kiện trung bình đợc tổng hợp trong Bảng T.3.2.1. Tuy nhiên, đây chỉ có tính chất chỉ đạo không hơn; khi ớc tính các gió mặt biển, cần có những hiệu chỉnh thích hợp bằng cách so sánh các ớc tính với các đo đạc thực tế dọc bờ biển v các giá trị đã đợc các tu ngoi biển báo cáo về (các giá trị ny đợc ghi trên các bản đồ thời tiết ) (3) Khi lựa chọn vận tốc tính toán của gió đói với gió tác động trực tiếp lên các công trình cảng v bến v các tu neo đậu, ta phải ớc tính sự phân bổ cực trị của vận tốc gió dựa trên số liệu đo đạc thực tế lm trong một thời gian di (theo nguyên tắc ít nhất 30 năm) v sau đó dùng vận tốc gió tơng ứng với thời gian phản hồi cần thiết. Sẽ l chuẩn xác khi lấy các thông số của gió l hớng gió v vận tốc với hớng gió đợc biểu thị bằng hệ thống phơng vị mời sáu điểm v vận tốc l vận tốc gió trung bình trên 10 phút. Trong Thông báo quan sát kỹ thuật của cơ quan khí tợng số 34, vận tốc gió dự đoán với các thời gian quay trở lại l 5, 10, 20, 50, 100 v 200 năm đối với 141 cơ quan khí tợng ở các nớc đã đợc ớc tính từ các số liệu vận tốc gió trung bình trong 10 phút của khoảng 35 năm, với giả định l vận tốc gi ó tuân theo sự phân bổ số mũ kép. Với các vị trí có các địa hình khác với địa hình của cơ quan khí tợng nói trên gần nhất, phải tiến hnh quan sát ít nhất một năm v sau đó tiến hnh nghiên cứu so sánh về ảnh hởng của địa hình để có thể sử dụng đợc các kết quả ớc tính nói trên. (4) Đối với vận tốc gió dùng để ớc tính sóng vá sóng bão, phải sử dụng giá trị ở độ cao 10m trên mặt biển. Vận tốc gió có đợc tại các cơ quan khí tợng của chính phủ l giá trị ở độ cao khoảng 10m trên mặt đất. Do đó, khi dự định sử dụng các giá trị ớc tính đó để ớc tính gió mặt biển, trong trờng hợp chiều cao của các kết cấu khác xa 10m, cần hiệu chỉnh vận tốc gió tơng ứng với chiều cao. Profile thẳng đứng của vận tốc gió thờng tuân theo định luật dạng luỹ thừa, do đó trong các tính toán thiết kế hiện nay đối với tất cả các loại kết cấu, thờng dùng một định luật dạng luỹ thừa: n o oh h h UU á á ạ ã ă ă â Đ (3.2.2) trong đó : U h : vận tốc gió ở độ cao h (m/s) U o : vận tốc gió ở độ cao h o (m/s) Giá trị của số mũ thay đổi theo vị trí tuỳ theo độ gồ ghề gần mặt đất v tính ổn định của khí quyển. Trong các tính toán kết cấu trên đất, thờng dùng n = 1/10 ~1,4, v dùng n 1/7 ngoi biển. Các dữ liệu thống kê vận tốc gió thờng xét đến vận tốc gió trung bình 10 phút. Tuy nhiên, với một số công trình có thể dùng vận tốc gió trung bình trong thời gian ngắn hơn hoặc vận tốc gió cực đại tức thì; trong trờng hợp ny, cần hiểu biết về quan hệ giữa vận tốc gió trung bình trong một khoảng thời gian no đó v vận tốc gió cực đại, v cả các đặc điểm của cơn gió giật từng cơn. 3.3. áp lực gió (Điều 3, Khoản 2 Thông báo) áp lực gió phải đợc xác định một cách thoả đáng, có xem xét nghiêm túc tới loại kết cấu v vị trí của chúng. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ Góc D Hình T.3.2.2. Hớng gió với một xoáy thuận (Thấp) v một xoáy nghịch (Cao) Thấp Cao Bảng T.3.2.1. Quan hệ giữa tốc độ gió mặt biển v tốc độ gió gradien Vĩ đ ộ Tỷ số V s /V g www.Gia24.vn - II.30 - (1) Khi tính áp lực gió tác động lên một tu bị neo, phải tham khả Điều 2.2.3 >3@ Tải trọng gió tác động lên tu. (2) Trờng hợp không có quy định no liên quan tới áp lực gió tác động lên một kết cấu, áp lực gió có thể tính theo phơng trình (3.3.1) p = cq (3.3.1) Trong đó : p : áp lực gió (N/m 2 ) q : áp lực vận tốc (N/m 2 ) c : hệ số áp lực gió Phơng trình (3.3.1) biểu thị áp lực gió, nghĩa l lực gió trên diện tích đơn vị chịu lực gió. lực gió tổng cộng do gió tác động lên một bộ phận kết cấu sẽ bằng áp lực gió cho bởi phơng trình (3.3.1) nhân với diện tích của bộ phận kết cấu chịu ảnh hởng của gió trong mặt phẳng vuông góc với hớng m gió tác động. áp lực vận tốc q đợc xác định bằng phơng trình (3.3.2) 2 2 1 Uq a U (3.3.2) trong đó : q : áp lực vận tốc (N/m 2 ) U a : tỉ trọng không khí (kg/m 3 ) U a = 1,23 kg/m 3 U : vận tốc gió tính toán (m/s) Vận tốc gió tính toán phải lấy bằng 1,2 đến 1,5 lần vận tóc gió tiêu chuẩn (vận tốc gió trung bình 10 phút ở độ cao 10 m). Đó l do vận tốc gió cực đại tức thời l khoảng 1,2 ~ 1,5 lần vận tốc gió trung bình 10 phút. Hệ số áp lực gió thay đổi tuỳ thuộc vo các điều kiện nh hình dạng của bộ phận hoặc của ton kết cấu, hớng gió v số Reynolds trừ các trờng hợp m nó đợc xác định bằng các thử nghiệm đờng ống gió, có thể xác định hệ số ny theo Điều 87 của Nghị định bổ sung Pháp lệnh Tiêu chuẩn xây dựng (Pháp lệnh số 338.1950) hoặc Tiêu chuẩn kết cấu cần cẩu (Thông báo của Bộ Lao động). Về hớng gió, thông thờng phải xét hớng gió no bất lợi nhất cho kết cấu , trừ trờng hợp đã xác định đợc có một hớng gió thịnh hnh áp đảo. www.Gia24.vn - II.31 - Các số liệu sóng 1) Số liệu đo đạc thực tế 2) Các giá trị tính toán Phân tích thống kê 1) Sóng thờng 2)Sóng bão T ỷ lệ xuất hiện són g nớc sâu Són g nớc sâu thiết kế Biến d ạ n g són g Biến d ạ n g són g Tỷ lệ xuất hiện sóng tại vị trí tính toán Các thôn g số són g tính toán 1) Sóng có ý nghĩa 2) Sóng cao nhất 1 ) Đ ộ y ên tĩnh của bến 2) Suất hoạt động thực tế, số ngy lm việc 3) Năng lợng vận tải của sóng tới 4) Các vấn đề khác 1 ) L ự c són g tác đ ộ n g lên công trình 2) Lợng sóng trn lên tờng bến v kè bảo vệ 4) Các vấn đề khác Hình T-4.1.1. Quá trình xác đ ị nh són g để dùng trong thiết kế Chơng 4: Sóng 4.1. Khái quát 4.1.1 Phơng pháp xác định sóng dùng trong thiết kế (Điều 4, Khoản 1 của Thông báo) Sóng dùng trong việc nghiên cứu độ ổn định của các công trình bảo vệ cảng v các công trình bến khác, cũng nh xem xét mức độ tĩnh lặng của luồng chạy tu v bể cảng phải đợc xác định bằng cách sử dụng các số liệu sóng có đợc từ đo đạc sóng thực tế hoặc dự báo sóng tính toán. Các đặc trng của sóng phải xác định bằng cách tiến hnh các thống kê cần thiết v phân tích các sự biến động của sóng tuỳ theo địa hình đáy biển v các việc khác nữa. Cần phải tiến hnh xác định dự báo sóng tính toán bằng một phơng pháp dựa trên một phơng trình thích hợp để biểu thị quan hệ giữa vận tốc gió v phổ sóng hoặc các thông số sóng quan trọng > Chú giải @ Kích thớc v hình dạng kết cấu của công trình đợc xác định bởi các yếu tố nh chiều cao v chu kỳ của sóng tác động lên chúng. Vì vậy việc xác định các điều kiện của sóng để dùng trong thiết kế phải tiến hnh cẩn thận. VIệc xác định các điều kiện sóng phải tiến hnh riêng rẽ đối với sóng thờng (Nghĩa l sóng xẩy ra trong các điều kiện thông thờng: cần đến chúng để đánh giá mức độ tĩnh lặng của bến hoặc năng suất bốc xếp hng) v sóng bão (nghĩa l sóng xẩy ra trong điều kiện bão: cần đến chúng để xác định lực sóng tác động lên kết cấu) Sóng có đợc từ các số liệu thống kê dựa trên các đo đạc thực tế hoặc dự báo sóng tính toán thờng l sóng nớc sâu không bị ảnh hởng bởi địa hình đáy biển. Sóng nớc sâu lan truyền về phía bờ, v một khi sóng tới độ sâu nớc bằng khoảng nửa chiều di sóng, chúng bắt đầu bị ảnh hởng của địa hình đáy biển v biến dạng với kết quả l chiều cao sóng thay đổi. Sự biến dạng của sóng bao gồm khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ, vo chỗ cạn v vỡ ra. Để xác định các điều kiện sóng ở chỗ m số liệu sóng cần đến (ví dụ chỗ đặt kết cấu công trình) cần xem xét thích đáng các sự biến dạng của sóng bằng các tính toán số học hoặc bằng thử nghiệm mô hình. Trong phơng pháp nói trên để xác định các điều kiện sóng dùng trong thiết kế, cần xem xét dầy đủ đến tính chất không đều đặn của sóng v xử lý chúng với tính chất ngẫu nhiên cng nhiều cng tốt. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ Một trình tự mẫu để xác định các điều kiện sóng dùng trong thiết kế đợc cho trong Hình T.4.1.1 4.1.2. Sóng dùng trong thiết kế Sóng có ý nghĩa, sóng cao nhất, sóng nớc sâu, sóng nớc sâu tơng đơng v các sóng khác l các sóng đợc dùng trong thiết kế các công trình bến v cảng. www.Gia24.vn - II.32 - > Chú giải @ Sóng dùng để thiết kế kết cấu thờng đợc gọi l Sóng có ỹ nghĩa . Sóng có ý nghĩa l một sóng có tính chất giả thuyết, nó l một chỉ số thống kê của một nhóm sóng không đều. Sóng có ý nghĩa có kích thớc xấp xỉ bằng các giá trị từ các quan sát sóng bằng mắt, do đó chúng đợc dùng để tính toán sóng.Ta cũng biết rằng chu kỳ của một sóng có ý nghĩa xấp xỉ bằng chu kỳ ở đỉnh của phổ sóng. Vì các lợi ích nh vậy, các sóng có ý nghĩa thờng đợc dùng đại diện cho nhóm sóng. Tuy nhiên, tuỳ theo mục đích, có thể cần chuyển đổi sóng có ý nghĩa thnh các sóng khác nh sóng cao nhất v sóng một phần mời cao nhất. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ (1) Định nghĩa các thông số sóng (a) Sóng có ý nghĩa (chiều cao sóng có ý nghĩa H 1/3 v chu kỳ sóng có ý nghĩa T 1/3 ) Các sóng trong một nhóm sóng đợc sắp xếp lại theo thứ tự chiều cao của chúng v 1/3 các sóng cao nhất đợc lựa chọn; sóng có ý nghĩa l sóng giả thuyết có chiều cao v chu kỳ l chiều cao v chu kỳ trung bình của các sóng đợc lựa chọn. (b) Sóng cao nhất (chiều cao sóng cao nhât H max v chu kỳ sóng cao nhất T max . Sóng cao nhất trong một nhóm sóng. (c) Sóng một phần mời cao nhất (H 1/10 , T 1/10 ). Sóng có chiều cao v chu kỳ bằng chiều cao v chu kỳ trung bình của các sóng một phần mời cao nhất trong một nhóm sóng. (d) Sóng trung bình (chiều cao sóng trung bình H , chu kỳ trung bình T ). Sóng có chiều cao v chu kỳ bằng chiều cao v chu kỳ trung bình của tất cả các sóng trong nhóm sóng. (e) Sóng nớc sâu (chiều cao sóng nớc sâu H o v chu kỳ sóng nớc sâu T o ). Sóng ở một vị trí m chiều sâu nớc bằng ít nhất một nửa chiều di sóng: các thông số sóng đợc biểu thị bằng các thông số của sóng có ý nghĩa ở vị trí đó . (f) Sóng nớc sâu tơng đơng (H o ). Chiều cao một sóng giả thuyết đã đợc hiệu chỉnh vì ảnh hởng của các thay đổi về địa hình hai chiều nh khúc xạ v nhiễu xạ; nó đợc biểu thị bằng chiều cao của sóng có ý nghĩa. (2) Sóng lớn nhất Sóng có ý nghĩa lớn nhất trong một loạt các số liệu sóng có ý nghĩa đã quan sát đợc trong một thời kỳ no đó (ví dụ một ngy, một tháng hoặc một năm) đợc gọi l sóng lớn nhất. Để xác định rõ độ di của thời kỳ quan sát, nên gọi sóng lớn nhất l sóng có ý nghĩa lớn nhất trong một ngy (hoặc một tháng ,một năm vv ). Hơn nữa, khi ngời ta muốn nói rõ ngời ta nói tới sóng có ý nghĩa đối với sóng lớn nhất xẩy ra trong thơì tiết giông bão, ta dùng thuật ngữ sóng đỉnh (xem 4.4. Xử lý thống kê các số liệu quan sát v tính toán sóng).Chiều cao sóng lớn nhất l giá trị cực đại của chiều cao sóng có ý nghĩa trong một thời kỳ no đó, nó khác với định nghĩa của chiều cao sóng cao nhất (3) ý nghĩa của sóng nớc sâu tơng đơng Chiều cao sóng tại một nơi no đó ở hiện trờng đợc xác định bằng kết quả của các biến dạng do sóng vo chỗ cạn v vỡ ra, điều ny phụ thuộc vo chiều sâu nớc ở nơi đó v các biến dạng do nhiễu xạ v khúc xạ, điều ny phụ thuộc các điều kiện địa lý hai chiều ở nơi đó. Tuy nhiên, trong các thí nghiệm mô hình thuỷ lực về sự biến dạng hoặc vợt trn của sóng trong máng hai chiều hoặc trong phân tích hai chiều theo lý thuyết biến dạng sóng thì không xét đến các sự thay đổi địa hình hai chiều. Khi áp dụng các kết quả của thí nghiệm mô hình hai chiều hoặc một tính toán lý thuyết cho hiện trờng, cần kết hợp trớc các điều kiện đặc biệt của vị trí đang nghiên cứu, cụ thể l ảnh hởng của các sự thay đổi địa hình hai chiều (đặc biệt ảnh hởng của nhiễu xạ v khú c xạ) vo các sóng nớc sâu ở vị trí đang nghiên cứu, từ đó điều chỉnh các sóng nớc sâu thnh một dạng sao cho chúng tơng ứng với chiều cao sóng khởi điểm nớc sâu dùng cho thí nghiệm hoặc tính toán lý thuyết. Chiều cao sóng nớc sâu có đợc bằng cách hiệu chỉnh các ảnh hởng của nhiễu xạ v khúc xạ với các hệ số của chúng đợc gọi l chiều cao sóng www.Gia24.vn - II.33 - nớc sâu tơng đơng . Chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng ở vị trí sẽ tiến hnh thiết kế đợc xác định nh sau: H o = K d K r H o (4.1.1) Trong đó : K r : hệ số khúc xạ ở vị trí nghiên cứu (xem 4.5.2. Khúc xạ sóng) K d : hệ số nhiễu xạ ở vị trí nghiên cứu (xem 4.5.3. Nhiễu xạ sóng) 4.1.3. Tính chất của sóng > 1] Tính chất cơ bản của sóng Các tính chất cơ bản của sóng nh chiều di sóng v vận tốc có thể đợc xác định bằng lý thuyết sóng biên độ nhỏ. Tuy nhiên, chiều cao của sóng vỡ v chiều cao sóng leo phải đợc ớc tính trong khi xem xét ảnh hởng của biên độ hữu hạn. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ (1) Lý thuyết sóng biên độ nhỏ Các tính chất cơ bản của sóng đợc biểu thị thnh hm số của chiều cao sóng, chu kỳ v độ sâu nớc. Các đặc tính khác của sóng nớc nông có đợc bằng xấp xỉ bậc nhất của lý thuyết sóng biên độ nhỏ đợc liệt kê dới đây. Chú ý rằng , về toạ độ, chiều dơng của trục x đợc lấy theo chiều sóng đi tới, còn chiều dơng của trục z l chiều thẳng đứng đi lên với z = 0 tơng ứng với cao độ nớc tĩnh. Chiều sâu nớc h giả định l không đổi v các đặc tính của sóng đợc giả định l đồng đều theo phơng ngang (chiều y) (a) Độ dâng cao (chuyển dịch từ cao độ nớc tĩnh) (m) á ạ ã ă â Đ t T x L H tx SS K 22 sin 2 ),( (4.1.2) trong đó : K : độ dâng cao (m) H : chiều cao sóng (m) L : chiều di sóng (m) T : chu kỳ (s) (b) Chiều di sóng (m) L hgT L S S 2 tanh 2 2 (4.1.3) trong đó : h : chiều sâu nớc (m) ; g : gia tốc trọng trờng (m/s 2 ) (c) Vận tốc sóng (m/s) L hgL L hgT C S S S S 2 tanh 2 2 tanh 2 (4.1.4) (d) Vận tốc hạt nớc (m/s) www.Gia24.vn - II.34 - ắ ẵ á ạ ã ă â Đ á ạ ã ă â Đ t T x L L h L hz T H w t T x L L h L hz T H u SS S S S SS S S S 22 cos 2 sinh )(2 cosh 22 sin 2 sinh )(2 cosh (4.1.5) trong đó : u : thnh phần vận tốc hạt nớc theo phơng x (m/s) w : thnh phần vận tốc hạt nớc theo phơng z (m/s) (e) Gia tốc hạt nớc (m/s 2 ) ắ ẵ á ạ ã ă â Đ á ạ ã ă â Đ t T x L L h L hz T H dt dw t T x L L h L hz T H dt du SS S S S SS S S S 22 sin 2 sinh )(2 cosh 2 22 cos 2 sinh )(2 cosh 2 2 2 2 2 (4.1.6) Trong đó : dt du : thnh phần gia tốc hạt nớc theo phơng x (m/s 2 ) dt dw : thnh phần gia tốc hạt nớc theo phơng y (m/s 2 ) (f) áp lực trong nớc khi sóng tác động (N/m 2 ) gzt T x L L H L hz gHp oo U SS S S U á ạ ã ă â Đ 22 sin 2 cosh )(2 cosh 2 1 (4.1.7) trong đó : U o : dung trọng của nớc (1,01 ~1,05 . 10 3 kg/m 3 đối với nớc biển) (g) Năng lợng trung bình của sóng trên diện tích đơn vị của mặt nớc (J) 2 1 gH g EEE opk U (4.1.8) trong đó : E k v E p l các mật độ động năng v thế năng tơng ứng với E k =E p (h) Tỉ lệ trung bình của năng lợng đợc chuyển tải theo phơng chuyển động của sóng trong thời gian đơn vị v cho bề rộng đơn vị của sóng( N.m/m/s) www.Gia24.vn - II.35 - W = C G E = nCE (4.1.9) C G =nC (4.1.10) trong đó: C G :vận tốc nhóm của sóng (m/s) á á á á ạ ã ă ă ă ă â Đ L h L h n S S 4 sinh 4 1 2 1 (4.1.11) (2) Các đặc trng của sóng nớc sâu v chiều di sóng (a) Sóng nớc sâu Sóng trong nớc có chiều sâu lớn hơn một nửa chiều di sóng (h/L >1/2) đợc gọi l sóng nớc sâu. Các đặc trng khác nhau của sóng nớc sâu có thể có đợc từ các phơng trình của lý thuyết sóng biên độ nhỏ bằng cách đặt h/L o f. Chiều di sóng L o , vận tốc sóng C o v vận tốc nhóm C G đối với sóng nớc sâu từ đó trở thnh nh dời đây. Chú ý rằng đơn vị của chu kỳ T l giây (s) L o = 1,56T 2 (m), C o = 1,56T (m/s) (4.1.12) C c = 0,78T (m/s) = 1,52T (kt) = 2,81T (km/h) Nh đã biểu thị trong phơng trình (4.1.12)chiều di sóng, vận tốc sóng v vận tốc nhóm với sóng nớc sâu chỉ phụ thuộc vo chu kỳ v không phụ thuộc vo chiều sâu nớc (b) Chiều di sóng của sóng di Các sóng m chiều di sóng cực kỳ di so với chiều sâu nớc (h/L < 1/25) đợc gọi l sóng di. Các đặc tính khác của sóng di có thể có đợc từ các phơng trình của lý thuyết sóng biên độ nhỏ bằng cách lấy h/L cực nhỏ. Chiều di sóng, vận tốc sóng v vận tốc nhóm đối với sóng di do đó trở thnh nh sau: )/( )( smgHCC mgHTL o (4.1.13) (3) Xem xét ảnh hởng của biên độ hữu hạn Các phơng trình cho trọng (1) không phải luôn chính xác đối với các sóng nớc nông v do đó đôi lúc cần sử dụng các phơng trình đối với sóng biên độ hữu hạn. Khi tiến hnh tính toán theo các phơng trình sóng biên độ hữu hạn, ta phải tham khảo Sổ tay công thức thuỷ lực do Hội các kỹ s xây dựng Nhật Bản phát hnh. Số lợng các sai số trong tính toán nảy sinh từ việc sử dụng lý thuyết sóng biên độ nhỏ thay đổi tuỳ theo độ dốc của sóng H/L v tỷ lệ của chiều sâu nớc đối với chiều di sóng h/L. Tuy nhiên, sai số trong các thông số của sóng thờng không quá 20 ~ 30% trừ vận tốc nằm ngang của hạt nớc u. Một trong các ảnh hởng của biên độ hữu hạn của sóng xuất hiện ở cao độ đỉnh K c so với chiều cao sóng, tỉ số ny tăng khi chiều cao sóng tăng. Định nghĩa của chiều cao đỉnh K c đợc cho ở trên cùng Hình T.4.1.2. Hình ny đợc vẽ dựa trên các ghi chép mặt cắt ngang sóng ở hiện trờng. Nó cho thấy tỉ lệ của chiều cao đỉnh sóng cao nhất có đợc từ mỗi ghi chép quan sát so với chiều cao sóng cao nhất H max trong ghi chép đó nh một hm số của chiều cao sóng tơng đối H 1/3 /h. (4) Các loại lý thuyết sóng biên độ hữu hạn Lý thuyết sóng biên độ hữu hạn bao gồm lý thuyết sóng Stokes, lý thuyết sóng cnoidal v các lý thuyết khác. Trong lý thuyết thứ nhất, độ dốc sóng đợc giả định tơng đối thấp ,v hình dạng của sóng đợc biểu thị bằng một chuỗi các hm lợng giác. Một số các nh nghiên cứu đã kiến nghị một số lời giải www.Gia24.vn - II.36 - chuỗi gần đúng. Tuy nhiên trong lý thuyết ny độ hội tụ của các chuỗi trở thnh cực chậm khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều di sóng giảm. Điều đó có nghĩa lý thuyết không thể áp dụng khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều di sóng quá nhỏ. Mặt khác, lý thuyết sóng cnoidal có đợc l từ phơng pháp giãn nở nhiễu loạn với tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều di sóng đợc giả định l cực kỳ nhỏ, điều đó có nghĩa nó có giá trị khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều di sóng nhỏ. Tuy nhiên, sai số lại lớn lên khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều di sóng tăng lên. Ngoi hai lý thuyêt đó, còn lý thuyết sóng hypecbolic, trong đó một sóng cnoidal đợc xem gần đúng l một sự khai triển các hm hypecbolic v lý thuyết sóng đơn độc, nó l trờng hợp tiệm cận của lý thuyết sóng cnoidal khi chiều di sóng tiến tới vô cùng. Trừ lý thuyết sóng đơn độc, các phơng trình trong tất cả các lý thuyết sóng biên độ hữu hạn đều phức tạp có nghĩa l tính toán không dễ. Đặc biệt, với lý thuyết sóng cnoidal, các phơng trình có tích phân elip, lm cho việc sử dụng chúng rất bất tiện. Nếu phơng pháp chuỗi Dean đợc chấp nhận profile sóng v vận tốc hạt nớc có thể xác định đợc với độ chính xác cao ngay tại điểm m sóng vỡ. (5) áp dụng lý th uyết sóng biên độ hữu hạn vo thiết kế kết cấu. Các lý thuyết phi tuyến, trong đó bao gồm cả các lý thuyết sóng biên độ hữu hạn, đợc áp dụng cho hng loạt các công trình xây dựng bờ biển. Tuy nhiên vẫn còn một số lớn các điều cha biết, v do đó, trong trờng hợp thiết kế hiên nay, chúng chỉ đợc áp dụng cho một số lợng hạn chế lĩnh vực nh sẽ thảo luận dới đây. (a) Vận tốc nằm ngang cực đại của hạt nớc U max ở mỗi độ cao bên dới đỉnh sóng. Thông tin ny cực kỳ quan trọng trong việc đánh giá lực sóng lên một bộ phận kết cấu thẳng đứng. Các phơng trình từ lý thuyết sóng Stokes đợc sử dụng khi tỷ lệ chiều sâu nớc với chiều di sóng lớn, v các phơng trình từ lý thuyết sóng đơn độc đợc sử dụng khi tỷ lệ giữa chiều sâu nớc v chiêù di sóng nhỏ. Một tính toán gần đúng có thể thực hiện đợc bằng cách sử dụng phơng trình kinh nghiệm sau đây: >@ >@ Lh Lhz h hz h H T H zu /)2(sinh /))(2(cosh 1)( 32/1 max S S D S á ạ ã ă â Đ á ạ ã ă â Đ ( 4.1.14 ) trong đó hệ số D đợc cho trong Bảng T.4.1.2 Bảng T.4.1.2 Hệ số D để tính vận tốc nằm ngang cực đại của hạt nớc h/L D h/L D 0,03 0,05 0,07 0,10 0,14 1,5 1,50 1,43 1,25 0,97 0,2 0.3 0.5 0.7 0.68 0.49 0.25 0.27 Độ lệch tiêu chuẩn Số điểm dữ li ệ u Trung bình Hình T-4.1.2. Quan hệ giữa chiều cao cực đại của đỉnh sóng (K c ) max /H max v chiều cao sóng tơng đối H 1/3 /h www.Gia24.vn - II.37 - (b) Sóng vo cạn Sóng vo cạn xẩy ra khi chiều sâu nớc giảm, có thể tính đợc bằng cách sử dụng một lý thuyết sóng di bao gồm các số hạng phi tuyến. Một cách khác, có thể áp dụng lý thuyết song cnoidal hoặc lý thuyết sóng Hypecbolic cho hiện tợng ny (xem 4.5.5. Sóng vo cạn) (c) Sự dâng lên v hạ xuống của mực nớc trung bình Mực nớc trung bình hạ xuống dần dần khi sóng tiến vo điểm bị phá vỡ v sau đó dâng lên bên trong vùng vỡ cho tới bờ, có thể tính đợc từ lý thuyết giao thoa phi tuyến giữa các sóng v dòng chảy. Phải xét đến sự thay đổi mức nớc trung bình ny để tính toán sự thay đổi chiều cao sóng do sóng bị phá vỡ ngẫu nhiên (xem 4.5.6. Sóng vỡ) (d) Khoảng lọt khí của các cấu kết ngoi khơi Khi xác định các khoảng lọt khí của các cấu kết ngoi khơi bên trên mực nớc tĩnh, nên xét đến độ tăng tơng đối trong các chiều cao đỉnh sóng do ảnh hởng của biên độ hữu hạn nh đã trình by trong Hình T.4.1.2 > 2 @ Các tính chất thống kê của sóng Trong thiết kế công trình cảng v bến, cần xem xét các tính chất thống kê của sóng liên quan đén chiều cao v chu kỳ sóng v nên sử dụng sự phân bố Rayleigh đối với chiều cao sóng của một nhóm sóng nớc sâu không đều. > Chú giải @ Giả thuyết đằng sau phân bố Rayleigh l một tiền đề rằng năng lợng sóng đợc tập trung trong một dải cực kỳ hẹp xung quanh một tần số no đó. Do đó các vấn đề còn tồn tại khi áp dụng chúng vo các sóng đại dơng có dải tần số rộng. Tuy nhiên, đã chỉ ra rằng chừng no m các sóng còn đợc xác định bằng phơng pháp qua 0, có thể vẫn áp dụng đợc phân bố Rayleigh cho các sóng đại dơng nh một giải pháp gần đúng có thể chấp nhận đợc. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ (1) Biểu thức của phân bố Rayleigh Phân bố Rayleigh đợc cho bởi phơng trình sau: ắ ẵ đ á ạ ã ă â Đ 2 4 exp 2 )/( H H H H HHp SS (4.1.15) trong đó : )/( HHp : hm số mật độ xác suất của chiều cao sóng H : chiều cao sóng trung bình (m) Theo phân bố Rayleigh, chiều cao sóng một phần mời cao nhất H 1/10 , chiều cao sóng có ý nghĩa H 1/3 , v chiều cao sóng trung bình H có liên quan giữa chúng với nhau theo các phơng trình sau : H 1/10 =1,27 H 1/3 H 1/3 =1,60 H (4.1.16) Trung bình, các quan hệ ny thoả mãn tốt với các kết quả quan sát sóng tại chỗ. Chiều cao sóng cao nhất H max khó xác định chính xác nh sẽ đợc thảo luận trong (2) dới đây, nhng nói chung nó có thể đợc quyết định nh trong quan hệ sau: H max = (1,6 ~ 2,0) H 1/3 (4.1.17) Các chu kỳ liên quan với nhau nh sau: www.Gia24.vn [...]... dùng để xác định các điều kiện sóng noớc sâu để nghiên cứu ổn định của các kết cấu công trình cảng vw bến v.v , có xem xét nghiêm túc đến các chức năng của các công trình cảng vw bến vw các đặc trong của kết cấu >Chú giải@ (1) Đối với các dữ liệu đo đạc thực tế, nên có thời gian đo đạc toơng đối dwi (10 năm hoặc hơn) tuy nhiên, khi thiếu các số liệu đo đạc thực tế nho vậy, phải sử dụng các giá trị đã... bằng việc sử dụng phoơng trình (4. 1.27) Do đó Goda đã kiến nghị dạng phổ tiêu chuẩn sau đây, với dạng nwy chu kỳ sóng có ý nghĩa của sóng đoợc tạo ra không lệch với chu kỳ sóng có ý nghĩa mục tiêu 2 4 S(f) = 0,205 H1 /3 T1 /3 f 5 exp>-0,75 (T1/3f) 4 @ (4. 1.28) Tần số đỉnh của phoơng trình (4. 1.28) thấp hơn khoảng 8% so với tần số đỉnh của phoơng trình (4. 1.23), mật độ phổ ở đỉnh cao hơn khoảng 18%,... bình có đoợc từ các hình dạng sóng có xu hoớng lớn hơn khoảng 20% so với giá trị tính đoợc từ các mômen của phổ Độ lệch khỏi lý thuyết Rice đoợc cho lw đã đoợc gây ra bởi sự có mặt của các thwnh phần phi tuyến cấp hai trong phạm vi tấn số cao của phổ (6) Phổ cho sóng chu kỳ dwi Việc giải thích trên đây lw đối với sóng do gió vw thwnh phần noớc dâng có chu kỳ toơng đối ngắn Với các thwnh phần sóng chu... Hwm số biểu thị trong các phoơng trình sau đây có thể sử dụng cho S(f) vw G(f,T) Phổ tần số của phoơng trình (4. 1.23) đoợc gọi lw phổ Bretschneider Mitsuyasu, còn phoơng trình (4. 1. 24) đoợc gọi lw hwm lan truyền loại Mitsuyasu: S(f) = 0,257 H 21/3 T -41 /3 g- -5 exp >-1.03(T1/3f) -4@ (4. 1.23) G(f,T) = Go cos2s T/2 (4. 1. 24) trong đó: Go : lw một hằng số tỷ lệ thoả mãn điều kiên chuẩn hoá sau đây: T max... www.Gia 24. vn Smax sau khi các sóng đã bị khúc xạ tại một bờ biển có các đoờng đồng mức sâu thẳng vw song song Trong hình, (Dp)o lw góc tới của hoớng sóng chính ở ranh giới noớc sâu, nghĩa lw góc giữa hoớng sóng chính vw đoờng vuông góc với đoờng đồng mức HìnhT .4. 1 .4 Đồ thị cho các giá trị oớc tính của Smax tuỳ theo độ dốc sóng HìnhT .4. 1.5 Đồ thị cho sự thay đổi của Smax do khúc xạ - II .40 - www.Gia 24. vn (4) ... vw các vấn đề khác, nên lấy một giá trị bằng 20 hoặc hơn lw thích hợp Hình T .4. 1 .4 cho một đồ thị các giá trị gần đúng của Smax tuỳ theo độ dốc của sóng Xét đoán qua giá trị của độ dốc sóng, có thể thấy rằng Smax . để xác định các điều kiện sóng nớc sâu để nghiên cứu ổn định của các kết cấu công trình cảng v bến v.v , có xem xét nghiêm túc đến các chức năng của các công trình cảng v bến v các đặc trng. nhóm đối với sóng di do đó trở thnh nh sau: )/( )( smgHCC mgHTL o (4. 1.13) (3) Xem xét ảnh hởng của biên độ hữu hạn Các phơng trình cho trọng (1) không phải luôn chính xác đối với các. dụng các phơng trình đối với sóng biên độ hữu hạn. Khi tiến hnh tính toán theo các phơng trình sóng biên độ hữu hạn, ta phải tham khảo Sổ tay công thức thuỷ lực do Hội các kỹ s xây dựng Nhật Bản