نشریه شماره ۶۳۱
نشریه شماره ۶۳۱ در رابطه با شرایط طراحی سازههای ساحلی است. این شرایط به دلیل تاثیر زیادی که بر ایمنی، عملکرد و هزینه ساخت تاسیسات دارد، باید به دقت تهیه شوند. شرایط طراحی تاثیر زیادی بر تاسیسات بندری و بندرگاهی دارند و عموماً بر اساس نتایج حاصل از بررسیهای میدانی و آزمایشها تعیین میشوند. بنابراین این شرایط باید به طور دقیق و مبتنی بر درکی کامل از روشها و نتایج این گونه بررسیها و آزمایشها، تدوین شوند. در مورد سازههای موقت، شرایط طراحی را میتوان با توجه به عمر بهرهبرداری سازه نیز تعیین نمود.
شرایط طراحی سازههای ساحلی
در طراحی تاسیسات بندری و بندرگاهی، شرایط طراحی باید از بین موارد فهرست شده زیر و با در نظر گرفتن عوامل طبیعی، شرایط ساخت و بهرهبرداری، مشخصات مصالح، اثرات زیست محیطی و ملزومات اجتماعی برای تاسیسات انتخاب شود.
- ابعاد کشتی
- نیروهای خارجی ایجاد شده به وسیله کشتیها
- بادها و فشار باد
- موجها و نیروی موج
- جزرومد و ترازهای فوق العاده دریا
- جریانها و نیروی جریان
- نیروهای خارجی موثر بر سازههای شناور و حرکت آنها
- هیدرولیک مصب رودخانه و رانه ساحلی
- خاک بستر
- زلزله و نیروهای لرزهای
روش تعیین امواج مورد استفاده در طراحی
امواجی که مشخصات آنها در تعیین پایداری تاسیسات حفاظتی لنگرگاه و دیگر تاسیسات لنگرگاه و بندر، و همچنین بررسی درجه آرامش کانالهای ناوبری و حوضچهها مورد استفاده قرار میگیرند، از اندازهگیری امواج واقعی یا پیشیابی امواج تعیین میشوند. خصوصیات امواج با انجام پردازشهای آماری لازم و تحلیل انتقال امواج بر اثر توپوگرافی بستر و سایر عوامل به دست میآیند. مرسوم است که پیش بینی با شیوهای مبتنی بر رابطهای مناسب که نشاندهنده رابطه سرعت باد و طیف موج یا پارامترهای موج مشخصه باشد، انجام پذیرد.
اندازه و شکل سازهای تاسیسات به کمک عواملی نظیر ارتفاع و دوره تناوب امواج موثر بر آنها تعیین میشوند. از این رو تعیین امواج عادی یعنی شرایط موجی که برای طراحی استفاده میشود باید با دقت انجام گیرد. تعیین شرایط امواج باید برای امواجی که در شرایط عادی رخ میدهند؛ این امواج در تخمین آرامش لنگرگاه یا نرخ خالص فعالیتهای تخلیه و بارگیری کالاها مورد یعنی امواجی که در شرایط طوفانی روی میدهند. این امواج به هنگام تخمین نیروی امواج موثر بر امواج طوفانی نیاز هستند و سازهها به کار میآیند به صورت جداگانه انجام شود.
تراز آب طراحی
تراز آب مورد استفاده در طراحی سازهای و تحلیل پایداری تاسیسات بندر و لنگرگاه باید بر اساس مقادیر اندازهگیری شده یا مقادیر پیش بینی شده کشندهای نجومی، کشندهای هوا شناختی و همچنین ترازهای آب غیرعادی ناشی از سونامی و دیگر عوامل تعیین شود. با این حال، در مورد تاسیسات بندر و لنگرگاه که در دریاچهها یا رودخانهها قرار دارند و در معرض اثرات کشندی قابل ملاحظهای نیستند، تراز آب طراحی را باید بر اساس ترازهای آب ثبت شده یا موارد مشابه تعیین کرد. به عنوان یک قانون کلی، تراز آبی که بیشترین خطر را برای ایمنی سازه موردنظر ایجاد میکند، به عنوان تراز آب طراحی درنظر گرفته میشود.
کشند نجومی
پارامترهای کشند نجومی زیر باید مورد توجه قرار گیرند. تراز مبنای کشند، تراز متوسط آب، تراز میانگین مد ماهیانه، و تراز میانگین جزر ماهیانه. به عنوان یک قانون کلی، این پارامترها باید با توجه به دادههای مشاهداتی مربوط به یک بازه زمانی یکساله یا بیشتر، تعیین شوند.
سونامی
پارامترهای سونامی که باید درنظر گرفته شوند عبارت است از: بیشترین تراز آب، کمترین تراز آب، تغییرات تراز آب (بالاآمدگی تراز آب بالاتر از کشند نجومی توسط سونامی)، ارتفاع موج سونامی و پریود سونامی. این پارامترها را باید با استفاده از یک روش مناسب با مراجعه به دادههای اندازهگیری شده (با دوره آماری تا حدممکن طولانی) و ارتفاع بالاروی سونامیهای مختلف حین رویدادهای گذشته، تعیین کرد.
سونامی امواجی با پریود بسیار بزرگ است که عمدتا به دلیل پایین افتادن و یا بالا آمدن بستر دریا به دلیل وقوع زلزله ایجاد میشود. ارتفاع موج سونامی با نزدیک شدن آن به سمت ساحل، به دلیل پدیده خزش و اثر تمرکز توپوگرافی بستر دریا به سرعت افزایش مییابد که به معنای وارد آوردن صدمات چشمگیر به نواحی ساحلی است. ضرورت دارد احتمال صدمات سیلابی شدن ناشی از سرریز جریان از روی بند ساحلی محافظ در برابر سونامی و همچنین احتمالات از دست دادن شناورهای کوچکی که درون لنگرگاه بوده و توسط جریانهای قوی سونامی جابهجا شدهاند، آبشستگی بستر دریا در محل دهانه موجشکنها، و لغزش یا واژگونی موجشکنها مورد بررسی قرار گیرند.
جریانها و نیروهای جریان
پارامترهای مربوط به جریان که باید در طراحی تاسیسات بنادر و لنگرگاهها مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از سرعت و جهت. در این زمینه باید بدترین شرایط بر اساس اندازهگیریهای میدانی درموقعیت اجرای تاسیسات موردنظر یا شبیه سازی عددی تعیین شوند. در مورد نیروی جریان، باید بسته به نوع تاسیسات موردنظر و شکل سازهای، نیروهای پسا و برآمورد بررسی قرار گیرد.
در مورد سازههایی که تحت اثر جریانهای قوی همچون جریانهای کشندی (جزرومدی) یا جریان رودخانهای قرار دارند، ضرورت دارد بررسیهایی درارتباط با نیروهای ناشی از جریانهایی با بیشترین سرعت از بحرانیترین جهت انجام شود و شاید لازم باشد بسته به نوع سازهها یا اعضای آنها، توزیع عمودی سرعت جریان نیز درنظر گرفته شود. هنگامیکه امواج نیز همزمان با جریان وجود داشته باشد، ضرورت دارد سرعت جریان و جهت آن با توجه به وجود همزمان آنها به دست آید. انواع جریانهای دریایی شامل جریانهای اقیانوسی، جریانهای کشندی (جزرومدی)، و جریانهای ناشی از باد است که در نکات فنی زیر آورده شده است. همچنین باید از جریان چگالی که به واسطه اختلاف چگالی ناشی از شوری یا دمای آب به وجود میآید، نام برد. علاوه بر این، در ناحیه ساحلی جریانهای موازی ساحل (کرانهای) و جریانهای بازگشتی ناشی از امواج وجود دارد.
نیروهای وارد بر جسم شناور
هنگام طراحی یک جسم شناور و تاسیسات مرتبط با آن باید به حرکات ناشی از نیروهای خارجی که به واسطه بادها، جریانها، امواج و همچنین نیروی مهاربندی درجسم شناور ایجاد میشوند، توجه نمود. درحالت کلی، جسم شناور به سازهای گفته میشود که در سطح آب، به صورت شناور بوده و حرکات آن درحین کاربری در محدوده ویژهای، مجاز است. هنگام طراحی یک جسم شناور، ضرورت دارد که کارکردهای مورد انتظار از آن و همچنین ایمنی آن مورد بررسی قرار گیرد. این درحالی است که عموما شرایط طراحی هنگام برآورد کارکردهای آن، با شرایط طراحی هنگام ارزیابی ایمنی آن، متفاوت است.
رانه ساحلی
وقتی تاسیسات بندر و لنگرگاه تحت تاثیر پدیده رانه ساحلی باشند، مقادیر مشخصات رانه ساحلی باید به نحو مناسبی در مورد اندازه ذرات رسوب، محدوده عمق حرکت رسوبات، نرخ انتقال رسوب موازی ساحل و امتداد غالب حرکت موازی ساحل مشخص شود.
منظور از رانه ساحلی، یا پدیدهای است که به موجب آن رسوبات تشکیل دهنده ساحل دریا و یا دریاچه در اثر نیرویی مانند موج یا جریان انتقال مییابد و یا منظور مصالحی است که توسط فرآیند مذکور منتقل میشود.
رانه ساحلی دارای ماسههای باد آورده یعنی ماسهای که در سواحل توسط باد جابهجا شده است است. رسوبات تشکیل دهنده ساحل از رودخانههای مجاور، صخرههای ساحلی و خط ساحلی مجاور تامین میشود. رسوبات، طی مراحل رسیدن به ساحل یا بعد از تجمیع در ساحل، درمعرض اثرات موج یا جریان قرار میگیرد و به همین دلیل رسوبات از خود مشخصاتی نشان میدهند که بازتاب مشخصات نیروهای خارجی نظیر موج و جریان است. این اثرات، عمل دسته بندی رسوبات توسط نیروهای خارجی نامیده میشوند.
روش تعیین شرایط ژئوتکنیکی
شرایط ژئوتکنیکی برای ساخت، شامل عمق لایه باربر، ضخامت لایههای نرم، وضعیت چگالی، خواص برشی، مشخصات تغییرشکل، مشخصات تحکیم، نفوذپذیری، تراز آب زیرزمینی (تراز آب باقیمانده) و … است.
مشخصات ژئوتکنیکی خاک بستر بشدت با تحکیم خاک در زمان یا تغییر فشار بارگذاری، تغییر میکند و بنابراین وقتی از اطلاعات قدیمی محل موردنظر استفاده میشود، تایید عدد متغییر شرایط زمین ناشی از تغییرات فشار بارگذاری یا درجه تحکیم، اهمیت دارد. موقعیت، فواصل و عمق شناسایی خاک باید با توجه به اندازه سازه، توزیع تنش در خاک بستر در اثر وزن سازه و یکنواختی شرایط خاک بستر تعیین گردد. تعیین تعداد نقاط شناسایی یا عمق آنها به دلیل اینکه به هزینه ساخت و اهمیت سازه بستگی دارند، از قبل مشکل است و یکنواختی خاک بستر مهمترین عامل برای تعیین تعداد نقاط شناسایی است.
طراحی لرزهای سازههای ساحلی
برای طراحی لرزهای تاسیسات بندر و لنگرگاه، زلزلهای با دوره بازگشت ۷۵ سال به عنوان زلزله سطح ۱ تعیین میگردد. حرکت زلزله ناشی از زلزلههای بین صفحهای یا زلزلههای صفحهای نزدیک سواحل، به عنوان زلزله سطح ۲ باید مورد استفاده قرار گیرد که دوره بازگشت این زلزله چند صد سال و یا بیشتر است.
سازههای با مقاومت لرزهای بالا همانند اسکله دیواری با مقاومت لرزهای بالا، به سازهها و تاسیساتی اطلاق میگردد که حفظ عملکرد آنها پس از وقوع زلزله به منظور بارگیری و تخلیه کالاهای ضروری و فوری به جهت ابقا فعالیتهای اجتماعی و اقتصادی منطقه از جایگاه حیاتی برخوردار است. ضمنا اینگونه سازهها به پناهگاههای مناطقی از ساحل که در پناهدادن به مردم بیخانمان و بدون از دست دادن » نجات مصدومان ناشی از وقوع زلزله نیز نقش عمدهای ایفا میکنند، اطلاق میگردد. منظور از اصطلاح این « بازگشتن به عملکرد مورد انتظار » این است که کوچکترین خللی در پایداری اولیه سازه رخ ندهد. ضمنا منظور از « عملکرد است که از یک سو در صورت بروز هرگونه آسیب به سازهها و تاسیسات بندری، مقدار آن اندک باشد و از سوی دیگر با سرعت و در کوتاهترین زمان ممکن آسیب مربوطه بازیابی گردد.
فهرست مطالب نشریه شماره ۶۳۱
نشریه شماره ۶۳۱ مشتمل بر شانزده فصل و ۴۰۴ صفحه است. برخی از سرفصل های این نشریه به شرح زیر است.
امواج
- روش تعیین شرایط موج مورد استفاده در طراحی
- پیش بینی موج
- فرآیند آماری دادههای مشاهداتی و پیش بینی شده موج
- انتقال امواج
- بالاروی، روگذری و انتقال موج
- خیزآب موج و نوسان خیزاب
- امواج با دوره تناوب بلند و نوسان آزاد
- امواج کشتی
نیروی موج
- نیروی موج وارد بر دیواره دائم
- جرم سنگهای آرمور و بلوکهای بتنی
- نیروهای موج وارد بر اعضای استوانهای و سازههای منفرد حجیم
- نیروی موج وارد بر سازه نزدیک تراز آب ساکن
کشندها و ترازهای غیرعادی آب
- تراز آب طراحی
- کشند نجومی
- برکشند طوفان
- سونامی
- نوسان آزاد
- تراز آب زیرزمینی و تراوش
جریانها و نیروی جریان
- نیروهای وارد بر سازهها و اعضای مستغرق
- وزن سنگهای آرمور و بلوکهای بتنی مورد نیاز در برابر جریان
نیروهای خارجی وارد بر جسم شناور و حرکات آن
- نیروهای خارجی وارد بر جسم شناور
- حرکات جسم شناور و نیروی مهاربندی
رانه ساحلی
- آب شستگی اطراف سازهها
- پیشبینی تغییر شکل ساحل
خاک بستر
- روش تعیین شرایط ژئوتکنیکی
- مشخصات فیزیکی خاکها
- مشخصات مکانیکی خاکها
- زاویه اصطکاک داخلی توسط عدد N
- مشخصات دینامیکی خاکها
زلزله و نیروهای لرزهای
- مقاومت لرزهای تاسیسات بندر و لنگرگاه در طراحی
- روش ضریب زلزله
- ضریب زلزله طراحی
- تحلیل پاسخ لرزهای
- روش تغییرشکل لرزهای
روانگرایی
- پیشبینی روانگرایی
- مقابله با روانگرایی
فشار خاک و فشار آب
- فشار خاک
- فشار خاک تحت شرایط عادی
- فشار خاک در هنگام زلزله
- فشار آب
بارها
- وزن مرده و سربار
- بار ایستا
- بار زنده