چکیده
موج‌شکن‌ها، سازه‌هایی در دریا هستند که برای مقابله با موج‌های دریا و ایجاد آبی ساکن ایجاد می‌شوند، زیرا موج‌های بزرگ برای سازه‌های کنار ساحل و کشتی‌ها ساکن خطر‌آفرین هستند. پارامترهای مهم طراحی موج‌شکن نیروی وارده بر سازه می‌باشند که فرمول‌های متنوعی برای محاسبه این نیرو ارائه گردیه است. در این مقاله سعی شده است تا ضمن ارائه فرمول‌های متنوع برای این نیرو، توضیحی درباره آیین‌نامه ژاپن که یکی از معتبرترین آیین‌نامه‌ها در زمینه سازه‌های دریایی میباشد، ارائه شود. این آیین‌نامه بر اساس فرمول‌های جدید و به روز و با فرض شکست موج در حمل موج‌شکن میباشد.
مقدمه
موج‌شکن‌های کیسونی ترکیبی، سازه‌های قائمی هستند که بر روی پی‌های سکویی خرده سنگی بنا می‌شوند. ساختار سکوی خرده‌سنگی به صورتی است که برای مقابله با موج‌های شدید، ابتدا از لایه‌ای متشکل از سنگ‌های بزرگو به نام آرمور تشکیل یافته است. این لایه بر روی خرده‌سنگ‌ها می‌نشیند. بدنه اصلی موج‌شکن کیسونی خرده‌سنگی، از خانه‌هایی توخالی که از آب پر می‌شوند، تشکیل شده است که از دیوار‌هایی داخلی و خارجی و دال‌های تخت بتنی مسلح میباشد. معمولاً برای حفاظت از پای موج‌شکن از بلوک‌های حفاظتی استفاده می‌کنند.
معیارهای انتخاب نوع موج‌شکن
پارامترهای زیادی در انتخاب نوع موج‌شکن موثرند که مهمترین آنها عبارتند از:
1. در دسترس بودن مصالح لازم برای ساخت؛
2. شرایط محل اجرا؛
3. شرایط کاربرد و استفاده؛
4. شرایط ساخت؛
5. مدت زمان لازم برای ساخت؛
6. هزینه؛
7. نگهداری؛
8. مقدار پارامترهای طراحی.
با لحاظ تمامی فاکتورهای یاد شده می‌توان نوع موج‌شکن را انتخاب نمود. مثلاً در صورتی که مصالح مورد نیاز خوبی برای موج‌شکن تمام خرده‌سنگی در دسترس نباشد، ناچار به استفاده از انواع دیگر موج‌شکن هستیم و یا چنانچه عمق موج‌شکن زیاد باشد، نمی‌توان از موج‌شکن‌های شناور استفاده نمود. هرچند این موج‌شکن‌ها برای اعماق زیاد آب توصیه می‌شوند. چند نوع موج‌شکن در شکل‌های 1.2.3 نشان داده شده است.
شکل 1: موج‌شکن قائم کیسونی یکپارچه بدون سکوی خرده سنگی
شکل 2: موج‌شکن قائم بلوک بدون سکوی خرده سنگی
شکل 3: موج‌شکن قائم کیسون یکپارچه ترکیبی همراه با سکوی خرده سنگی
پارامترهای طراحی لازم
در طراحی قسمت‌های مختلف موج‌شکن احتیاج به پارامترهای متنوعی داریم، مثلاً برای طراحی پی نیاز به مشخصات بستر خاک محل احداث موج‌شکن شامل C ضریب چسبندگی خاک، زاویه اصطکاک داخلی خاک و E ضریب الاستیسیته خاک میباشد. همچنین نیاز به پارامترهای مربوط به دریا مانند عمق آب، عمق موج طراحی (HS) که در طراحی برابر با (متوسط عمق یک سوم بزرگترین موج‌ها) درنظر می‌گیریم و پارامترها مختلف مربوط به تراز آب نیز لازم است. پارامترهای دیگر موردنیاز برای طراحی نمودن مشخصات مصالح موج‌شکن میباشد، مثلاً در موج‌شکن ترکیبی خواص بتن شامل وزن مخصوص، نوع مقاومت فشاری، خواص فولاد شامل جنس و تنش تسلیم و مشخصات مصالح خرده سنگی و سنگ‌های آرمور نیز لازم میباشد.
محاسبه نیروی موج برای موج‌شکن ترکیبی
مهمترین ضابطه برای طراحی موج‌شکن ترکیبی روابط نیروی موج آن توزیع این نیرو بر روی موج‌شکن میباشد که در سال‌های مختلف روابط مختلفی پیشنهاد گردیده است. اصول این فرمول‌ها بر این اساس است که هنگامی که موج به دیواره موج‌شکن برخورد می‌کند، ناگهان متوقف می‌نماید و سپس انرژی موج بوسیله حرکات عمودی آب در بر دیوار، بازتاب و یا تبدیل می‌شود. اگر فرض کنیم که موج در هنگام برخورد شکست نمی‌کند، در این صورت جزء بالارونده انرژی موج تا دو برابر ارتفاع موج به سمت تاج موج‌شکن بلند می‌شود و جزء پایین رونده که دارای سرعت بسیار بالایی است، در پای دیوار به صورت افقی از دیوار با نصف ارتفاع موجو دور می‌شود که سبب ایجاد فرسایش و شستگی می‌شود. فرمول‌ها زیادی حاصل از مطالعات آزمایشگاهی و تحلیل ارائه شده هرچند اکثراً بر اساس موج‌هایی منظم و تکی دارای ارتفاع و دوره زمانی ثابت می‌باشند. این فرمول‌ها اساساً بر دو فرض شکست و یا عدم شکست موج ساده‌ترند، ولیکن نسبت به روابطی که با فرض شکست موج ارائه شده‌اند، از واقعیت دورتر می‌باشند.
روابطی که بر پایه عدم شکست موج می‌باشند
الف) تئوری موج‌های خطی
در این تئوری اولاً فرض شده است که موج‌ها به صورت ایستاده هستند، ثانیاً بازتاب نهای را در صورتی درنظر گرفته است که تاج آب گردش کننده در ارتفاع 2H قرار بگیرد.
K ضریبی است که از روابط شکست موج بدست می‌آید.
بزرگی این نیروی دینامیکی از رابطه روبرو بدست می‌آید:
و بنابراین در پایین که (z=-h) داریم:
که در این فرمول وزن مخصوص آب، ارتفاع موج و h عمق آب در پای موج‌شکن است و Z ارتفاعی است که در آن ارتفاع فشار را می‌خواهیم.
ب) فرمول ساین فلو (1981)
این تئوری بر این اساس است که موج‌های به صورت ایستاده هستند و همچنین موج‌ها دچار شکست نمی‌شوند، یعنی نیروها هیدراستاتیکی هستند.
بر این اساس، توزیع فشار وقتی که تاج موج برخورد می‌کند، به صورت است که در سطح آزاد اب (Zo=0) فشار صفر است (P=0) و در پایین (Zo=-h) و فشار از این رابطه بدست می‌آید:
آزمایشات نشان داده است که نیروی موج ساین فلو هنگامی که سطح آب در پایین‌ترین حد خود باشد و شرایط طوفانی باشد، نیرو دست کم میباشد، چنانچه به عنوان موج طراحی درنظر گرفته شده باشد.
که H عمق موج، h عمق آب در پای موج‌شکن، وزن مخصوص آب و Z ارتفاعی است که در آن ارتفاع فشار را می‌خواهیم.
ج) فرمول میچ راندگون (1958-1944) اصلاح رابطه ساین فلو
در این رابطه اولاٌ موج ایستاده درنظر گرفته شده است. ثانیاً فرض شده است که موج‌ها نمی‌شکنند. همچنین از اصل دوم موج استفاده کرده است. این رابطه که اصلاح ساین منو است، توزیع فشار زیر سطح آب را با عمق رابطه‌ای خطی فرض نموده است.
فرض می‌شود که موج بازگشتی، باعث بالا آمدن آب در دیوار قائم به اندازه ho می‌شود که ho از رابطه روبرو بدست می‌آید:
در صورتی که L طول موج، H ارتفاع موج، k ضریب بازتاب موج و h عمق آی در پای موج‌شکن میباشد. در این رابطه افزایش در فشار موج نسبت به موج ایستاده به صورت روبرو می‌شود:
وقتی x ضریب بازتاب موج باشد که برا دیوار قائم با بازتاب نهایی برابر با 0/1 است. اگر R نیروی نهایی و M ممان نهایی باشد، داریم:
1. قله موج (با اندیس e):
2. بین دو قله موج (با اندیس i):
فرمول‌هایی که شکت موج درنظر گرفته شده
هنگامی که موج بر سازه برخورد می‌کند، با ارتفاع بالات و دوره زمانی کوتاهتر خارج می‌شود و فشار دینامیکی نزدیک محلی که قله موج برخورد می‌کند، عمل می‌کند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 22 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله طراحی موج‌شکن‌های کیسونی ترکیبی