Aleksandra Wawrzyńska Akademia Morska w Gdyni Waldemar Magda
Politechnika Gdańska
REDUKCJA OBCIĄŻEŃ ŚCIAN FALOCHRONÓW
PIONOWOŚCIENNYCH PRZY ZASTOSOWANIU
ŚCIAN AŻUROWYCH I KOMÓR WYGASZAJĄCYCH
Jednym z decydujących czynników mających wpływ na wybór rodzaju konstrukcji falochronów mor-skich jest uzyskanie maksymalnej możliwej redukcji obciążeń od falowania morskiego. Praca poświę-cona jest rozwiązaniom konstrukcyjnym skrzyń żelbetowych, w których zastosowano pionową ścianę ażurową oraz otwartą komorę wygaszającą. Przedstawiono charakterystykę konstrukcji oraz analizę porównawczą z pełnymi pionowościennymi skrzyniami żelbetowymi.
Słowa kluczowe: falochrony pionowościenne, falochrony ażurowe, konstrukcje hydrotechniczne, falowanie morskie.
WSTĘP
Poszukiwanie optymalnych rozwiązań w projektowaniu falochronów porto-wo-morskich stanowi ciągłe wyzwanie dla projektantów w dziedzinie hydrotechni-ki portowo-morshydrotechni-kiej. W przypadku falochronów morshydrotechni-kich jednym z decydujących czynników, mających wpływ na wybór rodzaju konstrukcji, jest uzyskanie maksy-malnej możliwej redukcji obciążeń od falowania morskiego. W pracy [11] przed-stawiono modyfikacje grawitacyjnych falochronów pionowościennych, których zastosowanie przyczynia się do zmniejszenia oddziaływania ze strony falowania morskiego. Są to rozwiązania, które poza zmianą geometrii ściany odmorskiej, nie zmieniają kształtu samej konstrukcji, pozostawiając ją nadal w całości w postaci żelbetowego monolitu. Niniejsza praca poświęcona jest rozwiązaniom konstruk-cyjnym skrzyń żelbetowych, w których zastosowano pionową ścianę ażurową oraz otwartą komorę wygaszającą.
A. W 1 ści tal w po prz jed no otw we z a wy ca któ ka Źró Sou sza wy en wn Wawr . SC P iany lny por owst zezn dnak ości wart Ry ego ażur ygas łej k óra anałe ódło: urce: F ając ym z nergi nątrz rzyńsk CHE Z A Pomy y ażu falo rcie ało nacz k dz całe tym ysun z ka rowe szają kons z k em f oprac Fig. elabo Faloc cymi zada ii m z ko ka, W. EMA AŻUR ysło urow ochro Tak w p zone zięki ej k mor nek anał ej śc ącej. struk olei falow cowan 1. T orated chro i (z anie a m omor . Magd AT K ROW daw wej on a kama porci głó i duż onst rzu. 1 p łem ciany . Z kcji. prz wym Ry nie wł The c d on th ony z ang m je miejsc ry w da, Re KON WĄ wcą oraz ażur atsu, ie K ówni żej z trukc przed rozp y, p nią Po zeciw m słu ys. 1 z o łasne cross he ba ze ś . wa est w ce, g wyga edukcj NSTR ŚC kon z ko owy , pie Kobe ie do zdol cji z dstaw pras przez połą od ka wdz uży j . Prz odmo na po s-sec asis of ścian ave-d wyg gdy aszaj cja obc RUK IAN nstru mor y, w erws e w o sto lnoś z cz wia szają z któ ączo anałe iała jako zekró orską odstaw ction f [11] ną a dissi gasza jest jącej ciążeń KCY NĄ O ukcji ry w wedłu sze z 197 osow ci p zasem sch ącym órą p ona j em f sile o dod ój po ą ści wie [1 of th ]. żuro ipat anie t du j, co ń ścian JNY ODM fal wyga ug t zaś n 1 ro wani poch m z hema m. W prze jest falow e wy datk oprze aną 11]. he pe ową ing ene ża r o ozn n faloc Y FA MO loch aszaj ego nabr oku a w łani zaczę at an W pr edos żelb wym ypor kowe eczny ażur erfor byw upri ergii różn nacz chron ALO RSK ronu jącej pom rzeż [6]. zato ania ęto naliz rzek staje beto m zn ru, n e wz y falo rową rated wają ight i po ica p za si ów pi CHR KĄ I u pi j jes mysł e z Poc okac a ene stos zow kroju się owa najdu nato zmoc ochr ą i ko d wal ą tak bre dcho pozi lną z ionow RON KO iono st Ja łu, z perf czątk ch i ergi sowa wanej u pop czę skrz uje s omia cnie ronu omor ll br kże eakw odzą iom zale woście NU OMO owoś arlan zost forow kow inny i fal ać te j ko prze ęść f zyni się p ast g nie k pion rą wy reakw nazy water ącej ów eżno ennych PIO ORĄ ścien n [5] tał z wan wo ko ych o lowa ego onstr eczn falow ia, z płyta górn kons nowo ygas wate ywa rs), fali wod ść w h przy ONO Ą WY nneg ]. Pi zbud nych onst osło ania typ rukc nym wan zapew a den a cz struk oście szają er wit ane f pon i. M dy w wzgl y zasto OWO YGA go, ierw dowa h skr trukc onięt a ora pu b cji fa falo nia p wnia nna zęść kcji enneg ącą th wa faloc niew Maks wewn ędem osowa OŚC ASZ zbud wszy any rzyń cje a tych az do budo faloc ochr prost ając (fun fal falo go ave c chro waż i imu nątr m dł aniu śc CIEN ZAJĄ dow eks w 1 ń żel ażur h akw obre wle chron ron s to do ca st ndam ochr ochr cham onam ch p um d rz or ługo cian... NNE ĄCĄ wane spery 1970 lbeto rowe wato ej st tak nu a skła o ko tatec ment ronu onu mber mi ro pods dyssy raz n ości 1 EGO go yme 0 rok owyc e by oriac tatec kże n ażur da s omo czno towa u, na . r ozpr staw ypac na z fali. 25 O ze en-ku ch yły ch, cz-na ro-się ory ość a), ad ra- wo-cji
12 ny fal w po we im Sc R Źró chr gd 6 P y fal loch [11 oniże edłu mpuls chem Rys. ódło: ronów dzie: H Punk loch hronu 1]. W ej p ug m sow mat 2. R Fig A. W w strom Hproj – – 2. ktem hronó u p W c przed metod wej si I. M n ozkła g. 2. Wawrzy mych, – w k t s – k . OD m wy ów piono elu dsta dy G iły o Meto nieza ad c . God yńska , Zesz ଵ wyso konst owan stwa kąt p DDZ yjści ażu owo zac awio God od za oda ałam iśnie da fo a, Me zyty N 0 okość trukc niu p prze adan ZIAŁ a dl urow oście how no dy o ałam God maną eń na ormu tody Nauko 0,51 ć fal cji. G przyj ewyż nia fa ŁYW la an wych enne wania sch raz mują dy dl ą. a ścia ula fo reduk owe Ak 1 ଶ ௨ li pr Goda jęcie ższen ali (k ZES WAN ŚC naliz h są go a po hema jej ącej s la fa anie or irre kcji o kadem cos ଶ 0, rojek a (19 e wa nia w kąt m SZYTY NIE CIAN zy ob ą sch (me orzą at o mod się f al ni falo egula obciąż mii M 1 ,51 ktowe 985) rtośc w prz międz Y NAU FAL NĘ O bcią hem etod ądku oblic dyfik fali. ereg chro ar wa żeń hy Morskie ଵ ఎ 0 ଷ 1 c ej zd dla ci 1,8 zypa zy gr UKOW LI NA ODM ążeń maty a G u wy czen kacj gular onu, k aves ydrod ej w G ଵ ఎ cos defin stre 8 Hs dku rzbie WE AK A P MO prz obl Gody ypro iowy ę po rnyc kons s, wa dynam Gdyni ଶ ଷଷ ଷ niow efy p s, któ przy etem KADEM ION ORSK zyjm licze y i wad y d oprz ch [6 struk ave lo miczny i, nr 8 כc dla dla ଷଵ wana przyb óra o yjęci m fali MII M NOW KĄ mowa eniow jej dzen dla zez 6]. O kcja p oad ych d 8 , Gd cos ଷ jako boju dpow a roz i a fr ORSK WĄ anyc we mo nia r obc uwz Obci piono on v dla od dynia 2 ߚሻଶሻ ݄ ݄ ௪݃ܪ o naj zale wiad zkład ronte KIEJ W AŻU ch p kon odyf równ iąże zględ ążen owoś vertic dmors 2013. ሻߩ௪݃ ݄ ݄ ܪ ajwyż eca w da 0, du R em ko W GDY URO rzez nstru fikac nań eń f dnie nie k ścien cal co skich . ݃ܪ ższa w pr 15% Rayle onstr YNI, n OW z od ukcji cje) mat falą enie kons nna, onstr ścian fala rakty % pra eigha rukcj r 87, g WĄ mor i ma ana tema nie pro struk meto ructio n masy a na yczny awdo a [m] cji) [° grudz rskie asyw alizo atyc ezała ostop kcji oda on sywny prze ym p opod ], °], ień 20 e ści wneg owan znyc aman padłe falą God ych fa (2. (2. (2. edpo proje dobie 014 ia-go ne ch ną ej, ą y alo-1) 2) 3) olu ek-
eń-A. Wawrzyńska, W. Magda, Redukcja obciążeń ścian falochronów pionowościennych przy zastosowaniu ścian... 127
– współczynnik, większe z dwóch wartości: lub ,
ααα – współczynniki określane wg wzorów [-],
0,6 0,5 ೞ ೞ , min # ್್ $ೝೕ % ; ೝೕ', 1– ೢ ೞ 1– ೞ/ ,
) – długość fali na głębokości *, odpowiadająca okresowi fali znacznej
+, 1,1 +, gdzie + jest średnim okresem fali [m],
* – głębokość wody w odległości 5 - w kierunku morza od ściany
kon-strukcji [m],
., ., . – parametry zależne od typu konstrukcji; dla konwencjonalnych
piono-wych ścian,
. . . 1 [-],
* – głębokość wody przy konstrukcji [m].
Schemat II. Metoda Gody zmodyfikowana przez uwzględnienie prostopadłej, impulsowej siły od załamującej się fali [11].
Modyfikacja metody Gody dotyczy ciśnienia ଵ w poziomie spokoju. Współ-czynnik כ został zmodyfikowany w następujący sposób:
כ większe z dwóch wartości: ூ lub ଶ (2.4)
ଶ mniejsze z dwóch wartości: ್ିௗ ଷ್ ுೝೕ ௗ ଶ ; ுଶௗ ೝೕ! (2.5) ூ ூ· ூଵ (2.6)
ூ #$2,0/& dla $ dla $/& ' 2
/& + 2, (2.7) ூଵ -cos. /ଶ/ 012. /ଵ ଵ dla /ଶ' 0 ୡ୭ୱ ఋభሺୡ୭ୱ ఋమሻ భ మ dla /ଶ+ 0, (2.8) /ଵ #20 · /15 · /ଵଵ dla /ଵଵ' 0 ଵଵ dla /ଵଵ+ 0, (2.9) /ଵଵ 0,93 7 0,12 8 ೞିௗೞ 7 0,6 (2.10)
gdzie oznaczenia parametrów / 0,93 $2 0,12% $ ೞ ೞ 2 0,6%
12 wy ad wy mo mo lub roz • • • Źró Sou wa ciś cz w cz 8 W ygas dapta yma orsk oże b za zróż grz odm jąc grz grz chr ódło: urce: N ania śnień ynn sytu ynn W pr szają acji agan ką śc być ałam żnia zbiet mor cej si zbiet zbiet ronu oprac elabo Ninie ଵ ń dl ik λ uacj iki rzyp ącą, pow e je cianę ć dw mując się n t I – rska ię; t IIa t IIb u. grz cowan Fig orated ejsza , ଶ, a ka λ zgo i „G ଵ, padk spo wyżs st ro ę. P wojak ca s nast – prz moż a – p b – p R zbiet nie wł g. 3. d on th a me , ଷ w ażdej odni Grzb ଶ s ku ob osób szych ozwa Pona kiej ię. Z tępuj zyjm że by rzyj przyj Rys. grzb t IIb – łasne Pha he ba etod wyz j czę ie z biet I są za bcią b wy h sc ażen adto, natu Zale jące muje yć p muj jmuj 3. R grz biet II – na na po ases asis of da ob znacz ęści [9], I”, j astąp ążeń yzna chem nie k nie ury, eżnie e syt się, podd e się je si Rozw zbiet Ia – f stąp odstaw s for p f [6]. blicz zony kon , (ry est o ąpion ZES odm aczen mató kilku ezale , tj. e za tuacj że f dana ę, że ię, ż ważan I – f fala i prz wie [6 pres zeni ych nstru ys. 4 obli ne pr SZYTY mor nia ów. Z u pr eżnie na f atem je kr fala a odd e fal że na ne p fala u zała zelew 6]. ssure iowa zgo ukcji 4). I czon rzez Y NAU skic ciśn Ze w rzyp e od falo od rytyc wys dział la za astąp rzyp uderz mie wanie e calc a po odni i są tak na z z wsp UKOW ch śc nień wzgl adkó d ge chro spo czne stąpi ływa ałam pi pr padki zy na się w e się culat lega ie z odp np. zgod półc WE AK cian fal lędu ów eome on m osobu e (ry i na aniu mie si rzele odd a ści w ko ę wod tions a na ze sc powi war dnie czyn KADEM falo owy u na obci etrii może u, w ys. 3 ścia u fali ię w ewan działy iance morz dy po s of p prz chem iedn rtość ze s nniki MII M ochr ych sko iąże kon e od w jak ) [6] ance i tak w kom nie s ywan e ażu ze w onad perfo zyjęc mate nio z ć ci sche i ௌଵ ORSK ronó opie ompl ń pr nstru ddzia ki u ]: e ażu k nie morz się w nia fa urow wygas d kor orate ciu w em zmod śnie emat ଵ, ௌ KIEJ W ów a era liko rzyjm ukcj aływ uderz urow ezała ze w wody alow wej, szają roną d wa wart I i dyfik enia tem ௌଶ. W GDY ażur się wan mow i, od wać zy f wej, p aman wyga y po ania ącej, faloc all ca tości II, kow na ś I, p YNI, n owy na ny k wany ddzi fala fala przy nej, aszaj onad : chro aisso i ciś jed wane ścian przy r 87, g ych odp kszta ych iaływ a nie prog y czy jak ające d kor nu ons śnień dnak prz nie czy grudz z ko owie ałt sk prze wani ezała gresy ym ś i za ej; roną ń od wa zez w ażur ym w ień 20 omo edni krzy ez o ie fa aman ywn ścian ałam ą fal d fal artoś wspó rowe wspó 014 orą iej yni od-ali na na, na mu- lo-ści ół-ej,
ół-A. W Źró Sou aż po Śc N cz cz Fa śc Fa ko Ci un Wawr ódło: urce: Z urow odan ciana a ieprze zalna p zęść śc ale na cianie ale na omory iśnieni nosząc rzyńsk oprac Fi elabo Zmod wą, ne w ażurow epusz-przedn ciany tylnej komo dnie y ie ce ka, W. R cowan ig. 4 orated dyfi któr tabe Ta wa nia ry . Magd Rys. nie wł 4. W d on th kow re u eli p bela ߣௌଵ ߣௌଵ ߣଵ ߣଶ ߣோଵ ߣோଶ ߣெଵ ߣெଶ ߣଷ da, Re 4. W łasne Wave he ba wane umoż poniż a 1. Z T 0 0 0, 0, edukcj Wspó na po pres asis of e ws żliw żej ( Zmod Table G ,4 0,3 כ ,4 ,2 כ cja obc łczyn odstaw ssure f [3]. półc wiają (tab. dyfik z e 1. M Grzbiet 0,85 ሺߙכ ሺߙכ 1 ሺߙכ ሺߙכ 0 0 0 0 1 ciążeń nniki wie [3 e dis czyn ą prz . 1). kowa z pio Mod t I 0,7 0,7 0,5 0,5 ń ścian i λ dl 3]. tribu nniki zepr ane w onow difica 5 5 5 5 n faloc a ciś ution i dla rowa wspó wą śc tion 20 1,0 0,5 0,5 20 1,0 chron śnień at cr a ko adze ółczy cianą facto Gr 0 3 0 56 5 כ 0 3 0 ów pi ń falo rest-nstru nie nnik ą ażu ors fo rzbiet 0,7 0 0,75 0 0 0,75 ionow owyc -II fo rukcj obli i dla urow for va IIa כ 25 כ 25 woście ch w or a p ji sk icze kon ą [3] ariou 0,15 0,15 5 28 5 28 0,15 0,15 ennych sytu perfo krzyn eń an struk ] us ph 1 0 1 h przy uacji orate niow naliz kcji s hases 1 1,6 2 1 1.4 1,6 2 1.0 y zasto Grzb d wa wej z zow skrzy s .4 2 1.0 4 2 0 osowa biet all ca z pio wanej yniow Grzbie 0, 0 0,6 0 0 0 0 0,6 aniu śc II aisso onow j bu wej et IIb 3 0 65 0 0,1 0,1 0 65 cian... on wą ś udow ቀܪ ܪ ݄ ൗ ቀܪ ݄ ൗ ቀܪ ݄ ൗ ܪ ݄ ൗ ቀܪ ݄ ൗ 1 ścian wli, 0,1 0,3 0,3 0,1 0,3 0,3 29 ną są 1 3 3 1 3 3
130 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 87, grudzień 2014
Uwaga: Obliczenia współczynnika כ dla tylnej ściany, przy wyznaczaniu
war-tości ோଶ. Należy zastąpić współczynnik ଵ przez ଵᇱ, otrzymany odpowiednio z parametrów ᇱ, ᇱ,
ெ, gdzie: ᇱ jest głębokością w komorze; ᇱ jest długością
fali przy głębokości ; ெ ; jest szerokością komory wygaszają-cej, włączając grubość pionowej ściany ażurowej.
3. PORÓWNANIE SKRZYNIOWEJ KONSTRUKCJI
Z PIONOWĄ ŚCIANĄ AŻUROWĄ I OTWARTĄ KOMORĄ WYGASZAJĄCĄ Z TRADYCYJNĄ MASYWNĄ SKRZYNIĄ ŻELBETOWĄ
Redukcja oddziaływania falowania morskiego w przypadku obciążeń falo-chronu ze ścianą ażurową i komorą wygaszającą jest analizowana w zestawieniu z masywnym falochronem pionowościennym, dla którego schemat obliczeniowy oraz analizę obciążeń przedstawiono w [11]. Analizowany falochron ażurowy w całości konstrukcji ma kształt prostopadłościenny, dodatkowo na całej jego dłu-gości ściana odmorska jest ażurowa oraz w konstrukcji znajduje się jedna komora wygaszająca.
Podobnie jak w pracy [11], przyjęto takie same warunki falowania rozpa-trywanych przypadków, tj. dla pełnego masywnego falochronu oraz dla konstrukcji ze ścianką ażurową i komorą wygaszającą, Założono jednocześnie, że wystąpienie fali załamującej się może mieć charakter losowy. Obciążenie parciem hydrosta-tycznym zostało pominięte, ponieważ w przypadku analizowanych konstrukcji siły hydrostatyczne przy poziomie spokoju znoszą się.
Przyjęte dane obliczeniowe:
a) wysokość fali projektowej Hproj=3,0m, b) okres fali T =6,0m,
c) głębokość wody hs =7,5m, d) nachylenie dna 501: ,
e) konstrukcja posadowiona na podsypce o nachyleniu 21 . :
W tabelach 2 i 3 zestawiono wyniki obliczeń wypadkowej siły poziomej oddziałującej na falochronie masywnym pionowościennym oraz na falochronie ze ścianą ażurową i komorą wygaszającą dla dwóch przypadków: obciążenia falą niezałamaną ściany odmorskiej oraz obciążenia falą załamującą się na ścianie odmorskiej.
Tabela 2.
Zestawienie wyników obliczeń wypadkowej siły poziomej
oddziałującej na falochronie masywnym pionowościennym
oraz na falochronie ze ścianą ażurową i komorą wygaszającą – fala niezałamana na ścianie odmorskiej
Table 2.
The results of calculation for nonbreaking wave acting on verticall front wall
Sytuacja Metoda Pozioma siła wypadkowa Rodzaj konstrukcji Postać graficzna I Metoda Gody F = F1 = 204 kN Masywna pionowościenna skrzynia II
Metoda Gody zmodyfikowana
przez Takahashi, Shimosako I Sakai F = F1 = 164 kN
Skrzynia z pionową ścianką ażurową i otwartą komorą
Table 3.
Zestawienie wyników obliczeń wypadkowej siły poziomej
oddziałującej na falochronie masywnym pionowościennym
oraz na falochronie ze ścianą ażurową i komorą wygaszającą – fala załamana na ścianie odmorskiej
Table 3.
The results of calculation for breaking wave acting on verticall front wall
Sytuacja Metoda Pozioma siła wypadkowa Rodzaj konstrukcji Postać graficzna I Metoda zmodyfikowana Gody (obciążenie falą załamaną) F = F1 = 476 kN Masywna pionowościenna skrzynia II
Metoda Gody zmodyfikowana
przez
Takahashi, Shimosako I Sakai (grzbiet I)
F
=
F1
= 229 kN
Skrzynia z pionową ścianką ażurową i otwartą komorą wygaszającą
A. Wawrzyńska, W. Magda,
Redukcja obciążeń ścian falochronów pionowoś
ciennych przy zastosowaniu ścian...
133 cd. tabeli 3 Sytuacja Metoda Pozioma siła wypadkowa Rodzaj konstrukcji Postać graficzna III
Metoda Gody zmodyfikowana
przez
Takahashi, Shimosako I Sakai (grzbiet IIa)
F = F1 + F2 = 296 kN Skrzynia z pionową ścianką ażurową i otwartą komorą wygaszającą
IV
Metoda Gody zmodyfikowana
przez
Takahashi, Shimosako I Sakai (grzbiet IIb)
F = F1 + F2 = 192 kN Skrzynia z pionową ścianką ażurową i otwartą komorą wygaszającą
134 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 87, grudzień 2014
Wyniki obliczeń dla obciążenia odmorskiej ściany falą niezałamaną (tab. 2) wskazują korzystne oddziaływanie ściany ażurowej i kanału wygaszającego, po-nieważ redukcja obciążeń przekazywanych na falochron osiąga tutaj blisko 20% (19,6%) i wynosi 164 kN dla konstrukcji ażurowej wobec 204 kN dla konstrukcji masywnej. Ponadto na rysunku dla sytuacji II (tab. 2) widać wyraźnie zmianę linii obciążeń, tj. w miejscu oddziaływania fali na ażurową część ściany odmorskiej wartości obciążeń jednostkowych wynoszą 16 kN, natomiast dla pełnej ściany jest to wartość 27 kN.
Dla obciążeń od fali niezałamanej zmiana jest zauważalna, jednak przypadek obciążenia falą załamującą się przedstawia spektakularną redukcję obciążeń (tab. 3). Zależnie od przyjętego schematu redukcja wynosi od około 40% (37,8%) dla najbardziej niekorzystnego dla konstrukcji przypadku, tj. załamania fali bezpo-średnio w komorze falowej (sytuacja „grzbiet IIa”). Wartości obciążeń wynoszą tutaj odpowiednio 296 kN dla falochronu ażurowego i 476 kN dla falochronu ma-sywnego. Dla sytuacji załamania się fali na ścianie ażurowej („grzbiet I”) redukcja wynosi 50% (52%), a wartość siły wypadkowej wynosi 229 kN dla falochronu ażurowego. Natomiast największa zmiana, blisko 60% redukcji obciążeń, ma miej-sce dla przypadku, w którym następuje przelewanie się fali ponad konstrukcją (sytuacja „grzbiet IIb”). Wartość siły wypadkowej wynosi 192 kN.
W przypadku wyboru rodzaju konstrukcji rozważa się wiele czynników, jed-nak z punktu widzenia ciśnień falowych na pionowej ścianie falochronu konstruk-cje ażurowe są niezwykle konkurencyjne ze względu na spektakularną wręcz re-dukcję obciążeń od falowania morskiego.
4. PRZYSZŁOŚĆ FALOCHRONÓW AŻUROWYCH – INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE
Ciągły postęp w prefabrykacji pozwala projektantom na realizację coraz bar-dziej śmiałych wizji, choć często pozostają one w fazie eksperymentalnej lub sta-nowią, co najwyżej, pojedyncze przykłady realizacji. Niemniej autorzy opraco-wania zdecydowali o przedstawieniu kilku rozwiązań konstrukcyjnych, wskazując tym samym kierunki rozwoju hydrotechniki morskiej. Poniżej omówiono innowa-cyjne propozycje rozwiązań konstrukcyjnych falochronów z ażurową ścianą od-morską i komorą wygaszającą.
Rysunek 5 przedstawia cztery przykłady modyfikacji perforowanych skrzyń żelbetowych, będących elementem falochronów morskich. Jedynie w przypadku trójkomorowej skrzyni falochronu w Porto Torres zachowany jest prostopadło-ścienny kształt konstrukcji. W tym przypadku modyfikacja dotyczy zastosowania aż trzech komór wygaszających. Wszystkie ściany skrzyni poza ostatnią od strony portu są ażurowe, umożliwiając tym samym przepływ wody do kolejnych komór wygaszających. Z kolei skrzynia z portu Funakawa w Japonii prostopadłościenny
A. Wawrzyńska, W. Magda, Redukcja obciążeń ścian falochronów pionowościennych przy zastosowaniu ścian... 135
kształt zachowuje tylko w części swej konstrukcji, a odmorska ściana ponad po-ziomem spokoju jest zakrzywiona w przekroju poprzecznym. W tym układzie fala, uderzając w ścianę falochronu, dostaje się do jednego z dwóch poziomów kanałów wygaszających. Dwa pozostałe rysunki pokazują cylindryczny kształt całej kon-strukcji skrzyni falochronu. Każda za perforowaną ścianą posiada komorę wyga-szającą.
Półcylindryczna skrzynia (Miyazaki Port, Japonia) Trójkomorowa skrzynia (Porto Torres, Włochy)
Dwucylindryczna skrzynia (Nagashima, Japonia) Ażurowa skrzynia (Fukanawa, Japonia)
Rys. 5. Przykłady nowoczesnych skrzyń perforowanych
Źródło: A. Wawrzyńska, Kierunki rozwoju infrastruktury portowo-morskiej na przykładzie falochronów pionowo-ściennych, Prace Wydziału Nawigacyjnego Akademii Morskiej w Gdyni, 2012, nr 27.
Fig. 5. New perforated caisson breakwaters Source: [10].
Jeszcze ciekawszym, wyjątkowo śmiałym rozwiązaniem wśród nowoczesnych konstrukcji falochronów pionowościennych jest falochron w Tangerze (Maroko), którego budowa rozpoczęła się w 2003 roku. Cały falochron składa się z 44 prefa-brykowanych skrzyń, z których każda ma kształt czterolistnej koniczyny. W przekroju poziomym skrzynia składa się z czterech cylindrycznych komór, z których każda jest ażurowa ponad poziomem spokoju. Szczegóły konstrukcji prezentuje rysunek 6 [2]. Trwałość konstrukcji została obliczona na 100 lat.
136 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 87, grudzień 2014
kolejne 11 m skrzyń
całkowita wysokość 35 m zanurzenie
- 20 m
Rys. 6. Rysunek poglądowy czterokomorowej konstrukcji skrzyni, Tanger (Maroko) Źródło: Bodygues Construction Tangiers-Med. (Morrocco). Overview the project, broszura informacyjna: Dossier-de-presse-Tanger, 2005.
Fig. 6. Construction of a four-cell caisson Source: [2]
Rys. 7. Widok czterokomorowej konstrukcji skrzyni w czasie budowy, Tanger (Maroko) Źródło: Bodygues Construction Tangiers-Med. (Morrocco). Overview the project, broszura informacyjna: Dossier-de-presse-Tanger, 2005.
Fig. 7. Construction of a four-cell caisson Source: [2].
A. W R Źró Do Sou nie ści ch prz 60 sy z k w do w a a fal na dz o o ści pre po Wawr Rys. ódło: ssier-urce: F ezwy ienn hron zez 0% w wne D kon pos o sze tak akw loch Pr a dos zeniu odpo iach efab odłoż rzyńsk 8. W Body -de-pr [2]. Faloc ykle nych od odm w pr ej ko Dużą struk staci erok ki s wariu hronó refab stos u od owie h, cz bryk żu d ka, W. Wido dygues resse-chro e ko h z p falo mors rzyp onstr ą za kcja i na kości spos um i ów m bryk owa dpow edni zego aty dna m . Magd k aż s Con -Tang ony p onku punk owan ską ś padk rukc aletą ami arzu i sam sób, na mor kacja anie wied ich p o prz cec mors da, Re urow nstruc ger, 20 pion urenc ktu w nia ścian ku ob cji sk ą teg narz utu, mej ab tym skic a skr kon dnich para zykł hują skieg edukcj wych ction 005. Fi nowo cyjn widz mor nę w bcią krzy go t zuto szer skr by u m po ch. rzyń nstru h ma amet ładem ą się go j cja obc ścia Tang ig. 8. ości ne w zenia rskie waha ążeń yniow typu owym roko rzyn umo olu w ń, a ukcji ateri trach m j ę du est t ciążeń an bu giers-.Con P ienn wobe a bar ego. a się falą wej. u ko mi l ość i. Po ożliw wyda prze i do iałów h) m est użą to ok ń ścian udow -Med. nstru POD e ze ec w rdzo Zm ę od ą zał onstr lub p w p onad wić ają s ez to o każ w (p mogą cho trwa kres n faloc wany (Mo uctio DSU e śc wszy o duż mniej d 20% łamu rukcj pion prze dto wy się b o róż żdeg prze ą być ćby ałoś naw chron ych p orrocc on of MO ianą ystki żej r ejsze % d ując ji je nowo ekroj kon ymia być żnor go m de w ć on falo ścią, wet 1 ów pi ponad co). a fo OWA ą ażu ch m redu enie dla o cą si est ości ju p nstru anę bez rodn miejs wszy ne st ochr a p 100 ionow d po Overv ur-ce ANI urow mas ukcji war obcią ię w rów ienny popr ukcje wó kon ność sca ystk tosow ron przy lat. woście oziom view ell ca E wą i ywn i obc rtośc ążeń w por wnież ymi rzecz e ażu ód m kure ć roz prze kim w wan port y od ennych mem the aisso i kan nych ciąż ci o ń fal równ ż ni z p znym urow międ ency zwią ezna wstę ne na tu w dpow h przy spok proje on nałe h fal żeń, j bcią lą ni nani ewie pozi m, we m dzy yjne ązań aczen ępni awet w Ta wied y zasto koju, ect, b em w loch jaki ążeń iezał iu d elka omy ogra mog otw wob (ks nia. e sp t na ange dnio osowa , Tan broszu wyg hronó e pr ń prz łama o kl a, w ym u anic gą by wart bec ztałt Dz prężo duż erze zab aniu śc nger ura i asza ów rzyjm zyjm aną lasyc w po umo zona yć w tym trad tów) ięki oneg żych e. D bezp cian... (Ma nform ający pion muje mow do czne orów ocnie a je wyk mo dycy ) po wp go b h głę odat iecz 1 aroko macyjn ym now e fal wanyc naw ej m wnan enie edyn konan orze yjnyc ozwa prow beton ębok tkow zony 37 o) na: są wo- lo-ch wet ma-niu em nie ne em ch ala wa-nu ko-wo ym
138 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 87, grudzień 2014
Należy jednak pamiętać, że mimo spełnienia oczekiwań redukcji obciążeń ścian odmorskich od falowania morskiego oraz dużej trwałości są to konstrukcje trudne i bardzo kosztowne pod względem ekonomicznym, głównie ze względu na skomplikowany kształt prefabrykatów.
LITERATURA
1. Agershou H. i in., Planning and design of ports and marine terminals, Thomas Telford Books, 2004.
2. Bodygues Construction Tangiers-Med. (Morrocco). Overview the project, broszura informacyjna: Dossier-de-presse-Tanger, 2005.
3. Coastal Engineering Manual – Part V, 2003.
4. Goda Y., New wave pressure formulae for composite breakwater, Proceedings of 14th Interna-tional Conference Coastal Engineering, Copenhagen, ASCE, New York 1974, p. 1702–1720. 5. Jarlan G.E., A perforated vertical breakwater, The Dock and Harbour Authority, Vol. 41, 1961,
No. 488.
6. Takahashi S., Design of vertical breakwaters, Revised Version of Reference Document, 2002, No. 34, PHRI.
7. Takahashi S., Tanimoto K., Shimosako K., A proposal of impulsive pressure coefficient for the design of composite breakwaters, Proceedings of the International Conference on Hydro-Technical Engineering for Port and Harbour Construction, Yokosuka 1994a.
8. Takahashi S., Tanimoto K., Shimosako K., Experimental study on wave forces acting on perfo-rated wall caisson breakwaters, Report of Port and Harbour Research Institute, Yososuka 1991. 9. Takahashi S., Tanimoto K., Shimosako K., Wave pressure on perforated wall caissons,
Proceed-ings of the International Conference on Hydro-Technical Engineering for Port and Harbour Construction, Yokosuka 1994b.
10. Wawrzyńska A., Kierunki rozwoju infrastruktury portowo-morskiej na przykładzie falochronów pionowościennych, Prace Wydziału Nawigacyjnego Akademii Morskiej w Gdyni, 2012, nr 27. 11. Wawrzyńska A., Metody redukcji obciążeń hydrodynamicznych dla odmorskich ścian masywnych
falochronów stromych, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, 2013, nr 82.
REDUCTION OF WAVE ENERGY ON THE VERTICAL WALL BREAKWATERS WITH PERFORATED FRONT WALL AND WAVE CHAMBER
Summary
The search for optimal solutions in the design of offshore breakwaters is a challenge for designers in the field of marine civil engineering. In the case of breakwaters one of the decisive factors affecting the choice of the type of construction is to obtain the maximum possible reduction of the sea waves. This paper is devoted to design caissons solutions, using a perforated front wall and a wave chamber. Keywords: vertical caisson breakwaters, perforated front wall breakwaters with wave chamber, wave loading, ports infrastructure.
