Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Истирающее воздействие ледяного покрова на СКШ)

Страницы работы

Содержание работы

1.3. Истирающее воздействие ледяного покрова на СКШ

В океанах, морях, реках, и озерах где периодически встречаются дрейфующие плавучие льдины, бетонные и стальные конструкции (опоры моста, волноломы, причалы, доки, маяки и нефтяные платформы) подвергаются серьезным повреждениям (разрушениям и деформациям) в зоне изменения колебаний уровня воды.

Для изучения сопротивления бетонных и стальных конструкций истирающему воздействию льда были предложены много различных методов на истирание, такими учеными как: Навар и Малхотра (Nawwar и Malhotra) [1988], Хофф (Hoff) [1989] и Хеовинен (Huovinen) [1990]. Основываясь на семилетних систематических лабораторных испытаниях на истирание морского льда и натурных наблюдениях, выполненных группой ученых под руководством Ито (Itoh et al) [1988] и Саеки (Saeki et al) [1987], авторы предложили метод расчета истирающего воздействия ледяного покрова бетонными конструкций. Авторами была получена эмпирическая формула интенсивности истирания морского льда без содержания мелкого песка, как функция контактного давления и температуры льда. Таким образом, общее истирание бетона получается умножением интенсивности истирания на двойную амплитуду колебания ледового поля. Это расчетное истирание бетона включает среднее количество истираний, но не включает режим истирания бетонных конструкций в зоне изменения колебаний уровня воды.

Дискретный подход был предложен Кундаллом [1971], основанный на представлении частицы механических систем и назвал методом расширенного элемента. С методом Кундалла были ознакомлены ученые Зубелевичем и Базантом в 1987г для изучения составляющих конструкции с большой зоной трещин. Мегуро и Хакуно в 1989г также расширили метод Кундалла для использования сложных или неоднородных материалов и применили к задаче разрушения бетонных конструкций.

Джирасек и Базант в 1993г предложили динамическую модель частицы для разрушения квазихрупкого материала, чтобы смоделировать воздействие большой двигающейся льдины на жесткое препятствие. Взаимодействие между двумя соседними частицами представлено линейно - ломанной характеристикой закона напряжений, в котором снижение растягивающей нагрузки, после максимального значения, имеет отношение к энергии микротрещины материала. Авторы сравнили свои расчетные результаты контактной силы с максимальными значениями контактной силы, наблюдаемой 4 августа 1981г. на острове Ханс. Поскольку моделирование было ограничено исходной стадией разрушения, наблюдалось только качественное измерение силы.

Истирание стальных шпунтовых свай движущимся ледяным покровомбыл рассмотрен группой ученых Такаши Терашима (Takashi Terashima), Масакуни Ханада (Masakuni Hanada), Такахару Каваи (Takaharu Kawai), Каори Ошими (Kaori Oshima) и Фумихиро Хаара (Fumihiro Hara) [9, 19]. Предметом исследования является водный канал, построенный в декабре 1978, в устье лагуны Сарома на о.Хоккайдо, Япония. Ширина канала, соединяющего лагуну с Охотским морем - 50 м, длина - 260 м и глубина - 5.0 м. Авторами были проведены измерения толщины стальных шпунтовых свай, используемых для боковых стен канала и для стальных опор моста, построенного в канале.

Механизм истирания материалов, включая бетон и сталь, в результате движения морских льдин и интенсивность истирания был изучен группой ученых Саэки и Такахаши. Исследования показали, что интенсивность истирания (S') (средняя глубина истирания поверхности материала (мм/км) на 1 км движения плавучей льдины) изменяется в зависимости от материала, и что, когда температура морского льда превышает –8° C, интенсивность истирания мало зависит от температуры льда и относительной скорости, но во многом зависит от контактного давления. Интенсивность истирания S' (мм/км) стали выражается следующим уравнением:

S' = 0.0003×sv,                                           (1.73)

где sv - контактное давление льда, кгс/см2.

Средняя глубина истирания,  (мм), вычисляется следующим образом:

,                            (1.74)

где L - длина истирания (расстояние, которое проходят плавучие льдины), км.

Параметры sv, и L должны быть получены для определения глубины истирания стали.

Режим истирания круглой цилиндрической бетонной конструкции дрейфующим ледяным покровом, предложенный YoshishigeItoh, YoshihiroTanaka, AlbertoDelgado и HiroshiSaeki[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 18].

Обобщенный специальный дискретный метод (с англ. EDEM) – это численный метод, применяемый как для однородных материалов и совершенной дискретной среды, так и для сложных, неоднородных и постоянной среды. Одна отличительная черта метода состоит в том, что разрушаются поры, структурный скелет смоделированной среды значительно изменяется от эластичного до пластичного и в конечном итоге до неизменяемой среды, таким образом, чтобы можно было смодулировать нелинейные явления.

Уравнения двухмерного движения элемента i, имеющего массу mi и момент инерции Ii  представлены в виде:

mixi + Fx = 0,                                             (1.75)

mizi + Fz = 0,                                             (1.76)

IifI + Ff  = 0,                                             (1.77)

Похожие материалы

Информация о работе