Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Истирающее воздействие ледяного покрова на СКШ), страница 4

Шесть различных типов образцов подвергались испытаниям на истирание; I – высокопрочный бетон, с сопротивлением сжатию s_с=55,7 МПа, с нормальными заполнителями (N.C.); II – высокопрочный легкий бетон с s_с=68,6; 55,7; 34,3 МПа с легкими крупными заполнителями и обычными мелкими заполнителями (L.W.C); III – высокопрочный легкий бетон с s_с – 55,7 МПа с легкими крупными и мелкими заполнителями (L.L.W.C.); и IV – образец бетона, покрытого Zebron на толщину 500 mм.

Предыдущие исследования авторов показали следующие истирающие характеристики бетона при воздействии морского льда: а) количество истирания бетона от скользящего льда пропорционально прохождению льдины в стабильном диапазоне, который называется степенью (интенсивностью) истирания; б) интенсивность истирания бетона постоянна для различных типов заполнителей при сопротивлении сжатию s_с = 34,3 и 68,8 МПа; в) интенсивность истирания главным образом определяется контактным давлением льда и температурой льда; г) лед - анизотропный материал, но основные характеристики морского льда не влияют на интенсивность истирания; д) скорость скольжения между льдом и бетоном мало влияет на интенсивность истирания.

В 1994г авторами была предложена следующая эмпирическая формула для оценки количества истирания бетона от дрейфующего льда, предполагая, что интенсивность истирания S_r (мм/км) может быть выражена функцией от температуры льда T (⁰C) в квадратичной форме и контактным давлением льда σ(МПа) следующим образом:

S_r = σ×(9.906 T² + 1322.1)´10^-5,                                             (1.94)

Проектные кривые истирания бетона от скольжения льда, выраженные уравнением (1.94) показаны на рис. 2 для различного контактного давления льда σ. Следует отметить, что диапазоны, которые соответствуют как высокой температуре льда, так и высокому контактному давлению не могут гарантировать точное вычисление интенсивности истирания, так как лед с высокой температурой может легко разрушаться из-за высокого контактного давления.

Рис.2. Проектная кривая истирания бетона

Таким образом, авторами получено значение интенсивности истирания морского льда без содержания мелкого песка S_r, которое является функцией температуры льда и контактного давления льда. Затем можно вычислить коэффициент истирания морского льда, содержащего мелкий песок S_w, умножая коэффициент истирания S_r увеличением соотношения коэффициента истирания К, которое выражено в терминах среднего диаметра мелкого песка d (мм) и концентрации песка w (%).

Зная об интенсивности истирания с содержанием мелкого песка или без него очень важный процесс для точного расчета количества истираний в арктических гидротехнических сооружениях, вызванных движением морских льдин. Так как контактное давление льда зависит от местоположения контакта ватерлинии с льдинами, интенсивность истирания, которая является функцией контактного давления льда, должна изменяться в соответствии с местоположением ватерлинии. Более того, расстояние горизонтального скольжения разломанных кусков льда вокруг конструкции также зависит от месторасположения окружности цилиндра.

Контактное давление льда σ_j (q_i) и расстояние, которое проходит льдина l_j (q_i) под углом q_i для главного направления q_j льдин выполнено с применением метода EDEM. Накопленное расстояние движения льда l_j для каждого направления q_j  в данный период может быть рассчитан из наблюдений данных скоростей ветра, данных океанического течения и географической конфигурации. Рассчитанное количество истираний S_j (q_i) под углом q_i получаются умножением коэффициента истирания S_rj (q_i) на расстояние, проходящее льдом l_j (q_i). В конечном итоге, общее количество истирания бетона S_j (q_i) подсчитывается интегрированием количества истираний S_j (q_i) от главного направления. Эти процессы показаны в блок-схеме на рис. 3.