Гидротехнические сооружения, расположенные в замерзающих морях, рассчитываются на действие ледовых нагрузок. Особое значение проектирование и расчет ледостойких оснований морских сооружений приобрели в связи с освоением нефтегазоносных акваторий замерзающих морей. При этом частично используются нормативные материалы, а частично - результаты натурных измерений и расчетов. Нагрузки и воздействия льда на гидротехнические сооружения определяются либо из условия разрушения льда в процессе взаимодействия, либо из энергетических соображений. Учитывая разнообразие ледовых условий в процессе эксплуатации, выделяют несколько расчетных режимов, для каждого из которых находится ледовая нагрузка. Каждый расчетный режим соответствует внешней задаче взаимодействия, т.е. принимается в соответствии с изученными ледовыми условиями в месте расположения сооружения. Выделяют динамические и статические режимы взаимодействия. К динамическим режимам относятся прямые или внецентренные удары льдин или ледяных полей о сооружение. Время взаимодействия конструкции со льдом при таком режиме мало, поэтому надо учитывать силы инерции, а лед можно считать вполне упругим материалом. Внешними расчетными параметрами здесь являются площадь льдины A, ее толщина h, скорость движения V, а также прочностные характеристики.
К статическим режимам относятся наползание льда на откосы, навал ледяных полей на сооружение, прорезание ледяной пластины опорой сооружения при подвижке льда. По существу это квазистатические режимы, когда лед проявляет вполне упругие свойства и разрушается хрупким образом. В припайных льдах добавляется два режима длительного нагружения: воздействие примерзшего льда при изменении уровня воды и нагрузки вследствие температурного расширения сплошного ледяного покрова. При этом полностью проявляются свойства ползучести льда. К внешним параметрам здесь добавляется: температура и скорость ее роста, толщина снежного покрова на льду, скорость ветра и т. д.
В динамических режимах рассматривается упругое твердое тело, движущееся по поверхности воды и ударяющееся о неподвижную, жесткую конструкцию бесконечной массы заданной конфигурации. Методика расчета здесь основана на теореме о кинетической энергии и теореме Карно о внезапном наложении или разрушении связей. Обычно рассматривается центральный полностью неупругий удар, когда вся кинетическая энергия льдины приравнивается к работе контактной силы на пути внедрения опоры в лед. Для контактной силы используется простейшее предложение, когда она считается равной произведению эффективного значения предела прочности льда на местное смятие Rp на площадь зоны контакта. Геометрия зоны контакта определяется формой передней грани сооружения или формой кромки льдины при ударе о стенку. Для удара льдины массой m, движущейся со скоростью v, имеем:
,
(47)
где s - глубина внедрения; smax - максимальная глубина внедрения.
Из уравнения (47) определяется величина smax и затем вычисляется расчетное значение контактной силы Pk=P(smax). Пусть масса льдины m=r1hA, а передняя грань опоры имеет вид прямоугольника с углом заострения Y. Тогда для расчета нагрузки Pk получим:
(48)
Здесь прочность льда на сжатие Rp является физико-механической характеристикой льда, зависящей от его солености, температуры, строения и степени стесненности (смятия). Скорость v можно либо определить из численных моделей дрейфа, либо вычислить, пользуясь ветровыми коэффициентами. По строительным нормам расчетная скорость льдины принимается равной 3% значения скорости ветра 1% обеспеченности за соответствующий период, но не более 1 м/с.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.