Приведенное решение справедливо, когда льдина в процессе удара не разрушается и останавливается. Альтернативами остановки является раскалывание льдины, если она невелика, или прорезание ледяного поля опорой. При взаимодействии льда с вертикальной стенкой поле останавливается. Далее кромка поля начинает разрушаться, и у стенки образуется торос. Нагрузка от остановившегося ледяного поля пропорциональна площади А и определяется по формуле:
, (49)
где Р1-напряжение трения, вызванное течением воды; Р1=0,005Vb2 (кн/м2), где Vb- скорость течения воды подо льдом обеспеченностью 1% из максимальных средних значений;
Р2 - нагрузка от воздействия течения воды на торец льдины; Р2=0,5hVb2/L (кн/м2), где L - средний размер ледяного поля по направлению течения воды;
Р3 - нагрузка , вызванная наклоном i поверхности потока; Р3=9,2 hi (кн/м2);
Р4 - напряжение трения; Р4=2×10-5Va2 (кн/м2), где Va - максимальная скорость ветра обеспеченностью 1%.
Анализ этих формул показывает, что основной вклад в нагрузку от навала ледяного поля дает воздействие ветра. Так при Va=20 м/с имеем Р4=0,008 кн/м2. Усилие от трения воды будет иметь тот же порядок только при очень больших скоростях течения; Р1=0,005 кн/м2 при Vb=1 м/с. Величины Р1 и Р3, как правило, меньше на порядок. Оценим для примера усилие при навале ледяного поля размером 1х1 км=106 м2 на сооружение, имеющее ширину по фронту b=100м. При Va=20 м/с и Vb=1 м/с суммарные усилия составляют 1,3×104 кн, что дает для погонной нагрузки q=130 кн/м. Однако не редкость ледяные поля размером 10х10 км (108 м2). Здесь суммарное усилие достигает 106 кн, о погонная нагрузка имеет порядок q=10 Мн/м. Такие нагрузки либо разрушают сооружение, либо приводят к разрушению ледяного поля.
Значительные ледовые нагрузки возникают при горизонтальных подвижках ледяных полей. Наибольшие значения этих нагрузок соответствует моменту разрушения льда в зоне контакта с сооружением. При подвижках характер разрушения ледяного поля зависит от физико-механических свойств льда, его толщины, скорости подвижки и главным образом от формы сооружения (опоры). Наибольшие усилия возникают при взаимодействии с цилиндрической опорой и вертикальной стенкой. Лед здесь разрушается от дробления (смятия) и контактные усилия могут достигать тысяч тонн. Максимальные усилия возникают, если опоры вмерзли в лед.
При воздействии на коническую опору ледяное поле наползает на боковую поверхность конуса и разрушается от изгиба. Уровень ледовых нагрузок при этом снижается на порядок. Аналогичным образом лед разрушается и у сооружений откосного профиля. Для локальной нагрузки горизонтальные Pn и вертикальные Pv составляющие контактного усилия зависят от квадрата толщины льда:
,
(50)
где Rf - предел прочности льда на изгиб; mt - тангес угла наклона поверхности контакта; kp - коэффициент учитывающий распределение нагрузки по ширине b сооружения по фронту.
Если ледяное поле распределено по откосу конической опоры, то пластина изгибается по цилиндрической поверхности. Предельное значение погонной нагрузки q из решения задачи об изгибе полубесконечной балки - полосы на упругом основании будет:
,
(51)
где r2 - плотность воды; D - жесткость ледяной пластины; kp - коэффициент, учитывающий особенности прилегания ледяного покрова к откосу.
Свой вид ледового воздействия на гидротехнические сооружения представил Ю.В. Долгополов [45].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.