Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Методы описания воздействия ледяного покрова на сооружения шельфа), страница 13

Строительство морских гидротехнических сооружений может осуществляться в полностью или частично защищенных бухтах, в устьевых участках рек, на открытом побережье. В зависимости от местоположения сооружения могут в той или иной мере подвергаться ледовым воздействиям, нагрузки от которых могут превышать другие виды нагрузок (ветровые, волновые и др.) Основная трудность при определении ледовых нагрузок заключается в опытном определении физико-механических свойств льда и прежде всего его прочностных характеристик, т.к. они зависят от многих факторов и изменяются в широких пределах. При отсутствии опытных данных СНиП рекомендует определять характеристики льда по соответствующим таблицам и графикам. Кроме того, не всегда удается учесть действительные условия взаимодействия льда с сооружением из-за недостаточного знания ледового режима. Поэтому следует отметить некоторую условность существующих рекомендаций по определению ледовых нагрузок на сооружение, к тому же рекомендаций по учету динамики самих сооружений и по воздействию льда на плавучие сооружения нормативные документы не содержат.

При проектировании гидротехнических сооружений, подверженных ледовым воздействиям, нужно иметь следующую информацию.

Во-первых, достоверные статистические данные по характеристикам гидрологического и ледового режима акватории, на которой возводятся сооружения. К таким данным относятся:

- скорость движения (дрейфа) ледяных полей, зависящая от скорости и направления ветра или течения, а также морфологических особенностей берегов;

- площадь ледяных полей;

- толщина льда;

- толщина слоя снега на льду;

- соленость воды и льда;

- среднесуточные температуры воздуха;

- режим колебания уровня.

Во-вторых, при строительстве ответственных гидротехнических сооружений необходимо иметь опытные данные по физико-механическим свойствам воздействующего на сооружения льда, которые получают на основании изучения строения ледяного покрова в рассматриваемом районе.

В-третьих, необходимо иметь четкое представление о характере взаимодействия льда и сооружений, исходя из которого выбирают соответствующий метод расчета ледовой нагрузки.

Стремление уменьшить нагрузки на сооружения, в том числе ледовые, выразившееся в уменьшении размеров поперечного сечения, привело к нежелательному результату - вибрациям сооружений под воздействием ледовых нагрузок. Особенно опасные условия резонанса при совпадении частот собственных колебаний конструкции с частотой колебаний периодических нагрузок, вызванных цикличностью разрушения льда.

Отдельно стоящую опору типа защемленной у дна консоли с верхней надстройкой (буровой платформой) можно рассматривать как систему с одной степенью свободы, соответственно чему учитывается только первая форма свободных колебаний. При этом опора рассматривается как невесомый стержень с сосредоточенной массой m наверху по формуле: m=mn+mnp, где mn - масса верхней платформы; mnp - приведенные к оси, проходящей через центр тяжести платформы, масса опоры от низа платформы до уровня условной заделки и масса воды, заключенная в полости опоры.

При отсутствии воды в полости опоры значение mnp можно вычислить по формуле: mnp=0,236m0L, где m0 - равномерно распределенная по длине масса конструкции опоры. Масса воды в полости опоры m1, распределенная лишь по части длины опоры, приводится к массе mnp равномерно распределенной по всей длине опоры по формуле:

,                                                        (52)

где k1=1/4[9/5(L1/L)4-(L1/L)5+1/7(L1/L)6].

Частота первой формы колебаний для рассматриваемой конструкции типа консоли без учета присоединенной массы воды:

.                                                                  (53)

Частота собственных колебаний в жидкости

,                                                     (54)

где mi - отнесенная к единице поверхности стержня равномерно распределенная масса жидкости, эквивалентная по инерционному влиянию неравномерно распределенной массе.