Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Методы описания воздействия ледяного покрова на сооружения шельфа), страница 15

Одним из методов решения задачи воздействия ледяного покрова на сооружения шельфа является проведение натурных, полунатурных или модельных исследований. Е.К. Копайгородский, В.А. Вершинин и С.А. Нифонтов исследовали воздействие ледяного поля при его подвижке на модели опор нефтепромысловых сооружений. В своей статье они пишут, в общем случае лед представляет собой анизотропный статистически неоднородный материал, состоящий из отдельных элементов (кристаллит), имеющих различные прочностные и геометрические параметры.

Разрушение ледяного массива происходит по ограниченной поверхности разрушения (внешняя поверхность скольжения), которую разбивают на участки с шагом, равным среднему линейному размеру образца льда.

Предельное усилие на опору при разрушении ледяного поля представлено в виде суммы случайных величин:,где nix - направляющие конусы; si - напряжения, отнесенные к i-ой площадке.

Определяющими характеристиками считают среднее значение величины Ai и дисперсию DA. Статистические характеристики для данного ледяного поля существенно зависят от размеров образцов льда. При моделировании линейные размеры льда и сооружения уменьшены в a раз, поэтому результирующее давление льда на модель сваи будет иметь вид:.

В результате моделирования были получены выводы: основным геометрическим параметром, от которого в значительной мере зависит величина осредненного предельного давления льда по контакту с сооружением, является безразмерная величина h/d (h - толщина льда, d - диаметр опоры).

Картина разрушения ледяного поля вокруг моделей сооружений большого диаметра h/d=0,1-0,2 резко отличается от картины разрушения льда вокруг моделей сооружений малого диаметра h/d=1-5. В первом случае происходит потеря устойчивости ледяного поля как пластинки, во втором преобладают сдвиговые деформации внутри ледяного поля. При этом величины средних контактных напряжений отличаются в несколько раз.

Данный метод решения задачи в работе не используется и более подробно на нем нет смысла останавливаться, хотя этот метод может быть полезен с точки зрения изучения явлений происходящих вокруг сооружения при его взаимодействии со льдом.

В.П. Афанасьев, Ю.В. Долгополов, З.И. Швайштейн [44] отмечают, что сооружения в виде отдельно стоящих опор, возводимые в прибрежных участках морей, в ряде случаев могут подвергаться воздействию дрейфующих льдов. К таким сооружениям относятся знаки навигационной обстановки, опоры конструкций для добычи нефти, мостовые опоры и т.п.

Однако в настоящее время еще нет норм для определения ледовых нагрузок на морские сооружения. Действующие нормативные документы и рекомендации не дают практически приемлемых решений применительно к морским отдельно стоящим опорам в силу их конструктивных особенностей и специфики ледовых условий в различных морях.

Здесь авторы предлагают рассмотреть метод определения нагрузок от воздействия ледяных полей на отдельно стоящие опоры с вертикальными и наклонными рабочими поверхностями. Рекомендации основаны на результатах лабораторных исследований, проведенных авторами в опытном ледовом бассейне ААНИИ.

Исследование давления льда на отдельные опоры с вертикальными поверхностями. Для определения влияния формы опоры на величину давления льда опыты проводились для трех видов опор, а именно: призматической при действии льда нормально к передней грани, призматической при направлении движения льда по диагонали, и цилиндрической. Лабораторные исследования давления льда на вертикальные опоры показали, что существуют два характерных вида разрушения ледяного покрова:

1. прорезание льда опорой,

2. разрушение ледяных пластин после потери устойчивости.

В опытах с опорами В=2h разрушение ледяного покрова происходило при дроблении льда по контакту с сооружением: при этом опора прорезала ледяное поле. В опытах с более широкими опорами при В=(4-7)h наблюдалось разрушение льда обоих видов. При прочих равных условиях максимальные нагрузки на модель опоры для второго случая были меньше нагрузок, возникающих при прорезании ледяного покрова опорой, когда лед разрушался из условия сопротивления его раздроблению.