Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Методы описания воздействия ледяного покрова на сооружения шельфа), страница 16

Можно предположить, что в натурных условиях при воздействии торосистых ледяных полей или полей льда со значительной толщиной на одиночные опоры шириной В=(4-7)h разрушение льда от потери устойчивости не будет происходить и, следовательно, вывод зависимостей для определения расчетной разрушающей нагрузки должен основываться на опытных данных для случаев прорезания ледяного покрова.

Для того чтобы решить вопрос о применимости в качестве расчетного второго вида разрушения, необходимо произвести оценку возможности потери устойчивости ровным ледяным покровом при воздействии его на широкие опоры. В качестве расчетной схемы можно принять полубесконечную пластину на упругом основании, подвергающуюся равномерному сжатию по кромке. Уравнение устойчивости такой пластины имеет следующий вид [30]:

,                                                                  (17)

где Р_кр - критическая нагрузка на единицу длины, g - коэффициент постели равный объемному весу воды.

,                                                                  (18)

где Е - модуль деформации льда, m - коэффициент Пуассона, h - толщина льда.

Разрушение ледяного поля после потери устойчивости, очевидно, наступит, если будет соблюдаться условие:

.                                                                       (19)

Здесь Р - разрушающая нагрузка на единицу длины из условий сопротивления льда сжатию, равная

,                                                                    (20)

где к -коэффициент неплотности соприкасания ледяного поля с сооружением, равный для рассматриваемого случая 0.7 [29], s_с -расчетное временное сопротивление льда сжатию.

Выразим величины левой части зависимости [30] через их значения

.                                             (21)

Поскольку входящие в уравнение (21) величины Е, s_с и h для ледяного покрова, встречающегося в натуре, изменяются в довольно больших пределах, найти численное значение критерия устойчивости довольно сложно. Чтобы решить эту задачу, сведем выражение (21) к минимуму аргументов. Для этого будем иметь в виду, что при кратковременном нагружении справедливо соотношение [30] принимая s_с = (2.5-3)s_и, Е=1000s_с. Между прочностью льда и его толщиной имеется зависимость [6]

.                                                      (22)

Подставляя эти соотношения в выражение (21), получим при m =0.33 и g=0.001кг/см²

.                                                    (23)

Как показывает опыт, величина критической нагрузки по сравнению с нагрузкой, возникающей из условия раздробленности льда, по мере уменьшения размеров опоры при прочих равных условиях будет возрастать. Таким образом, можно сделать заключение, что потери устойчивости натурного ледяного покрова при воздействии его на одиночные опоры конечной ширины не произойдет. Следовательно, и для широких опор расчетной схемой будет являться случай, соответствующий прорезанию льда опорой.

Результаты опытов показали, что усилие, действующее на опору при продвижении ледяного покрова, и характер разрушения в большой степени зависят не только от основных факторов - прочности льда и площади контакта, - но и от относительных размеров опоры и ее формы. Во всех случаях с увеличением ширины при постоянной толщине льда удельное давление на опору в момент разрушения ледяного покрова заметно уменьшается. Это явление можно объяснить тем, что при относительно узких опорах за счет боковых, не подвергающихся разрушению участков в ледяном поле создается сложное напряженное состояние, увеличивающее сопротивление льда разрушению.

Отсюда следует, на сколько многообразными могут быть условия разрушения льда при воздействии на опору. Выразить величину этого воздействия в виде строгих математических зависимостей не представляется возможным. Поэтому для расчета гидротехнических сооружений на действие ледовой нагрузки очень важно применение методов вероятностных расчетов.