Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Описание ледового режима морских акваторий)

Страницы работы

Содержание работы

1.3. Описание ледового режима морских акваторий.

Инженерные сооружения, предназначенные для обустройства морских месторождений замерзающих акваторий, достаточно разнообразны. Это в первую очередь, как правило, морские платформы с оборудованием для добычи нефти и газа, подводные трубопроводы и другие коммуникации, знаки навигационной обстановки, береговые базы, нефте- и газохранилища, перерабатывающие заводы и т.п. Hаиболее уязвимыми и нетрадиционными объектами являются ледостойкие основания и морские ледостойкие платформы.

Как уже отмечалось ранее для гидротехнических сооружений замерзающих акваторий шельфа северных морей, как правило, определяющей является ледовая нагрузка. Точность определения последней непосредственно влияет на надежность и экономичность технических решений ледостойких оснований. Поэтому в настоящее время важное значение имеет исследование ледового режима перспективных акваторий, обработка результатов и представления их в требуемом  для проектирования виде.

Одновременно с ледовым режимом необходимо изучать все характеристики гидрометеоусловий перспективных акваторий с целью накопления данных и получения достоверной статистической информации. Это связана с тем, что в процессе взаимодействия ледостойкого основания с ледяным покровом в режиме прорезания могут возникать колебания, причем этот процесс зависит как от параметров льда, так и от параметров сооружения. Поэтому для определения количества циклов нагружения ледовой нагрузкой необходимо не только знать распределение ледовой нагрузки по годам в пределах ледового периода, но и параметры процесса динамического взаимодействия. Для достижения этой цели необходимо решить задачу динамического взаимодействия льда и сооружения.

Таким образом, в отличие от других нагрузок, для которых вероятностные характеристики можно получить по результатам наблюдений, ледовые нагрузки должны определяться из решения дифференциальных уравнений, описывающих процесс динамического взаимодействия сооружений и дрейфующего ледового покрова. Эта задача еще находится в стадии исследования.

Все вышеизложенное обуславливает необходимость изучения не только ледового режима акваторий, но и особенностей динамического процесса взаимодействия сооружений с дрейфующим ледяным покровом, в том числе и с учетом влияния грунтового основания. Определение вероятностных характеристик случайного процесса изменения ледовых нагрузок позволит при проектировании гидротехнических сооружений давать оценку вероятности наступления предельного состояния, то есть рассчитывать надежность сооружений. При учете изменения свойств материалов во времени можно будет прогнозировать долговечность сооружений.

Модели описания ледового режима.

Модель полной ледовой динамики.

Д.Д. Колле и Р.С. Притчард в своей статье [ ] сравнивают две математические модели (свободный дрейф льда и полная ледовая динамика), которые имитируют движение морского льда под действием ветра и течений.

Первая - это модель свободного дрейфа, в которой аэро- и гидродинамическое сопротивления, ускорение Кориолиса и колебания морской поверхности создают силы, воздействующие на лед. Эта модель отрицает влияние сил, передаваемых между отдельными плавающими льдинами (т.е. здесь учитываются только силы, с которыми действует на лед атмосфера и океан).

Вторая - это полная ледовая динамика, которая включает в себя внутреннюю ледовую нагрузку по отношению к этим силам. Лед моделируется как упруго-пластичный материал получающийся в результате закалки из-за разницы температур, в котором прочность является результатом мгновенного распространения по толщине льда.

Модель свободного дрейфа.

Во время свободного дрейфа движение ледовой поверхности может быль определено балансом локальных сил. Силами, действующими на лед, являются: атмосферное давление, выталкивающая сила воды, сила Кориолиса и колебания морской поверхности (силы инерции не учитываются). Баланс сил выражается формулой

,                         (1.121)

где m -масса единицы площади льда; v -горизонтальная составляющая скорости; ta - сила тяжести, создаваемая давлением атмосферы на верхнюю поверхность льда; tw - сила упругости, создаваемая давлением океана на нижнюю поверхность льда; f - параметр Кориолиса; к - единичный вектор в вертикальном направлении; g - ускорение свободного падения; Н - глубина моря.

Массу единицы площади находят через плотность льда и среднюю его толщину, которую принимают за постоянную величину (const). Величина средней толщины получается из [ ]. Параметр Кориолиса находится по формуле:

,                                                        (1.122)

где W - угловая частота вращения земли; f - широта. Атмосферное давление определяется через геострофический ветер U в атмосфере, как

Похожие материалы

Информация о работе