Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Истирающее воздействие ледяного покрова на опоры гидротехнических сооружений)

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Таким образом, наблюдается периодическое разрушение льда при одновременном проявлении сжатия и сдвига. Нагрузка при этом изменяется циклически.

Своеобразное влияние испытывают морские сооружения как от обледенения и смерзания, так и от истирающего воздействия ледяного покрова в зоне переменного уровня моря.

Обледенение морских ГТС может снижать истирающее воздействие. Смерзание ледяного покрова с сооружением также может защитить его от истирающего воздействия ледяных полей.

Однако в морях с высокой динамичностью дрейфа ледяных полей, таких как Охотское море, обледенение и смерзание льда с сооружением не будет оказывать существенного влияния на истирание сооружений льдом.

Таким образом, в связи с неоднородностью льдины по толщине, при взаимодействии их на сооружение, оказывать истирающее воздействие будет некоторая средняя часть толщины льда. Для определения расчетной части толщины льда получим следующую формулу

,                                    (3.2)

где h1% - толщина льдины при 1% обеспеченности, м; 0,2 – минимальная толщина льдины, м.

Следовательно, можно определить высоту зоны сооружения, подверженной истирающему воздействию

,                                          (3.3)

где Hmax – максимальный уровень моря при 1% обеспеченности; Hmin – минимальный уровень моря при 98% обеспеченности.

3.1.2. Длина участка (пути) ледяного покрова, оказывавшего

истирающее воздействие на сооружение.

Длина участка ледяного покрова, оказывавшего истирающее воздействие на сооружение определяется как длина прорезания льда опорой сооружения, т.е. учитывается только прорезание льда опорой для каждой расчетной ситуации lk=f (N, V, D, R).

Длина прорезания определяется путем имитационного моделирования процесса взаимодействия ледяных полей с сооружением. На каждом шаге в модели предус-мотрено определение времени прорезания, скорости прорезания и длины прорезания.

Длина прорезания льда опорой на i-м шаге определяется по формуле (2.11):

,                                              (3.1)

где Vi.j,k – скорость движения j-й льдины на i-м шаге в k-й ситуации, м/с (см.гл.2); Dt – шаг моделирования льдины по времени, Dt=1сек.

В случае остановки или скола льда lпр=0 до тех пор, пока следующая льдина не соприкоснется с передней гранью сооружения и скорость прорезания будет отлично от нуля Vi=0.

Длина участка прорезания lk при каждой расчетной ситуации позволяет определить интересующее нас значение пути скольжения ледяного поля относительно опоры сооружения, необходимое для расчета глубины истирания:

lk=∑Dxi,j,k.                                                     (3.2)

3.1.3. Распределение давления на контакте опоры с ледяными образованиями

Принимая во внимание, что на поверхности в процессе разрушения ледяного поля образуется контактная зона, на которой формируется ледовая нагрузка, то воспользуемся задачей Фламана из курса механики грунтов. Тогда контактное давление от ледяного поля определяется по закону косинуса

,                                                     (3.3)

где F- сила взаимодействия льда с сооружением, определяемая согласно [62] и по формуле (2.1); h–толщина льдины, м, d–диаметр сооружения, м, a - угол между направлением действующей силы и ее проекцией, град.

Максимальное контактное давление при угле a=0 равно .

Учитывая изменчивость Dxi,j,k и si,j,k и их совместного учета на каждом i-м шаге, в имитационной модели приращение глубины истирания определяется на каждом i-м шаге

.                                         (3.7)

где y - эмпирический коэффициент для стали, принимаемый равным 0,0003.

Как известно, в морских условиях ледяной покров может двигаться в любых направлениях с учетом вероятности воздействия ветра и течения по всем румбам. В связи с этим для оценки истирающего воздействия ледяного покрова в вертикальном сечении зоны возможного контакта рассмотрим эпюры распределения давлений на сооружение (рис.3.2).

а)     б)     в)

Рис.3.2. Распределение контактного давления по закону косинуса при

воздействии ледового покрова на сооружение:

а) с северо-западного направления;

б) с северного направления;

в) с северо-восточного направления.

Учитывая принятое распределение давлений по косинусу и общепринятое разделение наблюдений за метеорологическими характеристиками по 8 (восьми) румбам, примем для оценки истирающего воздействия корпуса сооружения эти же направления в плане (север, северо-запад, запад, юго-запад, юг, юго-восток, восток и северо-восток). Очевидно, что на любую из этих точек горизонтально сечения корпуса сооружения в плане будут воздействовать ледяные образования, дрейфующие по трем направлениям: первое – вдоль румба, проходящее через рассматриваемую точку, и два – соседние румбы от него.

С учетом распределения давлений по косинусу, необходимо отметить

Похожие материалы

Информация о работе