В первых рекомендациях по определению ледовой нагрузки на опоры ГТС использовался опыт исследований нагрузок на опоры мостов на замерзающих реках. При этом не учитывался циклический характер нагрузки, т.е. предполагалось, что после внедрения сооружения в лед на всю ширину ледовая нагрузка принимала постоянное значение. Объяснить это можно тем, что мосты, ледорезы и оградительные сооружения строились на небольших глубинах и имели частоту собственных колебаний, значительно отличающуюся от частоты ледовых воздействий.
При мелкомасштабных экспериментах возникают проблемы моделирования процесса взаимодействия ледяного образования с сооружением. Физическое моделирование данного процесса началось в начале 50-х для целей речной навигации и эксплуатации ледокольного флота. Законы моделирования в ледотехнике сформулированы в работе [137], в которой подчеркивается необходимость соблюдения геометрического, кинематического и динамического подобия явлений. Наиболее трудно осуществимо физико-механическое подобие, требующее использования специально оборудованных ледовых бассейнов и изготовления модельного льда.
Первые модельные мелкомасштабные опыты с использованием ослабленного соленого льда (h<0,05 м) были выполнены в ледовом бассейне Арктического и Антарктического института [13]. Дальнейшее развитие эти исследования получили в работах [291, 292]. Опыты показали принципиальную возможность выполнения исследований в малом масштабе и позволили выявить существующую зависимость величины контактных напряжений от параметра D/h и скорости движения ледяного поля. Однако эти работы скорее поставили проблему, чем решили её.
В качестве модельного льда также предлагались для использования структурно-моделированный лед, керамзитовый заменитель льда, воду с добавкой карбамида, парафина, органические заменители (гранулированный полиэтилен, пена циркония) и др. Широкое применение, с учетом надежности результатов моделирования, нашел карбамидный лед, предложенный Тимко [419]. В последние годы объём исследований, выполняемых в ледовых бассейнах, резко возрос, что объясняется увеличением их числа и мощности и усовершенствованием методики проведения исследований. Тем не менее, и на сегодняшний день достоверность результатов моделирования взаимодействия льда и опор, особенно при D/h> 10, обоснована недостаточно.
Наиболее ценные практические результаты получены при исследовании давления натурного льда в крупном масштабе с помощью инденторов [268, 270, 285, 352, 356, 357, 413, 446]. Ниже приведен обзор наиболее интересных экспериментов по данному направлению.
Испытания натурного льда толщиной 1,0-1,5 м с помощью специального индентора (“щипцы для орехов”) в дельте р.Маккензи вблизи м.Бофорта выполнялись Кросдэйлом, начиная с 1969г. [268] (рис.3.1). Соленость льда находилась в пределах 1-3%. Температура воздуха во время опытов изменялась от -28° до -40°С. Температура льда по толщине изменялась по закону треугольника от -30° до 0°С. За эффективное значение толщины ледяного поля hэ принята толщина на расстоянии 0,15 м от поверхности опоры. Прочность образцов на одноосное сжатие Rс изменялась в пределах 0.9-2.3 МПа (среднее значение Rс» 1.5 МПа).
Характер разрушения ледяной плиты представлен на рис 3.1. Конструкция индентора не позволила осуществить строго поступательного движения опоры, и её вращение вокруг опоры могло внести погрешность в измерения. По этой же причине данное устройство не позволяет выполнить многоцикловую запись разрушения льда в процессе его прорезания опорой. Основное достоинство устройства - возможность измерения нагрузки при неблагоприятных контактных условиях льда и опоры вплоть до смерзания. К недостаткам относится большой вес применяемого индентора (до 10 т), трудоёмкость проведения опытов и малый объём измерений.
Более совершенная экспериментальная установка позволила Кросдейлу [270] получить новые результаты по геометрии разрушения ледяной плиты (рис.3.2).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.