Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Воздействие ледяного покрова на Инженерные сооружения континентального шельфа)

1. Воздействие ледяного покрова на Инженерные сооружения континентального шельфа.

Нефтегазопромысловые сооружения шельфа северных морей являются уникальными морскими гидротехническими сооружениями, на которые в условиях открытого побережья действуют большие по величине нагрузки: волновые, ледовые, ветровые, снеговые, от течений и т.п.

Одной из сложных проблем освоения морских месторождений шельфа северных морей является проблема ледовых воздействий на технические средства различного назначения. Опыт, накопленный при освоении северных морских путей не может быть непосредственно использован для освоения месторождений шельфа. Имеющийся кроме этого опыт по определению ледовых воздействий речного льда на конструкции речных гидротехнических сооружений также недостаточен для решения проблемы ледовых воздействий на морские гидротехнические сооружения. Это обусловлено следующими особенностями морских гидротехнических сооружений [46].

Во-первых, в отличие от морских судов шельфовые гидротехнические сооружения не изменяют, как правило, своего местоположения. Опыт ледовых плаваний с их тактикой поиска, благоприятных с точки зрения ледопроходимости путей сообщения, здесь неприемлем.

Во-вторых, морские гидротехнические сооружения для освоения шельфа имеют характерные конструктивные, геометрические, технологические параметры, отличные от соответствующих параметров судов и речных гидротехнических сооружений.

В-третьих, в морских условиях направление ледовых воздействий на стационарные гидротехнические сооружения не может, как правило, быть регламентировано, и нагрузка может возникать с разной вероятностью с любого направления.

В-четвертых, скорость дрейфа ледяного покрова в открытом море может изменяться в широком диапазоне в отличии от скорости при ледоходе в реках.

В-пятых, свойства морского льда отличаются от свойств речного пресноводного льда, при этом температура льда в морских условиях может быть значительно ниже, чем в речных (при ледоходах).

Отсутствие достаточных знаний о ледовых воздействиях на морские гидротехнические сооружения в открытом море обуславливают необходимость организации комплексных исследований ледового режима перспективных с точки зрения запасов сырья морских акваторий. Кроме того, недостаточно изучены сами процессы взаимодействия ледяных образований с конструкциями морских гидротехнических сооружений, закономерности изменения ледовых нагрузок, физико-механические и прочностные свойства морского льда, возможные расчетные случаи. Свидетельством изложенного является отсутствие достаточно обоснованных рекомендаций по проектированию ледостойких гидротехнических сооружений. Действующие нормативные документы [62, 63] не охватывают многие расчетные случаи, возможные в условиях открытой морской акватории. Поэтому задачи, связанные с расчетом и проектированием МЛП, становятся актуальными.

1.1. Проектирование морских гидротехнических сооружений с учетом усталости материалов.

Основными и определяющими факторами надежности конструкций сооружений являются безотказность и долговечность, которые обеспечиваются тремя показателями: прочностью, жесткостью и устойчивостью конструкций различного назначения. Должна существовать совокупность требований, которым удовлетворяет конструкция для того, чтобы считать ее безотказной и долговечной, т.е. надежной. Эти требования составляются на основе теории и опыта с учетом ряда факторов, таких как ответственность системы, изученность условий эксплуатации и т.п.

Расчет на прочность таких сложных систем, как ледостойкие основания, целесообразно проводить с учетом накопления внутренних повреждений, вызванных технологическими факторами, с учетом возможных многократных температурно-влажностных, ледовых, волновых и т.п. воздействий, а так же воздействий агрессивной среды. Все эти нагрузки и воздействия можно рассматривать отдельно или в их сочетаниях.

Морские платформы испытывают нагрузки, циклически изменяющиеся во времени. В связи с этим, как показывают эксперименты, несущая способность конструкций, определяемая характеристиками прочности материалов, существенно зависит от наличия необратимых деформаций, накопления повреждений. Поэтому есть опасность потери несущей способности конструкции за счет накопления усталостных повреждений материалов в опасных сечениях от сравнительно умеренных нагрузок большой повторяемости.

Случайный характер нагрузок обуславливает соответствующее ему изменение напряжений во времени, при котором амплитуды переменных напряжений и средние напряжения цикла изменяются во времени случайным образом (такой режим нагружения считается нерегулярным).