Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Исследование вероятностной модели формирования ледовой нагрузки), страница 2

Рис. 2.5. Гистограмма сплоченности льда.

Рис. 2.6. Гистограмма размеров льда.

Рис. 2.7. Гистограмма толщины льда.

Рис. 2.8. Гистограмма прочности льда.

2.2.3.2.  Анализ результатов исследований.

Для исследования функционирования вероятностной модели формирования ледовой нагрузки были выполнены численные эксперименты для сооружения диаметром d=100м. Численное моделирование осуществлялось путем перебора всех возможных сочетаний исходных параметров в соответствии с их распределениями. Длительность процесса взаимодействия ледяного покрова с МЛП принята равной t_s=7679600с (3 месяца, 1 сезон), т.е. равна времени ледового сезона. В качестве входных параметров использовались гистограммы сплоченности льда, размеров льдин, толщины льда, прочности льда и скорости льда. В результате расчетов получены гистограммы:

-    силы прорезания (см. приложение 1, рис.П1.4.-20м, рис.П1.6.-50м, рис.П1.8.-80м, рис.П1.18.-100м);-  количества циклов нагружения (см. приложение 1, рис.П1.5.-20м, рис.П1.7. –50м, рис.П1.9.-80м, рис.П1.19. 100м);

-  режима нагружения сооружения дрейфующим ледяным покровом (см приложение 1, рис.П1.14.-П1.17.).

Помимо этого получена зависимость суммарного количества циклов нагружения от диаметра опоры (см. приложение 3, рис.П3.13.).

Численное моделирование режима нагружения сооружения дрейфующим ледяными полями проводилось для ледостойкой платформы «Моликпак», установленной на Пильтун-Астохском месторождении. В качестве входных параметров использовались те же гистограммы сплоченности льда, размеров льдин, толщины льда, прочности льда и скорости льда по всем направлениям. В результате расчетов получены:

-  режим нагружения МЛП по всем направлениям дрейфа льда (см. приложение 3, рис.П3.42.-рис.П3.49.);

-  распределение ледовой нагрузки и количества циклов нагружения для данного сооружения по всем направлениям дрейфа льда (см. приложение 3, рис.П3.18.-рис.П3.33.);

-  распределение времени прорезания по всем направления дрейфа льда (см. приложение 3, рис.П3.34.-рис.П3.41.).

Особенностью данного расчета является возможность учета пространственной изменчивости ледяного покрова благодаря применению в расчетах гистограмм скорости дрейфа по различным направлениям. В результате расчетов помимо выше перечисленных распределений были получены:

-  роза режима нагружения рис.П3.1;

-  роза количества циклов рис.П3.2;

-  роза ледовой нагрузки рис.П3.3.

На основе анализа полученных результатов есть возможность выявить самое неблагоприятное направление действия нагрузки и дать рекомендации по проектированию, например, ледового пояса с местными усилениями конструкции.

Как видно из рисунков характер распределений ледовой нагрузки и количества циклов нагружения в зависимости от направления не изменился. Завышение значений в крайних интервалах на гистограммах времени прорезания (см. приложение 3, рис.П3.34.-рис.П3.41.) обусловлено выше упомянутыми причинами. Характерные два пика на гистограммах ледовой нагрузки для западного направления (рис.П.3.30.), для юго-западного направления (рис.П.3.28.), для восточного направления (рис.П.3.22.), для северо-восточного направления (рис.П3.18.).

В плановом распределении количества циклов нагружения (рис.П3.2.) характерна достаточная равномерность значений по всем направлением, чего нельзя сказать о ледовой нагрузки (рис.П.3.3.). Здесь преобладает нагрузка в основном северного, восточного и южного направления, что не противоречит динамике движения льда, приведенной в главе 4.1.2. Здесь характерно наличие прижимных течений и дрейфа льда вдоль острова, как в южном, так и в северном направлении.

Суммарное количество циклов по направлениям составило:

Такое количество циклов свидетельствует о том, что за период эксплуатации отдельные элементы конструкции могут быть нагружены более чем 10⁷ циклов, а это обуславливает необходимость выполнения расчетов конструкций на усталость.

Роза режима нагружения может непосредственно использоваться для определения эксплуатационной нагруженности сооружения дрейфующими ледяными полями с целью расчета конструкции на усталостную прочность. При этом есть возможность учесть пространственную изменчивость ледяного покрова и, как следствие, ледовой нагрузки.