Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Расчет конструкции ледостойких оснований. Особенности имитационного моделирования), страница 2

Ограниченный объем натурных данных (физико-механических характеристик морского льда, морфологических параметров ледяных полей, параметры дрейфа ледяных полей и других) в указанных районах, в сочетании с вышеуказанными проблемами, приводят к необходимости разработки инженерных методов расчета сооружений на усталость от ледовых нагрузок и воздействий.

В общем случае нагрузку можно рассматривать как случайный процесс, а на акваториях с достаточно динамичным ледовым режимом для определения его вероятностных характеристик целесообразно давать оценку в трех временных масштабах: большом, среднем и малом.

В большом масштабе необходимо рассматривать изменчивость параметров ледового режима по годам с целью определения, например, толщины льда его прочности и пр., необходимого процента обеспеченности. Эта информация необходима для определения экстремальных (малой повторяемости) значений ледовой нагрузки для оценки надежности инженерных сооружений с позиции внезапных отказов.

В среднем масштабе изменчивость ледовых воздействий определяется сложным процессом взаимодействия ледяного покрова с конструкциями сооружений и его разрушения, что полезно для оценки надежности сооружений с позиции постепенного отказа.

В малом масштабе оценка вероятностных характеристик ледовой нагрузки быть получена на основе теоретических и экспериментальных исследований этого процесса. Они необходимы для динамического анализа инженерных сооружений.

В настоящее время оценку ледовой нагрузки в виде случайного процесса дать достаточно сложно из-за ограниченности необходимого материала по экспериментальным исследованиям натурных объектов. Поэтому целесообразно задачу разделить и изучать изменчивость факторов, влияющих на формирование ледовых воздействий, в трех указанных выше масштабах.

В данной работе рассматривается задача оценки надежности ледостойких платформ с учетом вероятностных характеристик в среднем временном масштабе.

При этом нагрузка рассматривается как случайная величина, а ее характеристики определяются на основе соответствующих вероятностных характеристик внешней среды, влияющих на формирование ледовых воздействий.

Расчет ледостойких сооружений на усталостную прочность (постепенный отказ) обусловливает необходимость определения режима нагружения сооружения дрейфующим ледяным покровом. Режим нагружения характеризуется количеством циклов нагружения, интенсивностью нагрузки и размахом колебания нагрузки. Эти характеристики зависят от тех же факторов, которые влияют на формирование и изменение ледовой нагрузки, действующей на сооружение. При этом изменчивость природных факторов необходимо учитывать и во времени и в пространстве. Формирование ледовой нагрузки в виде случайного процесса достаточно сложная задача. Наиболее достоверным является экспериментальный метод. Однако, ледостойких сооружений на шельфе построено сравнительно мало, опыт эксплуатации их ограничен как и временем, так и конкретными условиями района строительства. Кроме того, экспериментальный метод очень трудоемок и требует значительных затрат. Поэтому целесообразно использовать теоретический подход для описания рассматриваемого процесса. При этом, как отмечалось выше, задачу надо рассматривать в трех временных масштабах.

Практически задача сводится к необходимости описания вероятностных характеристик изменчивости параметров ледяного покрова в конкретной точке акватории – точке установки сооружения.

Перспективным в настоящее время является вероятностный подход, основанный на данных натурных наблюдений за параметрами ледового режима .

На практике возникают трудности получения достаточно полной информации о вероятностных характеристиках основных показателей ледового режима за весь необходимый период, например, сезон. Поэтому в настоящее время как правило приходится их осреднять.

В связи с этим для того чтобы избежать больших погрешностей при расчетах будем использовать метод имитационного моделирования.