Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Имитационная модель формирования режима нагружения)

2. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ.

2.1 Надежность морских ледостойких платформ.

Современные нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения являются уникальными инженерными сооружениями, обладающими большой материалоемкостью, высокой стоимостью, обслуживаемые большим экипажем. Их эксплуатация связана не только с большим риском для жизни людей, но и для экономики. Поэтому очевидным и целесообразным представляется предъявление к ним высоких требований в отношении надежности.

В общем надежность такой сложной системы как ледостойкие основания определяется изменчивостью таких факторов, как внешние воздействия, геометрические размеры, свойства материалов, свойства грунтов основания, ошибки при проектировании и строительстве. Определение надежности системы может быть выполнено для различных уровней приближения к реальной схеме, при этом обычно исходят из степени неопределенности, имеющейся при вычислении значений величины тех или иных факторов. Так, для нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений шельфа северных морей, строящихся на открытых акваториях с тяжелым гидрологическим режимом, наибольшей степенью неопределимости обладают параметры, характеризующие различные воздействия на эти сооружения. Поэтому актуальной задачей является накопление статистических данных о ветровых, волновых, ледовых и других явлениях, их обработка с целью представления информации в виде, позволяющем производить расчеты на усталость, накопление пластических деформаций и т.д., с учетом сочетания нагрузок и их повторяемости в течении всего срока службы.

Термин «нагрузки» надо понимать в широком смысле слова, подразумевая под ним не только силовые воздействия, но и воздействия, вызывающие в конструкции различные качественные и геометрические изменения, которые влияют на надежность и долговечность сооружения.

Для гидротехнических сооружений на замерзающих акваториях шельфа северных морей, как правило, определяющими являются ледовые нагрузки. Точность определения ледовых нагрузок непосредственно влияет на надежность и экономичность технических решений ледостойких платформ и зависит от погрешностей значений входящих в нее параметров.

В настоящее время для определения общей ледовой нагрузки на сооружения от ровных ледовых полей применяется известная формула СНиП [1]:

,                                                                     (1)

где к - коэффициент смятия; m - коэффициент формы опоры; d- диаметр опоры; h- толщина льда; R- прочность льда на одноосное сжатие.

Анализ ледового режима ряда перспективных акваторий, а также опыт эксплуатации построенных в аналогичных условиях сооружений показывают, что ледовые воздействия могут формироваться по достаточно разнообразным схемам в зависимости от многих факторов. Для определения расчетных воздействий целесообразно классифицировать виды воздействий и определить расчетные случай. Последние тесно связаны с возможными состояниями сооружений, т.е. в терминологии теории надежности - отказами.

Ледовые нагрузки и воздействия на морские гидротехнические сооружения характеризуются большим многообразием. Их можно классифицировать по причине возникновения, характеру взаимодействия, направлению и длительности действия, величине и виду ледовых образований и т.д. [3].

Причины возникновения ледовых воздействий в морских условиях могут быть следующие: дрейф ледяных полей (ветровой, от течений, приливов и т.д.), колебания уровня моря, температурные деформации, морские волны, воздействия ветра, течений и т.д. По характеру взаимодействия ледяного покрова с сооружениями ледовые воздействия можно подразделить следующим образом: навал при остановке дрейфующего ледового образования, его прорезание опорой сооружения, прорезание с вибрацией сооружения, удар, изгиб, торможение ледового поля, истирающее воздействие, разворот ледового поля и др. Ледовые нагрузки могут быть направлены горизонтально и вертикально, нормально к поверхности и по касательной. По времени действия ледовые нагрузки можно разделить на статические, медленно меняющиеся, динамические, ударные, циклические. В морских условиях на инженерные сооружения могут воздействовать следующие виды ледовых образований: ровные ледяные поля, отдельные торосы, гряда торосов, стамухи. По величине ледовые нагрузки могут изменяться в широком диапазоне, причем не только их экстремальные значения являются определяющими для инженерных сооружений, но и нагрузки незначительной величины могут привести к потере устойчивости как отдельных элементов конструкции, так и всего сооружения.

Для целей проектирования шельфовых гидротехнических сооружений при внезапном и постепенном отказе необходимо выявить расчетные случаи, характеризующие наиболее неблагоприятные ледовые воздействия по характеру, величине и направлению.