Автореферат диссертации (Воздействие ледовых полей на одно- и многоопорные гидротехнические сооружения с вертикальной опорной частью)

На правах рукописиПолитько Валентин АлександровичВоздействие ледовых полей на одно- и многоопорныегидротехнические сооружения с вертикальной опорной частью05.23.07 - Гидротехническое строительствоАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2018Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждениивысшегообразования«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» (НИУ МГСУ).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорКантаржи Измаил ГригорьевичОфициальные оппоненты:Уварова Татьяна Эриковнадоктортехнических«Дальневосточныйнаук,доцент,федеральныйФГБОУуниверситет»,ВОкафедрагидротехники, доцентСоболь Илья Станиславовичдоктортехнических«Нижегородскийнаук,доцент,государственныйФГАОУВОархитектурно-строительный университет», проректор по научной работеВедущая организация:ФГБУН «Институт водных проблем Российской академиинаук» (ИВП РАН)Защита состоится «18» декабря 2018 г.

в 14.00 часов (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.03, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет», по адресу:129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 9 студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»и на сайте www.mgsu.ruАвтореферат разослан «___» ____________ 2018 г.Ученый секретарьдиссертационного советаБестужева Александра Станиславовна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность диссертационных исследованийЛедотехническим аспектам строительства гидротехнических сооружений в последнеевремя уделяется все больше внимания, ввиду растущего объема деятельности в северныхширотах нашей страны.

Одной из причин повышенного интереса к Крайнему Северу являетсяего богатый ресурсный потенциал. Еще одним важным аспектом растущей деятельности всеверных широтах является курс на модернизацию портовых сооружений Северного морскогопути, связанный с ростом сообщения и объемов грузоперевозок между странами Европы,европейской частью России и азиатскими рынками. Большую часть года в акваториях КрайнегоСевера присутствуют ледовые образования различных форм. Совершенствование методовпрогнозирования ледовых условий и методик определения нагрузок от ледовых образований насуда и сооружения становится важным фактором обеспечения безопасности морских операций.Степень разработанности темы исследованийВ России ведутся исследовательские работы, направленные на совершенствованиеметодик определения ледовых нагрузок.

Большой исследовательский вклад по вопросамэффекта вибраций морских сооружений под воздействием ледовых полей, а также общимвопросам определения ледовых нагрузок был внесен К.Н. Шхинеком и его последователями.Специалистами из Дальневосточного Федерального Университета уделяется много вниманиявопросам абразии материалов, подверженных прямому воздействию льда. Институт ААНИИпроводит обширные кампании по сбору информации о ледовых условиях северных морей.Много ледовых исследований было проведено на базе МГСУ. К сожалению, большая частьрезультатов этих исследований до сих пор не нашла практического применения вотечественных строительных нормах. Несмотря на значительные продаижения в областиизучения ледовых воздействий, совершенствование методик оценки ледовых нагрузок ивоздействий остаётся актуальным.Цель и задачи диссертационной работыВопросы корректной оценки ледового воздействия от дрейфующего ровного ледовогополя на одно-, многоопорные и протяженные гидротехнические сооружения с вертикальнойопорной частью определяли цель диссертации, которая заключалась в аналитическом ичисленном исследовании различных аспектов, определяющих ледовую нагрузку.Для этого потребовалось решить следующие задачи:1.Анализ научных статей, диссертаций, докладов, действующих нормативов в областиопределения ледовых нагрузок с целью получения информации о современном уровне знаний омеханике льда и актуальных исследованиях в области ледотехники.42.Сбор данных о результатах крупномасштабных полевых измерений ледовых нагрузок нагидротехнические сооружения с целью дальнейшей верификации численных моделей исравнения натурных данных с расчетными нагрузками по СП 38.13330.2012.3.Создание численной модели для исследования процесса взаимодействия ледового поля свертикальными опорами гидротехнических сооружений при разрушении льда.4.Выбор модели и критериев прочности льда при его взаимодействии с сооружением;5.Проведение численных и аналитических исследований взаимодействия ровного ледовогополя с одноопорными и многоопорными сооружениями.6.Применение результатов исследования для оценки ледовой нагрузки от ровногодрейфующего ледяного поля на гидротехнические сооружения порта плавучей атомнойтеплоэлектростанции ПАТЭС в городе Певек.Научная новизна исследований1.Разработана методика численного моделирования взаимодействия ровного ледяного поля ссооружением с вертикальной опорной частью на основе комплекса ANSYS.

Проведенаверификация результатов моделирования по данным лабораторных и натурных исследований ипоказана приемлемость разработанной численной модели для практического применения.2.Проведено исследование масштабного эффекта ледовой нагрузки.

Получено аналитическоерешение для определения ледового воздействия на одноопорное сооружение при разрушениильда, учитывающее зависимость ледовой нагрузки от отношения ширины опоры к толщинельда3.и от толщины льда .Проведен численный анализ влияния формы опоры на ледовую нагрузку. На основечисленного анализа уточнены коэффициенты формы опоры, применяемые в формулахстандарта СП 38.13330.2012.4.Проведено численное исследование влияния зон высокой прочности в поле однолетнегольда на величину ледовой нагрузки.

Получены данные о том, что зоны высокой прочностиоказываютзначительноевлияниенавеличину ледовойнагрузки.Ихпрочностныехарактеристики должны лежать в основе определения расчетной ледовой нагрузки.5.Проведенчисленныйанализвлияниязаторальдавмежопорномпространствемногоопорного сооружения на ледовую нагрузку. На основе проведенного анализапредставлены значения дополнительного коэффициента затора6..Проведен численный анализ основных факторов, определяющих ледовую нагрузку намногоопорное сооружение.

Определено влияние основных трех факторов: расстояния междуопорами, угла воздействия дрейфующего льда, толщины льда.57.Проведена оценка изменчивости основных характеристик ледового поля на протяженииледового периода на примере ГС проекта ПАТЭС в г. Певек. Представлен рациональныйподход к определению расчетной ледовой нагрузки с учетом постепенного нарастаниятолщины льда и постепенного снижения прочности льда в весенне-летний период.Теоретическая и практическая значимость работы1.Разработана численная модель, которая может быть использована с целью моделированияпроцесса воздействия ровного ледового поля на гидротехнические сооружения с вертикальнойопорной частью.2.Разработано аналитическое решение для определения ледовой нагрузки от ровного поляпри разрушении льда, которое учитывает зависимость масштабного эффекта ледовой нагрузкиодновременно от отношения ширины опоры к толщине льда3.и от толщины льда .При помощи аналитического решения было определено, при каких условиях расчеты по СП39.13330.2012 дают завышенные или заниженные значения ледовых нагрузок.4.На базе проведенного численного анализа влияния формы опоры на ледовую нагрузкупредложено уточнение коэффициентов формы опоры, применяемых в формулах стандартаСП 38.13330.2012.5.Определено влияния зон повышенной прочности в поле однолетнего льда на величинуледовой нагрузки.6.Проведена оценка влияния различных факторов на ледовую нагрузку на многоопорныесооружения.7.На основе результатов численного анализа влияния затора льда в межопорномпространстве многоопорного сооружения на ледовую нагрузку было предложено введениедополнительного коэффициента заторав формулу СП 38.13330.2012 и получены егосоответствующие значения.8.Проведеносопоставлениеледовойнагрузкинатрехопорныеичетырехопорныесооружения.9.Проведен анализ изменчивости характеристик льда и ледовой нагрузки на протяженииледового сезона на примере гидрометеорологических условий района г.

Певек. Определенподход к сбору статистической информации о ледовых параметрах, а также представленрациональный подход к определению расчетной ледовой нагрузки с учетом постепенногонарастания толщины льда и снижения прочности льда в весенне-летний период.Методология и методы исследования.Для достижения поставленной цели былииспользованы аналитические решения и численное моделирование воздействия ледового поляна одно- и многоопорные сооружения на базе программного комплекса ANSYS.6Личный вклад автора заключался в постановке цели и формулировании задачдиссертационногоисследования,разработкемоделидлячисленногомоделирования,постановке аналитического решения, проведении численных и аналитических исследований,формулировании заключения по диссертационной работе.Положения, выносимые на защиту:1.Методика численного моделирования процесса воздействия ровного ледового поляна сооружение с вертикальной опорной частью.