Автореферат диссертации (1141535), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В итоге аналитическоерешение было представлено в виде:(2)где– коэффициент формы опоры в плане по СП 38.13330.2012;13– коэффициент учета скорости деформации льда по СП 38.13330.20120- коэффициент смятия (зависимости ледового давления от отношения);- коэффициент учета зависимости ледового давления от толщины льда ;–давление льда толщиной 1м, МПа; при этомвыражается формулой(3)где– прочность льда на сжатие, рассчитываемая по СП 38.13330.2012, МПа;– коэффициент корреляции.Многие исследования указывают на то, что масштабный эффект ледового воздействиязначительно отличается для площади зоны контакта льда с сооружением до 30 м² и в случаебольшей площади. Поэтому коэффициенты,,отличаются для 2-х случаев:- Площадь зоны контакта льда с сооружением Aс=bh=1-30 м²:(4)(5)=3.3(6)- Площадь зоны контакта льда с сооружением Aс>30 м²(7)(8)(9)Исследование, соответственно, проводилось также для двух случаев.
Толщина льда длярасчетов была принята равной. В арктических условиях это средняя максимальнаятолщина однолетних льдов.Случай 1. Площадь зоны контакта льда с сооружением Aс=bh=1-30 м².Результаты расчетов ледового давления по различным стандартам, а именно СП38.13330.2012, ISO 19906, API RP 2N, а также данные натурных измерений, собранныеМастерсоном и Бьеркасом, приведены на рисунке 5. Рассматривалось изменение ледовогодавления при увеличении площади воздействия льдаконструкции сооружения .и при увеличении ширины опорной14На рисунке 5 видно, что для относительно теплого толстого однолетнего льда стемпературой верхней кромки льда T=-5˚C СП 38.13330.2012 дает расчетное давление льдасопоставимое с расчетным давлением по ISO 19906, принятым для Арктической зоны, и по APIRP 2N. Данный факт говорит о завышенном значении либо прочностного параметра льда, либокоэффициента смятия, определяемых по СП 38.13330.2012.Рисунок 5 - График зависимости ледового давления p от площади воздействия льда Aс: 1 – поISO 19906 для Арктической зоны; 2-по СП38.13330.2012 при температуре верхней кромки льда-5˚С; 3-по API RP 2N – с учетом 2-х стандартных отклонений; 4-кривая Мастерсона порезультатам натурных испытаний при b/h<2; I-случаи ледового воздействия на коническиесооружения шириной до 4м; II-на вертикальные сооружения шириной 2-8.5м; III-на опорымостов и платформ от теплого льда; IV-на опоры морских сооружений в умеренных широтахНа рисунке 6 представлены графики ледового давления, рассчитанные в том числе повыведенному аналитическому решению (формула 2), которое дает близкие к натурным даннымзначения ледового давления.
Видно, что аналитическое решение (формула 2) для зимнегохолодного льда при температуре верхней кромки льда Т=-10˚С дает значения ледовогодавления немного ниже, чем по ISO 19906 (значения давления по ISO считаются достаточноконсервативными, с учетом многолетнего льда). В то же время видно насколько завышеннымдля толстого однолетнего льда является расчетное ледовое давление по СП 38.13330.2012.Основным результатом аналитических исследований учета масштабного эффекта в СП38.13330.2012 при расчетах максимальной нагрузки на одноопорное (не протяженное)сооружение является следующее: для ровного льда толщиной 1м расчетное давление по СП38.13330.2012 не значительно отличается от значений по выведенному аналитическомурешению (формуле 2) и ISO 19906 - ±15% (т.е.
близко к реальным нагрузкам); для ровного льда15толщиной 1.5м разница в значениях может составлять до 30% (больше по СП); для ровногольда толщиной 2.0м разница составляет до 80% (больше по СП). Таким образом, для ровногольда толщиной более 1.5м расчетные нагрузки по СП 38.13330.2012 на непротяженныесооружения могут быть сильно завышены.Рисунок 6 - График ледового давления p, рассчитанного по: 1 – по формуле (2) при температуреверхней кромки льда T=-5˚C; 2 – по формуле (2) при температуре верхней кромки льда T=10˚C; 3 - по СП38.13330.2012 при температуре верхней кромки льда -5˚С; 4 - по ISO 19906 дляАрктической зоны; 5 - по СП38.13330.2012 при температуре верхней кромки льда -10˚ССлучай 2.
Aс>30 м² (протяженные сооружения).Для протяженных сооружений были проведены аналогичные исследования.На рисунке 7 изображены графики расчетного ледового давления для льда толщиной 2мпо СП 38.13330.2012, API RP 2N, ISO 19906 и согласно аналитическому решению (формула 2)на фоне данных о натурных исследованиях. Видно, что до=25 расчетное давление по СП38.13330.2012 имеет завышенные значения по сравнению с расчетным давлением по формуле(2), с=25 по=250 (=100-1000 м2) происходит, наоборот, недооценка нагрузки, в томчисле и на фоне данных натурных измерений ледовых воздействий, что необходимо учитыватьпри определении ледовых нагрузок на широкие/протяженные сооружения.В разделе 4.4 Главы 4 было проанализировано влияние наличия зон пониженной иповышенной прочности отдельных участков льда на общую прочность льда и ледовуюнагрузку.
В качестве объекта изучения был принят участок льдины размерами 6х6х0.6 метров,воздействующий на прямоугольную опору шириной 3 метра. Льдина условно была разбита на 9одинаковых частей с различной прочностью, которая была задана в данном случае при помощиразличных модулей упругости, как изображено на рисунке 8.
При этоммодуль упругости, соответствующей средней прочности.=6000 МПа –16Рисунок 7 - Расчетное ледовое давление p на протяженные сооружения при,определенное согласно: 1 - СП 38.13330.2012 при T=-5˚C; 2 - СП 38.13330.2012 при T=-10˚C;3 – формуле (2) при T=-10˚C; 4 –ISO 19906; 5 –API RP 2N; I – данные натурных измеренийвоздействия весеннего однолетнего льда на платформу Моликпак; II – воздействиямноголетнего льда на Моликпак; III - воздействия однолетнего льда на кессон шириной 150метров; IV – воздействия однолетнего льда на остров Ганса, Канада.Результатом исследования стал тот факт, что для оценки силового воздействия отледового поля, где имеются включения многолетнего льда, стоит принимать прочностныехарактеристики именно многолетнего льда.
Это утверждение подтверждается также натурнымиданными о воздействии ледовых полей на платформу Моликпак. При проведении измеренийледовых нагрузок на Моликпак было зарегистрировано воздействие на платформу однолетнеголедового поля с включениями многолетнего льда. При этом было отмечена повышенноеледовая нагрузка в среднем в 1.4-1.5 раза.а)б)Рисунок 8 - а) – ледовое поле, условно разбитое на 9 частей разной прочности; б) значениямодулей упругости отдельных зон моделируемой льдины17В пятой главе был проведен численный анализ взаимодействия ровного ледового поля смногоопорными гидротехническими сооружениями с вертикальной опорной частью.В разделе 5.2 Главы 5 был проведен численный анализ эффекта взаимовлияниясоседних опор на суммарную ледовую нагрузку для четырехопорной и трехопорнойконструкции.Основными выводами исследования воздействия ледового поля на четырехопорноесооружение были следующие:1.
Воздействие ровного ледового поля на четырехопорную конструкцию (при толщинельда h=0.5 и h=1.0м) дают соотношение Ftotal/F1=1.9-3.4, что, в целом, соответствует результатамранее проведенных исследований. При этом для более тонкого льда, толщиной – 0.5м,Ftotal/F1=1.9-3.2, для льда толщиной h=1.0м - Ftotal/F1=1.9-3.4.2. Наибольшая нагрузка отмечается, когда лед воздействует на все четыре опоры и когдаопоры второго ряда не находятся в тени передних опор (полностью или частично), что бываеткогда угол воздействия льда на опору лежит в диапазоне 20-30˚.3. Согласно проведенному численному исследованию эффект взаимовлияния опор(Ftotal/F1) при L/D=6 и L/D=8 значительно не отличаются, в результате чего можноконстатировать, что для L/D>8 эффект взаимовлияния опор значительно изменяться не будет,т.е.
Ftotal/F1=const.4.Как показал численный эксперимент толщина льда имеет большое влияние наэффект взаимовлияния опор. Этот эффект имеет место потому, что при определенных условиях(высокой гибкости льдины или ее отдельного участка) лед разрушается при контакте с опорамивторого ряда не путем дробления, а результате потери устойчивости, как изображено нарисунке 9a.
В ходе численного моделирования разрушение льда при воздействии на опорызаднего ряда путем потери устойчивости (рисунок 9а) наблюдалось при толщине льда h=0.5м(D/h=6). При толщине льда h=1.0 м (D/h=3) лед разрушался на сжатие дроблением (рисунок 9б).а)б)Рисунок 9 - Схема разрушения ледового поля при L/D=6 и α=22˚: а) h=0.5м; б) h=1.0мОсновными выводами исследования воздействия ледового поля на трехопорноесооружение были следующие:181.В зависимости от угла воздействия ледового поля на трехопорную конструкциюотношение суммарной нагрузки к нагрузке на одну опору Ftotal/F1 может варьироваться вдиапазоне 1.9-2.9. При этом для более тонкого льда, толщиной – 0.5м, Ftotal/F1=1.9-2.8, для льдатолщиной h=1.0м - Ftotal/F1=1.9-2.9.2.Также как и в случае с четырехопорным сооружением толщина льда имеет влияниена значение Ftotal/F1. Для льда толщиной h=0.5м отмечается в основном характер разрушенияльда при потере устойчивости ледового поля, что существенно снижает ледовую нагрузку.В разделе 5.3 Главы 5 был проведен численный анализ эффекта затора ледовой массы впространстве между опорами для четырехопорного и трехопорного сооружения.Четырехопорная конструкцияВ отдельных случаях наличие заторной массы неизбежно ведет к увеличению нагрузки,а именно при углах воздействия льдаи(рисунок 10).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
