Диссертация (1141536), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Формулы (4.1), (4.2) по СП 38.13330.2012 учитываюттолько зависимость ~/ℎ.С целью уточнения методики определения максимальной ледовой нагрузки по СП38.13330.2012 было проведено сравнение расчетных значения ледового воздействия поформулам (4.1) - (4.6) между собой и с натурными данными.Большая часть натурных измерений силового воздействия льда на гидротехническиесооружения проводилась при площади контакта льда с сооружением до 10 м², т.е. = ℎ<10 м².Результаты измерений представлены на графиках Мастерсона [103], Бьеркаса [7], а также встандартах API RP 2N [34] и ISO 19906 [19]. Многие исследования [31, 34, 77] указывают на то,что масштабный эффект ледового воздействия значительно отличается для площади зоныконтакта льда с сооружением до 30 м² и в случае большей площади.
Таким образом и былоразделено исследование, для Aс=1-30 м² и Ас>30 м².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 4.6. Рассматривалось изменение ледовогодавления при увеличении площади воздействия льда ℎ и при увеличении ширины опорнойконструкции сооружения .
Толщина льда для расчетов была принята равной ℎ = 2м. Варктических условиях это средняя максимальная толщина однолетних льдов (см. Глава 1).80Рисунок 4.6 - 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 широтахПри этом функции описания кривых, представленных на рисунке 4.6, имеют следующий вид:ℎ 1.
= ( ) ( )ℎ1ℎ −0.16= 2.8ℎ−0.30 ( )ℎ2. = 5.7−0.383. = 8.1−0.54. = 7.4−0.7(по ISO 19906)(по СП 38.13330.2012)(по API RP 2N)(4.7)(4.8)(4.9)(кривая Мастерсона для b/h<2) (4.10)Функция (4.8) была выведена при помощи Mathcad 14.0 (см. в Приложении 3) ипредставляет собой функцию кривой 2 (рисунок 4.6), построенной по расчётным данным из СП38.13330.2012.Из рисунке 4.6 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. В то же время видно, что поотечественному стандарту возможна недооценка ледового давления при с < 3м2 (чтобы не81было недооценки при с < 3м2 давление стоит рассматривать как локальное и рассчитывать поAPI RP 2N).Еще одно несоответствие с натурными наблюдениями формула (4.1) демонстрирует привоздействии льда различной толщины на опору постоянного диаметра.
Согласно множествуисследований, в том числе проведенных по программам (LOLEIF-STRICE) в Ботническомзаливе, а также при измерениях ледового давления на платформу Моликпак, ледовое давлениеуменьшается при увеличении толщины льда (кривые 1, 3, 4, 5 на рисунке 4.7). Расчетноедавление по СП 38.13330.2012 дает другую картину (кривая 2 на рисунке 4.7),противоположную данным натурных измерений.Рисунок 4.7 - График зависимости ледового давления p от толщины льда: 1 – по ISO 19906 дляАрктической зоны; 2-по СП38.13330.2012 при температуре верхней кромки льда -5˚С; 3 –график изменения давления льда на опоры диаметром D=2м в Желтом море [105]; 4 – наизмерительную панель шириной b=1.13м на платформе Моликпак [105]; на измерительныепанели шириной b=1.2м на маяк Норстремсгрунд в Балтийском море [102]82С учетом того, что масштабный эффект ледового воздействия должен зависетьодновременно от отношения ширины опоры к толщине льда /ℎ и от толщины льда ℎ формула(4.8) была переписана следующим образом: −0.38 = 5.7 −0.38 = 5.7(ℎ)−0.38 = 5.7 ( )ℎℎ −0.76(ℎ )(4.11)1По своей форме формула (4.11) имеет тот же вид, что и формула (4.3) из ISO 19906,которая, в свою очередь, была выведена на основании (4.6).
Отличаются (4.11) и (4.3) лишьсиловым показателем и показателями степени.Формулу (4.11) с учетом формулы (4.1) можно переписать в общем виде, как:/ = с = ℎ ̃(4.12)где – коэффициент формы опоры в плане; – коэффициент учета скорости деформации льда; – коэффициенты смятия, определяемый по СП 38.13330.2012;с – прочность льда на сжатие, рассчитываемая по СП 38.13330.2012, МПа;/ - коэффициент учета зависимости ледового воздействия от отношения /ℎ, определяемый/ −0.38 = ( )ℎ(4.13)ℎ - коэффициент учета зависимости ледового давления от толщины льда ℎ, определяемый поформуле:ℎ −0.76ℎ = ( )ℎ(4.14)1ℎ1 – толщина льда, равная одному метру, м;̃ –прочностной параметр льда, МПа; при этом ̃ выражается формулой̃ = ̃с(4.15)̃ – коэффициент корреляции;Коэффициенткорреляции̃, связывающий прочность льда на сжатие с ,̃ , должен уточнятьсярассчитываемую по СП 38.13330.2012, и прочностной параметр льда экспериментальным путем.
Но для данного исследования принимается ̃=3.3, равнымкоэффициенту по СНиП 38.13330.2012 для случая, когда /ℎ = 1 (1м х 1м).Таким образом, формула (4.12) обладает преимуществами методик расчетов ледовыхнагрузок по ISO 19906 и по СП 38.13330.2012, а именно:83- аналогично методике по ISO 19906 формула (4.12) учитывает зависимость масштабногоэффекта ледовой нагрузки одновременно от /ℎ и от ℎ, а также учитывает данныекрупномасштабных измерений ледовых воздействий на гидротехнические сооружения;- аналогично, как в методике по СП 38.13330.2012, формула (4.12) учитываетследующее:1. влияние формы опоры на величину ледовой нагрузки;2.
влияние скорости деформирования льда на величину ледовой нагрузки;3. влияние температуры и солености льда на его прочность./Коэффициенты и ℎ также можно представить в табличном виде - таблицы 4.3 и 4.4./Таблица 4.3 - Значения коэффициента в зависимости от ширины опоры и толщины льда/Ширинаопоры b, мЗначения коэффициента при толщинельда h0.51.01.52.02.50.51.001.301.521.691.841.00.771.001.171.301.421.50.660.861.001.121.213.00.510.660.770.860.935.00.420.540.630.710.7710.00.320.420.490.540.5915.00.270.360.420.470.51Таблица 4.4 - Значения коэффициента ℎ в зависимости от толщины льдаТолщина льда h, м0.511.52.02.5Коэффициент ℎ1.691.000.730.590.50Согласно исследованиям Тимко и Джонсона [116], проведенным в течение двух лет,2001-2002 гг., в Канадской Арктике, прочность льда (прочность, измеренная зонд-индентером)в конце апреля - начале- мая, в среднем, равна 70% от средней прочности льда в течениезимнего сезона. В то же время измерения температуры льда в Карском море, проведенные за2012-2014 годы в промежуток времени - середина-конец апреля [11], давали значениятемпературы верхней кромки льда -4, -5˚С.
Таким образом, для определения средней расчетнойледовой нагрузки в зимний период по СП 38.13330.2012 была принята температура верхнейкромки льда -10 ˚С.84Согласно рисункам 4.8 и 4.9 можно сделать вывод, что выведенная формула (4.12),которая является модифицированной формулой 4.1 из СП 38.13330.2012, дает близкие кнатурным данным значения ледового давления.
Как видно на рисунке 4.8 формула (4.12)корректно учитывает изменение ледового давления при воздействии на опору постоянногодиаметра ледовых полей разных толщин. На рисунке 4.9 видно, что формула (4.12) для зимнегольда при температуре верхней кромки льда Т=-10˚С дает значения ледового давления лишьнемного ниже, чем по ISO 19906 (так как в расчетах по формуле (4.12) не учитывалсямноголетний лед). Таким образом, формула (4.12) может использоваться для проверки расчетовледовых нагрузок по СП 38.13330.2012.Рисунок 4.8 - График зависимости ледового давления p от толщины льда: 1 – при воздействиильда на опоры диаметром D=2м в Желтом море; 2 - на измерительные панели шириной b=1.2мна маяк Норстремсгрунд в Балтийском море; 3 – по формуле (4.12) при температуре верхнейкромки льда T=-5˚C; 4 – на измерительную панель шириной b=1.13м на платформе Моликпак[105]; 5 – по формуле (4.12) при температуре верхней кромки льда T=-10˚C85Рисунок 4.9 - График ледового давления p, рассчитанного по: 1 – по формуле (4.12) притемпературе верхней кромки льда T=-5˚C; 2 – по формуле (4.12) при температуре верхнейкромки льда T=-10˚C; 3 - по СП38.13330.2012 по формуле (4.1) при температуре верхнейкромки льда -5˚С; 4 - по ISO 19906 для Арктической зоны; 5 - по СП38.13330.2012 по формуле(4.1) при температуре верхней кромки льда -10˚СЕще одним важным выводом является тот факт, что расчетное давление по СП38.13330.2012 для толстых однолетних льдов дает завышенные значения.
На рисунке 4.9 видно,что расчетное давление по СП 38.13330.2012 для однолетнего льда толщиной 2м притемпературе верхней кромки льда T=-10˚C (зимний лед) значительно выше, чем по ISO 19906для Арктических районов (хотя значения давления поISO считаются достаточноконсервативными). Основной причиной видится факт не совсем корректного учетамасштабного эффекта ледовой нагрузки, что наглядно изображено на рисунке 4.7.По таблицам 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 можно судить о том, что для ровного льда толщиной 1мрасчетное давление по СП 38.13330.2012 не значительно отличается от значений по формуле(4.12) и ISO 19906 - ±15%; для ровного льда толщиной 1.5м разница в значениях можетсоставлять до 30% (больше по СП); для ровного льда толщиной 2.0м разница составляет до80% (больше по СП).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
