Диссертация (1141536), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Причина изображена на рисунке 4.7. Таким образом, для ровного льдатолщиной более 1.5м расчетные нагрузки по СП 38.13330.2012 на непротяженныесооружения могут быть сильно завышены.86Таблица 4.5 - Значения расчетного ледового давления по формуле (4.12) при температуреверхней кромки льда T=-5˚C (весенний лед)Ширинаопоры b, мЗначения расчетного ледового давления притолщине льда h1.01.52.05.01.591.361.2210.01.221.050.9415.01.050.900.80Таблица 4.6 - Значения расчетного ледового давления по формуле (4.1) из СП 38.13330.2012при температуре верхней кромки льда T=-5˚C (весенний лед)Ширинаопоры b, мЗначения расчетного ледового давления притолщине льда h1.01.52.05.01.721.912.2010.01.151.531.7215.00.981.151.44Таблица 4.7 - Значения расчетного ледового давления по формуле (4.12) при температуреверхней кромки льда T=-10˚C (зимний лед)Ширинаопоры b, мЗначения расчетного ледового давления притолщине льда h1.01.52.05.02.482.131.9110.01.911.631.4615.01.631.401.26Таблица 4.8 - Значения расчетного ледового давления по формуле (4.1) из СП 38.13330.2012при температуре верхней кромки льда T=-10˚C (зимний лед)Ширинаопоры b, мЗначения расчетного ледового давления притолщине льда h1.01.52.05.02.692.993.4310.01.802.392.6915.01.521.802.2587Таблица 4.9 - Значения расчетного ледового давления по формуле (4.3) из ISO 19906 дляАрктических районовШиринаопоры b, мЗначения расчетного ледового давления притолщине льда h1.01.52.05.02.162.041.9610.01.941.831.7615.01.821.721.65Случай 2.
Aс>30 м² (протяженные сооружения).Практически во всех стандартах, имеющих расчетные положения об определенииледовых нагрузок на широкие/протяженные сооружения, масштабный эффект ледовой нагрузкине учитывается (кроме ISO 19906). Это связано с тем, что натурных данных о силовомвоздействии льда на протяженные сооружения крайне мало.
Но и немногочисленные источникиговорят о снижении ледового давления с увеличением площади контакта льда с сооружением.Основным источником являются исследования воздействия однолетних и многолетних ледовыхполей на платформу Моликпак. Среди других - исследования о силовом воздействии ледовыхполей на остров Ганса в канале Кеннеди между Гренландией и Канадой. Остров имелэллиптическую форму и имел размеры 1700 х 1300 м. Силовое воздействие оценивалось позакону Ньютона путем измерения ускорения замедления ледового поля при внедрении в негоострова.Поскольку ISO 19906 единственный стандарт, который при выводе расчётных формулучитывал данные о ледовых воздействиях на протяженные сооружения, формула 4.12 дляслучая Aс>30 м² учитывает масштабный эффект ледовой нагрузки, подобно формуле 4.3 из ISO19906.
Силовые характеристики льда по формуле 4.12 подобраны только для однолетнего льда.Итак, для протяженных сооружений для формулы 4.12 были приняты следующие значенияпеременных:̃ = 1.7/ −0.17 = ( )ℎℎ −0.34ℎ = ( )ℎ(4.16)(4.17)(4.18)1/Коэффициенты ℎ и также можно представить в табличном виде - таблицы 4.10 и 4.1188Таблица 4.10 - Значения коэффициента ℎ в зависимости от толщины льдаТолщина льда h, м1.01.52.02.53.0Коэффициент ℎ1.000.870.790.730.69/Таблица 4.11 - Значения коэффициента в зависимости от ширины опоры и толщины льда/Ширинаопоры b, мЗначения коэффициента при толщинельда h1.01.52.02.53.0150.630.680.710.740.76300.560.600.630.660.68500.510.550.580.600.621000.460.490.510.530.552000.410.440.460.470.495000.350.370.390.410.42На рисунке 4.10 изображены графики расчетного ледового давления для льда толщиной2м по СП 38.13330.2012, API RP 2N, ISO 19906 и формуле (4.12) на фоне данных о натурныхисследованиях.
Видно, что до /ℎ=25 расчетное давление по СП 38.13330.2012 имеетзавышенные значения по сравнению с расчетным давлением по формуле (4.12), с /ℎ=25 по/ℎ=250 ( =100-1000 м2) происходит, наоборот, недооценка нагрузки, в том числе и на фонеданных натурных измерений ледовых воздействий, что необходимо учитывать приопределении ледовых нагрузок на широкие/протяженные сооружения.89Рисунок 4.10 - Расчетное ледовое давление p на протяженные сооружения при ℎ = 2м,определенное согласно: 1 - СП 38.13330.2012 при T=-5˚C; 2 - СП 38.13330.2012 при T=-10˚C;3 – формуле (4.12) при T=-10˚C; 4 –ISO 19906; 5 –API RP 2N; I – данные натурных измеренийвоздействия весеннего однолетнего льда на платформу Моликпак [74]; II – воздействиямноголетнего льда на Моликпак [74]; III - воздействия однолетнего льда на кессон шириной 150метров [105]; IV – воздействия однолетнего льда на остров Ганса, Канада [21]4.4.Численный анализ влияния анизотропии прочностных свойств льда на ледовуюнагрузкуЧисленным путем 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 1 … 9 , как изображено на рисунке 4.11. При этом 1 =6000 МПа– модуль упругости, соответствующей средней прочности.90а)б)Рисунок 4.11 - а) – ледовое поле, условно разбитое на 9 частей разной прочности; б) значениямодулей упругости отдельных зон моделируемой льдиныВ процессе исследования было смоделировано 16 сценариев: в первом случаерассматривался лед с одинаковой прочностью и, соответственно, модулем упругости 1 =6000МПа.
Далее было смоделировано воздействие льдины на прямоугольную опору с различнымивариациями расположения зон с повышенной и пониженной прочностью.В результате численного моделирования были получены результаты ледовой нагрузки вдиапазоне от 3.20 до 4.20 МПа при значении ледового воздействия от льдины с одинаковой поплощади средней прочностью (1 =6000 МПа) – 3.57 МПа. Наибольшая нагрузка на опору былаотмечена в случае, изображенном на рисунке 4.11б, когда непосредственно перед опорой припервоначальном взломе льда присутствовал наиболее прочный лед.На основании данного исследования можно предположить, что для оценки силовоговоздействия от ледового поля, где имеются включения многолетнего льда, стоит приниматьпрочностные характеристики именно многолетнего льда.
Это утверждение подтверждаетсятакже натурными данными о воздействии ледовых полей на платформу Моликпак. Как былоотражено в таблице 2.2 п.2.2, при проведении измерений ледовых нагрузок на Моликпак былозарегистрировано воздействие на платформу однолетнего ледового поля с включениямимноголетнего льда. При этом было отмечена повышенное ледовая нагрузка в среднем в 1.4-1.5раза.Выводы по Главе 41. Результаты численного моделирования, проведенного в рамках диссертационногоисследования, показали, что значения коэффициента формы опоры могут отличаться от тех, чтопредставлены в стандарте СП 38.13330.2012. Значения , которые получены численныммоделированием, представлены в таблице 4.9. Видно, что результаты моделирования, в случае91отсутствия смерзания для опоры с передней гранью полуциркульного очертания и в видемногогранника дают значения выше, чем те, что представлены в СП 38.13330.2012, а именно0.9-0.92 вместо 0.83.
Значение = 0.90 для многогранника было представлено и в стандартеСНиП II-57-75, который являлся одной из предыдущих версий стандарта «Нагрузки ивоздействия на гидротехнические сооружения». В случае смерзания льда с опорой, численноемоделирование показывает увеличение нагрузки не только для опор с передней граньюполуциркульного очертания и в виде многогранника, но и для прямоугольных опор.
Впоследнем случае коэффициент должен быть принят, равным 1.23.Таблица 4.9 - Коэффициенты формы опоры .Коэффициент формы опоры вплане Опора с передней гранью в видеполуциркульного очертания(многогранника)прямоугольникапри отсутствии смерзания льда с опоройСП 38.13330.20120.831.0Численное моделирование0.90 (0.92)1.0при наличии смерзания льда с опоройСП 38.13330.20121.261.0Численное моделирование1.29 (1.23)1.232. Согласно рисункам 4.8 и 4.9 был сделан вывод, что выведенная формула (4.12),которая является модифицированной формулой 4.1 из СП 38.13330.2012, дает близкие кнатурным данным значения ледового давления и корректно учитывает изменение ледовогодавления при воздействии на опору постоянного диаметра ледовых полей разных толщин.Таким образом, было подтверждено, что формула (4.12) может использоваться для проверкирасчетов ледовых нагрузок по СП 38.13330.2012.3.
В случае непротяженных сооружения (Aс=1-30м²) расчетное давление по СП38.13330.2012 для толстых однолетних льдов дает завышенные значения. Основной причинойвидится факт не совсем корректного учета масштабного эффекта ледовой нагрузки, чтонаглядно было 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).
Таким образом, для ровного льда толщиной более 1.5м расчетные92нагрузки по СП 38.13330.2012 на непротяженные сооружения могут быть сильнозавышены.4.В случае протяженных сооружения (Aс>30м²) для толстого однолетнего льда при/ℎ<25 расчетное давление по СП 38.13330.2012 имеет завышенные значения по сравнению срасчетным давлением по формуле (4.12), при 25</ℎ<250 ( =100-1000 м2) происходит,наоборот, недооценка нагрузки, в том числе и на фоне данных натурных измерений ледовыхвоздействий,чтонеобходимоучитыватьприопределенииледовыхнагрузокнаширокие/протяженные сооружения.5. Численное моделирование также показало, что в случае наличия в ледовом поле зонвысокой прочности, зачастую в виду присутствия участков многолетнего льда, ледоваянагрузка должна определяться на основе прочностных характеристик именно многолетнегольда.93Глава 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
