Диссертация (1141536), страница 17
Текст из файла (страница 17)
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.Наибольшая нагрузка отмечается, когда лед воздействует на трехопорноесооружение как показано на рисунке 5.11 а, г.3.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(рисунок 5.11).а)б)в)д)е)ж)г)з)Рисунок 5.11 - Схема прорезания опорами ледового поля толщиной 0.5м для случая А когдаL/D=3: а) – при = 0°; б) – при = 15°; в) – при = 30°; г) – при = 60°; для случая Б когдаL/D=6: д) – при = 0°; е) – при = 15°; ж) – при = 30°; з) – при = 60°5.3.Численный анализ эффекта затора ледовой массы в пространстве между опорамиЧисленноемоделированиепроводилосьдлячетырехопорнойитрехопорнойконструкции с заторной массой льда в пространстве между опорами.
Также, как и впредыдущих исследованиях воздействие льда моделировалось под разными углами. Расстояниемежду опорами принималось L/D=3. Толщина ледового поля h=0.5 м, толщина льда заторной102массы – h=1.0м. Прочность на сжатие заторной массы заведомо меньше прочности ровноголедового поля, поэтому в расчетных целях принималась равной половине прочности ровногольда.Четырехопорная конструкцияКак показал численный анализ, в отдельных случаях наличие заторной массы неизбежноведет к увеличению нагрузки, а именно при углах воздействия льда близких к = 0° и = 45°,как изображено на рисунке 5.12.
Видно, что нагрузка от ровного ледового поля через заторнуюмассу передается на теневые опоры, которые в случае отсутствия затора остаютсянетронутыми. Дополнительная нагрузка будет зависеть от прочности заторной массы. Согласнопринятому для исследования условию о прочности заторной массы равной половине прочностиледовогополя,результатымоделированиядаютувеличениесуммарнойнагрузкисоответственно на 15% и 10%.а)б)МПаНа рисунке стрелкамиотмечено силовоевоздействие на теневыеопорыРисунок 5.12 - Поле главных нормальных напряжений ледового поля и заторной массы: а) =0°; б) = 45°Наибольший интерес вызывает влияние затора на суммарную нагрузку при углахвоздействия льда 20-30˚, когда в отсутствие затора ледовое поле воздействует на все опоры ивызывает максимальные значения суммарной нагрузки.
На рисунке 5.13 при = 22.5° видно,что на три фронтальные опоры, характер ледового воздействия фактически не меняется. Натеневую опору ледовое поле воздействует через заторную массу. Прочность и толщиназаторной массы и будет определять нагрузку на теневую опору. Но как показывают расчеты,увеличение суммарной нагрузки в данном случае будет незначительным, до 5%.103Рисунок 5.13 - Поле главных нормальных напряжений ледового поля и заторной массы дляслучая воздействия ледового поля на сооружение под углом = 22.5°В таблице 5.4 представлены значения суммарной ледовой нагрузки на четырехопорноесооружение при L/D=3 с учетом затора между опорами и без него (для сравнения).Таблица 5.4 - Значения суммарной нагрузки на четырехопорное сооружениес учетом затора и без него = 0° = 15° = 22,5° = 45°Без затора1.9 МПа2.4 МПа2.6 МПа2.6 МПаС затором2.19 МПа (+15%)2.52 МПа (+5%)2.65 МПа (+2%)2.86 МПа (+10%)Такимобразом,можноподтвердитьправомерностьвведениядополнительногокоэффициента учета эффекта ледового затора, которая предложена в отдельных источниках истандартах [19, 21], при определении суммарной нагрузки на четырехопорное сооружение,когда L/D<4.
Значение этого коэффициента необходимо обосновывать для отдельных случаев,но как показали исследования, наличие затора может увеличивать суммарную ледовуюнагрузку не более, чем на 10%. Таким образом, можно принять затора = 1.1.Трехопорная конструкцияСразу рассмотрим случай, когда воздействие ледового поля дает максимальнуюсуммарную нагрузку на трехопорное сооружение, а именно в положении, изображенном нарисунке 5.14. При наличие затора его толщина и прочность будет определять нагрузку на опорувторого ряда. Схема передачи нагрузки от ледового поля на опору через ледовый заторпредставлена на том же рисунке 5.14б.
Результаты численного моделирования не показалисущественного увеличения нагрузки по сравнению со случаем отсутствия затора. Это можнообосновать, более детально изучив силовое поле ледового затора, представленное на рисунке1045.14б. Видно, что передача сжимающих усилий от ледового поля опоре через ледовый заторпроисходит по длине S, которая в редких случаях будет превышать диаметр опоры D. По краямледового затора возникают растягивающие напряжения, которые вызывают быстроеразрушение затора.а)б)SМПаРисунок 5.14 - Поле главных нормальных напряжений ледового поля и заторной массы дляслучая воздействия ледового поля на трехопорное сооружение под углом = 0°Таким образом, коэффициент учета эффекта затора для 3-х опорных конструкций вбольшинстве случаев можно принимать равным единице затора = 1.5.4.
Сравнение четырех и трехопорной конструкции с точки зрения величины ледовойнагрузкиС учетом результатов проведенного численного исследования было проведено сравнениетрехопорной и четырехопорной конструкции с точки зрения величины ледовой нагрузки. Былорассмотрено два варианта: L/D<4 – c учетом затора, L/D>4 – без учета затора. Результатыприменимы для толщины льда до 1 метра, которая рассматривалась при численномисследовании.Вариант 1.
L/D<4 (с учетом затора).Как показали численные исследования для четырехопорного сооружения (таблица 5.2)максимальное значение Ftotal/F1 для случая =22.5, L/D<4, толщины льда h=1м было 3.1. Сучетом эффекта затора, затора = 1,1, диаметром опор D=3м определялась ледовая нагрузку:4 = 3.11 ∙ затора = 3.1 ∙ ∙ 3 ∙ 1 ∙ 1.1 = 10.23(5.7)105где – удельное давление льда (условно считаем одинаковым при воздействии на опоручетырехопорной и трехопорной конструкции).Ледовая нагрузка на трехопорную конструкцию была определена с учетом того, чтомаксимальное значение Ftotal/F1 для случая =22.5 и L/D<4 было 2.8 (таблица 5.3), затора = 1,диаметр опоры D=3.5м, толщина ледового поля h=1м:3 = 2.81 / ∙ затора = 2.8 ∙ ∙ 3,5 ∙ 1 ∙ 1.0 = 9.8(5.8)Как видно из результатов расчета, разница в ледовой нагрузке небольшая, 4%.Вариант 2. L/D>4 (без учета затора).Проделывая аналогичную операцию, что и в первом варианте, были рассчитаны ледовыенагрузки:4 = 3.41 = 3.4 ∙ ∙ 3 ∙ 1 = 10.23 = 2.91 / = 2.9 ∙ ∙ 3,5 ∙ 1 = 10.15(5.9)(5.10)Как видно, ледовая нагрузка на четырехопорную конструкцию лишь немного вышеаналогичной нагрузки на трехопорную конструкцию.
Таким образом при выборе одной из двухтипов конструкций, на первый план выходят другие критерии, такие как удобствотранспортировки и строительства, вес конструкции, компоновка палубы, и другие.Выводы по Главе 5Результатами исследования являются следующие выводы:Относительно взаимовлияния соседних опор:Результаты численного моделирования показали, что эффект взаимовлияния соседнихопор определяется следующими факторами:- углом воздействия льда относительно планового расположения конструкции: как длячетырехопорной так и для трехопорной конструкции наибольшая нагрузка отмечается, когдаопоры второго ряда не находятся в тени передних опор (полностью или частично).
Длячетырехопорной конструкции это угол 20-30˚ (как на рисунке 5.2в), для трехопорной – когдалед при первоначальном контакте воздействует сразу на две опоры (как на рисунке 5.7а);- расстоянием между опорами: как показали исследования эффект взаимовлияния опорпрактически не изменяется для L/D>8, т.е. Ftotal/F1=const;- толщиной льда: толщина льда имеет значительный эффект на суммарную ледовую нагрузкуввиду того, что при достаточной гибкости (при h<1.0м) ледовое поле или отдельные его106участки более склонны к разрушению на сжатие при потере устойчивости, а не путемдробления при сжатии, что значительно снижает нагрузку.Относительно эффекта от затора ледовой массы между опорами:Численныеисследованияпоказалиправомерностьвведениядополнительногокоэффициента учета эффекта ледового затора, которая предложена в отдельных источниках истандартах [19, 21], при определении суммарной нагрузки на четырехопорное сооружение,когда L/D<4.
Значение этого коэффициента необходимо обосновывать для отдельных случаев,но как показали результаты моделирования, эффект затора льда не увеличит суммарнуюнагрузку более, чем на 10%. Таким образом, можно принять з = 1,1.Для трехопорного сооружения наличие ледового затора (если оно и может произойти),не дало сколько-нибудь существенного увеличения суммарной ледовой нагрузки, поэтомуможно принять з = 1.Относительно сравнения ледовой нагрузки на трех- и четырехопорные сооруженияКак показали результаты численного исследования, при воздействии льда толщиной до 1метра ледовая нагрузка на четырехопорную конструкцию лишь немного выше нагрузки натрехопорную конструкцию.
И при выборе одного из двух типов конструкций в данном случае,на первый план выходят другие критерии, такие как удобство транспортировки истроительства, вес конструкции, компоновка палубы, и другие.Относительно сравнения результатов численного моделирования с расчетами по СП38.13330.2012Cогласно СП 38.13330.2012 нагрузку от воздействия движущегося ледового поля насооружение, состоящее из системы вертикальных опор, , МН, определяется по формуле: = 1 2 ,(5.2)Для сравнения расчетных значений Ftotal/F1 по СП 38.13330.2012 с результатамичисленного моделирования были проведены расчеты по СП 38.13330.2012:-для четырехопорной конструкции для рассматриваемых случаев:- для L/D=3; D/h=6: 1 2 = 4 ∙ 0.91 ∙0.93=3.38 (2.6 по результатам моделирования)- для L/D=3; D/h=3: 1 2 = 4 ∙ 0.91 ∙0.94=3.42 (3.1 по результатам моделирования)- для L/D=6; D/h=6: 1 2 = 4 ∙ 0.91 ∙0.96=3.49 (3.1 по результатам моделирования)- для L/D=6; D/h=3: 1 2 = 4 ∙ 0.91 ∙0.97=3.53 (3.4 по результатам моделирования)107Для трехопорной конструкции нет конкретных расчетных положений, но еслииспользовать те же положения, что и для четырехопорной конструкии, 1 2 по СП38.13330.2012 будут иметь следующие расчетные значения:- для L/D=3; D/h=7: 1 2 = 3 ∙ 0.93 ∙0.93=2.29 (2.6 по результатам моделирования)- для L/D=3; D/h=3,5: 1 2 = 3 ∙ 0.93 ∙0.94=2.62 (2.8 по результатам моделирования)- для L/D=6; D/h=7: 1 2 = 3 ∙ 0.93 ∙0.96=2.68 (2.7 по результатам моделирования)- для L/D=6; D/h=3,5: 1 2 = 3 ∙ 0.93 ∙0.97=2.71 (2.9 по результатам моделирования)Сравнивая расчеты по СП 38.13330.2012 с результатами численного моделированияможно сделать следующий вывод:Поскольку ледовая нагрузка на многоопорное сооружение зависит от различныхфакторов, в том числе толщины льда, расстояния между опорами и направления воздействияльда относительно оси сооружения, коэффициенты 1 и 2 желательно уточнять для каждогорасчетного случая при помощи численного моделирования или лабораторных экспериментов.Как показало численное моделирование значение 1 2 для четырехопорного сооружения дляльда толщиной h<1.0м и условия L/D<6 может быть значительно меньше (на 20-30%), чемрасчетное по 38.13330.2012, ввиду разрушения льда в большей степени на сжатие путем потериустойчивости, чем на сжатие дроблением.Расчеты по СП 38.13330.2012 дали величину 1 2 для трехопорного сооружения вдиапазоне 2.6-2.7, что немного меньше результатов численного моделирования, 2.8-2.9.Поэтому в случае с трехопорным сооружением расчеты по СП 38.13330.2012 могут даватьнесколько заниженные результаты.108Глава 6.
Оценка ледовой нагрузки от ровного ледового поля на наружнуюстенку защитных гидротехнических сооружений плавучей атомной станцииПевек в районе Чаунской губы Восточно-Сибирского моря.6.1. Общие данные о проектеПлавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЕС) «Академик Ломоносов» в городеПевек Чукотского автономного округа, которая должна быть введена в эксплуатацию к 2019году, станет самой северной в мире атомной станицей. Это уникальный проект универсальногомобильного энергоблока малой мощности, предназначенный для обеспечения электроэнергиейудаленные промышленные предприятия, портовые города, газовые и нефтяные месторождения.ПАТЭС состоит из плавучего энергетического блока, размещаемого на прибрежной акватории сгидротехническими сооружениями, и береговой площадки с береговой инфраструктурой(рисунок 6.1).Рисунок 6.1 - Плавучая атомная теплоэлектростанция в городе ПевекЧукотского автономного округаВ качестве оградительных гидротехнических сооружений, предназначенных, в первуюочередь, для защиты плавучего энергоблока (ПЭБ) от экстремальных внешних воздействий (от109морского волнения и ледовых воздействий), предусматривается мол гравитационного типа Гобразной формы со специальным причалом для установки и раскрепления ПЭБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
