Диссертация (1141536), страница 2
Текст из файла (страница 2)
2 Паспорта научной специальности05.23.07 Гидротехническое строительство, утвержденному ВАК РФ:«Научное обоснование новых методов расчетов, проектирования, возведения и эксплуатациибетонных водоподпорных сооружений речных гидроузлов; совершенствование методов6физического и математического моделирования условий работы бетонных гидротехническихсооруженийвразличныхклиматическихусловиях;обновлениенормативнойбазыпроектирования бетонных гидротехнических сооружений».Степень разработанности темы исследованийОбширные программы по изучению ледовых воздействий на гидротехническиесооружения реализуются в США, Канаде, России, начиная с 1960-х годов.
Различнымиисследователями в области изучения льда был предложен ряд эмпирических формул дляопределения ледовых нагрузок (Коржавин, 1962; Ральстон, 1978; Кроасдэйл, 1980; Сандерсон,1988; и др.). Многие из этих формул до сих пор используются в инженерной практике дляоценки ледовых нагрузок.На данный момент существует ряд стандартов, на которые опираются инженеры приопределении ледовых нагрузок на морские сооружения.
В России это, в первую очередь,стандарт СП 38.13330.2012 (актуализированная версия СНиП 2.06.04-82*). Среди другихстандартов выделяются следующие: международный стандарт ISO 19906 (2010), американскийAPI RP 2N (1995), канадский CAN/CSA-S471-92 (1992), норвежский NORSOK N-003 (2007).Однако, исследования показывают, что результаты расчетов ледовых нагрузок по различнымпринятым в мире методикам в отдельных случаях могут различаться, причем в несколько раз.В России ведутся исследовательские работы, направленные на совершенствованиеметодик определения ледовых нагрузок и на решение различных ледотехнических проблем.Большой исследовательский вклад по вопросам эффекта вибраций морских сооружений подвоздействием ледовых полей, а также общим вопросам определения ледовых нагрузок былвнесен К.Н. Шхинеком и его последователями.
Специалистами из ДальневосточногоФедерального Университета уделяется много внимания вопросам абразии материалов,подверженных прямому воздействию льда. Институт ААНИИ проводит обширные кампании посбору информации о ледовых условиях северных морей. Много ледовых исследований былопроведено на базе МГСУ. К сожалению, большая часть результатов этих исследований до сихпор не нашла практического применения в отечественных строительных нормах.Активная исследовательская деятельность ведется и освещается на международныхконференциях POAC, IAHR, ISOPE. Несмотря на значительные шаги, сделанные в областиизучения ледовых воздействий за последние годы, совершенствование методик оценки ледовыхнагрузок и воздействий остаётся актуальным.7Цель 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.2)Сбор данных о результатах крупномасштабных полевых измерений ледовыхнагрузок на гидротехнические сооружения с целью дальнейшей верификации численныхмоделей и сравнения натурных данных с расчетными нагрузками по СП 38.13330.2012.3)Создание численной модели для исследования процесса взаимодействия ледовогополя с вертикальными опорами гидротехнических сооружений при разрушении льда.4)Выбор модели и критериев прочности льда при его взаимодействии с вертикальнымсооружением;5)Проведение численных и аналитических исследований взаимодействия ровноголедового поля с одноопорными и многоопорными сооружениями.6)Применение результатов исследования для оценки ледовой нагрузки от ровногодрейфующего ледового поля на гидротехнические сооружения порта плавучей атомнойтеплоэлектростанции ПАТЭС в городе Певек.Научная новизна работы1.Разработана методика численного моделирования взаимодействия ровного ледовогополя с сооружением, имеющим вертикальную опорную часть, на основе комплекса ANSYS.Проведена верификация результатов моделирования по данным лабораторных и натурныхисследований и показана приемлемость разработанной численной модели.2.Проведено исследование масштабного эффекта ледовой нагрузки при воздействиина сооружения с вертикальной опорной частью.
Получено аналитическое решение дляопределения ледового воздействия на одноопорное сооружение при разрушении льда,учитывающее зависимость ледовой нагрузки от отношения ширины опоры к толщине льда /ℎи от толщины льда ℎ.83.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 полеоднолетнего льда на величину ледовой нагрузки. Получены данные о том, что зоны высокойпрочности оказывают значительное влияние на величину ледовой нагрузки.
Их прочностныехарактеристики должны лежать в основе определения расчетной ледовой нагрузки.5.Проведен численный анализ влияния затора льда в межопорном пространствемногоопорного сооружения на ледовую нагрузку. На основе проведенного анализапредставлены значения дополнительного коэффициента затора 3 .6.Проведен численный анализ основных факторов, определяющих ледовую нагрузкуна многоопорное сооружение. Определено влияние основных трех факторов: расстояния междуопорами, угла воздействия дрейфующего льда, толщины льда.7.Проведена оценка изменчивости основных характеристик ледового поля и ледовойнагрузки на сооружение на протяжении ледового периода на примере ГС проекта ПАТЭС в г.Певек. Представлен рациональный подход к определению расчетной ледовой нагрузки с учетомпостепенного нарастания толщины льда и снижения прочности льда в весенне-летний период.Теоретическая и практическая значимость работы1.Разработана численная модель, которая может быть использована с цельюмоделирования процесса воздействия ровного ледового поля на гидротехнические сооруженияс вертикальной опорной частью.2.Разработано аналитическое решение для определения ледовой нагрузки от ровногополя при разрушении льда, которое учитывает зависимость масштабного эффекта ледовойнагрузки одновременно от отношения ширины опоры к толщине льда /ℎ и от толщины льда ℎ,что подтверждается множеством проведенных натурных исследований.
Аналитическоерешение может использоваться для проверки значений ледовых нагрузок, рассчитанных по СП38.13330.2012 и другим стандартам. Аналитическое решение хорошо согласуется с даннымикрупномасштабных измерений ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения.3.При помощи аналитического решения было определено, при каких условиях расчетыпо СП 39.13330.2012 дают завышенные или заниженные значения ледовых нагрузок от ровныхледовых полей.94.На базе проведенного численного анализа влияния формы опоры на ледовуюнагрузку предложено уточнение коэффициентов формы опоры , применяемых в формулахстандарта СП 38.13330.2012.5.Определено влияния зон повышенной прочности в поле однолетнего льда навеличину ледовой нагрузки.6.Проведена оценка влияния различных факторов на ледовую нагрузку намногоопорные сооружения.7.На основе результатов численного анализа влияния затора льда в межопорномпространстве многоопорного сооружения на ледовую нагрузку было предложено введениедополнительного коэффициента затора 3 в формулу СП 38.13330.2012 и его соответствующиезначения.8.Проведено сопоставление ледовой нагрузки на трехопорные и четырехопорныесооружения.9.Проведен анализ изменчивости характеристик льда и ледовой нагрузки напротяжении ледового сезона на примере гидрометеорологических условий района г.
Певек.Определен подход к сбору статистической информации о ледовых параметрах, а такжепредставлен рациональный подход к определению расчетной ледовой нагрузки с учетомпостепенного нарастания толщины льда и снижения прочности льда в весенне-летний период.Методология и методы исследований: для достижения поставленной цели былииспользованы аналитические решения и численное моделирование воздействия ледового поляна одно- и многоопорные сооружения на базе программного комплекса ANSYS.Личный 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 защиту1.Методика численного моделирования процесса воздействия ровного ледового поляна сооружение с вертикальной опорной частью.
Модель льда, определяющая напряженнодеформированное льда под нагрузкой, и алгоритм численного моделирования льда.102.Аналитическое решение для определения ледового воздействия на одноопорные ипротяженные сооружения при разрушении льда.3.Результаты анализа расчетных положений СП 38.13330.2012 в области определенияледовой нагрузки от ровного льда.4.Результаты численного анализа влияния формы опоры на ледовую нагрузку.5.Результаты численного анализа влияния различных факторов на суммарнуюледовую нагрузку на многоопорное сооружение.6.Подход к определению максимальной ледовой нагрузки от ровного льда с учетомизменчивости ледовых характеристик на протяжении ледового сезона и длинного рядастатистических ледовых данных.Степеньдостоверностирезультатовисследованийподтверждаетсясогласиемрезультатов расчетов и численного моделирования с данными лабораторных и натурныхизмерений ледовых воздействий на гидротехнические сооружения с вертикальной опорнойчастью.Апробация работыОсновные результаты работы были доложены на: XVIII Международной межвузовскойнаучно-практической конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных«Строительство – Формирование среды жизнедеятельности» (г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
