Диссертация (1141536), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Москва: ФГБОУ ВПО НИУМГСУ,2015);XX Международноймежвузовскойнаучно-практическойконференциястудентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – Формированиесреды жизнедеятельности» (г. Москва: ФГБОУ ВПО НИУ МГСУ, 2017); на международнойнаучно-практической конференции «Обеспечение гидрометеорологической и экологическойбезопасности морской деятельности» (г. Астрахань, 2015).ПубликацииМатериалы диссертационного исследования опубликованы в 9 научных работах, в томчисле 5 в изданиях, рекомендованных ВАК.11Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложений и спискалитературы, содержащего 130 наименований. Текст работы изложен на 142 страницах.Диссертация содержит 77 рисунков и 31 таблицу.12Глава 1.
Ледовые поля как фактор воздействия на гидротехническиесооружения в Арктических условиях1.1. Ледовые условия Севера и Арктических морейРоссия одна из первых стран, на территории которой начали изучать ледовые условия иледовые воздействия на гидротехнические сооружения и на суда различного назначения. На товремя, начало 1940-х годов [7], исследования были мотивированы обширными планами построительству гидроэлектростанций на реках Обь, Енисей и Ангара, а также в связи сразвитием мореплавания по Северному морскому пути, где в XX веке было зарегистрировано94 случая повреждения плавающих средств, произошедших ввиду неблагоприятных ледовыхусловий [8].Большой вклад в изучение ледовых условий северных морей внес Институт Арктики иАнтарктики (ААНИИ), который на данный момент является одним из основных источниковобщедоступной информации о ледовых условиях, которая представляется в виде ежегодныхобзорных материалов [9], а также в виде карт состояния ледового покрова [10].
Исследованияосуществляются при помощи дрейфующих и стационарных станций наблюдения, морскихэкспедиций, авиационных и спутниковых наблюдений.Одним из наиболее изученных районов северных морей с точки зрения наличия ледовойинформации является шельф о. Сахалин. Это связано с практической реализацией первыхморских нефтегазовых проектов, таких как Сахалин-1, Сахалин-2, Сахалин-3. Для решениязадачи освоения шельфа о.
Сахалин различные отечественные институты и привлеченныеиностранные компании, начиная с 70-х годов, проводили обширные изыскательскиепрограммы, в том числе по сбору ледовой информации [2]. В результате вышли в светмонографии (в т.ч. [2, 3]) и научные статьи, осветившие ледовые условия на шельфе о. Сахалин.Наиболее характерными для шельфа Сахалина ледовыми образованиями являются однолетниеровные ледовые поля, торосы, стамухи. Однолетние льды имеют толщину,редкопревышающую 1.2 м; глубины киля торосов могут достигать 30м. Генеральный дрейф льдадостаточно устойчивый и направлен вдоль восточного берега острова на юг. Наибольшиескорости дрейфа наблюдаются в январе и составляют в среднем 27 км/сут (призарегистрированном максимуме 95 км/сут).На данный момент подобно тому, как активно проводились ледовые изыскания нашельфе Сахалина, ведущие нефтегазовые и энергетические компании производят сбор данныхо ледовых условиях и оценивают потенциальные ледовые воздействия на гидротехнические13сооружения в морях Северного-Ледовитого Океана (СЛО).
Примером возросшей активности всеверных акваториях служат проекты модернизации портовых сооружений в г. Мурманске и п.Сабетта, строительство плавучей атомной станции в г. Певек, строительство морских объектовнефтегазовой отрасли в Обской губе, гравитационной нефтедобывающей платформыПриразломное в Печорском море, разведочное бурение на шельфе в Карском и ВосточноСибирском морях, и др.Северные побережья России омывают воды шести морей: Баренцева, Белого, Карского,Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Ледовый режим Баренцева моря формируетсяпод воздействием адвекции теплых атлантических вод, вследствие чего море не покрываетсяльдом полностью даже в самые суровые зимы. Остальные же моря, которые часто называютСибирскими, отличаются значительной суровостью климатических и ледовых условий.
Восенне-зимний период моря сибирского шельфа полностью покрываются льдами различноговозраста сплоченностью 9-10 баллов [11, 12].Анализируя информацию о развитии ледовых условий в морях Северного ЛедовитогоОкеана из источников ААНИИ [9, 10], можно сделать общие выводы об эволюции льда взимний период.Годовая эволюция ледового покрова сибирских морей в среднем составляет 8-9 месяцев,начинается в конце сентября и продолжается до середины июня, когда заканчивается заметныйрост толщины ледового покрова и он начинает активно разрушаться.
Ближе к январюпроисходит полное замерзание арктических морей (рис.1б). Начиная от моря Лаптевых и далеена восток, в это время преобладают однолетние льды средней толщины. Только в окраинныхморях российского сектора Арктики (Баренцевом, юго-Западной части Карского и Чукотском)наблюдается преобладание однолетних тонких (до 70 см) и молодых льдов (до 30 см).Многолетние льды наблюдаются преимущественно в приполюсном районе, в канадском игренландском секторах Арктики. При этом старый лед занимает около 30-35% от общейплощади льда, однолетний лед, соответственно, 65-70%.При этом на рисунке 1.1 видно, что в течение зимнего сезона граница поля старого льдаменяется в зависимости от особенностей развития атмосферных процессов.Среди дрейфующего льда в сибирских морях встречаются не только поля ровного илинаслоенного льда, но и гряды торосов, которые могут простираться от десятков до сотенметров.
Высота паруса гряд торосов достигает 5-6 метров, а осадка киля 20-25м. Встречаютсятакже и отколовшиеся от ледника айсберги. Ледниками, продуцирующими айсберги варктических морях, являются ледники архипелагов Земли Франца Иосифа, Шпицбергена,Северной Земли. За все годы наблюдений наибольшее число айсбергов зафиксировано вБаренцевом море [11].14а)б)в)- Нилас (0-10 см)- Молодой лед (10-30 см)- Однолетний лед (30-200 см)- Многолетний (старый) лед- Припай- Отсутствие льдаРисунок 1.1 - Карты состояния ледового покрова Северного Ледовитого Океана:а) на 13.11.2012; б) на 22.01.2013; в) на 09.04.2013 [10]Таким образом, можно сделать вывод, что при растущей активности хозяйственноэкономической деятельности в Арктическом районе, возникает достаточно серьезный вопроспланирования строительной и навигационной деятельности в акваториях с тяжелой ледовойобстановкой.
Требуется разработка и совершенствование методик оценок ледовых воздействийна сооружения, а также учет возможных рисков нарушений работы сооружений, подверженныхвоздействиям льдов, которые в условиях Арктических морей отличаются суровостью имногообразием форм и размеров.151.2. Риски нарушений работы шельфовых и береговых сооружений, подверженныхледовым воздействиямВ акваториях с ледовой обстановкой ледовые нагрузки в большинстве случаевпревышают сумму всех остальных действующих на сооружение нагрузок и могут привести кнарушениям работы сооружений, в случае их недооценки.Несмотря на большое конструктивное разнообразие шельфовых и береговых сооружений,которые потенциально могут работать в акваториях с ледовой обстановкой, можно выделитьобщие риски работы сооружений, подверженных негативному воздействию от различныхледовых образований.Согласно общим положениям обеспечения надежности гидротехнических сооружений поСНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения.
Основные положения» [13], сооружениярассчитываются по двум группам предельных состояний:- по первой группе (общая прочность сооружения и его основных конструктивныхэлементов; устойчивость сооружения от опрокидывания и на сдвиг по основанию; прочностьгрунтового основания);- по второй группе (местная прочность конструктивных элементов; допустимыедеформации; допустимые вибрации).Есть достаточно большое количество свидетельств того, как ледовая нагрузкастановилась причиной разрушений, опрокидывания и сдвига сооружений. Наиболее яркимипримерами являются конструкции отдельных маяков, установленных в Финском и Ботническомзаливах, которые разрушились либо потеряли устойчивость под действием ледовых нагрузок.Маяк Тайнио (рисунок 1.2) в 1967 году под воздействием льда был сдвинут относительно местаустановки на 14 метров (без серьезных повреждений самой конструкции).
Ледовая нагрузка,вызвавшая смещение маяка оценивалась в 2.3-4.7 МН. Маяк Бьернклакен (рисунок 1.3) былпостроен в 1969 году. В течение первого сезона дрейфа льда было зафиксировано смещениемаяка на 0.1 м. На следующий год под воздействием льда маяк переместился в сторону на 17 ми отклонился от вертикали на 12°. Ледовая нагрузка при этом оценивалась в 10.9 МН. Нарисунках 1.4 и 1.5 представлены снимки еще двух примеров поврежденных маяков - маяковНигрань и Кеми-I соответственно.
В первом случае разрушение произошло из-за образованияпредельных трещин в растянутом бетоне от воздействия наползающего на опору льда (F=3.8МН). В случае стального маяка Кеми-I его конструкция оказалась слишком гибкой ивоздействие льда вызвало автоколебания конструкции, что вскоре привело к его разрушению.16Рисунок 1.2 - Маяк Тайнио, Финляндия (D=3.5м) [14]Рисунок 1.3 - Маяк Бьернклакен, Финляндия (D=2.9м) после разрушения в 1985г. [14]Рисунок 1.4 - Маяк Нигрань, Финляндия (D=2.5м) после разрушения зимой 1968/1969 г.
[14]17Рисунок 1.5 - Маяк Кеми-I, Финляндия (D=1 м), фото частичного разрушения маяка сотклонением от вертикального положения весной 1974 г. [14]Ледовые воздействия также могут вызывать следующие негативные эффекты:Истирание льдом конструкционных материалов, подверженных прямому воздействиюльдаЛед, воздействуя на бетонную или металлическую поверхность сооружения, вызываетистираниематериала.Подистираниемподразумеваетсяудалениечастицматериалаконструкции с контактной поверхности при скольжении и трении льда. При этом возможно 4вида истирания: абразивное, адгезионное, усталостное, коррозионное (более подробно в [15]).Вследствие высоких контактных давлений, вертикальных и горизонтальных подвижек льдаповерхность, контактирующая со льдом, постоянно «зачищается», что создает благоприятныеусловия для постепенного разрушения материала.Статистическая информация о натурных измерениях истирания конструкционныхповерхностей представлена в работе [15].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
