Диссертация (1141536), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Большой вклад в изучение эффекта истирания внеслиспециалисты Дальневосточного федерального университета ДВФУ. На базе большогоколичества опытных и теоретических изысканий созданы методы прогнозирования глубинистирания материала опорных конструкций гидротехнических сооружений [16-18, 127].18Основными конструктивными решениями, учитывающими истирающее действие льда,являются:- в случае с металлической поверхностью: допуск на истирание материала (увеличениетолщины металла в зоне контакта со льдом); применение высокопрочных, стойких отистирания лакокрасочных покрытий;- в случае с бетоном: применение высокопрочных, стойких к истиранию бетонов (маркине ниже B60), а также учет допуска на истирание и нанесение дополнительного слоя бетона взоне непосредственного воздействия льда.Еще одним методом защиты бетонных поверхностей является устройство защитныхстальных поясов.
Но стальные ледозащитные пояса не всегда могут противостоять ледовымвоздействиям в условиях высокой динамики дрейфа ледового покрова. На рисунке 1.6 показаныпримеры разрушения стальных защитных поясов на одной из платформ с железобетоннымоснованием в Охотском море. Причиной разрушения могло быть как внешнее воздействие отсудна, так и недостаточная толщина металлического пояса вместе с неправильной системойкрепления обшивки к железобетонной опоре.Рисунок 1.6 - Повреждение металлической обшивки на опорах одной из платформв Охотском мореВибрации сооружений и их отдельных элементовВибрации сооружений или их отдельных элементов является опасным явлением, так какони могут вызвать ряд негативных эффектов:- усталостное разрушение материала конструкций при циклических ударных нагрузках;- разжижение грунтов в основании сооружения;- нарушение нормальной работы оборудования и персонала на палубе платформы.19Условия возникновения вибраций узких сооружений достаточно хорошо изученыисследователями Карна и Соди.
Результаты их работ представлены в стандарте ISO 19906 [19].Им удалось выяснить, что автоколебания сооружения наиболее часто возникают при среднихскоростях дрейфа льда от 0.04 м/с до 0.1 м/с и при частоте собственных колебаний сооруженияв диапазоне 0.4-10 Гц.Тем не менее, эффект кратковременных вибраций отмечается на всех гравитационныхплатформах, подверженных ледовым воздействиям, в том числе на платформе островного типа– Моликпак. По мнению К.Н.Шхинека [20] в этом случае определяющим становится колебаниесооружения на грунте. Поэтому в процессе проектирования при анализе возможных вибрацийнеобходиморассматриватьсистему«сооружение-основание».Такженеобходимыконструктивные решения по устранению возможных вибраций мачтовых конструкцийплатформы, таких как грузоподъемные краны и факельные установки.Повреждение береговых сооружений вследствие выталкивания ледовых обломков наберегСуть данной проблемы изображена на рисунке 1.7.
При определенных условиях ледовыенавалы под воздействием ледового поля могут наползать на берег и воздействовать набереговые сооружения. При этом время на эвакуацию персонала в данном случае сильноограничено.Рисунок 1.7 - Выталкивание ледовых обломков на берег [21]20Попадание ледовых обломков на палубу сооруженияПопадание ледовых обломков на палубу гидротехнических сооружений может нарушитьнормальные условия работы и эксплуатации технологического оборудования, а также нанестиповреждения конструкциям и строениям, расположенным на палубе. Для предотвращенияданного негативного эффекта требуются специальные конструктивные меры в видезавышенных бортов с изгибом наружу, как установлено на платформе Моликпак (рисунок 1.8).Дополнительный бортик длязащиты от ледовых обломковПалубаРисунок 1.8 - Защитный бортик на платформе Моликпак для защиты от ледовых обломковНарушение морских операций ввиду образования навалов льда вблизи сооруженияДля многих сооружений островного типа, расположенных на мелководье, существуетопасность образования навалов льда на подходе к сооружению (рисунок 1.9).
Этот эффектусиливается при наличии доминирующего направления дрейфа льда. При проектированиинеобходимо учитывать возможность образования таких зон, где ввиду скопления льданарушаются морские операции и становится невозможным процесс эвакуации персонала.Рисунок 1.9 - Образование ледовых навалов вблизи сооружения [21]21Повреждение подводных объектовУ подводных объектов, расположенных в акваториях с ледовой обстановкой, есть рискповреждения под воздействием киля дрейфующих торосов или айсбергов (рисунок 1.10). Средиподводных объектов могут быть следующие:- подводные добычные комплексы;- трубопроводы;- кабели.Рисунок 1.10 - Угроза воздействия киля дрейфующих льдов на подводные объекты [22]Из известных случаев повреждения подводных объектов в [3] приведены следующиепримеры:- 25 порывов кабелей дистанционной связи в районе моря Лабрадор, связанных своздействием айсбергов;- в 1965 году газопровод, проложенный по дну оз.
Эри (Канада) получил большое числопорывов от действия торосов;- подводный трубопровод по дну Большого Невольничьего озера (Канада) был смещен на100м и разрушен в нескольких местах.Поскольку нет большого опыта устройства подводных объектов в арктических условиях,то многие решения по их защите носят проектный, теоретический характер.
Среди наиболееизвестных решений следующие [23]:-создание защитной насыпи из гравия или другого материала;22-применение бетонной защитной конструкции (с размещение выше или ниже уровнядна);- заглубление трубопроводов в грунт.Обледенение конструкцийОбледенение конструкций не относится к нагрузкам от ледовых полей, но о нем стоитупомянуть как о негативном эффекте, связанным со льдом.
Ледяная корка, образуясь наповерхности конструкций, которые подвержены либо замачиванию морской водой, либокаплями во время тумана, увеличивает вес конструкций и изменяет их аэродинамическиехарактеристики. Последствием данного эффекта может быть частичное или полное разрушениеконструкций.В заключение к данному разделу, можно сказать, что исследование ледовых воздействийявляется важным аспектом проектирования гидротехнических сооружений для акваторий следовой обстановкой ввиду многообразия негативных последствий, причиной которых можетбыть столкновение сооружения с ледовым образованием.Дляоценкиледовыхвоздействийважнымявляетсяналичиеинформацииохарактеристиках льда, а также понимание механики льда и основных факторов, влияющих навеличину ледовой нагрузки.
Далее в разделах 1.3, 1.4, 1.5 представлен краткий обзор данныхаспектов.1.3. Физико-механические, морфометрические и динамические характеристикировного льдаДля полноценной оценки величины воздействия ледового поля на гидротехническоесооружение необходима информация о целом ряде ключевых параметров льда. Анализключевых необходимых ледовых параметров был освещен в статье [24]. Ледовые параметрыклассифицируются по 3-м категориям [25]:1)морфометрические параметры (размеры, толщины льдин; габариты торосов и др.) ивнутренняя структура ледовых образований;2)динамические характеристики ледового покрова (скорости и розы дрейфа льда) ипространственные распределения ледовых образований;3)физико-механические свойства льда.Собранные в ходе полевых испытаний данные обрабатываются:23- статистически, c целью определения основных статистических характеристикисследуемых величин (средних значений, стандартных отклонений и т.п.), построениягистограмм и законов распределения переменных ледовых параметров;- осуществляется оценка параметров льда малой повторяемости, необходимых в качествеисходных данных для проектирования.В случае отсутствия длинного ряда статистических данных ледовых параметровпрактикуется его восполнение при помощи численного моделирования с использованиемсистемымоделей,состоящихизтрехмерныхмоделейциркуляцииокеанаигидротермодинамических моделей ледового покрова [26], а также расчетным путем на основеданных многолетних гидрометеорологических наблюдений (например, от Росгидромета) [27].Перечень работ по сбору данных о морфометрических параметрах льда достаточноподробно изложен в стандарте СП 11-114-2004 [25] и в стандарте ISO 19906 [19], но можетбытьрасширениуточненответственнойпроектнойорганизацией.Длясбораморфометрических данных существует целый ряд всевозможных видов наблюдений, болееподробно отраженный в [29].Что касается динамических характеристик льда, то на его дрейф (на скорость инаправление) основное влияние оказывают ветер и течения.
При этом ветровой коэффициент(влияние ветра на дрейф льда) зависит от толщины льда, его сплоченности и скорости ветра илежит в пределах 0-0.35. Однако, наиболее велика повторяемость значений 0.02-0.06 [19].Определение динамических характеристик ледового покрова выполняется, как правило, припомощи высокоточной спутниковой навигационной системы и системы автоматическихдрейфующих буев, регистрирующих географические координаты дрейфующего льда черезопределенные временные интервалы [30].
Основными элементами генеральной схемы дрейфальдавморяхСЛОявляютсяТрансатлантическийпереносльдаиКанадскийантициклонический круговорот (рисунок 1.11). В результате Трансатлантического переносанаблюдался вынос льдов из морей западного района российского сектора Арктики вгренландский сектор и далее в пролив Фрама и Атлантический океан. В результате Канадскогоциклонического круговорота наблюдается перенос льда вдоль Аляскинского побережья из моряБофорта в Чукотское море и частичный вынос льда через Берингов пролив.24Рисунок 1.11 - Поле результирующего дрейфа льда в СЛО в феврале 2013 г. [9]Наиболее важными в плане оценки величины ледового воздействия являются физикомеханические свойства льда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
