Диссертация (1141536), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Актуальность изучения ледовых воздействий подтверждаетсяналичием фактических нарушений работы морских сооружений вследствие негативногодействия льда. И несмотря на накопленный за последние годы опыт и достижения в областиизученияледотехникигидротехническиеиобщегосооружения,пониманияостаетсямеханикиобширныйледовогопереченьвоздействиявопросов,натребующихисследовательских изысканий. К тому же, методики определения ледовых нагрузок,освещенные в различных стандартах, отличаются.
Обзорные исследования льда, как факторавоздействия на гидротехнические сооружения (Глава 1), и анализ состояния проблематикиопределения ледовых нагрузок от ровных ледовых полей на гидротехнические сооружения свертикальной опорной частью (далее в Главе 2) определяют постановку цели и задачдиссертационного исследования.38Глава 2.
Анализ состояния проблематики определения ледовых нагрузок отровных ледовых полей на гидротехнические сооружения с вертикальнойопорной частью2.1. Исследования и нормативные документы по ледовым воздействиям нагидротехнические сооруженияВопрос эффективного проектирования гидротехнических сооружений в акваторияхсеверных морей с ледовой обстановкой крайне актуален в наши дни. Принимая во внимание тотфакт, что в северных районах зачастую ледовые нагрузки превышают значения суммы всехостальных нагрузок, точность их определения напрямую влияет на материалоемкость истоимость гидротехнических сооружений. Важными остаются также вопросы обеспечениянадежности и безопасности сооружений, подверженных ледовым воздействиям.Обширные программы по изучению ледовых воздействий на гидротехническиесооружения предпринимаются 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*) [1]. Средииностранных стандартов выделяются следующие: международный стандарт ISO 19906 (2010)[19], американский API RP 2N (1995) [34], канадский CAN/CSA-S471-92 (1992) [62],норвежский NORSOK N-003 (2007) [63]. Но при этом, согласно исследованиям [4, 5, 64]результаты расчетов ледовых нагрузок по различным принятым в мире методикам в отдельныхслучаях могут расходиться, причем в несколько раз.Наиболее полная на данный момент методическая информация по определениюрасчетных ледовых нагрузок, где рассматриваются различные ледовые сценарии и различногоуровня ледовые нагрузки, представлена в международном стандарте ISO 19906.
В основустандарта лег многолетний опыт наблюдений и натурных испытаний льда, проведенных вморях Бофорта, Балтийском и Желтом морях.В России также ведутся исследовательские работы, направленные на совершенствованиеметодик определения ледовых нагрузок [18, 65], на развитие различных ледотехнических39проблематик [17, 66-70], а также исследуются проблематики, связанные со строительством врайонах с вечной мерзлотой [28, 129, 130]. Большой исследовательский вклад по вопросамэффекта вибраций морских сооружений под воздействием ледовых полей, а также общимвопросам определения ледовых нагрузок был внесен К.Н.
Шхинеком и его последователями.Специалистами из Дальневосточного Федерального Университета уделяется много вниманиявопросам абразии материалов, подверженных прямому воздействию льда. Институт ААНИИпроводит обширные кампании по сбору информации о ледовых условиях северных морей.Много ледовых исследований было проведено на базе МГСУ.
К сожалению, большая частьрезультатов этих исследования до сих пор не нашла практического применения вотечественных строительных нормах.Как известно, в Россииуже есть опыт реализации проектов строительствагравитационных ледостойких платформ в акваториях с суровыми ледовыми условиями. Это, впервую очередь, проекты Сахалин-1, Сахалин-2 и платформа «Приразломная» в Печорскомморе. При реализации данных проектов учитывался опыт строительства ледостойких платформна шельфе моря Бофорта в Канаде.Анализируя опыт проектов на Сахалине и в Печорском море, многие специалистыотмечали, что строительный стандарт СНиП 2.06.04-82* (сейчас СП 38.13330.2012) «Нагрузки ивоздействия на гидротехнические сооружения» не в полной мере применим к морскимледостойким сооружениям в части оценки ледовых нагрузок [2-6], и что он нуждается всерьезном усовершенствовании.Есть также ряд работ, в которых было проведено сравнение подходов к определениюледовых нагрузок по отечественным и иностранным стандартам [4, 6, 71].
Основным выводомбыло отсутствие гармонизации российских и зарубежных норм (но выводы были сделаны безпредставления недостатков и преимуществ тех или иных методик). Выводом исследования«Баренц-2020» [6] стало то, что «в настоящее время в России отсутствуют нормативы, в полноймере применимые к морским сооружениям», которые строятся в акваториях с суровой ледовойобстановкой.Таким образом, основной задачей Главы 2 был анализ проблематики определенияглобальных и локальных ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения по отечественнымнормам в сравнении с зарубежными стандартами, а также на фоне представленной в Главе 1информации о механике льда и с учетом данных натурных измерений ледовых нагрузок, обзоркоторых представлен далее в разделе 2.2.Область исследования была ограничена воздействиями ровных ледовых полей на узкие,протяженные, одноопорные и многоопорные сооружения с вертикальной опорной частью.402.2.
Данные полевых исследований и измерений ледовых воздействий нагидротехнические сооружения. Масштабный эффект ледовой нагрузкиВ начале XX века по мере развития и распространения хозяйственной деятельностичеловека на Север, и начала активного строительства гидротехнических сооружений вакваториях замерзающих рек и морей, было много открытых вопросов относительно оценкиледовых нагрузок.
Как результат, морские сооружения проектировались либо с многократнымзапасом прочности, либо наоборот, конструкции не были рассчитаны на экстремальныеледовые нагрузки, что привело в свое время к ряду локальных и глобальных разрушенийгидротехнических сооружений (примеры в разделе 1.2). С целью более корректной оценкиледовых воздействий, начиная с 1970-х годов в научно-исследовательскую практику входяткрупномасштабные натурные измерения ледовых воздействий на сооружения. К сожалению,крупномасштабных измерений ледовых воздействий на гидротехнические сооружения всеверных и дальневосточных морях России практически не проводилось.Известны следующие практические методики натурных измерений величин ледовыхнагрузок [7]:1.
Расчет ледовой нагрузки по 2-му закону Ньютона, предварительно оценив массу иускорение замедления движения ледового поля при его столкновении с сооружением;2. Оценка ледовых нагрузок по факту случившихся разрушений или деформацийконструкций (обратный расчет);3.
Регистрация реакции сооружения на ледовую нагрузку при помощи:- акселерометров (для измерения вибраций элементов конструкций);- экстензометров (для измерения деформаций элементов конструкций);- наклономеров (для измерения наклона элементов конструкций);4. Регистрация ледового давления на конструкцию при помощи специальных датчиковдавления в виде панелей, устанавливаемых в зоне ледового воздействия.Первые исследования по измерению фактических величин ледовых нагрузок былипредприняты Коржавиным в период с 1933 по 1961 на реках Обь, Енисей и Ангара при помощипервого, наиболее простого способа (по второму закону Ньютона).
Максимальное ледовоедавление, полученное в тот момент таким путем, не превышало 0.6 МПа [7].Информация о реальных величинах воздействиях ледового поля на широкиесооружения, в первую очередь, представлена измерениями на платформе Моликпак во время ееэксплуатации в море Бофорта (1984-1989 гг.). Хотя точность тех измерений также являетсяпредметом дискуссий.41Ледовые воздействия на узкие сооружения регистрировались в Балтийском море, мореБофорта и Желтом морях при их воздействии на сооружения маяков, опоры мостов инефтегазовых платформ.Измерения ледовых воздействий на ледостойкую платформу Моликпак, которая втечение пяти лет (1984-1989 гг.) использовалась как буровая платформа в море Бофорта, сталаисточником важной информации о характере и величинах воздействий на широкие морскиесооружения от однолетних и многолетних льдов.Конструкция платформы Моликпак представляла собой большой металлический кессонгравитационного типа.
В плане платформа имела четырехугольную форму со скошеннымиуглами и длиной одной стороны около 90 м на уровне воздействия льда. Внешняя оболочкакессона имела разно-наклонный профиль (8° и 23° от вертикали). Для измерения ледовыхвоздействий платформа была оснащена тремя разными измерительными системами: датчикамидавления в виде контактных панелей Medof, тензометрическими датчиками, экстензометрами иакселерометрами (рисунок 2.1).Датчики давления(панели MEDOF)Экстензоменты8°Датчики давления(панели MEDOF)Экстензоменты23°ТензорынапряженийРисунок 2.1 - План и разрез платформы Моликпак в море Бофорта с обозначением точекустановки датчиков измерительных систем [72]Платформа эксплуатировалась на 4-х лицензионных участках с различной глубинойакваторий и различными ледовыми условиями.
Причем, как видно из таблицы 2.1, на первыхдвух участках ледовое поле воздействовало на практически вертикальную стенку кессона (8°),на двух других участках на наклонную часть (23°).42Таблица 2.1 - Информация об эксплуатационных участках пл. Моликпак в море Бофорта [73]УчастокПериодГлубина погруженияплатформы, мНаклон стенки кессона на уровневоздействия ледового поля, °Tarsiut P-451984-85 гг.19.58Amauligak I-651985-86 гг.19.58Amauligak F-241986-87 гг.15.823Isserk I-151988-89 гг.13.423По результатам наблюдений и регистрации ледовых условий и воздействий наплатформу в море Бофорта [73] можно сделать следующие выводы:При воздействии льда на почти вертикальный профиль (1984-1986 гг.)- навалы ледовых обломков не образовывались на подходе к платформе, поэтомудрейфующий лед напрямую воздействовал на конструкцию платформы;- наблюдались различные формы разрушения льда (на сжатие дроблением, на изгиб, насжатие в результате потери устойчивости, смешанный тип).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
