Диссертация (1141536), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Перечень ледовых сценариев составляется на основе анализа местныхледовых и гидрометеорологических условий, а также конструктивных особенностейсооружения.5.В процессе проектирования необходимо определять как глобальные, так и локальныеледовые нагрузки.6. Помимо расчетов на квазистатическое действие ледовых образований, необходимопроизводить динамический расчет при воздействии дрейфующего льда на отдельные опорыгидротехнических сооружений, а также расчет на усталостное разрушение конструкций,подверженных циклическому воздействию льда.Данные общие положения не отражены в действующем СП 38.13330.2012, но являютсяважными с точки зрения общего подхода к определению ледовых нагрузок.48Изменения расчетных положений СП 38.13330.2012 в части определения прочностиледовых полей на сжатиеПоправка №2 к СНиП 2.06.04-82* от 1 июля 1996 года, разработанная ВНИИГом им.Веденеева, внесла существенные изменения в положения об определении прочностныххарактеристик льда и ледовых воздействий на гидротехнические сооружения.
При этом в СНиПII-57-75 (1975 г.) было примечание, что ледовые нагрузки и воздействия согласно положениямСНиП II-57-75 определяются только для расчетной толщины льда 1.5м и менее. В СНиП2.06.04-82* (1996) такого примечания уже нет.Определение прочности льда на сжатие (прочность ледовых образцов):Принципиально меняется подход в части определения прочности льда на сжатие .В СНиП II-57-75 (1975 г.) было сказано, что определяется по опытным данным, приих отсутствии по таблицам СНиП в зависимости от солености льда (‰) и среднесуточнойтемпературы воздуха (3-6 суток в зависимости от толщины льда).В СНиП 2.06.04-82* (1996 г.) ввиду того, что свойства льда изменяются по толщине(температура, соленость и, соответственно, прочность), было предложено прочность льда насжатие определять по формуле:12 = √ ∑=1( + Δ )(2.1)гдеN – количество слоев одинаковой толщины, на которое разделяется рассматриваемоеледовое поле, при этом N ≥ 3;Ci – значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в i-м слое при температуре ti;Δi – доверительная граница случайной погрешности определений Ci, МПа, определяемаяметодами математической статистики.При этом сказано, что в случае отсутствия опытных данных, значения допускаетсяпринимать по таблицам СНиП для морского льда в зависимости от температуры и соленостильда в i-ом слое.В СНиП 2.06.04-82* (1996) было еще важное примечание, которое в СП 38.13330.2012 покаким-то причинам отсутствует: «температура льда на границе воздух (или снег) - лед, °С,определяется методами теплообмена по данным о температуре воздуха, толщине снежногопокрова и скорости ветра или (при отсутствии снега) принимаемая равной среднесуточнойтемпературе воздуха до момента наибольшего воздействия льда на сооружение при даннойтолщине льда: 0.5м - за 5 суток; 0.75 м - за 11 суток; 1.0 м - за 19 суток; 1.5 м - за 43 суток; 2.0 м- за 77 суток».49Таким образом, для морского льда расчетные значения прочности льда на сжатие поположениям новых редакций стандарта, а именно СНиП 2.06.04-82* (1996) и СП 38.13330.2012(2012), стали выше, чем раньше, что изображено на рисунке 2.5, что также отмечено в [2].
Приэтом, как видно на рисунке 2.5, расчетная прочность на сжатие соленого льда (для 6‰)увеличилась в 1.4-2 раза, а прочность малосоленого льда (для 2‰) в 2-4 раза.Rc, МПа3.22.52Лед, соленостью 6‰Лед, соленостью 2‰1.510.70.40.300-3-6-10T, ˚CРисунок 2.5 - График зависимости расчетной прочности льда на сжатие в зависимости отсреднесуточной температуры воздуха, по: 1 – по СНиП II-57-75; 2 – по СП 38.13330.2012Определение прочности ледового поля на сжатиеПрочность ледового поля на сжатие с учетом масштабного эффекта ледовой нагрузкиопределяется что в старой, что в новой редакции СНиП путем умножения прочности льда насжатие на коэффициент смятия : = (2.2)Как изменился коэффициент видно на рисунке 2.6.
При этом расчетная прочностьльда на смятие значительно возросла при отношении /ℎ близким к единице.50б)Rp, МПаа)Rp, МПа3.11.50.8520.50.3110 151 32520.40.350 /ℎ11 3152550/ℎРисунок 2.6 - График зависимости расчетной прочности морского льда на сжатие c учетомсмятия при температуре льда T=-6°С , по: 1 – по СНиП II-57-75; 2 – по СП 38.13330.2012:а-на узкие сооружения; б-на секцию протяженного сооруженияВ отношении определения прочности ледового поля на смятие по СП есть дваосновных комментария:1)Во-первых, масштабный эффект ледовой нагрузки определяется только взависимости от /ℎ.
Хотя многочисленные исследования показывают, что ледовое давлениезависит не только от отношения ширины опоры к толщине льда ℎ, но и от толщины самогольда ℎ. При этом, отдельные источники [3] указывают на то, что коэффициент имеетзавышенные значения.2)Что касается значений прочности , то стоит обратиться к крупномасштабнымнатурным исследованиям.
При воздействии однолетнего теплого льда (июнь 1986г.) наширокую платформу Моликпак было зарегистрировано ледовое давление 0.8 МПа, что выше,чем 0.4 МПа, рассчитанное по СП 38.13330.2012 (рисунок 2.6б). При воздействии льда наодноопорные сооружения ледовое давление, как показывают измерения, не превышает 1-2 МПа(рисунок 2.3), что близко к значениям на рисунке 2.6а для льда с температурой на границе своздухом T=-6°С.
При более низких температурах льда его расчетная прочность может бытьзавышенной.Определение ледовой нагрузки от ровного ледового поля на вертикальные одноопорныесооруженияCогласно СП 38.13330.2012 нагрузку от движущегося ровного ледового поля насооружение с вертикальной передней гранью необходимо определять по формулам:51- на отдельно стоящую опору, = 1,26 ∙ 10−3 ℎ√ tg, = ℎ(2.3)(2.4)- на секцию протяженного сооружения, = 2,2 ∙ 10−3 ℎ√ (2.5), = ℎ(2.6)где – скорость движения ледового поля, м/с;ℎ - толщина ровного льда, м; – ширина опоры, м; – коэффициент формы опоры в плане; – максимальная площадь ледового поля, м2;, – коэффициенты смятия; – коэффициент учета скорости деформации льда; – прочность льда на сжатие, МПа; – плотность льда, кг/м3; - половина угла заострения передней грани опоры в плане на уровне действия льда,град;При этом формулы (2.3), (2.5) соответствуют механизму воздействия льда на опору,когда лед не разрушается (рисунок 2.7а), т.е.
когда сумма воздействующих на него сил состороны ветра, течения и торошения со стороны других льдов не достаточны для разрушенияльдины при контакте с сооружением. Формулы (2.4), (2.6) отражают максимальную нагрузку,которую может оказывать льдина на опору сооружения, так как отражает предел ее прочностина сжатие (рисунок 2.7б).
Значения сил по (2.3), (2.5) соответственно не могут превышатьнагрузку, определенную по (2.4), (2.6).б)а)ЛедовоеполеОПОРАОПОРАРисунок 2.7 - Механизмы воздействия ледового поля на опору сооружения: а) без разрушенияледового поля; б) при прорезании ледового поля опорой сооружения52Согласно общему для отечественных и иностранных стандартов принципу ледоваянагрузка определяется по формуле: = = (2.7)где – ледовое давление, МПа; –площадь зоны контакта льда с сооружением, м².Но подходы при определения ледовой нагрузки отличаются. Выделяют, как правило, дваподхода: 1) метод с использованием дифференцированных коэффициентов-параметров; 2)метод с введением в расчет эффективного давления льда, как результата анализа данныхкрупномасштабных натурных измерений ледовых давлений и нагрузок на гидротехническиесооружения. Каждый подход имеет свои плюсы и минусы.Первому подходу придерживаются отечественные нормы.
Этот подход имеет явныепреимущества, в первую очередь, благодаря своей гибкости, так как в формулах дляопределения ледовой нагрузки (2.3, 2.4, 2.5, 2.6) фигурирует сразу несколько коэффициентов,учитывающих различные факторы, которые могут влиять на величину ледовой нагрузки(скорость деформирования льда, размеры льдин, форма опоры и др).Второго подхода придерживаются многие международные стандарты. Формула дляэффективного давления по ISO 19906 [19] имеет следующий вид:ℎ = = (ℎ ) (ℎ)1(2.8)где - показателя прочности ледового поля, МПа;ℎ (ℎ ) (ℎ) - параметр учета масштабного эффекта ледовой нагрузки;1, ℎ - ширины опоры и толщина льда;ℎ1 – толщина льда, равная 1 метру;, - эмпирические коэффициенты, определяемые по ISO 19906.Недостатком формулы (2.8) является то, что она является верхним пределом ледовоговоздействия вне зависимости от природных условий, возраста льда, скорости деформированияльда, наличия динамического эффекта и др. Если акватория характеризуется умереннымиледовыми условиями с отсутствием многолетнего льда, то оценка ледовой нагрузки по формуле(2.8) будет достаточно консервативной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
