Разработка и совершенствование методов расчета нагрузок на вертикальные сооружения шельфа от морских ледовых образований

Актуальность диссертационной работы. За рубежом разведка и освоение ресурсов нефти и газа субарктического, затем и арктического шельфа были начаты США и Канадой в начале 60-х годов. Основные объемы работ приходятся на континентальный шельф Аляски, арктическую зону Канады, западное побережье Гренландии и акваторию Антарктиды.

Запасы месторождений оцениваются в 240 млн. т нефти и 140 млрд. м3 газа Освоение шельфа арктических морей (море Бофорта, арктический шельф Канады) начато в начале 70-х годов.

Российскими специалистами энергетический потенциал нашего шельфа оценивается в объеме 100 млрд. т условного топлива в пересчете на нефть, в том числе 16 млрд. т нефти и 84 трлн. м3 газа). Около 80% этих запасов приходится на долю замерзающих морей — Баренцева, Карского, Лаптевых, ВосточноСибирского, Чукотского, Берингова и Охотского.

На такой громадной акватории отработано не более 1 млн. погонных километров сейсморазведочных профилей 2D, а исследования 3D только начаты в последние годы у Сахалина и в Печорском море. В самом начале — региональное изучение моря Лаптевых, а также Восточно-Сибирского и Чукотского морей. Пробурено менее 200 скважин только на шельфе Сахалина и в Баренцевом море. А от Ямала до Магадана нет еще ни одной скважины. Но уже выявлено более 20 нефтегазоносных крупных осадочно-породных бассейнов, в 10 из которых наличие запасов углеводородов уже доказано. Также выявлено около 500 локальных структур, открыто 29 месторождений, в том числе супер гигантские газоконденсатные и газовые Штокмановское, Русановское, Ленинградское в Западной Арктике и несколько крупных месторождений на северовосточном шельфе Сахалина и в Печорском море.

Предполагается, что на море будет добыто в 2005 г. — 25−28 млн. т нефти и 3035 млрд. м3 газа, в 2010 г. соответственно — 41−45 млн. т и 97−100 млрд. м3, в.

2020 г. — 65−70 млн, т и 135−140 млрд, м' Более высокие темпы добычи Mosyr быть достигну&tradeза счст освоения новых провинций н открытий в области технологии добычи Планируется, что на Штокмановском месторождении будут работать три добывающие платформы, а к 2015 г. будет пробурено 156 скважин, которые должны дать 63 млрд. mj газа в год. Через 15 лет, к 2030 г., количество скважин достигнет 216, а добыча газа возрастет до 95 млрд. м1. Предполагается, что подготовка газа не будет осуществляться непосредственно на платформе — он будет подаваться по 500-километровому трубопроводу на берег, а затем — на экспорт в страны Европы По нефтегазовому потенциалу недра Баренцева, Печорского и Карского морей содержат около 54 млрд. тонн условного топлива, а дальневосточных (прежде всего Охотского моря) до 17 млрд. тонн условного топлива, На шельфе дальневосточных морей выявлен значительный фонд (свыше 300) локальных структурРосеия впервые приступила к практической реализации двух сахалинских проектов: «Сахалин-!» (месторождения Одопту, Чайво н Аркутун-Даги) и «Сахалнн-2 (месторождений Пнлътун-Астохское и Лунское). С пяти нефтегазовых месторождений предусматривается добыть свыше 400 млн. тонн нефти и более 700 млрд м' газа, для чего предстоят инвестировать более 25 млрд. долларов Наиболее перспективными направлен И ими для продолжения нсфтегазопоисковых работ являются участки шельфа Сахалина — 3, 4, 5, 6, Их потенциал оценивается в I млрд. тонн нефти н 3,5 трлн. м1 газа. Прибыль, полученная в результате успешного освоения шельфа, может существенно укрепить федеральный бюджет. Например, только реализация проектов «Сахалин-1» н «Сахалин-2» за 30 лет даст России доход около S0 млрд, долларов, из которых на Сахалинскую область приходится половина.

Опыт строительства н эксплуатации I ндр"re*ническш сооружений в замерзающих моря*.

Начиная с 1964 г. на шельфе замерзающих морей было построено значительное количество гидротехнических сооружений (платформ, островов, трубопроводов) и анализ их поведения, но льдах имеет большое значение как дли научных целей, так н для проектирования новых конструкций. С 1964 г. в эКуха построено 18 стальных ледостойкнх стационарных платформ (ЛСП), причем 17 из нмх имели по 3−4 опорные колонны. Платформы крепились ко дну с помощью свай. Еще одна платформа была выполнена в виде монопола, ее крепнлн забивными сваям и. расположенными под водой в понтонной части опоры. Опыт эксплуатации этих платформ показан достаточную их надежность, Основной недостаток этого типа платформ — большой объем строительно-монтажных работ в открытом море. Моноподный вариант в условиях з. Кука оказался менее удачным нз-за существенной вибрации верхней части при взаимодействии со льдом. В 1983;8 гг. на шельфе Балтийского моря (сектор ФРГ) были построены две ледостойкие платформы с гравитационным фундзментом, платформ, работавших в море Бофорта {наиболее суровом из освоенных районов мирового шельфа) известны три CIDCT SSDC и Молнкпак. Все эти платформы являются мобильными. Платформа СГОС представляет собой комбинированное сооружение, состоящее из нижней стальной н верхней железобетонной частей с размерами в плане 94×88 м Платформа CIDC способ* на работать на глубинах до 18,5 м. В строй вошла в 1984 г., С июля 2005 г. установлена на месторождении Чайво на глубине 14 м. Платформа SSDC была изготовлена из списанного танкера. Для того чтобы противостоять давлению льда, внутри корпуса по бортам был изготовлен бетонный пояс толщиной 1 м. В своем распоряжении имеет большие помещения лля хранения расходуемых материалов к емкость для хранения добытой to нефти (до tOO тыс. тонн) Платформа способна работать на глубинах от 3 до 24 м. При применении бермы — и на больших глубинах. Длина опорной части, контактирующей со льдом — 202 м.

Платформа Молнкпак это передвижное буровое морское основание для эксплуатации в ледовых морях, которое впервые было установлено в канадском секторе моря Бофорта в 1984 г. и использовалось для разведочного бурения н течение 4 зимних сезонов в канадской Арктике. Платформа Моли к-пак выполнена из стальных конструкций. Она состоит из кольцеобразного основания, на которое устанавливалась автономная палубная конструкция. Внутреннее пространство кольцеобразного основания заполняется песком, который обеспечивает свыше 80% сопротивления горизонтальному скольжению платформы. Молнкпак была спроектирована, чтобы противостоять глобальным и локальным нагрузкам от однолетних и многолетних льдов. Она может непосредственно использоваться на глубинах от 9 до 21 м. В более глубоких водах предусмотрена установка ег на берму. Молнкпак была куплена компанией Sakhalin Energy Investment Company Ltd. н модернизированаснизу к платформе прикреплена подставка, что увеличило рабочую глубину работы платформы на 15 мЛетом 1998 года платформа Молнкпак была установлена на сахалинском шельфе (РнсВ.1),.

Маячные сооружения.

Впервые проблема определения ледовых нагрузок возникла при строительстве маячных сооружений, В пятидесятых годах прошлого века в шведских водах было установлено 5 железобетонных телескопических маяков на банках с глубинами 5- 7 м [Реф. журнал ВТ № 5, 1962 г.]. Конструкции основания маяков имели цилиндрическую форму диаметром до 18 м.(рис, В,2 и В. З). Надстройки также цилиндрической формы размешались внутри основной части. Сооружения на место установки доставлялись наплаву, тут же производилось выдвижение вверх надстроек и заключительная часть строительства, В суровую зиму маяки выдержали по опенкам шведских специалистов ледовое давление в пределах 1-го МПа. К настоящему времени в шведских н финских водах построено уже более пятидесяти маяков. Однако, на Балтике имели место и разрушения маяков [Cammaert, cl al. 1988]: маяк Tainio (Finland), был сдвинут льдом и разрушен в 1966 г, — в 1974 г. произошел излом маяка Kerni (Finland) в верхней масти в результате сильной вибрацииу маяка Nygran (Sweden) в 1969 году в результате давления ледяного поля разрушена верхняя часть выше уровня воды, маяк опрокинут.

До I960 г. в Советском Союзе в открытом море с ледовыми условиями островные морские лсдостойкис гидротехнические сооружения не строились и не было такой проблемы как определение ледовых нагрузок на ОМЛГГС. Проблема возникла тогда, когда согласно международной конвенции и конце.

1960 г. в Балтийском море на банке «Таллинна — Малая1' (на створе между Хельсинки И Таллинном) на глубине около 10 метров инженерно-строительными организациями ВМФ было установлено основание стационарного маяка, представляющее собой железобетонный массив-гигант цилиндрической формы диаметром 14 м. В конце зимнего периода, в марте.

1961 г. основание маяка было сдвинуто льдом и разрушено (Рнс.В 4).

Рис.В. Платформа Молнкпах в морс Бофорта.

В экспертном официальном заключении (от 14,05.1963 г,) профессора Н. Н. Джунковского отмечалось кроме причин аварии основания маяка, также то, что методы расчета ледовых нагрузок на морские островные гидротехнические сооружения отсутствуют н «.Считать необходимым возбудить перед соответствующими органюацилми вопрос постановки исследований по действию яьдл ни морские сооружения «.

Автору настоящей диссертации профессором Джунковским Н, Н. настоятельно было предложено срочно переключиться с исследования волновой проблемы на изучение ледовой проблемы.

Изучение автором материала показало, что практически до начала шее* тидесятых годов не велось исследований проблемы взаимодействия морского льда с островными сооружениями, Однако, можно было предположить, что с упомянутой проблемой много общего нмеет характер взаимодействия речного льда с мостовыми опорами.

Взаимодействия льда с мостовымн опорами.

По вопросу процессов взаимодействия речного льда с мостовыми опорами имелся обширный материал исследований Здесь следует отмстить солидные исследования А. Н. Комаровского (1933), П. А. Кузнецова (1939.), Б. В, Зылсва (1954), А И Гамаюиова-ОЭМ), К, Н Коржавина (1962) и др. Этой проблемой ранее занимались также такие выдающиеся ученые как Л. Ф. Ннколан и ГП-Псредерий, Работы П. А Кузнецова н разработанный им для морских сооружений ГОСТ 3440–46 «Нагрузки на гидротехнические сооружения. Нагрузки ледовые» в своей основе базировались на результатах этих речных исследований, В 1959 г. были введены общесоюзные нормы на ледовые нагрузки СН 76−59. а ГОСТ 3440–46 был отменен. Поскольку СП 76−59 и принятый взамен его СН 76−62 былн разработаны только ив базе речных ледовых условий и не учитывали морской специфики, требовалось создание специальных норм по определению ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения.

Первые работы по исследованию морского льда.

С целью разработки методов расчета ледовых нагрузок на ледостойкие морские гидротехнические сооружения (ЛМГТС) автором были выполнены в 1963 -1967 г. г. исследования причин разрушения основания маяка Таллинна — Мадал, изучение морских ледовых условий, работы по испытанию на прочность и смятие блоков морского льда, а также в 1968 — 1972 гт, совместно с Ю, В Долгополовым, З. И Швайштейном, эксперименты с моделями опор в опытовом ледовом бассейне ААНИИ, с Ф. И. Птухнным — работы по определению физико-механических характеристик морского льда с учетом масштабного эффекта на Балтийском, Белом и Охотском морях, Результаты этил исследований позволили автору диссертации разработан" первые основополагающие расчетные зависимости, но определению ледовых нагрузок па вертикальные Л МГТС. Актуальность н новизна тгнх исследований видна была по тому, что статьи по результатам этих работ в 1973 г. были переведены в Канале (Afanasiev V. P, 1972), в США и Израиле (Afanasiev V, P" el al" 1971). В 1970 г. были опубликованы некоторые результаты натурных измерений давления льда на островные сооружения американских и канадских специалистов (Симпозиумы по льду: Рейкьявик, 1970 и Ленинград, 1972), которые подтвердили актуальность и новизну наших пионерных исследований,.

В 1973 году, как итог этих исследований, был создай ведомственный нормативный документ для МО СССР (В, П-Афанасьев — основной автор к руководитель НИР по линии МО СССР) — «Временная инструкция по определению ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения» — ВСН-1−71/МО.

Значительный вклад в дальнейшее развитие проблемы и разработку норм на ледовые нагрузки на ледостойкие морские гидротехнические сооружения (ЛМГТОоказали выполненные в период восьмидесятых годов прошлого века отечественными специалистами докторские диссертации НХ. Храпатого, 198{гС.А Вершинина. 1984 г. н монографии обзорного характера ЕгапП, Е. г Lee, G, C.- Cammacrt, A, B, Muggeridgc D.B.- Sanderson Т. J, О.- С. А — Вершинин а, позволившие более обоснованно разрабатывать модели взаимодействия льда с сооружениями. Немалое значение в этом направлении имели докторские диссертации последнего периода (Д, А Мирзо-ев., 1994; М. Г Гладков, 1997; П.А.ТрусховЛ997- А. Т. Беккер, 1998;.С.И Ши-бакин, 1999; ГА Сурков, 2002; С, И Рогачко, 2003), монографии Ю. А. Алексеева и др&bdquo-2001 г., Вершинина и др., 2005 г.

1' ■-лi «^.

ИНГ? 23 0 —.

РисВ, 2, Схемы конструкций телескопических маяков: а) типа Альмагрунд (Швеция) — 6) типа Хялльгрунд (Швеция).

Рис. 3 Модифицированная платформа «Моликпак» .

Рис В, А Основание майка после аварииразрез по диаметральной плоскости в направлении сдвига.

1 — разрушенная часть наружной стенки- 2 — заполнение (камень, массивы) — 3 — каменная постель- 4 — валун.

Анализ состояния проблемы показывает, что в настоящее время, однако, нет единого теоретически и экспериментально обоснованного обобщающего решения задачи по определению нагрузок на вертикальные сооружения от морского льда как от дрейфующего, так н от припая при его первых подвижках, Это обусловлено следующими причинами:

• недостаточным объемом сведений о величине действительных значений ледовых нагрузок на существующие сооружения;

• многообразием н сложностью физико-механнчееких процессов разрушения ледяных полей при взаимодействии с препятствиями;

Об этом свидетельствует результаты расчетов ледовых нагрузок на одно и то же сооружение при заданных параметрах тороснсгых ледовых образований, выполненных на международном совещании экспертов разных стран.

Сравнение расчетных значений ледовых нагрузок" рассчитанных по ратным методам показало, что они отличаются в десятки раз,[СгоазсЫс К, 1997].

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка новых и усовершенствование существующих методов по определению ледовых нагрузок на ОМГТС с вертикальными стенками для рагтичных сценариев воздействия на них ледяных полей. В снячл с этим были поставлены задачи разработать новые н более полно обосновать существующие расчетные модели взаимодействия льда с препятствием,.

Методы исследовании. Для достижения цели основное внимание было уделено разработке экспериментальных методов исследования экстремальных нагрузок, которые являлись основой для построения основополагающих математических моделей по расчету эффективного давления льда:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований дополнялись анализом и обобщением имеющихся в этой области литературных данных.

Научная новизна работы состоит в том, «сто в ней впервые был проведен.

1. комплекс исследований по изучению взаимодействия системы ледяное поле — вертикальные МГТС, на основании которых решены важные задачи:

• на моделях с блоками морского льда в обоймах с упругими связями, имитирующих взаимодействие системы в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при различной геометрии локальной нагрузки;

• в онмтовом ледовом бассейне со структурно-молелнрованным льдом н одиночными моделями опор;

• то же, с многоопорными моделями сооружений;

• на стенде с эквивалентным заменяющим лед материалом;

• ни стенде с дискретным материалом, имитирующим взаимодействие подводной неконсолидированной части тороса с вертикальной преградой.

2. На основании исследований впервые обобщены и обоснованы закономерности взаимодействия системы лед-структура, в результате которых были разработаны предложения по определению ледовых нагрузок на ЛМГТС, прн этом впервые выявлены и изучены следующие закономерности:

• неизвестная ранее закономерность изменения величины нормированного эффективного давления льда — давления ровного льда на единиц площади сооружения в зоне его контакта со льдом, отнесенного к прочности льда на одноосное сжатие (условно принятая в настоящее время за рубежом как фактор индентацни и в России — как коэффициент смятия) в зависимости от нормированной ширины контакта (отношения толщины льда к ширине контакта или преграды) — одни из важных факторов при определении ледовой нагрузки, влияние на величину к характер разрушения общей ледовой нагрузки, действующей на систему опор колонного типа прн первой подвижке льда расположения колонн и нормированного шага колонн (расстояния между ними по отношению к их диаметру);

• влияние на величину обшей ледовой нагрузки, действующей на систему опор от дрейфующих ледяных нолей, случайного неодновременного разрушения льда;

•характер процесса разрушения при взаимодействий с преградой подводной части торосистого образования — киля, что дало возможность впервые применить для разработки математической модели расчета нагрузки от киля закономерности механики разрушения связно-сыпучей среды Мора-Кулона- • влияния жесткости сооружения и упругости льда на величину ледовой нагрузки, на частоту ее циклов, а также на степень ее динамичности.

3, Предложена методика учета цикличности нагрузки при использовании в морских условиях кинематического метода Коржанина К. Н. разработанного для измерения ледовой нагрузки от воздействия ледяных полей на сооружение при ледоходе на реках.

4. С целью снижения горизонтальной составляющей ледовой нагрузки на вертикальные опоры предложена конструкция, имеющая в ледорезной части винтовую поверхность. Составлен метод расчета ледовой нагрузки на предложенную опору.

Практическое значение. Результаты исследований целесообразно использовать при корректировке раздела Норм по определению ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения с вертикальными стенками и оценке нагрузок на существующие сооружения.

Основные результаты работы, выноснмые на защиту:

1, Более полное обоснование предложенной ранее закономерности изменения величины эффективного давления льда в зависимости от нормированной ширины контакта (отношения ширины преграды к толщине льда).

2, Усовершенствованный метод определения ледовой нагрузхи на вертикальные ледостойкие морские пиротехнические сооружения (ЛМГТС) с учетом зависимости нагрузки от различных факторов.

3, Обоснование разработанных ранее рекомендаций нормативных значений прочности льда на сжатие, включенных в нормы СНнП II -57−75, СНиП 2,06,04−82, М ., 1983; СНнП 2.06.04−82' М, 1986 и 1988, отмененных в 1995 г.

4, Необходимость учета наслоения льда при определении ледовых нагрузок и рекомендации по оценке толщины наслоенного льда.

5, Метод расчета ледовой нагрузки, действующей при первой подвижке льда на систему опор и на отдельные опоры колонного типа, в зависимости от расположения колонн и нормированного шага колонн (расстояния между колоннами по отношению к их диаметру).

6. Метод расчета общей ледовой нагрузки от дрейфующих ледяных полей, действующей на систему опор, с учетом случайного неодновременного разрушения льда.

7. Усовершенствованный метод расчета ледовой нагрузки от воздействия тороенстых ледяных образований на ЛМГТС в рамках разработанной автором ранее модели разрушення тороса при взаимодействии с преградой, в которой впервые применены для разработки математической модели разрушения киля тороса закономерности механики связно-сыпучей среды Мора-Кулона.

Методика расчета локальной ледовой нагрузки, учитывающей не только площадь контакта льда с конструкцией, но и геометрию контакта, а также расположение площади контакта по толщине ледяного покрова.

8. Рекомендации по учету влияния жесткости сооружения н упругости движущегося ледяного поля на величину ледовой нагрузки, на частоту ее циклов, а также на степень динамичности ледовой нагрузки.

9. Методика расчета ледовой нагрузки на разработанную автором конструкцию вертикальной опоры, имеющую в ледорезной части винтовую поверхность.

10. Методика учета цикличности нагрузки при использовании в морских условиях кинематического метода К. Н. Коржавина, разработанного для измерения ледовой нагрузки на речные сооружения.

Результаты исследований использованы: в ведомственном документе «Временная инструкция по определению ледовых нат-рузок на морские гидротехнические сооружения» — BCH-I-7I / МО СССРв разделе «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» -Строительных норм и правил — Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые н от судов)", СНиГТ II -57−75. M. J975. В разработанных позже нормах, а именно: СНиП 2.06.04−82, М&bdquo- 1983;

СНиП 2.06.04−82* М-, 1986 и 1988; Изменение № 2 СНнП 2.06,04−82*, М., 199б" а также в Ведомственных Нормах Газпрома — ВСН 41. 88 «Проектирование ледостойких стационарных платформ М., 1988, в которых в часта предложений по определению нагрудок от дрейфующего льда на ОМГТС был также использован в большей или меньшей степенн материал ВСН-1−71 / МО и СНнП II -57−75. Принципиальные положения определения эффективного давления льда на вертикальные препятствия в зависимости от нормированной ширины сооружения использовались в иностранных НормахDesign of Highway Bridges, Specification 5−6, 1974 rcvision. USA, Danish Code of Practice (Danish Enginering Associon), 1982; Design of Highway Bridges. 19S8. Canadian Standard Associaiion, (CS A-S6−88.5,2.18 2.1,) Начн ная с 1972 г., отдельные результаты работ автора диссертации использовались в рекомендациях по определению ледовых нагрузок на ледостойкие сооружения специалистами Канады, США, Японии, Финляндии, Швеции, Норвегии, Дании, в ряде научно-исследовательских отчетов ЛГ1И (СПГТУ), МИСИ (МГСУ), НИИЖТ, ДВПИ (ДГТУ), ВНИПИ Морнефтсгаз, в отечественных докторских и кандидатских диссертациях, в докладах на международных конференциях российских и зарубежных специалистов, посвященным ледовым проблемам, а также в монографиях Eranti, E., Lee, G.C.19Sl, 1986; Саттвеп, А.В., Muggcridge, D.B. 19&SSanderson, T.J.O. 1988; B-B.Лавров 3969- С. А Вершинин., 1988; ЯЛ Готлиб, и др., 1990; Д, А. Мирзоев, 1992]., в учебных пособиях [К.Н. Коржавнн н др., 1978; Симаков Г. В. и др., 1983], в учебниках для ВУЗов [Б Д-Носков, 1986; Б. Д. Носков и Ю, П. Пра вд и вси, 2004].

А н роба нин рабитм. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: XXIV научно-технической конференции гндрофака Мос-ков.инж строит. нн-та, 1965 г.- НТС «Применение активных методов борьбы с ледовыми затруднениями и защиты от обледенения поверхностей на гидротехнических сооружениях» (Ленинград. 1970 г.) — Всесоюзных координационных совещаниях по гидротехнике (Лени играл, 1 970 г.- Петрозаводск, 1972 г.- Волгоград, 1975 г, — Нарва, 1979 г.- Архангельск. 1987 г.- Дивногорск, 1989 г.) — научном симпозиуме «Физико-технические проблемы морского льда» (ГУ ГМС, ААНИИ, АН СССР, Ленинград, 1976 г.) — Научно-технической конференции по проблемам проектирования, строительства и эксплуатации БАМа (Ленинград, 1976 г.) — Зй. 2-й и 3-й Всесоюзных конференциях по механике и физике льда (Институт Проблем механики АН СССР, Москва, в 1981, 1983 и 1988 гг.) — международных конференциях «Proc. Of the first Baltic con Г On soil mechanics and foundaniion engineering», Gdansk, 1975; Proc- [AHR 75 «lnt.Symp.on Ice Problems», Hanover, New HampshireProcIAHR' 78 «Int.Symp.on Ice Problems'1, Stokgolm- «First Euro, Offshore Mechanic Sympozium», Trondheim, 1990; «Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions», Murmansk, 1995; «Освоение шельфа арктических морей России», Санкт-Петербург, 1995, 1997, 2001, 2005 гг.- на ежегодных научно — технических Итоговых сессиях ГНЦ ААНИИ ГУ ГМС, 1995 — 2003 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано свыше 50 научных работ, в том числе монография (в соавторстве), выпущено более 15 научнотехнических отчетов, выполнено несколько экспертных оценок проектов нормативных документов, получено 2 авторских свидетельства.

Личный вклад автора состоит в: общей постановке задач исследованийанализе состояния проблемпостановке задач, организации и проведении экспериментальных исследований', обработке, анализе и обобщении результатовразработке рекомендаций по расчету ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения,.

Структура н объем дисесршиин Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Она содержит З29. страннц текста, 76 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 253 наименований, одного приложения.

4.6. Основные результаты и выводы по главе.

Сопоставительные расчеты выполнены для вертикальных опор от воздействия ровного, наслоенного, консолидированного льда и от кнля торосов. Результаты сопоставлялись с методиками действующих отечественных и зарубежных документов и рекомендациями автора. На основании проведения расчетов ледовых нагрузок тю методикам различных авторов н сопоставления с результатами расчетов по методике автора при широком диапазоне изменения параметров сооружения и толщин ледовых образований сделаны следующие выводы: tНормативные значения прочности льда, включенные ранее в нормы ВСН 1−7] / МО СССР, за годы действия этих доку ментов с 1973 по 1994 гг. не изменялись н, как оказывается, в настоящее время вполне соответствуют рекомендуемым значениям (табл.3.4, 3.5 и график на рис. 4.14). Такой вывод подтверждает также н график на рис 4.13, который показывает значительное снижение за период 1980;1994 годов ледового давления на МНГТС, ранее принимаемого для проектирования зарубежными специалистами, и приближение к российским нормам,.

2, Сопоставление на рис. 4.14 показывает, что по российским нормам нагрузки за период до 1993 года были значительно ниже зарубежных. Эти факты дают основание предполагать, что в случае проектирования МНГТС в этот период по российским нормам в сравнении с результатами проектирования по зарубежным рекомендациям мог бы оказаться колоссальный экономический эффект.

3, В настоящее время расчеты ледовых нагрузок по отмененным в 1995 г. нормам СНнП 2.06.04−82*(1986,1989) от ровного и наслоенного льда на вертикальные сооружения практически мало отличаются от зарубежных, однако расчетные зависимости в российских нормах более обоснованы,.

Рациональное определение ледовых нагрузок, в нормах СНнП 2.06.04−82*(1986,1989) стало возможным в результате:

• принятых ранее нормативных значений прочности льда, которые в настоящее время соответствуют рекомендуемым международной практикой:

• экспериментально, теоретически н статистически обоснованного определения значения коэффициента смятия кь как функции нормированного эффективного давления льда в зависимости от нормированной ширины сооружения или контакта (глава 3). Этот коэффициент является определяющим в методике расчета ледовых нагрузок от ровного и наслоенного льда, он апробирован в десятках иностранных и отечественных публикаций (рис. 4.12−4.23);

• в действующих нормах значения коэффициента к* и прочностные характеристики на сжатие значительно завышены и расчеты по действующим нормам СНнП 2.06 04−82Ч 1995 г.) могут привести к неоправданным величинам нагрузок на МНГТС,.

4. Воздействия торосистых образований на морские гидротехнические сооружения представляют наибольшую опасность. При построении модели воздействия тороса на сооружение автором рассматривались зависимости предельного равновесия связно-сыпучей среды Мора-Кулона. Такой подход в настоящее время подтверждается наблюдениями за воздействием торосистых образований на реальные сооружения [Brown, 2004], а также крупномасиггабнымн экспериментами в ледовых бассейнах [E.Eranti, 1987; Croasdale, 1999; Алексеев и др., 20Ш]. В результате выше изложенного автор позволяет себе сделать вывод о возможности использования метода автора для определении нагрузок на сооружения шельфа от однолетних торосистых образований (формулы 3.109 — 3.111).

5. Сопоставление значений ледовых нагрузок на многоопорные сооружения. расположенные перпендикулярно движению ледяного покрова, свидетельствует, что значения нагрузок определенные по действующим нормам СНнП 2,06.04−82*(1995г,) оказываются заниженными нормам СНнП 2.06.04−824(1995г.) оказываются заниженными гю сравнению с нагрузками, рассчитанными по зависимостям, полученными на основании экспериментов (рнс.4,11).

6. Прн взаимодействии опор, расположенных последовательно начальному движению ледяного покрова, нагрузка зависит от расстояния между опорами, (рнс.4.12). Разработанный автором метод определения нагрузок не имеет аналогов.

7. Сопоставление значений ледовых нагрузок иа рсальн ые сооружения с рекомендациями автора, полученными иа основании расчетов, показали их удовлетворительное соответствие (табл.4,2 и раздел 4.5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Дано полное обоснование предложенной закономерности изменения величины нормированного эффективного давления льда (давления ровного льда на единицу площади сооружения в зоне его контакта со льдом, отнесенного к прочности льда на одноосное сжатие), в зависнмосгн от нормированной ширины контакта (отношения ширины сооружения иди контакта к толщине льда). Эта закономерность, условно принятая за рубежом как «фактор нндентацни» и в России — как «коэффициент смятия» кь один из важных факторов при определении ледовой нагрузки. Внедрение функции к* в расчетные формулы для определения ледовых нагрузок иа вертикальные сооружения, впервые предложенной автором, дало новое направление в международной практике расчетов ледовых нагрузок и способствовало их уточнению.

2 г Усовершенствован метод расчета ледовой нагрузки от ровного и наслоенного льда на вертикальные ледостойкне морские гидротехнические сооружения с учетом зависимости нагрузки от различных факторов, в том числе от предложенных автором значений прочности льда на сжатие и ко>МнЩ1?"та смятия kh.

3. На основании анализа литературных данных н опытных данных, полученных в результате проведения работ на Балтийском, Белом и Охотском морях, разработаны рекомендации для определения нормативной прочности льда на сжатие с учетом масштабного эффекта, солености и температуры льда, включенные в ведомственные Указания ВСН 1−7J t МО СССР, нормы СНиП И -57*75 и СНиП 2.06,04−82* М., 1986 и 1989. Предложенные ранее прочностные характеристики практически не противоречат новейшим исследованиям и с незначительной корректировкой без изменения их максимальных и минимальных значений рекомендованы автором в качестве нормативных для новых Норм.

4. На основе литературных данных и наблюдений сделаны выводы о необходимости учета прн определении ледовой нагрузки на сооружение наслоенного морского льда и даны с згой целью рекомендации по оценке толщины наслоенного льда.

5. Разработан метод расчета ледовой нагрузки, действующей в начальной фазе движения льда, на систему опор и на отдельные опоры колонного типа. Выявлена степень зависимости величины ледовой нагрузки от факторов, определяющих эффект взаимовлияния.

6. Разработан метод расчета суммарной ледовой нагрузки от дрейфующих ледяных полей, действующей на систему опор, с учетом случайного неодновременного возникновения циклов разрушения льда.

7. Разработан метод расчета нагрузки от киля торосистых ледовых образований на вертикальные ледостойкие морские гидротехнические сооружения, в котором впервые применены для разработки аналитической модели разрушения киля тороса закономерности механики связно-сыпучей среды Мора-Кулона.

8. Предложен метод расчета локальной ледовой нагрузки, учитывающий не только площадь контакта льда с конструкцией, но и геометрию контакта, а также расположение площади контакта по толщине ледяного покрова.

9. Предложены рекомендации по учету влияния жесткости сооружения н упругости взаимодействующего с опорой ледяного поля на величину ледовой нагрузки, на частоту ее циклов, а также на степень динамичности ледовой нагрузки.

10. Разработан способ учета цикличности нагрузки при использовании в морских условиях кинематического метода Коржавнна К. Н., разработанного им для измерения ледовой нагрузки на сооружение от воздействия ледяных полей прн ледоходе на реках.

11. Разработан метод расчета ледовой нагрузки на конструкцию, предложенной автором вертикальной опоры, имеющую в ледорезной части винтовую поверхность, эффективность которой по сравнению с цилиндрической проявляется в значительном снижении ледовой нагрузки.