Текст наукової статті на тему «Методика розрахунку повномасштабної міцності льоду»
Афанасьєв В.П. доктор технічних наук
Смирнов В.М. доктор фізико-математичних наук (Арктичний і антарктичний науково-дослідний інститут)
МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ повномасштабної МІЦНОСТІ ЛЬОДУ
Межа міцності льоду на стиск ас є одним з основних параметрів, що визначають величину навантаження від впливу крижаного поля на опори ледостойких платформ. Відповідно до рекомендацій Зміна №2 СНиП 2.06.04.-82 * і ВСН 41.88 для вибору нормативного значення опору льоду одноосьовому стиску зразки для випробувань відбираються з трьох шарів всієї товщини крижаного поля. Разом з тим відомо, що міцність льоду зменшується зі збільшенням розмірів зразків, позначається так званий «масштабний ефект». Отже, для визначення міцності крижаного покриву в цілому, т. Е. На всю його товщину, необхідно було б випробування проводити на зразках льоду можливо більшого перерізу, що пов'язано з великими труднощами (є лише поодинокі приклади випробувань льоду на стиск зразків, вирізаних у крижаному поле товщиною більше одного метра) .. Тому на практиці вплив масштабного ефекту на міцність льоду в даний час пропонується враховувати за допомогою емпіричних залежностей
В.В.Лавровим масштабний ефект для деформації стиснення був отриманий в наступному вигляді [1]:
де Я -предел міцності на стиск кг / см2. в напрямку, паралельному поверхні крижаного покриву; К температурний коефіцієнт, при температурі льоду ^ = - 40 рівний 1, при 1 = О0 рівний 0,65.
В1951г. В.В.Лавровим були випробувані зразки льоду розміром 50 * 50 * 50 см з р. Не ви. При ^ = - 0,1о величина межі міцності дорівнювала 15,6 кг / см2. Обчислене за формулою (3) величина Я виявилася рівною 14,8 кг / см2. Різниця між тією і іншою величиною становить 5,1%.
У 1968-1969 рр. були проведені експерименти з визначення міцності льоду на стиск великих зразків льоду на Білому морі і в бухті Ногаева Охотського моря [3]. Напрямок прикладання сили в дослідах було паралельно площині крижаного поля. Відносні значення міцності льоду за результатами цих дослідів нанесені на графік рис.1 [2; 4].
Аналіз вищенаведених залежностей по визначенню впливу масштабного ефекту на характеристики міцності льоду показав, що практично всі криві, за винятком кривої 1 відповідають, аж до товщини льоду 0,5 м, даними експериментів. Як поведуть себе криві далі - можна тільки припускати, так як відповідного експериментального ряду даних не імеется..Вместе з тим практика і теорія руйнування при стискуванні тендітних матеріалів показує, що міцність криві зразків розмірами більше 0.3 м виконан-ються, не показуючи помітно збільшення міцності [3]. Практика також показує, що масштабний ефект залежить від швидкості деформації та характеру руйнування зразків.
При пластичному характері руйнування він проявляється значно слабше [, ніж при крихко-пластичному і більш - при крихкому руйнуванні льоду.
0 0.15 0.5 1.0 1.5 Н, т
Ріс..1. Ti / Tiv, Oll IL. М.: Ч..Ч / Н I. ■:. ■ -I H "1 -.r"
на стиск в залежності від розмірів зразка Н гп
1 - го формулою В Б Лаеврова
2 - за методикою ДАНІЇ
3 ■ за формулою Iyer (1983);
За даними випробувань зразків льоду на осьовий стиск
V ■ пед Охотського моря середні значення (1983)
Л ■ то se, максі ма л ьн ьге ен аче ня
Ö - лід білого моря, середні значення (1968)
Ф - лід Охотського моря (1933)
• ■ пед Балтійського моря (1986)
□ - лід річки Нееи (1936)
З цього можна зробити висновок, що крива 1 більшою мірою відповідає пластичному руйнування, крива 2 - крихке-пластичному. Тендітному ж руйнування льоду швидше за все будуть відповідати криві, відповідні зміни міцності льоду в залежності від товщини льоду в ступеня
І'0 '5 і лежать між кривою 2 і кривої 3 [5,6].
Орієнтовні значення міцності льоду на стиск в залежності від солоності, температури і відносних розмірів льоду можна отримати, використовуючи криві на рис.2, який вперше був даний в роботі [2], відразу ж перекладеної в 1973 р в Канаді і США.
1 1 20 60 1 100 140 180 ^ м)
1 + 1 00 40 10 ° 1 150 200 tn
Мал. 2. Приблизний графік для визначення міцності льоду на стиск
Згідно з документом «Спеціальні Технічні Умови (СТУ) [3]: міцність рівного і консолідованого льоду товщиною до 5 м на стиск Яе визначається за формулою
де Rc - номінальна міцність на стиснення льоду товщиною h = 1 • м, приймається рівною 1.3 Мпа [4].
У Арктичному і Антарктичному НДІ розроблена методика з визначення міцності льоду на стиск, в якій також для визначення міцності на всю товщину крижаного покриву враховується в залежності від різних факторів і масштабний ефект [4].
1. Лавров В.В. 1969. Деформація і міцність льоду. Гідрометеорологічне видавництво, Ленінград, 206 с.
2. Афанасьєв В.П. Долгополов Ю.В. Швайштейн З.І. Тиск льоду на морські окремо стоять опори. - Праці Арктичного і Антарктичного НДІ, тому 300, Гідрометіз-дат, Л. тисячі дев'ятсот сімдесят одна.
5. Sanderson T.J..Ice Mechanics: risks to offshore structures. 1988, 253 p.
Для подальшого прочитання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються в форматі PDF на зазначену при оплаті пошту. Час доставки становить менше 10 хвилин. Вартість однієї статті - 150 рублів.