Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса. постановка задач 13
1.1. Состояние и перспективы освоения континентального шельфа 13
1.2. Особенности проблемы взаимодействия сооружений со льдом в арктических условиях 15
1.3. Основные положения и методы определения ледовых нагрузок 20
1.4. Цель и задачи исследования 24
Глава 2. Основные физико-механические свойства арктического льда 27
2.1. Соленость, плотность и пористость арктического льда 27
2.2. Кристаллическое строение арктического ледяного покрова 29
2.3. Температура и толщина арктического льда 31
2.4. Упругость арктического льда 32
2.5. Пластичность арктического льда (по данным автора) 34
2.6. Теоретическая прочность и разрушение морского льда 47
2.7. Структурная модель прочности морского льда 50
2.8. Прочность арктического льда на сжатие и растяжение (по данным авто ра) 51
2.8.1. Технология приготовления образцов, методика испытаний и обработка
их результатов 52
2.8.2. Результаты методических опытов 59
2.8.3. Результаты экспериментальных исследований 61
Выводы 72
Глава 3. Анализ зависимости ледовой нагрузки от формы и разме ров сооружения в плане, условий его контакта со льдом в рамках теории предельного равновесия 74
3.1. Метод верхней оценки предельной нагрузки 80
3.1.1. Функция текучести 80
3.1.2. Схемы разрушения и поля скоростей 88
3.1.3. Определение предельной нагрузки , 99
3.2. Верхние оценки предельной нагрузки для арктического льда 106
з
3.3. Предлагаемые значения коэффициентов формы сооружения и смятия льда 112
Выводы 117
Глава 4. Нагрузки и воздействия льда на сооружения 119
4.1.Методика расчета нагрузки от ледяного поля 121
4.2. Методика оценки нагрузки от нагромождения смерзшегося торосистого льда 130
4.3. Границы применения методик расчета ледовых нагрузок 136
4.4. Примеры расчета ледовых нагрузок 139
4.5. Защита сооружений от истирающего воздействия льда
4.5.1. Методика лабораторных и натурных испытаний ледостойких покрытий 151
4.5.2. Результаты экспериментальных исследований покрытий 155
4.6. Внедрение результатов исследования нагрузок и воздействий льда на соору жения 157
Выводы 159
Заключение 161
Литература
- Особенности проблемы взаимодействия сооружений со льдом в арктических условиях
- Температура и толщина арктического льда
- Схемы разрушения и поля скоростей
- Границы применения методик расчета ледовых нагрузок
Особенности проблемы взаимодействия сооружений со льдом в арктических условиях
Расчетная нагрузка должна определяться как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке Jf, учитывающий возможное отклонение нагрузки в
неблагоприятную сторону от ее нормативного значения [85, 87, 88].
В зависимости от продолжительности действия ледовые нагрузки делятся на кратковременные и особые. К кратковременным относятся нагрузки, определяемые для средних гидрометеорологических и ледовых условий в районе сооружения, а к особым - нагрузки при экстремальных условиях.
Ледовые нагрузки относятся к нагрузкам, управлять которыми невозможно. Такие нагрузки должны задаваться вероятностно [175]. Поскольку стадии строительства и эксплуатации характеризуются разной длительностью, нагрузки для них имеют различную повторяемость. Стадия эксплуатации - наиболее продолжительная и для нее выделяют два - три режима, отвечающих различным внешним условиям. Например, режим выживания соответствует ледовым воздействиям, встречающимся раз в 50-100 лет. Нагрузки, соответствующие этому режиму, принимаются во внимание в расчетах прочности и устойчивости сооружения. Ледовые нагрузки необходимо принимать в наиболее неблагоприятных, но реальных для расчетного случая сочетаниях, отдельно для строительной и эксплуатационной стадий. Кратковременные ледовые нагрузки включаются в основные сочетания внешних нагрузок, а особые ледовые нагрузки - в особые сочетания.
Ледовые нагрузки на сооружение принимаются по разрушающим усилиям для льда [21-23,31,33,34,51,77,87,112,135,165-167]. Это означает, что ледовая нагрузка не может быть больше нагрузки, выдерживаемой льдом в каждом конкретном случае [80].
Несомненно, что изменение формы сооружения может существенно изменить характер напряженного состояния, а следовательно, и условия разрушения взаимодействующего с сооружением льда, и тем самым сказаться на величине возникающих сил взаимодействия между ними.
Для выяснения влияния формы сооружения на величину сил взаимодействия между сооружением и льдиной К.Н.Коржавин [51] решил плоскую задачу В.В.Соколовского [90] о предельной нагрузке, возникающей в процессе взаимодействия выпуклого жесткого штампа с пластической изотропной средой,применительно к речному льду и провел эксперименты по вдавливанию в него штампов разной формы. Полученные в результате этих исследований значения коэффициента формы опоры в плане 771, представляющего собой отношение усилия, необходимого для смятия льда опорой любой формы, к усилию, необходимому для смятия льда опорой с передней гранью в виде прямоугольника, приведены в табл. 1.1. Из табл. 1.1 очевидно весьма существенное влияние формы сооружения в плане. На этом основании К.Н.Коржавин ввел в расчетную практику коэффициент формы опоры т.
Здесь уместно отметить, что К.Н.Коржавин является пионером использования методов теории пластичности в ледотехнике. Таблица 1. Форма переднейграни опоры вплане Угол заострения грани 2 у, град т по расчету по эксперименту полуциркульная — — 0,86 треугольная 120 0,81 0,82 0,71 0,65 0,66 0,54 0,60 0,41
Решая задачу о вдавливании выпуклого жесткого штампа в пластическую изотропную среду К.Н.Коржавин также установил, что наибольшее напряжение в пластине из изотропного материала (толщина которой равна ширине штампа) под плоским штампом ("прочность при местном смятии" [51]) превышает в 2,73 раза прочность материала на одноосное сжатие.
Для случая хрупкого разрушения изотропного материала К.Н.Коржавин установил, что его прочность при местном смятии в 2,47 раза больше прочности на одноосное сжатие. Полученную величину, принятую равной 2,5 , К.Н.Коржавин назвал коэффициентом смятия и предложил использовать в расчетах нагрузки от льда.
Зависимость ледовой нагрузки от ширины сооружения в плане и толщины льда К.НКоржавин предложил учитывать через коэффициент неполноты соприкасания льда с сооружением, изменяющейся с уменьшением значения отношения ширины сооружения к толщине льда от 0,4 до 0,7.
Предложенные К.Н.Коржавиным [51] коэффициенты формы опоры в плане, смятия льда и неполноты соприкасания используются в настоящее время практически во всех оте 23 чественных и зарубежных методиках расчета ледовой нагрузки на гидротехнические сооружения.
В общем случае ледовая нагрузка определяется как произведение прочностной характеристики льда, ширины сооружения по фронту, толщины ледяного поля и коэффициентов, учитывающих реальные условия контакта между льдом и сооружением, форму сооружения, местное смятие льда, скорость деформации льда и т.д.
Нормативным документом, регламентирующим методы расчета ледовых нагрузок, в последнее десятилетие, являлся СНиП 2.06.04-82 [87]. Обобщенные в этом документе методы расчета, в основном, были построены на концепции хрупкого разрушения взаимодействующего с сооружением льда, что соответствует сравнительно высоким скоростям деформации льда и, как отмечено в п. 1.2, не наибольшим ледовым воздействиям. В связи с этим область применения раздела 5 "Нагрузки и воздействия льда на гидротехнические сооружения" СНиП 2.06.04-82 [87] ограничивается вычислением нагрузок при скорости движения ледяных полей 0,5 м/с и более. Указанное ограничение делает практически невозможным непосредственное использование рекомендаций норм [87] для расчета ледовых нагрузок в условиях арктического шельфа.
Сложный характер взаимодействия льда с сооружениями, большой разброс его физико-механических характеристик (связанный как с различными условиями образования льда, так и с отсутствием единой методики определения его характеристик), специфика ледовой нагрузки привели к тому, что в настоящее время расчетные методики базируются на полуэмпирических методах нахождения нагрузок, например, [76].
Такое положение является причиной интенсивных исследований проблемы взаимодействия арктического льда с различными инженерными сооружениями. В результате, в последние десятилетия разработаны в рамках теории предельного равновесия новые научно обоснованные подходы к расчету ледовых нагрузок [21-23,33,34,135,149,166-169]. Разработки [166] использованы в рекомендациях Американского института нефти по планированию, проектированию и строительству стационарных шельфовых сооружений в ледовых условиях [112] - лучшем образце оперативного использования результатов научно-исследовательских разработок. Разработки автора [21,135] использованы в новом нормативном документе [89].
Обобщенные в разделе 5 СНиП 2.06.04-82 [87] методы расчета ледовых нагрузок были построены на концепции хрупкого разрушения льда, что соответствует достаточно высоким скоростям его движения (0,5 м/с и более). Это ограничение практически исключает возможность использования рекомендаций норм [87] для расчета ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения в условиях арктического шельфа, где скорость подвижки припая, как правило, не превышает 0,1 м/с, а в районах дрейфующих льдов типичными являются скорости (0,2...0,4)м/с. При этом взаимодействующий с сооружением лед разрушается пластически (или хрупко-пластически); нагрузки больше, чем при хрупком разрушении льда.
Особого внимания при расчете ледовой нагрузки требует вопрос о выборе надежных прочностных характеристик льда. Ясно, что такие характеристики должны определяться на основе статистических данных о прочности льда и соответствовать скорости его деформации и температурному режиму в момент воздействия на сооружение [33]. При этом более полно (например, по сравнению с [87]) учитывается случайных характер определяющих природных факторов в районе сооружения.
Из вышеизложенного следует, что разработка методик расчета нагрузок от воздействия арктического льда на концепции его пластического разрушения и рекомендаций по норми 25 рованию таких нагрузок позволит решить имеющую важное нарднохозяиственное значение проблему обеспечения надежности и экономичности возводимых ледостойких сооружений.
Цель диссертационного исследования - решение научно-технической проблемы воздействия льда на морские гидротехнические сооружения в арктических условиях с усовершенствованием методов расчета ледовых нагрузок и норм, регламентирующих такие нагрузки.
Температура и толщина арктического льда
Основной особенностью кристаллического строения морского льда является сравнительно малая величина кристаллов. Строение морского льда, кроме размеров кристаллов, характеризуется их ориентацией.
По морфологическим и физико-механическим характеристикам и по кристаллографической ориентировке можно, согласно [71,107], выделить два основных типа кристаллических структур арктического льда: зернистый и волокнистый (рис.2.1). При этом первый тип присущ как конжеляционным льдам, образующимся при непосредственном замерзании воды, так и осадочным и метаморфическим льдам. Волокнистый тип структуры характерен только для конжеляционных льдов.
Обычно арктический ледяной покров не состоит целиком из льда одного структурного типа [184]. В типичном однолетнем ледяном покрове наблюдаются (по толщине сверху вниз) три четко выраженных слоя: начальный слой [39] с хаотической ориентировкой кристаллов; переходный слой [160], в котором происходит изменение ориентации кристаллов на предпочтительную; слой с преимущественно горизонтальной ориентацией оптических осей [191]. Толщина начального слоя составляет несколько сантиметров. Толщина переходного слоя обычно составляет 5-10 см, хотя в отдельных случаях может достигать 50 см [164]. Первые два слоя имеют зернистую кристаллическую структуру, а третий слой - волокнистую структуру. Зернистый лед по цвету белый, иногда с матовым оттенком. Включения в виде
Основные типы кристаллических структур арктического льда: а - зернистый; б - волокнистый. сферических пузырьков и солевых пор. Текстура микрозернистая (размер кристаллов в поперечнике 0,5-1 мм), мелкозернистая (1-5 мм), среднезернистая (5-Ю мм) и крупнозернистая (свыше 1 см) [107]. Форма кристаллов изометрическая. По своим механическим свойствам зернистый лед имеет наиболее выраженную изотропность, образуется при смерзании зерен снега и мелких зерен внутриводного льда в морской воде, а также в результате термического или динамического метаморфизма в многолетних льдах.
Волокнистый лед по цвету темно-серый с матовым оттенком. Включения в виде капиллярных пор, стоковых канальцев, воздушных пузырьков овальной и цилиндрической формы с упорядоченным расположением по поясам. Текстура параллельно-волокнистая (агрегатная). Кристаллы имеют вертикальное развитие в виде неправильной формы столбиков, пирамид, шестиков, форма граней которых носит в основном извилистый характер. Каждый кристалл состоит из серии (упаковки) ледяных пластинок толщиной 0,6-1,2 мм, очень близких между собой по оптической ориентировке. Размеры кристаллов в поперечнике от 2-6 мм до нескольких сантиметров, а по вертикали могут достигать 1 м и более. Каждый кристалл окружен со всех сторон мельчайшими солевыми и воздушными включениями (или, иными словами, кристалл заключен в сольватную оболочку [81]). Преобладающая ориентировка оптических осей горизонтальная. Волокнистый лед по механическим свойствам анизотропен, образуется при кристаллизации морской воды без включений элементов внутриводного льда.
Основные характерные черты вертикального профиля температуры и его изменения во времени по толщине ледяного покрова сводятся к тому, что температура нижней поверхности покрова близка к температуре замерзания, а верхней - к температуре воздуха [43]. Из-за колебаний температуры воздуха происходит изменение температуры льда, постепенно распространяющееся в глубинные слои. С увеличением толщины ледяного покрова становится более заметным запаздывание изменений температуры льда с глубиной. При обычно встречающихся в природе изменениях температуры воздуха вертикальный профиль температуры льда в период низких температур сравнительно слабо отклоняется от линейного, а в период высоких температур от однородного. Поэтому в инженерно-технических задачах обычно принимается, что температурный режим в ледяном покрове является установившимся.
Морской лед является продуктом взаимодействия атмосферы и океана. Если не принимать во внимание перенос льда течениями, то область его распространения и время существования определяется соотношением прихода и расхода тепла между водой и воздухом. Ясно, что в суровых климатических условиях толщина льда больше, чем в более мягком климате.
Общее представление о толщине однолетнего арктического льда и характере ее изменения во времени дает табл.2.2. В этой таблице приведены сведения о средней толщине припая, полученные по многолетним (40 лет) наблюдениям п/ст Диксон.
Как и всякое другое физическое тело, морской лед под нагрузкой деформируется. Деформации разделяются на упругие, являющиеся термодинамически обратимыми, и неупру 33 гие, когда процесе деформирования полностью необратим [55]. Удельная энергия деформирования льда, даже при его разрушении, на порядок меньше внутренней энергии кристаллической решетки [97]. Это свидетельствует о том, что упругие деформации льда невелики. Исследование упругих деформаций льда осложняется тем, что в практически важном диапазоне температур лед представляет собой многокомпонентную многофазную систему. Наряду с твердой фазой в морском льде присутствует рассол, а также твердые гидратированные соли, выпавшие в осадок. Физико-механические свойства морского льда в диапазоне температур от точки замерзания до минус 22,9 С отличаются от пресноводного льда, ибо здесь существенно сказывается влияние теплоты фазовых переходов при замерзании рассола.
Основной характеристикой упругости льда является модуль упругости. Модуль упругости обычно определяется двумя методами. Статический метод основан на измерениях величины деформации льда на сжатие, растяжение или изгиб. По существу, статический модуль упругости (Е ) - это коэффициент пропорциональности между напряжением и деформацией. Он является скорее своеобразной характеристикой пластичности льда, чем упругости [109]. Иногда статический модуль упругости называют кажущимся модулем упругости [183] или модулем деформации [54].
Схемы разрушения и поля скоростей
При решении задач наибольшего воздействия льда на гидротехнические сооружения, как правило, требуется определить лишь предельные нагрузки без исследования его деформаций. Таким целям и служит теория предельного равновесия (состояния) [17, 41, 48, 78, 98, 92, 172] - ветвь теории идеальной пластичности [45, 74]. Теория идеальной пластичности базируется на моделях жесткопластического и упруго пластического материалов, применение которых дает в итоге более простые расчетные формулы, удобные для инженерной практики [36]. Когда интересуются наибольшим ледовым воздействием, возникающим в процессе прорезания ледяного поля сооружением при сравнительно малых скоростях деформации, для практических целей лед можно представить как упругопластический материал. Предельные нагрузки, полученные из упругопластического анализа предельного состояния льда, как видно, например, из рис.3.1, также удовлетворительно согласуются с опытом.
Поскольку в начальной стадии нагружения упругопластического материала справедлив закон Гука, возникновение пластических деформаций однозначно определяется напряжениями. Условие пластичности (также называемое функцией пластичности или функцией текучести) в шестимерном пространстве напряжений представляется уравнением [45]:
Верхние (1) и нижние (2) оценки предельной разрушающей нагрузки для пресноводного столбчатого (призматического) льда [166] — результаты экспериментальных исследований в ледовом бассейне [156]. что f( Jij) k, тело находится в упругом состоянии. Если /( 7у) = k, что достигнуто состояние пластичности. Обычно уравнение (3.1) записывается в безразмерном виде. Это достигается путем должной нормализации [100]. В таком случае k =1. Основой общих теорем теории предельного равновесия является уравнение скорости виртуальных работ [49], которое имеет вид где Wf,- объем тела; S - поверхность тела; Оу&н - скорость диссипации механической энергии в единице объема тела (диссипативная функция); SM - поверхность разрыва скорости перемещений; \х - число поверхностей разрыва; qi = ОцП; - компоненты напряжений на AS„; Tlj - компоненты нормали к соответствующей поверхности; luJ - величина разрыва скоростей перемещений; Pi = ОиП; - компоненты поверхностной нагрузки на S . Выражение в левой части уравнения (3.2) представляет скорость диссипации механической энергии в теле при пластическом деформировании. Первое слагаемое определяет скорость диссипации механической энергии за счет деформирования каждого элемента тела, второе - скорость диссипации механической энергии на поверхности разрыва скорости перемещений. Выражение в правой части уравнения (3.2) представляет скорость изменения работы всех внешних сил. Первое слагаемое определяет скорость изменения работы объемных сил, второе - поверхностных.
Теорема о верхней оценке: В пластическом состоянии разрушение тела должно происходить при любом допустимом поле скоростей, если скорость, с какой выполняют над телом работу внешние силы, равна или превышает скорость внутреннего рассеяния энергии. Поле скоростей, используемое для определения верхней оценки предельной нагрузки в конкретной задаче, называется допустимым, если оно соответствует граничным условиям задачи и обладает тем свойством, что связанное с ним поле скоростей деформаций ортогонально поверхности текучести /(Су) - 1 = 0, т.е. выполняется условие ортогональности где fis H) - функция текучести (пластический потенциал), X - положительная скалярная функция. Условие (3.3) также известно как ассоциированный (с функцией текучести ) закон пластического течения [126, 157].
Теорема о нижней оценке: Разрушение тела не будет происходить, если при любом поле напряжений, удовлетворяющем уравнениям равновесия СГ/; + F[ = 0 и граничным условиям для напряжений, везде имеет место f{ 5i,j) -1 0. Теоремы о верхней и нижней оценке являются современным толкованием кинематического и статического принципов теории предельного равновесия [49], впервые сформулированных в [17]. Процедура, следующая из теории предельного равновесия, обычно состоит в построении верхнего и нижнего пределов нагрузки пластического разрушения.
Верхние оценки предельной нагрузки строятся с использованием допустимых полей скоростей, описывающих движение (деформирование) материала в процессе разрушения. Нижние оценки предельной нагрузки строятся при помощи полей напряжений, близких к действительному распределению напряжений. При этом требуется, чтобы поля скоростей и поля напряжений удовлетворяли ограничениям, налагаемым функцией текучести и гранич 78 ными условиями для смещений и напряжений, соответствующими конкретному случаю. Сушность методов верхней и нижней оценки предельной нагрузки схематично показана на рис.3.2 в предположении, что поля скоростей и поля напряжений описываются единственными независимыми параметрами k и S.
Для большинства процессов деформирования твердых тел получить верхнюю оценку гораздо проще, чем получить нижнюю оценку. Это происходит потому, что легче представить каким должно быть поле скоростей, чем поле напряжений. К тому же, в общем случае нижние оценки менее точны и не оправдывают затрат на их расчеты. Поэтому инженеры, как правило, отступают перед задачей определения нижней оценки и концентрируют свои усилия на получении как можно лучшей, т.е. наиболее низкой верхней оценки.
В рамках диссертационного исследования рассматриваются лишь верхние оценки предельной нагрузки, возникающей в процессе взаимодействия ледяной пластины с вертикальными жесткими штампами различной формы в плане. На границе лед-штамп рассматриваются как условие проскальзывания, так и условие сцепления (примерзания). В данном рассмотрении предполагается существование в ледяной пластине в зоне ее взаимодействия со штампом состояния плоской деформации либо плоского напряженного состояния. Эти частные случаи соответствуют предельным случаям вдавливания в ледяную пластину штампов с b/h — О и b/h — оо , соответственно, где Ъ - ширина штампа, ah- толщина пластины. Нем8иеимые аргументы}k,s три взаимно ортогональные плоскости симметрии. Основанием для использования функции (3.4) применительно к морскому льду послужили данные [95] о прочности искусственного соленого льда в условиях сложного нагружения, частично показанные на рис.3.3. На этом рисунке для сравнения также показаны известные в инженерном деле аппроксимирующие критерии текучести. Из рис.3.3 ясно, что с результатами опытов хорошо согласуется параболический критерий текучести.
Границы применения методик расчета ледовых нагрузок
Как показано в [12, 117, 163], расчетным случаем для условий арктического шельфа является прсрезание сооружением движущегося льда, нагрузка от которого больше нагрузки от любого другого вида воздействия. В свою очередь нагрузка от прорезания существенно зависит от скорости движения льда: с увеличением скорости в области малых ее значений нагрузка от прорезания увеличивается от некоторой величины (по-видимому, близкой величине нагрузки от воздействия остановившегося ледяного поля, наваливающегося на сооружение при действии течения воды и ветра), достигая максимума при скоростях 1-10 см/с; при больших скоростях нагрузка от прорезания уменьшается.
Кроме того, нагрузка от прорезания сооружением льда зависит от его прочности и вида напряженного состояния, формы сооружения, условий контакта между льдом и сооружением и т.п.
Первые предложения по определению нагрузки от прорезания речных льдин сделаны еще в 1903 году в работе [80], автор которой справедливо считал, что нагрузка от льда на сооружение не может быть больше нагрузки, способной разрушить льдину. Эта точка зрения к настоящему времени стала уже классической. Она лежит в основе [76,84,86,87,112], нового нормативного документа [90] и др.
Закономерным итогом многолетних исследований проблемы определения нагрузок от воздействия движущихся льдин на отдельно стоящее сооружение к началу 60-х годов стала формула [51]: где 2,5 - численное значение отношения наибольшего напряжения во льду при местном его смятии сооружением с передней гранью в виде прямоугольника к прочности льда на одноосное сжатие; ТП -коэффициент формы сооружения в плане; kc - коэффициент неполноты
соприкасания льда с сооружением; Ь - ширина сооружения по фронту на уровне действия льда; hrf - расчетная толщина льда; Rc - предел прочности льда при сжатии.
Эта формула учитывает многие факторы: местное смятие льда (сложное напряженное состояние льда), форму сооружения, полноту соприкасания между льдом и сооружением, ширину сооружения, толщину и прочность льда.
В настоящее время формула (4.1), совершенно справедливо называемая за рубежом формулой К.Н.Коржавина [112,125,170], является общепризнанной в мировой ледотехнике. Она используется с некоторыми видоизменениями практически во всех известных методиках расчета ледовых нагрузок, возникающих при смятии льда отдельно стоящими сооружениями.
Реальные перспективы освоения приливных участков арктических и дальневосточных морей ставят перед разработчиками шельфовых сооружений новую задачу по учету нагрузок от движущихся крупных нагромождений торосистого льда - стамух, гряд смерзшихся торосов и т.п. В общем случае, согласно [68], такое ледяное образование состоит из трех частей. Верхняя его часть (парус), расположенная выше уровня воды (УВ), представляет собой нагромождение кусков молодых льдов, средняя (смерзшаяся, консолидированная) часть -сморозь кусков припайного льда, а нижняя часть (киль) - рыхлую упаковку тертого льда, шуги, кусков однолетнего и молодых льдов.
Основной вклад в суммарную нагрузку на сооружение вносит смерзшаяся часть ледяного образования [46].
Усовершенствованная методика расчета нагрузки от воздействия полей ровного льда, основные положения которой рассмотрены в [21], заключается в следующем. Нагрузка на отдельно стоящее сооружение с вертикальной поверхностью (или наклонной, с углом наклона к горизонту Р 83 [4]) в виде цилиндра (рис.4.1), многогранника, призматической опоры прямоугольного поперечного сечения или с передней гранью треугольного очертания от движущегося с любой скоростью ледяного поля рассчитывается по формуле Vf - скорость движения льда, м/с, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается принимать Vf равной 3 % от среднесуточной скорости ветра за расчетный период времени [43,89]; коэффициент смятия льда, определяемый при наличии данных кристаллографического исследования о строении ледяного поля в период времени с наибольшими ледовыми воздействиями по формуле (3.29), а при их отсутствии допускается принимать & по табл.3.8; Ь - ширина (диаметр) сооружения в плане на уровне действия льда, м; hrf - расчетная толщина ровного льда для периода времени с наибольшими ледовыми воздействиями, м. Rc - прочностная характеристика льда при сжатии, МПа, вычисляемая по формуле Wis c,+A,)2; (4-5) Ni - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле, при этом iV/ 3; (Ct + At) - сумма среднеарифметического значения максимальной прочности льда на одноосное сжатие в плоскости ху и доверительной границы случайной погрешности ее измерения, МПа, в І-ом слое ледяного поля при температуре 11, определяемая по опытным
Методика испытания арктического льда на одноосное сжатие заключается в следующем. Образцы льда отбираются из Л слоев ледяного поля, как показано на рис.4.2, и изготовляются в виде призм квадратного сечения или цилиндров с отношением высоты к ширине (диаметру), равным 2,5. Ширина образца должна не менее чем в 10 раз превышать средний поперечный размер кристалла, определяемый по данным кристаллографического исследования. Отклонение размеров образцов от средних в серии не должно превышать ±1%. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность без трещин, сколов, раковин, заусенцев и др. дефектов.
