Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Морские ледостойкие платформы в условиях арктического шельфа 9
1.1. Особенности строительства и эксплуатации морских ледостойких платформ в условиях арктического шельфа 9
1.2. Мировая практика строительства и эксплуатации морских ледостойких платформ для добычи и хранения нефти и газа. Основные типы платформ 13
1.3. Использование железобетонных конструкций в гидротехнических сооружениях шельфа 22
1.4. Сталебетонные конструкции 29
1.5. Цели и задачи исследований 33
Глава 2. Условия эксплуатации сталебетонных конструкций морских ледостойких платформ 35
2.1. Нагрузки и воздействия на морские ледостойкие платформы 35
2.2. Требования к бетону для морских ледостойких стационарных платформ 45
2.3. Особенности конструкции сталебетонного борта 49
2.4. Оценка напряженно-деформированного состояния борта при действии гло
бальной ледовой нагрузки 51
2.5. Выводы по главе 2 66
Глава 3. Напряженно-деформированное состояние сталебетонного борта... 67
3.1. Постановка задачи 67
3.2. Программное обеспечение и расчетное моделирование кессона 68
3.3. Расчетные модели кессона морской ледостойкой платформы "Приразломная" 70
3.4. Напряженное состояние борта при действии локальной ледовой нагрузки 73
3.4.1. Схемы кессона и фрагментов, состоящих из трехслойных плит 73
3.4.2. Объемная схема фрагмента кессона 76
3.4.3. Исследование фрагмента кессона по плоской расчетной модели 77
3.5. Выводы по главе 3 81
Глава 4. Оценка влияния интенсивности ледовой нагрузки и параметров сталебетонной конструкции на напряженно-деформированное состояние сталебетонных элементов борта 110
4.1. Постановка задачи
4.2. Методика построения имитационных моделей 111
4.2.1. Планирование расчетных экспериментов 111
4.2.2. Расчетная модель 114
4.3. Имитационные модели напряженно-деформированного состояния борта без учета трещинообразования в бетоне 115
4.4. Имитационные модели напряженно-деформированного состояния борта с учетом трещинообразования в бетоне 122
4.5. Оценка напряженно деформированного состояния сталебетонного борта по имитационным моделям 136
4.6. Выводы по главе 4 138
Заключение 151
Литература
- Мировая практика строительства и эксплуатации морских ледостойких платформ для добычи и хранения нефти и газа. Основные типы платформ
- Требования к бетону для морских ледостойких стационарных платформ
- Программное обеспечение и расчетное моделирование кессона
- Планирование расчетных экспериментов
Введение к работе
Актуальность темы
Рис 1
г » "' ' " " I
ІИОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА |
Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в нефтедобыче в последние годы является освоение континентального шельфа замерзающих морей и особенно Арктического шельфа Арктический шельф обладает уникальными ресурсами углеводородов, освоение которых имеет стратегическое значение для России Геологическими и геофизическими исследованиями на шельфе арктических морей России выявлены огромные потенциальные ресурсы нефти и газа Начальные извлекаемые запасы углеводородов на шельфе Баренцева и Карского морей суммарно составляют 80% всех извлекаемых ресурсов Российского континентального шельфа или 80 - 85 млрд тонн условного топлива
Это обстоятельство дало новый импульс проектированию и строительству морских ледостойких нефтегазопромысловых сооружений (далее - морских ледостойких платформ), предназначенных для разведки, добычи и хранения продукции скважин.
В первые годы при строительстве морских платформ использовались в основном металлические конструкции. Стремление к увеличению темпов освоения углеводородных ресурсов шельфов и удешевлению строительства привели к использованию в конструктивных элементах морских платформ бетона. При этом удается упростить производство работ за счет того, что для возведения опорных частей платформ используется достаточно простая производственная база - не требуются специализированные стапельные места.
Применение сталебетонных элементов при строительстве морских платформ дает ряд преимуществ, так как позволяет наиболее эффективно использовать громадный опыт и промышленную базу судостроительной промышленности и, кроме того, способствует повышению долговечности конструкций.
Целью данной работы является разработка и расчетное обоснование сталебетонных конструкций морских ледостойких платформ. Поставленная цель достигается решением задач, которые составляют научную новизну работы.
Научную новизну работы составляют:
-
Разработанная концепция использования сталебетонных элементов для морских ледостойких стационарных платформ.
-
Усовершенствованная методология выбора основных параметров сталебетонных конструкций с использованием внешнего армирования.
-
Разработанная методика инженерной оценки несущей способности сталебетонных конструкций морских ледостойких платформ
-
Имитационные модели для оценки напряженно-деформированного состояния сталебетонных элементов.
Практическая ценность.
Результаты выполненных исследований могут быть применены при проектировании морских ледостойких платформ с использованием сталебетонных конструкций, что открывает возможности значительного повышения надежности и снижения стоимости морских ледостойких платформ, являющихся наиболее капиталоемкими сооружениями обустройства месторождений углеводородов на шельфе.
Практическая реализация работы.
Концепция использования, методика и результаты исследований сталебетонных элементов конструкций морских ледостойких платформ были применены:
при разработке проекта (на всех стадиях) и строительстве кессона МЛ СП "Приразломная";
при составлении Правил Российского морского регистра судоходства по классификации, постройке и оборудованию плавучих буровых установок и морских стационарных платформ.
Личный вклад автора определяется непосредственным участием в разработке концепции использования сталебетонных элементов, постановке задачи по проведению расчетных исследований с целью определения рациональных параметров сталебетонных конструкций для морских ледостойких стационарных платформ, разработке на их основе имитационных моделей напряжений в бетоне и металлической облицовке, анализе результатов расчетов и разработке требований к сталебетонным конст-
рукциям МЛСП «Приразломная», разработке методики инженерной оценки их несущей способности.
Апробация работы
Результаты различных этапов работы докладывались и обсуждались на международных конференциях ISOPE, РОАС, RAO, совещаниях и семинарах в ФГУП «ЦКБ МТ «Рубин», ФГУП «ПО «Севмаш», ЦНИИ им. АН. Крылова, ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», Российском морском Регистре судоходства, ЗАО "Росшельф", ЗАО "Севморнефтегаз", ЗАО «Морнефтегазпроект», ДО АО Типроспецгаз" и других организациях, публиковались в их трудах, трудах конференций по созданию сооружений для акваторий замерзающих морей, в специализированных отечественных и зарубежных журналах.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (141 наименование) и приложений; содержит 167 страницы текста, 72 рисунка, 20 таблиц.
На зашиту выносятся:
концепция использования сталебетонных конструкций для морских ледостойких платформ;
методология и результаты исследований напряженно-деформированного состояния сталебетонных элементов морских ледостойких платформ;
методика инженерной оценки несущей способности сталебетонных элементов конструкций морских ледостойких платформ;
имитационные модели для выбора рациональных параметров сталебетонных конструкций бортовых элементов.
Мировая практика строительства и эксплуатации морских ледостойких платформ для добычи и хранения нефти и газа. Основные типы платформ
Ледостойкие платформы для шельфов замерзающих - арктических морей конструктивно отличаются от аналогичных сооружений, возводимых в незамерзающих морях. Сооружения, работающие в ледовых условиях, должны воспринимать ледовые нагрузки и вследствие этого конструкции платформ воспринимающие ледовые воздействия должны быть более мощными и прочными. Кроме того, должны учитываться дополнительно многие факторы, связанные с ледовыми воздействиями, такие как прочностные характеристики льда, длительность наличия ледового покрова и т.п. Вследствие удаленности месторождений нефти и газа от населенных мест продолжительность работ на шельфе должна быть сведена к минимуму. В связи с этим целесообразно применение типов и архитектурно-компоновочных схем платформ предусматривающих их изготовленных в районах с имеющейся строительной базой с последующей транспортировкой сооружений на месторождение.
При этом могут предусматриваться также и дополнительные конструктивные мероприятия для усиления связи платформы с грунтовым основанием. К ним относятся устройство свайных оснований из стальных трубчатых свай, стальных рубашек под подошвой и др. Размеры и масса верхнего строения, как правило, являются определяющими при выборе габаритов платформы в целом. Может быть только одно существенное исключение - когда на платформе должно быть организовано нефтехранилище большого объема. Тогда размеры платформы могут оказаться большими, чем это требуется, исходя из компоновки верхнего строения (пример тому проект МЛСП «Приразломная», где в кессоне должно быть размещено нефтехранилище для 13000 тонн нефти). По опыту проектирования масса верхнего строения платформ для арктического шельфа находится в пределах 15-45 тысяч тонн в зависимости от функционального назначения. Для рассматриваемых в качестве примера конструкций опорных блоков платформ для условий
Многоколонный (2-4 колонны) До 50 м С Стенки колонн вертикальные либо наклонные в районе ватерлинии. Величина экстремальной волновой нагрузки меньше ледовой.Ледовая нагрузка может быть значительной, особенно при глубинах до 20 м.Интегральная палуба не высоко над MSL. с« 4 «Легкие» конструкции До 30 м Вес в/строения 12000 т. Количество скважин 20 шт. Ледовая нагрузка больше волновой Свайный Проблема транспортировки на точку. Гравитационные конструкции Для конструкций типа кессон, монокон и многоколонная гравитационный тип фундамента выглядит предпочтительнее, поскольку: - позволяет обеспечить максимальную построечную и эксплуатационную готовность на заводе-изготовителе; - буксировка и установка на точку может быть осуществлена с минимальным количеством вспомогательных средств, так как сооружения обладают достаточной собственной плавучестью и остойчивостью; - все технологическое оборудование и расходные материалы могут быть погружены на платформу, и она практически сразу после установки может использоваться по своему основному назначению; - имеются достаточные объемы для размещения необходимого (твердого) балласта. Для надежного закрепления платформы на грунте опорный блок должен удовлетворять следующим требованиям: - площадь подошвы должна быть достаточной для исключения потери несущей способности глинистыми грунтами в основании при действии расчетных комбинаций нагрузок, а также опрокидывания платформы; - вес платформы должен быть достаточным для обеспечения требуемого запаса устойчивости против сдвига в песчаных грунтах и гарантированного внедрения в грунт юбочной конструкции. - Однако в целом ряде случаев использование гравитационного типа фундаментов может оказаться невозможным либо экономически неэффективным по следующим причинам: - для определенных грунтовых условий практически невозможно реализовать такой способ закрепления (месторождение Полярное). - В связи с ограничениями в продолжительности строительного периода оптимальными являются условия, когда установка платформы на точке производится только с использованием водяного балласта, а постоянный (твердый) балласт загружается до буксировки платформы на точку. При развитой юбочной конструкции, высоком значении сил сопротивления внедрению и небольших глубинах моря (менее 18-15 м) лимитирующим фактором может оказаться требуемый для установки платформы вес и указанные условия неосуществимы без дополнительных мероприятий (дополнительные понтоны плавучести, дренажные системы для снижения противодавления при постановке и т.д.). - В случае когда слабые грунты залегают в поверхностном слое необходимо использование длинных юбочных конструкций (длиной более 4 м). Помимо указанных в п. 2 проблем, это требует использования дополнительных технических средств и накладывает дополнительные ограничения на изготовление и вывод платформ с территории завода-строителя, условия транспортировки. Кроме того, может быть чрезмерно утяжелена конструкция днища для восприятия нагрузок при задавливании юбок, гидродинамических нагрузок при буксировке, нагрузок при строительстве и т.д. - Гравитационный тип закрепления для многоколонного варианта опорного блока требует значительного объема и, соответственно, толщины опорной фундаментной плиты (по предварительным оценкам не менее 8 м). При глубине моря менее 20 м это неизбежно приведет к забивке льдом межколонного пространства и существенному увеличению ледовых нагрузок. Следует отметить, что использование конструкций типа кессон особенно целесообразно при необходимости размещения на платформе нефтехранилища. В этом случае хранящаяся нефть должна рассматриваться в качестве одной из составляющих постоянной весовой нагрузки, то есть нефтехранилище должно быть постоянно наполнено нефтью либо балластной водой. При отгрузке нефти из платформы она должна замещаться балластной водой и наоборот.
Наряду с гравитационным способом закрепления на грунте для опорных блоков типа монокон и многоколонный может применяться и свайный тип фундамента. Поскольку данным типам опорных блоков может быть обеспечена необходимая собственная плавучесть, они могут доставляться на точку установки вместе с полностью смонтированным верхним строением.
В этом случае при больших плановых размерах верхнего строения может быть затруднено или даже невозможно погружение свай традиционными методами. Может оказаться необходимой разработка специальных технологий погружения свай либо расширение подошвы опорного блока сверх габаритов, достаточных по условиям обеспечения несущей способности прочности свайного фундамента. В последнем случае может существенно вырасти материалоемкость опорного блока, так как помимо увеличения площади опирання элементы дополнительных конструкций должны воспринимать значительные нормальные, сдвигающие и изгибающие усилия.
Требования к бетону для морских ледостойких стационарных платформ
Применение бетона для бортовых элементов платформ преследует две основные цели: обеспечение прочности бортовых элементов; обеспечение устойчивости платформ в целом (балластировка, для платформ гравитационного или свайно-гравитационного типа). Рассмотрим подробнее эти вопросы. Балластировка платформы бетоном имеет ряд несомненных преимуществ: балластировка платформы бетоном представляет собой балластировку однородным материалом с управляемыми свойствами; текучесть бетонной массы со значительной равномерностью распределения свойств по объему позволяет достичь высокой заполняемое подлежащих балластировке объемов; современная технология позволяет получать бетоны, обладающие высокой стойкостью к воздействию агрессивной морской воды, замораживанию-оттаиванию, биокоррозии, что дает возможность уверенно прогнозировать долговечность сталебетонных конструкций, выполненных по современной технологии в течение 30-50 лет; при работах по балластировке платформы бетоном все операции могут выполняться высокопроизводительными серийно выпускаемыми машинами и механизмами, что обеспечивает высокую интенсивность бетонных работ и выполнение их в сжатые сроки (примерно 2 месяца) при низком уровне трудозатрат; бетон эффективно защищает соприкасающиеся с ним металлические конструкции от коррозии.
Существенное значение имеет подкрепление стальных конструкций; это прежде всего требование к снижению металлоемкости и, как следствие, необходимость экономии дорогостоящих судостроительных сталей и особенно сталей с высокими конструкционными и технологическими свойствами при низких температурах. Кроме того, существует и другая проблема, которая получила решение при использовании бетона для бортовых конструкции МЛСП «Приразломная». В районе переменной ватерлинии кессон МЛСП «Приразломная» снабжен поясом плакированной стали для снижения эрозионных эффектов, возникающих при длительном истирающем воздействии ледовых образований на борт платформы. Промышленностью освоено производство плакированной стали (высокопрочная судостроительная сталь с 5 мм плакировкой из нержавеющей стали) в ограни ченных толщинах (до 35 мм). При проектировании чисто стальной конструкции борта платформы требуемая толщина стали составила 50 мм, что оказалось больше толщин, выпускаемых промышленностью. Применение бетона и учет его конструкционных свойств позволили уменьшить толщину плакированной стали до 35 мм и, тем самым, избежать необходимости разработки и промышленного освоения плакированной стали большой толщины.
Требования к бетону для балластировки МЛСП определяются условиями работы платформы и воздействием внешних факторов в период ее строительства и эксплуатации. Требования к бетонной смеси определяются условиями производства работ, видом и расположением заполняемых конструкций. Заполнение балластных цистерн может быть выполнено только при применении литых бетонных смесей высокой текучести.
Основными внешними факторами, воздействующими на бетон, являются: попеременное замораживание-оттаивание; ледовые нагрузки; температурные перепады, вызывающие в бетоне термическое трещинообразование; при этом в холодное время года возможно охлаждение бетона (до -40С) со стороны внешней обшивки и одновременно при контакте с нефтью разогрев до +30С со стороны внутренней обшивки платформы. Таким образом, балластировочный бетон платформы должен удовлетворять комплексу требований в отношении морозостойкости, трещиностойкости, прочности, бетонная смесь - в отношении перекачиваемости и подвижности. Рассмотрим подробнее требования к свойствам бетона.
Учитывая сложные условия приготовления и укладки бетонной смеси, принимается использование одного вида бетона, независимо от условий его эксплуатации, расположения заполняемых цистерн, без дифференциации требований и составов. Прочность Требуемая прочность бетона при сжатии, определенная исходя из действующих статических и динамических нагрузок на сталебетонные конструкции балластных цистерн и степени восприятия их бетоном составляет 5.0 МПа и соответствует классу В3.5 (ГОСТ 26633-91, Россия) и С5 (BS 5328, Великобритания) - при возрасте бетона 28 суток, что соответствует сроку фактического нагружения конструкций платформы.
При этом необходимо учитывать неблагоприятное воздействие на бетон заполнения конструкций платформы значительных перепадов температуры между наружной и внутренней поверхностями, достигающих в зимнее время, как отмечалось выше, 70С. Поэтому класс балластировочного бетона по прочности следует уточнять с учетом температурного градиента и возникающих при этом температурных напряжений в бетоне. С этой целью должен выполняться теплотехнический расчет, учитывающий экзотермические характеристики и расход цемента, размеры конструкций балластных цистерн, температуру нефти и наружного воздуха, теплоемкость и температуропроводность бетона и стали.
Определяющими требованиями к бетонной смеси в данном случае являются подвижность (текучесть), удобоукладываемость, нерасслаиваемость при выполнении бетонирования, а к бетону - прочность морозостойкость и трещиностойкость. При условии выполнения этих требований полученный бетон по прочности будет соответствовать классу не ниже В20 (ближайшая марка по прочности М250).
Программное обеспечение и расчетное моделирование кессона
Современные программные средства, основанные на решении задач теории упругости методом конечных элементов, позволяют выполнять расчеты конструкций, состоящих как из массивных блоков, так и тонкостенных плит и оболочек, обладающих различными механическими свойствами. Для решения этих проблем в них имеется широкий набор конечных элементов, отличающихся геометрическими параметрами, способом аппроксимации перемещений и физических свойств. Расчеты проводились на основе современных вычислительных средств с использованием следующих программных комплексов: — "ANSYS" и "ABAQUS" для исследования пространственной работы кессона и моделирования сталебетонных элементов бортовых конст рукций и коффердамов многослойными плитами. — "COSMOS/M" для определения пространственного напряженно деформированного состояния фрагментов. — "ГИДРА" (разработатна во ВНИИГ им Б.Е.Веденеева) для решения задачи изгиба плоского фрагмента в рамках плоской задачи теории упругости. В современной расчетной практике существуют различные подходы при выборе расчетной схематизации пространственных конструкций с использованием как объемных, так и двумерных элементов многослойных плит, состоящих из однородных слоев материала с различными механическими характеристиками.
Для моделирования пространственной работы кессона ледостойкой стационарной платформы рассмотрена конструкция, состоящая из трехслойных плит.
Объемные элементы использовались при исследовании сравнительно небольших фрагментов для моделирования массивной бетонной части борта.
В связи с тем, что для исследования влияния различных факторов на параметры, характеризующие напряженное состояние исследуемой конструкции, требуется осуществить достаточно большое число расчетных вариантов, желательно иметь наиболее простую расчетную модель. С этой целью помимо пространственных расчетов вьшолнялись расчеты плоских фрагментов борта.
Плоские фрагменты, вырезанные плоскими сечениями в наиболее напряженных зонах изгибаемых элементов конструкции, при определенных условиях позволяют получить экстремальную оценку для параметров напряженного состояния.
При выделении фрагментов возникает проблема, связанная с граничными условиями в местах их сопряжения с другими элементами. Обычно на границе с массивными элементами конструкции устанавливают жесткую заделку по всем компонентам вектора перемещений. Заделка в местах соединения с тонкими плитами может внести погрешность в результаты расчета, связанную с расчетной схематизацией. Так как площадка приложения ледовой нагрузки, являющейся основным расчетным воздействием на борт кессона, расположена на верхних отметках, то условия соединения фрагментов с палубой оказывают наиболее существенное влияние на напряженное состояние борта. Рассмотрены различные варианты условий на границе фрагментов и палубы. 3.3. Расчетные модели кессона морской ледостойкой платформы «Приразломная»
Одним из элементов кессона является сталебетонный борт, воспринимающий вет-ро-волновые и ледовые нагрузки. Конструктивно борт состоит из стальных облицовок (наружной и внутренней), соединенных стальными связями (бракетами). Пространство между облицовками заполнено бетоном. Борт соединяет между собой днище кессона и палубу, которые в свою очередь представляют собой пространственные конструкции. Толщина борта составляет 4 м, палубы - 2,3 м, днища и коффердамов - 3 м. Толщина наружной облицовки борта составляет 38 мм, внутренней облицовки борта - 25 мм, облицовки коффердама - 19 мм. Модуль упругости элементов, моделирующих палубу, днище и бетонную часть коффердамов принят равным 20000 МПа. Модуль упругости стальной обшивки принят равным 200000 МПа. Модуль упругости бетона борта между обшивками принят равным 30600 МПа Нагрузка от давления льда прикладывалась к наружной грани одной из стенок борта, между двумя коффердамами по направлению нормали к наружной поверхности между отметками 17 м и 23 м (при ватерлинии на отметке 20 м) на участке длиной 18 м. В средней части площадки длиной 6 м между отметками 19 и 21 м интенсивность давления принята 235 т/м , а на остальной части - 140 т/м . Площадь приложения нагрузки показана на рис. 3.1. Были выполнены расчетные исследования для сравнительной оценки различных способов схематизации сталебетонного борта кессона ледовой платформы «Приразломная» при определении напряженного состояния от воздействия локальной ледовой нагруз 71 ки на борт. Анализ показал, что наихудшим является случай, когда площадка, на которую приходится давление льда, расположена между двумя продольными коффердамами. Проведены расчеты всего кессона (рис. 3.1) и его пространственных фрагментов, как конструкций, состоящих из плит. Рассмотренная схема кессона включает стенки борта, поперечные и продольные коффердамы, палубу и днище. Все элементы моделируются плитами, воспринимающими мембранные и изгибные напряжения. При этом сталебетонный борт и коффердамы моделировались трехслойными плитами (два наружных слоя моделировали стальные облицовки, средний слой моделировал бетонную часть борта). Нижняя поверхность днища жестко закреплена. Наряду с расчетной схемой, моделирующей всю конструкцию, рассмотрены фрагмент кессона, содержащий борт с частью верхней палубы (рис.3.2 а), и фрагмент кессона между двумя коффердамами (рис.3.3). Фрагменты ограничены средней плоскостью кессона (расположенной между двумя противоположными стенками борта) и жестко закреплены по контуру. Для сравнения рассмотрены случаи жесткого закрепления фрагментов также и на уровне палубы (рис.3.2 б).
Для оценки погрешности при замене пространственной схемы конструкции плоскими фрагментами рассмотрен фрагмент кессона в условиях цилиндрического изгиба (рис 3.4).
Долгое время в инженерных и научных расчетах с применением вычислительной техники применялись решения по схеме плоской задачи теории упругости. Это было связано с малой вычислительной мощностью существовавших в то время ЭВМ.
Планирование расчетных экспериментов
Выбор расчетных вариантов проводился с использованием методов теории планирования эксперимента применительно к расчетным исследованиям. Проверка адекватности модели проводится сравнением величины F со статистическим критерием Фишера Fmae„, определяемым по таблицам. Если F Fmo6l (/, ,f2,a), то уравнение считается значимым с заданным уровнем значимости а. Это означает, что предсказательная сила модели больше, чем предсказательная сила среднего значения а (в большинстве случаев принимают « = 0.05).
Расчетная область включает в себя поперечное сечение сталебетонного борта и расположенные между наружной гранью борта и плоскостью симметрии платформы сечения палубы, днища и коффердамов (рис. 3.6).
Принята аппроксимация расчетной области треугольными элементами. Стальная облицовка смоделирована граничными двух - узловыми элементами - стяжками, работающими на растяжение - сжатие. Днище жестко закреплено. На оси среднего коффердама - условия симметрии (ползун). Толщина борта составляет 4 м, палубы - 2,3 м, днища и коффердамов - 3 м. Толщина внутренней облицовки борта - 25 мм, облицовки коффердама - 19 мм. В расчетах учитывались следующие нагрузки: — объемная нагрузка от веса бетона интенсивностью - 2,4 т/м2; — приведенный вес палубы - 0,5 т/м2; — распределенная поверхностная нагрузка от гидростатического давления на наружную грань при ватерлинии на отметке - 20 м. - давление льда по направлению нормали к наружной по верхности борта; прикладывается симметрично относительно ватер линии. При проведении расчетов варьировались: - интенсивность ледовой нагрузки Р1 между отметками 19 и 21 м; - интенсивность ледовой нагрузки Р2 от отметки 17 м до отметки 19 м и от отметки 21 м до отметки 23 м; - модуль упругости бетона борта; - толщина наружной обшивки борта; - толщина борта; - прочность бетона при растяжении. Модуль упругости элементов, моделирующих палубу, днище и коффердамы принят равным 20000 МПа. В расчетах без учета образования трещин в качестве факторов принимались: Х\ - нагрузка (Pi); Хг - нагрузка (Рг); Хъ - модуль упругости бетона (Е&п Ю5); Х4 - толщина обшивки (О).Матрица планирования, уровни факторов и результаты расчетов приведены в таблице 4.2.
Для оценки точности полученных имитационных моделей были проведены соответствующие проверки в соответствии с зависимостями (4.5)-(4.8). В результате было получено, что коэффициент множественной корреляции для рассматриваемых моделей находится в пределах 0.989 0.995, а проверка по критерию Фишера показала, что значения F значительно превосходят табличные значения F . Таким образом, полученные имита 117 ционные модели адекватно описывают рассматриваемую конструкцию. В дальнейшем такая проверка выполнялась для всех рассмотренных далее случаев.
Анализ результатов выполненных расчетов показал, что во всех рассмотренных вариантах уровень растягивающих напряжений в бетоне достаточно высок и приводит к образованию трещин в растянутой зоне. Поэтому в дальнейшем исследования проводились с учетом трещинообразования в бетоне.
Нагрузка (Р2) в этом случае задавалась пропорционально нагрузке Рь Матрица планирования, уровни факторов и результаты расчетов приведены в табл. 4.6. В качестве функций отклика принимались те же характеристики, что и в предыдущем случае. Математические модели напряжений получены в виде о = bQ + bx JC, + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b5xf + bbx\ +b1x + b%x\ + b9xtx2 + bl0xtx3 + где Ь1(/ = 0,...Д4) - коэффициенты моделей, определенные с помощью метода наименьших квадратов. Коэффициенты приведены в табл. 4.5. Рассматривались также случаи, когда ширина борта равна 3.5 м и 3 м. Для случая ширины борта 3.5 м матрица планирования и результаты расчетов приведены в табл.4.6, коэффициенты моделей в табл.4.7. Для случая ширины борта 3 - в табл. 4.8 и табл. 4.9 соответственно.
Матрица планирования, уровни факторов и результаты расчетов (ширина борта 4 м, с трещинами) № варианта Значения факторов в кодированном масштабе Значения факторов в натуральном масштабе Напряжения, кг/см.
