автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Нагрузки и воздействия льда на морские гидротехнические сооружения

'Л. од

У 2 ДЕН 1997

На правах рукописи

ГЛАДКОВ Михаил Григорьевич

НЯГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЬДА ня МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

05.23.07 — Гидротехническое и мелиоративное строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1997

Диссертация выполнена

в ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им.Б.Е.Веденеева».

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники

Дорофей Дмитриевич Лаппо;

доктор технических наук, заслуженный строитель

Дмитрий Данилович Сапегин.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Вячеслав Семенович Беляев; доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Константин Николаевич Коржавин; доктор технических наук, профессор Сергей Андреевич Кузьмин.

Ведущая организация - ОАО « Ленморн иипроект».

Защита состоится « » ййлс^сьЦЪА 1997 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 144.03.01 в ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева» по адресу:

195220, Санкт-Петербург, ул.Гжатская, 21, актовый зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНШ им.Б.Е.Веденеева».

Автореферат

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат техническ

наук Т.В.Иванова __

Общая характеристика диссертации

Актуальность разрабатываемой проблемы. Наша страна располагает самым протяженным в мире арктическим шельфом. Ширина этого шельфа в среднем доходит до 1000 - 1500 км и примерно 80% его площади считаются перспективными для добычи углеводородов. Ожидается, что в XXI веке, по мере истощения пока еще значительных и сравнительно дешевых запасов нефти и газа на суше, освоение месторождений арктического шельфа станет одним из главных источников топливно-энергетической базы страны.

Важнейшей задачей освоения месторождений углеводородов на арктическом шельфе, на решение которой нацелено внимание науки и производства, является создание новых для России типов сооружений -ледостойких нефтегазопромысловых сооружений.

Ледостойкие сооружения отличаются от обычных гидротехнических сооружений прежде всего тем, что их форма и размеры определяются ледовым режимом акватории. В условиях Арктики сооружение в течение достаточно длительного срока службы должно противостоять ледовым воздействиям разного вида, наибольшие из которых могут значительно превосходить ветровые, волновые, сейсмические и другие воздействия. Ясно, что проектирование ледостойких шельфовых сооружений невозможно без оценки наибольших воздействий льда.

При проектировании, строительстве и эксплуатации ледостойкого сооружения на арктическом шельфе необходимо обеспечить:

а) прочность и устойчивость сооружения с учетом наиболее неблагоприятного, но реального для расчетного случая, воздействия льда;

б) защиту сооружения от истирающего и ударного воздействий льда, оледенения, смерзания со льдом и др.

Решение указанных задач издавна привлекало к себе внимание многих отечественных и зарубежных ученых, исследователей и инженеров, предпринимавших натурные, экспериментальные и теоретические исследования вопроса. В последние три десятилетия, в связи с промышленным освоением месторождений нефти и газа на шельфе Аляски и Канады, а также открытием месторождений углеводородов на арктическом шельфе России, исследования этого вопроса приняли особенно интенсивный характер. Большой вклад в решение данной проблемы внесен трудами отечественных ученых: В.П.Афанасьева, С.А.Вершинина, Ю.В.Долгополова, К.Н.Коржавина, ДГ.Мацкевича, К.Н.Шхинека, Д.Е.Хейсина, Н.Г.Храпатого, В.Г.Цуприка и др. Из зарубежных ученых следует отметить Ассура, Бленкарна, Брауна, Вонга, Ву, Кроасдейла,

Мишеля, Пейгона, Райта, Рал сто на, Тимко, Уикса, Фредеркинга, Хирая-му, Шварца и др.

В результате экспериментальных и натурных исследований, в частности (исследований С.А.Вершинина, Бленкарна, Пейтона и др.), установлено, что расчетным случаем для морских условий является смятие сооружением льда, движущегося со скоростью 1-10 см/с. При этом взаимодействующий с сооружением лед разрушается пластически или хрупко-пластически, а возникающие силы взаимодействия значительно превосходят силы, имеющие место при больших скоростях движения льда (таких, например, какие учитывались в СНиП 2.06.04-82* 1989 г. издания - 0,5 м/с и более) и, соответственно, хрупком его разрушении. Ясно, что использовавшиеся в последние десятилетия методы расчета ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения при хрупком разрушении льда, обобщенные в разделе 5 «Нагрузки и воздействия льда на гидротехнические сооружения» СНиП 2.06.04-82* (1989 г.) не соответствуют реальным условиям морского гидротехнического строительства.

В связи с этим проблема оценки ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения и нормирования таких нагрузок продолжает оставаться актуальной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

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.

Для реализации намеченной цели были поставлены следующие задачи.

1. Усовершенствование методики расчета нагрузок от воздействия полей ровного льда.

2. Разработка (на основе концепции пластического разрушения льда) методики определения прочностной характеристики арктического льда при сжатии при любой заданной доверительной вероятности с учетом его кристаллического строения, солености и температуры.

3. Анализ (в рамках теории предельного равновесия) предельных нагрузок от арктического льда, возникающих в процессе его взаимодействия с сооружениями разной формы в плане при различных условиях на границе лед-сооружение.

4. Разработка (на основе разработанной методики определения прочностной характеристики льда при сжатии и усовершенствованной методики расчета нагрузок) предложений для включения в нормы, регламентирующие нагрузки на морские гидротехнические сооружения.

Кроме этого в задачи исследования входило следующее:

а) оценка нагрузок от воздействия крупных нагромождений смерзшегося торосистого льда на шельфовые сооружения;

б) выбор (на основании результатов лабораторных и натурных испытаний) лучшего ледостойкого покрытия для защиты сооружений от истирающего и ударного воздействий льда, оледенения, смерзания со льдом и др.

Первое связано с тем, что реальные перспективы освоения приливных участков арктических и дальневосточных морей ставят перед разработчиками шельфовых сооружений новую задачу по учету нагрузок от движущихся крупных нагромождений льда - стамух, смерзшихся гряд торосов и т.п. Второе обусловлено тем, что в мировой практике морского гидротехнического строительства все шире применяются специальные ледостойкие защитные покрытия для наружных поверхностей сооружений.

Методологическую базу исследования составили положения, требования, допущения, гипотезы, концепции и теоремы теории предельного равновесия, механики разрушения твердых тел, теории теплопроводности для составных плоских тел, метрологии и др.

В исследовательской работе использованы методы испытания материалов на сжатие и изгиб, обработки результатов наблюдения, верхней оценки предельной нагрузки и др.

Достоверность полученных результатов обоснована:

применением стандартных испытательных и измерительных приборов, аппарата математической статистики и полнотой экспериментальных исследований;

проведением методических опытов;

хорошей согласуемостью результатов экспериментов с данными других экспериментальных исследований;

удовлетворительной согласуемостью результатов определения предельных нагрузок с данными натурных наблюдений, экспериментальных исследований и расчетов.

Научная новизна исследования заключается

- в усовершенствовании методики расчета нагрузок от воздействия полей ровного льда и требований, регламентирующих ледовые нагрузки на морские гидротехнические сооружения;

- в разработке методики определения прочностной характеристики арктического льда при сжатии;

- в получении надежных экспериментальных данных о механических свойствах арктического льда и установлении на их основе соотношений между максимальными значениями прочности льда на одноосное сжатие и растяжение в плоскости ху ив направлении г, пригодных для

реализации методов теории предельного равновесия при решении задач наибольшего ледового воздействия на морские гидротехнические сооружения;

- в уточнении значений коэффициентов формы сооружения и смятия арктического льда, во введении в расчеты коэффициента скорости деформации льда;

- в получении надежных экспериментальных данных об адгезионных и фрикционных свойствах, стойкости к ударному воздействию и истиранию льдом для наиболее известного зарубежного защитного покрытия ШЕЛТА -160 и его отечественного аналога ЭП - 437.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные автором основные научные результаты позволили разработать новый СНиП - раздел 5* «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» СНиП 2.06.04 - 82* (1995 г.) и новое ледостойкое покрытие ЭП - 437 для защиты ледоколов, судов ледового плавания и шельфовых сооружений от ударного и истирающего воздействия льда, оледенения, смерзания со льдом и др.

Диссертационное исследование в целом может рассматриваться как методическое руководство при разработке проектов гидротехнических сооружений, в том числе сооружений для обустройства месторождений углеводородов в замерзающих морях России, а также при решении задач ледотехнихи и ледоведения.

На защиту выносятся:

усовершенствованная методика расчета ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения и рекомендации, регламентирующие такие нагрузки;

методика определения прочностной характеристики арктического льда при сжатии;

рекомендуемые для введения в расчеты значения коэффициентов формы сооружения, смятия и скорости деформации арктического льда;

результаты исследований механических свойств арктического

льда.

Результаты исследования внедрены :

в раздел 5* «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» СНиП 2.06.04 - 82* (1995 г.);

в проектную документацию ЦНИИпроектстальконструкции (на стадии концептуального проектирования возводимых на северовосточном шельфе о.Сахалин стационарных гидротехнических сооружений), Гидропроекта (на стадии концептуального проектирования Мезен-> ской ПЭС и на стадии ТЭО Тугурской ПЭС), СПбМБМ «Малахит» (на стадии концептуального проектирования приемораздаточного терминала

для нефтяного месторождения «Приразломное», буровой платформы и приемораздаточного терминала для Харасавейского ГКМ и буровой платформы для Крузенштерновского ГКМ) и ЦКБ МТ «Рубин» (на стадиях ТЭО и рабочего проектирования стационарной платформы для нефтяного месторождения «Приразломное»), а также в научно-техническую документацию Ленморниипроекта, НПФ «Пигмент» и других организаций..

Апробация исследования. Основные положения диссертационного исследования доложены на X международной конференции по портовой и океанской технике в арктических условиях (РОАС' 89, Швеция, 1989г.), на X симпозиуме МАГИ по льду (Финляндия, 1990г.), на I международной конференции по шельфовой и полярной технике (КОРЕ'91, Шотландия, 1991г.), на Международной конференции по судостроению (СПб., 1994г.), на II международной конференции по освоению арктического шельфа России (11АО-95, СПб., 1995г.), на Международной конференции по развитию и коммерческому использованию технологий в полярных регионах (Ро1аПес!1' 96, СПб., 1996г.), на III международной конференции по освоению арктического шельфа России (ЯАО-97, СПб., 1997г.), на Всесоюзных научно-технических совещаниях «Лед-83» (г.Мурманск, 1983г.), «Лед-87» (г.Архангельск, 1987г.), «Лед-89» (г.Дивногорск, 1989г.) и «Лед-93» (СПб., 1993г.), на III всесоюзной конференции по механике и физике льда (г.Москва, 1988г.), на Всесоюзном и Всероссийском научно-технических совещаниях по переработке СНиПа (СПб., 1991г. и 1992г.).

Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликовано 23 работы.

Личный вклад автора в решение проблемы оценки и нормирования ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения следующий:

впервые получены статистически значимые данные о прочности арктического льда;

впервые получены верхние оценки предельной разрушающей нагрузки для арктического льда, возникающей в процессе его взаимодействия с сооружениями разной формы в плане при различных условиях на границе лед-сооружение;

впервые при расчете ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения использована концепция пластического разрушения льда;

разработаны рекомендации по учету скорости движения льда;

составлена часть новой редакции СНиПа по определению ледовых нагрузок, соответствующая современному уровню знаний в области ледо-

техники и ледоведения, механики и физики льда и реальным условиям морского гидротехнического строительства.

Личный вклад автора диссертации в работы, выполненные в соавторстве, заключался в постановке задач, разработке алгоритмов их решения, методическом руководстве, проведении экспериментальных исследований и анализе их результатов, разработке рекомендаций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и списка использованной литературы. Содержит 181 стр., в том числе 47 иллюстраций, 31 таблицу и список литературы из 196 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность докторам технических наук А.Л.Гольдину, Д.Д.Лалпо, Д.ДСапегину, докторам физико-математических наук В.И.Климовичу, К.Н.Шхинеку, кандидатам технических наук А.Г.Василевскому, Е.Н.Беллендиру, Н.В.Карновичу, В.С.Прокоповичу, И.Н.Шаталиной и другим сотрудникам ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева за ценные советы, высказанные при обсуждении отдельных этапов исследования, а также инженеру Л.И. Филиппову и м.н.с. И.Б.Пушкаревой за помощь в отладке программ и проведении расчетов; кандидатам физико-математических наук В.П.Гаврило, Б.П.Егорову, В.П.Трипольникову, Б.А.Федорову и другим сотрудникам ДАНИИ за помощь в организации экспериментальных исследований в Арктике.

Основное содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой проблемы, сформулирована цель диссертации, обоснована новизна исследования и полученных результатов, приведены сведения о личном вкладе автора, практической значимости исследования и его апробации.

В первой главе рассмотрены состояние и перспективы освоения арктического шельфа, классификации морских гидротехнических сооружений, особенности проблемы взаимодействия сооружений со льдом в арктических условиях, основные положения и методы определения ледовых нагрузок; обоснована необходимость усовершенствования методик расчета ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения и соответствующих норм; поставлены главные задачи исследования.

В настоящее время более 40 стран имеют морские нефтепромыслы, некоторые страны (Великобритания, Нидерланды, Норвегия) полностью удовлетворяют свои потребности в нефти за счет этих месторождений. Доля добычи нефти на континентальном шельфе сейчас превышает 25%

общемировой. Ожидается, что к 2020 г. в море будет добываться до 60% всей нефти.

Освоение месторождений нефти на арктическом шельфе начато США в 60-е годы в заливе Кука и море Бофорта.

Общие разведанные запасы месторождений арктического шельфа России (Баренцево и Карское моря, море Лаптевых) оценивается более чем в 2 млрд. т нефти и 40 трлн. м3 газа. Начата разработка стационарных ледостойких конструкций для освоения этих месторождений.

Воздействие льда на сооружения в условиях арктического шельфа возможно практически в любое время года. Особенно это относится к сооружениям, установленным в районах дрейфующих льдов. В этих районах скорость движения льда - определяющий фактор механизма его разрушения при взаимодействии с сооружением и величины ледовой нагрузки - может изменяться от нескольких миллиметров в секунду до 1 м/с и более. Например, в пределах разведанных месторождений нефти и газа в Баренцевом и Карском морях характерные скорости движения льда (0,2 ... 0,4) м/с. Высокие скорости движения льда наблюдаются только на приливных участках морей.

Другая картина в районах припайных льдов. Здесь, как правило, ледовое воздействие имеет место в весеннее время, когда лед достигает максимальной толщины, а скорость его подвижки не превышает 0,1 м/с. Кроме того, в этих районах возможно смерзание льда с сооружением, что может привести к значительному увеличению ледовой нагрузки (возникающей при внезапной подвижке льда).

Практически повсеместно в арктических акваториях наблюдаются дрейфующие гряды торосов и крупные нагромождения смерзшегося торосистого льда, представляющие собой особую опасность для сооружений.

Взаимодействие шельфовых сооружений (обычно представляющих собой либо одиночную преграду, либо систему преград в виде цилиндра или многогранника) с движущимся льдом сопровождается, как правило, его смятием. Следует отметить, что нагрузка от смятия льда в общем случае больше нагрузки от раздробления, сдвига, излома или др. Кроме того, такая нагрузка, согласно данным Бленкарна и Пейтона, существенно зависит от скорости движения (прорезания) ледяных полей: при низких скоростях прорезания (1 ...10 см/с) ледовая нагрузка примерно в три раза больше, чем при высоких скоростях (0,5 м/с и более); причем, при низких скоростях имеет место пластическое разрушение взаимодействующего с сооружением льда, а при высоких скоростях - хрупкое разрушение.

Особенности проблемы взаимодействия лед-сооружение в арктических условиях, подлежащие обязательному учету при проектировании шельфовых сооружений, сводятся к следующему.

1. Ледовый режим Баренцева и Карского морей относится к умеренному режиму. Море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря характеризуются тяжелым ледовым режимом.

2. Воздействие льда на сооружения, установленные в районах дрейфующих льдов, возможно практически в любое время года. Сооружения, установленные в районах припайных льдов, могут подвергаться ледовому воздействию с момента взлома припая до момента становления устойчивого припая.

3. Основным видом ледовой нагрузки является нагрузка от сравнительно медленно движущегося поля ровного льда. Особо опасным видом ледовой нагрузки является нагрузка от движущегося крупного нагромождения смерзшегося торосистого льда.

Ледовые нагрузки на сооружение принимаются по разрушающим усилиям для льда. Это означает, что ледовая нагрузка не может быть больше нагрузки, выдерживаемой ледяным полем в каждой конкретной ситуации. В общем случае ледовая нагрузка определяется как произведение прочностной характеристики льда при сжатии, ширины сооружения по фронту, толщины льда и коэффициентов, учитывающих реальные условия контакта между льдом и сооружением, форму сооружения, напряженное состояние льда, скорость движения льда и т.д.

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 влияний формы сооружения на величину сил взаимодействия между сооружением и льдом К.Н.Коржавин решил плоскую задачу В.В.Соколовского 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. В результате были получены значения коэффициента формы опоры в плане т, представляющего собой отношение усилия, необходимого для смятия льда сооружением любой формы, к усилию, необходимому для смятия льда сооружением с передней гранью в виде прямоугольника. Также теоретически установлено, что наибольшее напряжение в пластине из изотропного материала (толщина которой равна ширине штампа) под плоским штампом (прочность при местном смятии) превышает прочность материала на

* Здесь уместно отметить, что К.Н.Коржавин является пионером использования методов теории пластичности в ледотехнике.

одноосное сжатие в 2,73 раза, а в случае хрупкого разрушения такого материала его прочность при местном смятии больше прочности на одноосное сжатие в 2,47 раза. Полученную величину при хрупком разрушении, 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 Ь и толщины льда /) К.Н.Коржавин предложил учитывать через коэффициент неполноты соприкасания льда с сооружением кс, изменяющийся с уменьшением ширины сооружения (с уменьшением значения отношения ширины сооружения к толщине льда) от 0,4 до 0,7.

Предложенные К.Н.Коржавиным коэффициенты формы опоры в плане, смятия льда и неполноты соприкасания используются в настоящее время практически во всех отечественных и зарубежных методиках расчета ледовой нагрузки на гидротехнические сооружения.

Обобщенные в разделе 5 СНиП 2.06.04-82* (1989 г.) 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 для расчета ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения в условиях арктического шельфа, где скорость подвижки припаев, 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.

Накопленные в последние десятилетия знания в области механики и физики льда, ледоведения и ледотехники послужили основанием для разработки автором в рамках теории предельного равновесия новых научно-обоснованных подходов к расчету ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения.

Из вышеизложенного следует, что разработка методик расчета нагрузок от воздействия арктического льда, основанных на концепции его пластического разрушения, и рекомендаций по нормированию таких нагрузок позволит решить имеющую важное народнохозяйственное значение проблему обеспечения надежности и экономичности возводимых ледостойких сооружений.

Во второй главе приведен обзор основных физико-механических свойств морского льда с точки зрения потребностей морской гидротехники, где помимо литературных данных, и прежде всего работ Ю.П.Доронина и Д.Е.Хейсина, В.В.Лаврова, И.С.Песчанского, И.Г.Петрова, Б.А.Савельева, Ассура и Уикса, Водри, Дикинса, Фредер-

кинга, Шварца и др., используются обширные экспериментальные исследования автора по определению механических свойств натурного льда (в частности, пластичности, прочности на одноосное сжатие и растяжение), а также по выяснению влияния размеров образцов, скорости деформации, структуры, температуры и солености льда, ориентировки осей кристаллов и других факторов.

К настоящему времени выполнен значительный объем экспериментальных исследований прочности морского льда, находящейся в сложной зависимости от ряда факторов и прежде всего от кристаллической структуры, температуры и солености льда, размеров образца, скорости деформации и ориентировки нагрузки относительно оси кристаллизации. Основные результаты этих исследований обобщены в работах В.П.Вейнберга, К.Ф.Войтковского, Ю.ПДоронина и Д.Е.Хейсина, В.В.Лаврова, И.С.Песчанского, И.Г.Петрова, Б.А.Савельева , Ассура и Уикса, Бутковича, Водри, Вонга, Дикинса, Пейтона, Фредеркинга, Шварца и Уикса, а также в рекомендациях Арктического и Антарктического научно-исследовательского института, Американского института нефти и др. В подавляющем большинстве исследований определялась прочность морского льда при хрупком разрушении.

Однако, отсутствие единых требований к технологии приготовления образцов и методик проведения испытаний привело к тому, что прочность формально однотипного льда при одинаковых внешних условиях по данным различных авторов могла отличаться на порядок и выше. К тому же, в экспериментальных работах часто результаты приводились без описания кристаллической структуры льда и условий приложения нагрузки, без указания размеров и количества испытанных образцов и другой важной информации. Это создавало принципиальные трудности в использовании накопленных за многие годы данных о прочности морского льда.

Сведений о прочности морского льда при различных скоростях деформации, охватывающих разные типы разрушения льда, имелось крайне мало. Необходимый для реализации методов теории предельного равновесия набор максимальных значений прочности какого-либо типа морского льда (наблюдающихся при переходе от пластического разрушения к хрупко-пластическому) Схт, Тх,т, С.т и Т1%т , определенных так, как показано на рис.1, по этим данным получить практически невозможно. Такое положение послужило одной из главных причин проведения автором методических опытов и экспериментальных исследований механических свойств арктического льда на дрейфующей научно-исследовательской станции «Северный Полюс-24» в 1978-1979 гг. и гля-

Рис. 1

Сх,МПй 3

I ч

/ / у СО* Ьо Г А Тих 1 —=04 1 N i

esf

о

t.--20°C, s¿=4,4%0 , с1с=2,&мм, Воа40мм

2 è-ioV 4

циологическом стационаре ААНИИ (архипелаг Северная Земля) в 19811982 гг.

Объектами экспериментальных исследований являлись зернистый и волокнистый льды - составные части арктического ледяного покрова, причем, зернистый лед обычно располагается в верхнем его слое (рис.1). Форма кристаллов зернистого льда изометрическая. По своим механическим свойствам зернистый лед имеет наиболее выраженную изотропность, образуется при смерзании зерен снега и мелких зерен внутривод-ного льда в морской воде, а также в результате термического или динамического метаморфизма в многолетних льдах. Кристаллы волокнистого льда 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. Преобладающая ориентировка оптических осей горизонтальная. Волокнистый лед по механическим свойствам анизотропен, образуется при кристаллизации морской воды без включений элементов внутриводного льда. Образцы этих льдов испытаны на одноосное сжатие и простой изгиб на модернизированном стандартном малогабаритном приборе для испытания грунтов И111-10, устроенном по типу испытательных машин с управляемой скоростью деформации. Тензометрический датчик прибора обеспечивал измерение нагрузки с погрешностью не более 5 % и автоматическую запись кривой нагрузка-деформация. Относительная погрешность результатов испытаний льда существенно зависела от типа разрушения льда: при пластическом разрушении погрешность составляла от 3 до 7%, при хрупко-пластическом разрушении - от 5 до 15%, а при хрупком разрушении - от 10 до 20%. В свою очередь при каждом типе разрушения погрешность зависела от количества жидкой фазы во льду. С его увеличением (с повышением температуры или увеличением солености) погрешность возрастала. Испытания на одноосное сжатие проводились с целью установления характера зависимости прочности арктического льда на сжатие от скорости деформации (примеры такой зависимости показаны на рис.2 и 3; на рис.4 показаны типичные диаграммы напряжение-деформация при различных постоянных скоростях деформации), получения данных о Схт , Сгт, ползучести (пример кривой ползучести и текстура образца на момент остановки опыта показаны на рис.5; на рис.6 показана реологическая кривая) и других механических характеристиках. На рис.2,3,5 и 6 приняты следующие обозначения: - температура льда;

С3,МПа

/ i } ABt ' V-7«C, S ! : к 0,4 К "s'S ¿»4%., dc-JMM, 60= 40ми

G

Рис. 3

2 • 4 4 3

6-10 , с

tL=-7°C, A%o, dj?3мм, G = М,02МПа

Рис. 5

&г,МПй

йс - средний поперечный размер кристалла; па -количество параллельных измерений (испытаний). Испытания на изгиб проводились с целью оценки важного с точки зрения теоретической механики разрушения твердых тел отношения предельных разрушающих напряжений при сжатии и растяжении, С/Т. Такой подход к оценке отношения С/Т применялся в ледоведении, механике горных пород и др. К тому же в общем случае испытания материала на растяжение в полевых условиях практически неосуществимы. Особенно это касается льда.

Особое внимание в методических опытах уделено вопросу о прочности образцов льда одинакового поперечного сечения, Ь0хЬ0, но разной высоты И о, т.е. вопросу о масштабном эффекте. При этом, чтобы свести к минимуму влияние на измеряемые механические характеристики льда эффектов, связанных с технологией изготовления образцов, сравнительными размерами кристаллов и образцов, трением между торцами образца и опорными площадками испытательной машины и т.п., испытанию подвергались только те образцы льда, у которых отклонение размеров от средних в серии не превышало 1%, неплоскостность опорных граней не превышала 0,05 мм на 100 мм длины, непрямолинейность ребер не превышала 0,1 мм на 100 мм длины, поверхности были гладкими, без трещин, сколов, заусенцев и других дефектов, а средний поперечный размер кристаллов (¡с не превышал 4 мм.

В результате этих опытов (при И(/Ь0 = 1 - 2,5) установлено следующее: прочность образцов льда на одноосное сжатие зависит от скорости деформации так, как, например показано на рис.2 и 3; критическая скорость деформации (т.е. скорость деформации, при которой происходит переход от пластического разрушения к хрупко-пластическому и наблю-, дается максимальное разрушающее напряжение) уменьшается с увеличением высоты образцов; максимальное разрушающее напряжение (максимальная прочность) с увеличением высоты образцов проявляет тенденцию к уменьшению, причем для образцов с И(/Ь0= 2,5 оно практически соответствует истинной прочности (т.е. максимальному напряжению для образца с Ь0 °о). На этом основании в массовых испытаниях использовались призматические образцы с указанным значением отношения их высоты к ширине.

По результатам выполненных испытаний на одноосное сжатие и изгиб установлены следующие (необходимые для реализации методов теории предельного равновесия) соотношения между максимальными значениями прочности арктического льда на одноосное сжатие и растяжение в плоскости ху и в направлении г:

/Сх,т ~ 3,1-, Т1т1Сх^т~\,2Ъ\ Тх гп/Сх т 1/3 (1)

для волокнистого льда и

~ /Ос,/и (2)

для зернистого льда. Эти соотношения сохраняют свой вид в исследованном диапазоне температур (от минус 2 до минус 30 °С) и соленостей (от 3 до 11 промилле) льда. Данные о Сх_т приведены в табл.1. Отметим, что относительная погрешность данных этой таблицы составляет от 3 до 7% (погрешность возрастает с увеличением количества жидкой фазы во льду - обобщенной характеристики его температуры и солености). Такая точность, несомненно, достаточна, особенно, если учитывать тот факт, что исходные данные о гидрометеорологических и ледовых условиях в районе сооружения не могут задаваться с большей точностью.

Соотношения (1) и (2) далее используются при определении верхних оценок предельной разрушающей нагрузки для арктического льда.

В третьей главе показана сущность метода верхней оценки предельной нагрузки, представлены верхние оценки предельных разрушающих нагрузок для арктического льда, возникающих в процессе его взаимодействия с вертикальными штампами разной формы как в условиях свободного проскальзывания между льдом и штампом, так и при сцеплении между ними, как при плоской деформации, так и при плоском напряженном состоянии льда; рекомендованы для введения в расчеты численные значения коэффициентов формы сооружения и смятия льда, полученные по данным о верхних оценках предельной нагрузки для арктического льда; проведен сравнительный анализ рекомендуемых значений коэффициентов формы сооружения и смятия льда с данными К.Н.Коржавина, В.П.Афанасьева, С.А.Вершинина, Шварца и других авторов.

При решении задач наибольшего воздействия льда на гидротехнические сооружения, как правило, требуется определить лишь предельные нагрузки без исследования деформаций льда. Таким целям и служит теория предельного равновесия (состояния) - ветвь теории идеальной пластичности. Теория идеальной пластичности базируется на моделях жест-копластического и упругопластического материалов, применение которых дает в итоге более простые расчетные формулы, удобные для инженерной практики. Когда интересуются областью наибольших ледовых воздействий, возникающих в процессе взаимодействия льда с сооружени-

о Таблица 1

Кристаллическая

структура арктического льда

Vb°/oo

10

25

40

50

60

75

150

(CXW±A), МПа (при а=0,95, п„=5)

Зернистая

6,0+0,5

3,5±0,4

2,010,2

1,410,2

0,910,2

Волокнистая

3,9±0,4

2,0±0,2

— 0,7±0,1

0,5±0,1

0,4±0,1

Vj - количество жидкой фазы (рассола) во льду, определяемое по выражениям:

Vj = s, (l+0,01848|ij|)/0,01848|i,|, 0 < ¡fj| < 7,3°С; (3)

Vi = s, (1,0567+0,0047^0/(0,0332+0,013871^1), 7,3 < И < 22,4°C; (4)

vf = s, (1,1677+0,00047|^)/(0,1057А| - 1,9923), 22,4 < |i,| < 30°C; (5)

s, - соленость льда, °/oo ; ti - температура льда, °C;

Cx>m - среднее арифметическое значение максимальной прочности льда на одноосное сжатие;

А - доверительная граница случайной погрешности измерения, вычисляемая как

А = (ns -1)|а стх N ns ; (6)

\tj (ns -1)|а - квантиль t- распределения Стьюдента;

ns - количество параллельных измерений (испытаний); а - доверительная вероятность;

_ох - среднее квадратическое отклонение случайной погрешности._

ем при сравнительно малых скоростях деформации, для практических целей лед можно представить как упругопластический материал.

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 граничными условиями для смещений и напряжений, соответствующими конкретному случаю.

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 разной формы в плане. На границе лед-пггамп рассматриваются как условие проскальзывания, так и условие сцепления (примерзания). В данном рассмотрении предполагается существование в ледяной пластине в зоне взаимодействия со штампом состояния плоской деформации либо плоского напряженного состояния. Эти частные случаи соответствуют предельным случаям вдавливания в ледяную пластину штампов с Ь/Ъ 0 и Ь/И —» оо , соответственно, где Ь - ширина штампа, И - толщина пластины.

Применение метода верхней оценки предельной нагрузки (подробно рассмотренного в работах Ралстона, Рейникке и Ремера) требует выбора функции текучести, предположения о схеме разрушения, кроме того, при определении разрушающей нагрузки используется концепция о виртуальной работе.

Для описания поведения арктического льда используется трансвер-сальноизотропная и изотропная версии параболической функции текучести, выражаемой в декартовой системе координат (рис.1) через компоненты напряжения следующим образом:

/(ст|у)=а1(сту-az)2 +a2(az ~vx )2 +a3(CTx ~CTy)2 +

+ c4TJz +astlx +«9стг

где öi, • • • , 09 - константы, определяемые прочностными свойствами материала. Эта функция является специальным случаем функции л-типа Паризи и описывает материал, имеющий три взаимно ортогональные плоскости симметрии. Основанием для использования функции (7) применительно к арктическому льду послужили данные Н.В.Фокеева о прочности искусственного соленого льда в условиях сложного нагружения. Впервые функция (7) использована в механике льда для описания поведения пресноводного льда столбчато-зернистой структуры Ралстоном и Рейникке. Основанием для этого послужили данные Джонса о прочности глетчерного льда в условиях сложного нагружения.

Трансверсальноизотропная версия функции текучести (7) используется для волокнистого льда. Она применялась в работах Рал стона и Рейникке при определении верхних оценок предельной разрушающей нагрузки для пресноводного столбчато-зернистого льда.

Изотропная версия функции текучести (7), иногда называемая параболической функцией Toppe, используется для зернистого льда. Она успешно использовалась Рейникке и Ремером для описания поведения смесей грунт-лед. Критерий текучести, следующий из этой функции при /(Сту ) = 0, является критерием Мизеса для изотропных материалов.

Численные значения коэффициентов функций текучести для волокнистого и зернистого льдов, определенные с использованием полученных автором соотношений (1) и (2), представлены в табл.2.

Следует отметить, что когда имеются также в достаточном объеме данные о прочности льда в условиях двух- или трехосного нагружения, то коэффициенты функций текучести можно определить, используя такие данные, более правильно описывающие соотношения между прочностью льда на сжатие и растяжение.

При построении верхних оценок предельной нагрузки для арктического льда используются схемы разрушения с разрывными полями скоростей перемещений в плоскости ху, ранее использованные Рейникке и др. применительно к пресноводному льду.

Таблица 2

Коэффициенты Структура льда

Волокнистая Зернистая

а\ ОДКЙп

2,89 С^т п

а6 11,78 Сх^гп

а7 2 сх

а9 0,54 Сх}щ 2 Ос }т

Для определения предельной разрушающей нагрузки, согласно теореме о верхней оценке, необходимо скорость работы, совершаемой внешними силами, приравнять полной скорости диссипации механической энергии, т.е.

Fvv=Df, (8)

где ¥ - внешняя сила; ур - скорость движения штампа; - полная скорость диссипации энергии.

Выражения для предельной нагрузки, полученные Рейникке в результате подстановки в уравнение скорости виртуальных работ (8) соответствующих выражений для £>/ и ур, имеют следующий вид:

/ Ък = <?(ф){^ 2 (я/4 + ф/2)ехр[(2у)^ф] -1} (9)

для прямоугольного и клинообразного штампов с проскальзыванием (при 2у=л - для прямоугольного и клинообразного штампов со сцеплением),

для круглого штампа с проскальзыванием и

ё (ф 2 )[елр(2(л - у о 2 ) - !]}

+

(И)

+ -

ми у о

для круглого штампа со сцеплением, где функция g (ср), с учетом подстановки полученных автором значений соответствующих коэффициентов (табл.2), имеет в случае плоской деформации вид

^(Ф) = (0,39 + 0,96^2Ф)сх,м (12)

Для волокнистого льда и

*(ф) = (0,39 + 0,17с**2ф)с^>т (13)

для зернистого льда, а в случае плоского напряженного состояния она имеет вид

*(Ф) = [1,278^54,545 + <** 2ф - 9,091 Сх м (14)

для волокнистого льда и

4ф) = (0,51)/4+С^2Ф-0,67 (15)

для зернистого льда.

Выражение (9) дает верхнюю оценку разрушающей нагрузки при любых положительных ф меньших ъ/1. Выражение (10) представляет собой верхнюю оценку при любой комбинации 0< \у0 <л/2 и 0 < Ф < ц/0 . Выражение (11) дает верхнюю оценку при 0<\|/0<л/2, 0<ф1<я/2, 0<ф2<\|/о и ц/0<агс/^[ехр[(л/2)^ф1]|.

Искомыми верхними оценками предельной нагрузки являются минимумы функций (9)-(11) по их параметрам. Верхние оценки обычно делятся на Схт и таким образом представляются в безразмерном виде.

Верхние оценки предельной нагрузки от арктического льда, полученные автором в результате минимизации функций (9) - (11) с подстановкой в них функций (12) - (15), представлены в табл.3 и 4 в безразмерном виде.

Таблица 3

Форма штампа в плане Вид напряженного состояния

Плоская деформация Плоское напряженное состояние

Структура льда

Волокнистая Зернистая Волокнистая Зернистая

Р /(Сх тЬИ) при проскальзывании между льдом и штампом

Клинообразная 2у=45° 1,88 2,83 1,61 1,42

2у=90° 2,75 4,24 2,33 1,85

2у=150° 4,16 6,58 3,46 2,43

Прямоугольная 2у=180° 4,98 7,9 4,10 2,72

Круглая 4,06 6,40 3,39 2,41

Таблица 4

Форма штампа в плане Вид напряженного состояния

Плоская деформация Плоское напряженное состояние

Структура льда

Волокнистая Зернистая Волокнистая Зернистая

РЛСх.т ЬИ) при сцеплении между льдом и штампом

Клинообразная 2у=45°-180° 4,98 7,94 4,10 2,72

Круглая 6,55 10,48 5,25 3,37

Предельная нагрузка при выполнении условия сцепления на границе лед-штамп (табл.4) выше нагрузки при условии проскальзывания

25

(табл.3). Это отличие особенно хорошо заметно для клинообразного и круглого штампов. Условия на границе лед-пггамп не влияют или мало влияют (в пределах точности теории предельного равновесия) на величину нагрузки от плоского штампа.

В условиях проскальзывания предельная нагрузка от клинообразного и круглого штампов ниже нагрузки от плоского штампа. Полученные автором из этих результатов значения коэффициента формы т, как видно из табл.5, хорошо согласуются с опубликованными данными для пресноводного льда.

Таблица 5

Арктический однолетний лед Пресноводный лед

Вид напряженного состояния

Форма Плоская де- Плоское на- Плоская Плоское напря-

штампа формация пряженное деформа- женное состояние

в плане состояние ция

Структура льда

Волок Зерни- Волок Зерни- Столбчато- Зернистая

нистая стая нистая стая зернистая (Рейникке) (К.Н.Кор-жавин)

т при проскальзывании между льдом и штампом

Клино-

образная 0,38 0,35 0,39 0,52 — — —

2у=45°

2у=60° 0,43 0,41 0,45 0,57 — — 0,50

2у=75° 0,49 0,47 0,51 0,62 — - 0,66

2у=90° 0,55 0,53 0,57 0,68 0,55 0,66 0,71

2у=120° 0,69 0,68 0,70 0,78 — — 0,81

Круглая 0,81 0,81 0,83 0,89 0,81 0,83 —

В условиях сцепления предельная нагрузка от круглого штампа может быть даже выше нагрузки от плоского штампа.

Результаты, приведенные в табл.3 и 4, также показывают, что предельная нагрузка существенно зависит от структуры льда.

Полученные автором предельные нагрузки (табл.3 и 4), удовлетворительно согласующиеся с опубликованными результатами натурных наблюдений С.А.Вершинина, Забилянски, Кроасдейла и др. и экспериментов В.П.Афанасьева, С.А.Вершинина, Ю.В.Долгополова, Булата, Сасаямы, Хираямы, Шварца и др. по протаскиванию моделей сооружений в ледовых бассейнах, имеют особое значение, так как они определя-

ют верхний предел максимальных нагрузок на сооружение со стороны льда. Полагается (исходя из сравнения верхних оценок предельной нагрузки для пресноводного столбчато-зернистого льда при взаимодействии с плоским штампом, полученных Рейникке по схеме разрушения Хилла и параболической функции текучести (7), с зависимостью таких оценок от отношения Ь/И , полученной Рейникке и Ремером при более реалистичном трехмерном критерии текучести), что данные табл.3 завышены при плоском напряженном состоянии в 1,5 - 2,4 раза. К уменьшению проектных ледовых нагрузок по сравнению с вычисленными при настоящем рассмотрении приводят такие дополнительные факторы, как реальные условия контакта между льдом и сооружением, скорость деформации льда, размеры ледяного поля и сооружения и т.д. Указанные факторы далее учитываются введением в формулы для расчета ледовых нагрузок специальных коэффициентов: кс - коэффициента неполноты соприкасания между льдом и сооружением; К -коэффициента скорости деформации льда.

На основании результатов определения верхних оценок предельной нагрузки от арктического льда предлагаются следующие значения коэффициентов формы сооружения и смятия льда, представленные в табл. 6 и 7 соответственно.

Рекомендуемые значения коэффициента т (табл.6) являются средними значениями, полученными по данным табл.3 и 4.

Таблица 6

Для сооруже- Для сооруже-

Условие Для сооружений с передней нии в щде нии прямо-

на границе гранью треугольного очер- чилицпра или угольного сече-

лед-соору- тания при угле заострения мжгаранниа ния

жение 2у, град

45 60 75 90 . 120

Коэффициент формы со-

оружения т

Проскаль- 0,41 0,47 0,52 0,58 0,71 0,83 1

зывание

Сцепление 1 1,26 1

Рекомендуемые значения коэффициентов смятия зернистого льда къ,% и волокнистого льдакЬ/г (табл.7) представлены (как принято в СНиПе и др.) в виде произведения предельной нагрузки для прямоугольного

штампа (табл.3) на коэффициент неполноты соприкасания между льдом, и сооружением кс по данным К.НКоржавина (табл.8).

Таблица 7

ЬЛц 0,3 и менее 1 3 10 20 30 и более

кь,? 7,9 2,7 2,2 1,6 1.4 1Д

кь/ 5,0 3,9 3,3 2,5 2,1 1,6

Таблица 8

Ь/Ъа 0,3 и менее 1 3 10 20 30 и более

К 1 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4

Коэффициент смятия льда с учетом кристаллического строения рассматриваемого ледяного поля къ предлагается вычислять, исходя из предположения (основанного на данных Тейлора о давлении в разных слоях натурного ледяного покрова при вдавливании в него крупномасштабной модели вертикальной опоры с передней гранью в виде прямоугольника) об одновременном достижении всеми слоями поля максимального напряжения, по формуле

где Нг и Иу- толщины слоев зернистого и волокнистого льда соответственно, м; кь^ и кь/ - коэффициенты смятия для зернистого и волокнистого льда соответственно, принимаемые по табл.7; - расчетная толщина льда.

Однако, получение данных о толщинах Их и Л/ на практике затруднено и поэтому при отсутствии данных о кристаллическом строении льда предлагается использовать значения коэффициента кь, вычисленные по формуле (16) при = 0,2 и Л/= 0,8 (типичных толщинах слоев зернистого и волокнистого льдов, соответственно). Такие значения коэффициента смятия льда приведены в табл.9.

Таблица 9

ь/иа 0,3 и менее 1 3 10 20 30 и более

кь 5,7 3,6 3,0 2,3 1,9 1,5

В четвертой главе предложены достаточно простая методика определения прочностной характеристики льда при сжатии, позволяющая более полно (по сравнению, например, с разделом 5 СНиП 2.06.04 - 82* 1989 г. издания, ВСН 41.88 и др.) учитывать случайный характер природных факторов в районе сооружения, и методика испытания арктического льда на одноосное сжатие, методики расчета нагрузок от воздействия полей ровного льда и крупных нагромождений смерзшегося торосистого льда с учетом влияния климатических особенностей района, формы сооружения в плане, вида напряженного состояния и скорости деформации льда непосредственно перед сооружением, условий на границе лед -сооружение; определены границы применения методик расчета нагрузок; даны примеры расчета ледовых нагрузок и проведено сравнение результатов расчета нагрузок с рекомендациями СНиП 2.06.04 - 82* (1989 г.), ВСН 41.88 и др.; рассмотрены методика и результаты сравнительных экспериментальных (лабораторных и натурных) исследований наиболее известного зарубежного ледосгойкого защитного покрытия ШЕИТА - 160 и его отечественного аналога ЭП - 437; показан уровень внедрения результатов исследований нагрузок и воздействий льда на сооружения.

Закономерным итогом многолетних исследований проблемы определения нагрузок от воздействия движущихся льдин на отдельно стоящие сооружения к началу 60-х годов стала формула К.Н.Коржавина:

РЬгР=2<5тксЫ1АКс, (17)

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; т - коэффициент формы сооружения в плане; кс - коэффициент неполноты соприкасания льда с сооружением; Ь - ширина сооружения по фронту на уровне действия льда; - расчетная толщина льда; Яс - предел прочности льда при сжатии.

Эта формула учитывает многие факторы: местное смятие льда (сложное напряженное состояние льда), форму и ширину сооружения, полноту соприкасания, толщину и прочность льда.

В настоящее время формула (17), совершенно справедливо называемая за рубежом формулой КН.Коржавина, является общепризнанной в мировой ледотехнике. Она используется с некоторыми видоизменениями практически во всех известных методиках расчета ледовых нагрузок на отдельно стоящие сооружения. В частности, в разделе 5 СНиП 2.06.04 - 82* (1989 г.) эта формула представлена в виде

РЬ,р=™КьЪЬ(1> (18)

где Яь-кьЯс, а кь=2,5кс.

Усовершенствованная методика расчета нагрузки от воздействия поля ровного льда заключается в следующем. Нагрузка от движущегося с любой скоростью ледяного поля на отдельно стоящее сооружение с вертикальной поверхностью (или наклонной, с углом наклона к горизонту

о

р>83 ) в виде цилиндра, многогранника, призматической опоры прямоугольного поперечного сечения или с передней гранью треугольного очертания рассчитывается по формуле

Рь,р=ткукьЕсЫ1(1, (19)

где /и - коэффициент формы сооружения, принимаемый по табл. 6;

к, - коэффициент скорости деформации льда, принимаемый по

табл. 10 в зависимости от э ффективной скорости деформации льда непосредственно перед сооружением ёе, с"1, определяемой по формулам (из рекомендаций Американского института нефти, Мишеля и др.):

при ¿/¿¿<30; (20)

se=Vf/2b при £/¿¿>50 ; (21)

уу- - скорость движения льда, м/с, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается (в соответствии с рекомендациями Н.Н.Зубова и СНиПа) принимать Уу равной 3 % от среднесуточной скорости ветра за период времени с наибольшими ледовыми воздействиями;

къ - коэффициент смятия льда, определяемый при наличии данных кристаллографического исследования о строении ледяного

поля по формуле (16), а при их отсутствии допускается принимать кь по табл.9;

Таблица 10

¿е, с1 1СГ7и менее 510"5 (1...5)10~4 ю-3 5" 10'3 Ю^и более

0,1 0,9 1,0 0,8 0,5 0,3

Ь и А,* - обозначения те же , что в формуле (17) и др.;

Яс - прочностная характеристика льда при сжатии, МПа, вычисляемая по формуле

; (22)

N1 - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле, при этом м>3;

(С/ + А/) - сумма среднеарифметического значения максимальной прочности льда на одноосное сжатие в плоскости ху и доверительной границы случайной погрешности ее измерения, МПа, в /'-ом слое ледяного поля при температуре определяемая по опытным данным.

Методика испытания арктического льда на одноосное сжатие заключается в следующем. Образцы льда отбираются из N1 слоев ледяного поля так, чтобы их длинные оси были перпендикулярны направлению роста кристаллов, 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.

Перед испытанием образцы исследуемого слоя выдерживаются не менее чем один час при температуре слоя /,,°С, определяемой по опытным данным, а при их отсутствии - по формуле

где Zi - расстояние от нижней поверхности ледяного покрова до середины /'-го (рассматриваемого слоя), м.

Температура tu принимается равной:

- в период низких температур - средней температуре воздуха ta за время is (время установления линейного температурного распределения в ледяной поле данной толщины hd), предшествующее периоду времени с расчетным ледовым воздействием и определяемое по табл.11;

- в период высоких температур - температуре 4, если с момента перехода температуры воздуха через температуру tb в сторону положительных температур до периода времени с расчетным ледовым воздействием прошло время t¡ (время установления однородного температурного распределения в ледяном поле данной толщины h¿), определяемое по табл.11.

Температура tb определяется по выражению (из «Океанологических таблиц»)

tb=-0,051sw, (24)

где sw - соленость воды, %о.

Таблица 11

hd, м 0,5 0,75 1.0 1.5 2.0

т^сут 5 11 19 43 77

ti, сут 1,2 2,6 4,8 10,8 19,2

Испытательные машины должны быть устроены по типу машин с управляемой скоростью деформации, иметь автоматическую запись кривой нагрузка-деформация и обеспечивать измерение нагрузки с погрешностью не более ±5%.

Образцы сжимаются вдоль длинных осей.

Серия образцов (не менее 5 шт.) исследуемого слоя испытываете» при температуре I, и скорости деформации ёс, принимаемой по табл. 12.

Таблица 12

с -2 -10 -15 -23 и ниже

sc" 104, с'1 0,5 1,5 2,0 3,0

За результат испытаний серии образцов принимается величина С ± А, где С - среднее арифметическое значение прочности льда; А -доверительная граница случайной погрешности ее измерения, вычисляемая по формуле (6).

При отсутствии опытных данных допускается принимать (С, + А,) в зависимости от заданной доверительной вероятности и кристаллической структуры льда по табл. 1 при количестве жидкой фазы, рассчитываемом по выражениям (3)-(5).

Входящая в выражения (3)-(5) соленость льда (в соответствии с рекомендациями СНиПа и др.) принимается одинаковой по толщине ледяного поля и равной 0,2 от солености воды для льда с возрастом до 2 месяцев или 0,15 от солености воды для льда с возрастом 2 месяца и более.

Входящая в выражения (3)-(5) температура льда рассчитывается по формуле (23).

Строение ледяного поля (по толщине) определяется по данным кристаллографического исследования, а при их отсутствии допускается принимать, что однолетний ледяной покров морей и устьевых участков рек, впадающих в моря, состоит из зернистого и волокнистого льдов, причем, слой зернистого льда располагается в верхней части поля, а его толщина относится к толщине слоя волокнистого льда как 1:4; многолетний ледяной покров состоит из зернистого льда.

В случае возможного смерзания льда с сооружением в период времени с наибольшими ледовыми воздействиями следует выполнять контрольный расчет нагрузки от его внезапной подвижки по формуле (19), принимая значения коэффициента т = 1,26 - для сооружений в виде цилиндра (конуса) или многогранника или т = 1 - для сооружений с передней гранью треугольного очертания или в виде прямоугольника (табл.6), а ку- 1.

Точка приложения нагрузки (на основании анализа эпюр Нс при /?г = 0,2 /¡¿, И/ = 0,8 И4 и различных комбинациях температуры и солености) принимается ниже расчетного уровня воды на 0,2йЛ м.

Методика оценки нагрузки от воздействия крупного нагромождения смерзшегося торосистого льда на шельфовое сооружение заключается в следующем. Полагается (на основании данных В.Б.Бородачева и др.), что такое ледяное образование состоит из трех частей. Верхняя его часть (парус), расположенная выше уровня воды, представляет собой нагромождение обломков льда, средняя (консолидированная, смерзшаяся) часть -сморозь обломков льда, а нижняя часть (киль) - рыхлую упаковку тертого льда, шуги, обломков льда. Прочность сморози зависит от ее полостности

(степени заполнения) и прочности зернистого льда, образующегося между реками льда.

Принимается (по данным Кроасдейла и др.), что температура в сморози изменяется линейно от /0 до 4 . Температура на границе верхней и смерзшейся частей ледяного образования ¿о, "С , определяется в соответствии с теорией теплопроводности для составных плоских тел по соотношению

Н-гь = 1 1а-1Ь ад^йю+г

(25)

где 4- температура замерзания воды,°С, определяемая по выражению (8); 4 - среднесуточная (за время наступления установившегося температур-. ного режима в смерзшейся части ледяного образования, предшествующее периоду времени с расчетным ледовым воздействием) температура воздуха , °С; 7,6 - численное значение отношения теплопроводности смерзшейся и верхней (сыпучей) частей ледяного образования (по данным Р.И.Донченко); ¡кт - отношение толщин верхней и смерзшейся частей ледяного образования.

Прочностная характеристика сморози при сжатии Кс,т, МПа, определяемся по формуле (подобной формуле В.Л.Цурикова для структурной модели прочности морского льда)

(26)

где ц/ - коэффициент пористости сморози; (1-\|/)- коэффициент заполнения сморози; ст^ - максимальная прочность зернистого льда на сжатие, МПа, принимаемая по табл.13 (данные которой получены по табл.1 в части зернистого льда при различных комбинациях температуры и солености).

Таблица 13

Л',,%0 Средняя температура сморози ((0+(ь)/2,°С

-2 -5 -10 -15

стс.е, МПа (при а = 0,99)

1 и менее 3,0 5,4 6,9 7,3

3 1,2 2,3 4,1 5Д

5 1,0 1,5 2,6 3,5

10 0,6 1,0 1,2 1,7

Нагрузка от паруса и консолидированной части движущегося с любой скоростью ледяного образования на отдельно стоящее вертикальное сооружение рассчитывается по формуле

Fr =krmgkvkb,gRc,mbhm (27)

где кг - коэффициент торосистости льда*, принимаемый (в соответствии с рекомендациями СНиПа и данными С.С.Варданяна и др.) для Белого и Берингова морей, акваторий западного и центрального секторов Арктики равным 1,5, а для Дальневосточных морей и акваторий восточного сектора Арктики - 2; mg - коэффициент формы опоры в плане, принимаемый по табл. 14; kv - коэффициент скорости деформации сморози, определяемый так же, как в формуле (19); при этом, вместо hd следует использовать hm\

кь,g - коэффициент смятия льда, принимаемый по табл.7; при этом вместо hi следует использовать hm\ hm - толщина смерзшейся части ледяного образования, м.

Таблица 14

Коэф^ищит формы 000{ЛЯСКСТ в П1ИЕ ЦН onyicr-ши смрзания \ЕЩ> НИМ И •ГВДПШМ обрГШЬ ним Для сооружений с передней гранью треугольного очертания при угле заострения 2у, град Для сооружений в виде цилиндра или многогранника Для сооружений прямоугольного сечения

45 60 75 90 120

т. 0,43 0,49 0,54 0,61 0,73 0,85 1

Нагрузка от воздействия киля торосистого ледяного образования определяется как нагрузка от зажора по рекомендациям п.5.14

СНиП 2.06.04-82* (1995 г.).

* Коэффициент торосистости льда (по определению Д.Е.Хейсина и др.) представляет собой отношение приведенный толщины торосистого образования к толщине консолидированной (смерзшейся) части.

Суммарная (глобальная) нагрузка на сооружение определяется как

Формулы (19) и (27) являются по существу усовершенствованными формулами К.Н.Коржавина. Входящий в эти формулы новый коэффициент ку представляет собой отношение нагрузки при любой заданной эффективной скорости деформации льда, определяемой в зависимости от скорости его движения и ширины сооружения по формулам (20) и (21), к наибольшей нагрузке, имеющей место при ¿е =(1...5) • ЮЛ;"1.

Значения коэффициента ку (табл.10) определены на основании данных Пейтона о зависимости нагрузки от скорости движения льда и результатов выполненных автором экспериментальных исследований зависимости прочности арктического льда на одноосное сжатие от скорости деформации. Этот коэффициент делает формулы (19) и (27) универсальными. В итоге эти формулы позволяют вычислять не только нагрузку при любой скорости движения льда, но и максимальные нагрузки от его навала и температурного расширения. При расчете последних принимается £„=0,1.

Границы применения разработанных методик расчета ледовых нагрузок следующие.

чУгол наклона передней грани сооружения к горизонту р > 83 град.

Площадь воздействующего на сооружение ледяного образования (или суммарная площадь нескольких сплоченных образований, оказывающих давление друг на друга) должна быть больше критической площади, определяемой по формуле

Ас= 2Р/(х-х0/2)/ Ар,у/, (28)

где Pf - нагрузка, вычисляемая для ровного льда по формуле (19), а для смерзшегося торосистого льда - по формуле (27); х - заданное расстояние врезывания сооружения в лед; х0 - расстояние, необходимое для внедрения в лед сооружения на полную свою ширину (для сооружения с передней гранью в виде прямоугольника принимается х0 = 0); И принимается для ровного льда равной его расчетной толщине А«/, а для смерзшегося льда - его приведенной толщине кг Ит\ к, - коэффициент торосистости льда; Ит - толщина консолидированной части смерзшегося торосистого льда; р, - плотность льда; V/ - скорость движения ледяного образования.

Отношение ширины сооружения к толщине воздействующего ледяного образования должно бьггь меньше критического отношения, определяемого по формуле

где Л - толщина ровного льда или смерзшейся части торосистого льда; для ровного льда Оь ~ к ¡Л с, а для смерзшегося торосистого льда аь = кЬггДст\ кь и кь& - коэффициенты смятия льда, принимаемые по табл.9 и 7 соответственно; Кс и Яс,т - прочностные характеристики льда, вычисляемые по (22) и (26) соответственно; Е! - статический модуль упругости льда.

Значения параметра (Зс установлено на основании результатов вероятностных расчетов Берха, согласно которым при угле наклона передней грани сооружения к горизонту (3 < 70° лед разрушается исключительно изгибом; при 70° < р < 83° лед разрушается одновременно как вследствие изгиба, так и сжатия (т.е. наблюдается комбинированное разрушение), а при Р > 83° лед разрушается только при сжатии. Отсюда можно полагать, что (Зс= 83°.

Формула для определения параметра Ас получена из условия равенства кинетической энергии ледяного образования и энергии, необходимой для врезывания сооружения в лед на заданное расстояние х (определяемой, исходя из предположения, что в процессе внедрения сооружения на полную свою ширину сила взаимодействия между сооружением и льдом изменяется от 0 до Р/ , оставаясь неизменной в процессе последующего врезывания).

Формула для определения параметра (Ь/И)с получена из условия равенства предельной нагрузки, соответствующей потере устойчивости участка ледяного образования перед сооружением, и предельной разрушающей нагрузки для льда.

Представляет научный и практический интерес сравнение рекомендаций автора с рекомендациями раздела 5 СНиП 2.06.04 - 82* (1989г.), ВСН 41.88 и др. Сравнительные расчеты показали, что разработанная методика расчета нагрузки от ровного льда дает в части определения максимальной нагрузки (при К = 1) результаты хорошо согласующиеся с рекомендациями ВСН 41.88 - отличие составляет не более 10%. Удовлетворительно согласуется разработанная методика с рекомендациями раздела 5 СНиП 2.06.04 - 82* (1989 г.) в части определения на-

(29)

грузки при хрупком разрушении льда (при kv = 0,3) - отличие составляет не более 20%.

Хорошо согласуются результаты расчета глобальной нагрузки от смерзшегося торосистого льда с результатами вероятностных расчетов Водри (США) и Райта (Канада) нагрузок при повторяемости 1 раз в 100 лет для условий нефтяного месторождения «Приразломное» и северовосточного шельфа о.Сахалин - отличие составляет не более 10%.

Если движущийся лед плотно соприкасается с сооружением, то нужно иметь в виду, что даже небольшие силы трения при длительном воздействии могут вызвать истирание материала на поверхности сооружения. В связи с этим в зарубежной практике морского гидротехнического строительства получила широкое распространение защита поверхностей сооружения на уровне действия льда специальными ледостойкими покрытиями, прежде используемыми только в кораблестроении. С целью выбора лучшего защитного покрытия для условий Арктики автором в холодильной камере ВНИИГа проведены лабораторные сравнительные испытания образцов отечественных и зарубежных покрытий (представленных НПФ «Пигмент»), которые включали в себя эксперименты по определению адгезии аа, динамического коэффициента трения между покрытием и льдом /, истираемости покрытия льдом W.

ч В результате установлено, что лучшим с точки зрения адгезионных свойств (табл.15), стойкости к ударному воздействию и истиранию льдом (табл.17), за исключением фрикционных свойств (табл.16), является разработанное НПФ «Пигмент» покрытие ЭП-437 - аналог наиболее известного в мировой практике покрытия INERTA-160, выпускаемого фирмой «Teknos Winten> (Финляндия). Проведенные специалистами НПФ «Пигмент» натурные испытания покрытий ЭП-437 и INERTA-160 (нанесенных на работающие в одинаковых условиях контрольные участки ледоколов и судов ледового плавания во время их плановых осмотров в сухих доках) в Арктике (табл.18) подтвердили такой вывод. На этом основании для защиты морских гидротехнических сооружений в арктических условиях рекомендуется покрытие ЭП-437.

Таблица 15

Покрытие Температура,°С

-5 -15 -25

с7а, МПа (при а=0,95, «/=10)

INERTA-160 0,14±0,02 0,25±0,03 0,35±0,05

ЭП-437 0,08±0,01 0,15±0,02 0,21±0,02

Таблица 16

Покрытие Скорость движения образца покрытия по льду V, м/с

0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

02, МПа (при а=0,95, и, =10)

ШЕЯТА-160 6,7±0,7 6,2±0,7 5,3±0,6 4,8±0,6 4,5±0,6 4,3±0,6

ЭП-437 7,7±0,8 7,1±0,8 6,0+0,7 5,5±0,7 5,1±0,7 4,7±0,7

Таблица 17

Покрытие Давление на покрытие ст, МПа

0,025 од 0,5 1,0

IV-] О6, г/(см2-ч) (при а=0,95, п, =3, V = 1 м/с)

ЩЕ11ТА-160 0,6+0,2 2,0±0,7 — —

ЭП-437 0,3+0,1 0,9+0,3 2,1±0,6 2,5+0,8

Таблица 18

Название судна Дата Сохранность покрытия, %

окраски осмотра ЭП-437 ШЕПТАЛО

А/л «Арктика» июль 1985 г. сашбрь1987г. 90-95 50-70

Т/х «Александр Прокофьев» озгоррь 1985 г. июль 1988 г. 50 50

Т/х «Двинолес» июль 1986 г. август 1988 г. 100 40

А/л «Сибирь» сашбрь 1986 г. озяюрь 1990г. 60-70 20-40

Результаты исследований нагрузок и воздействий льда на сооружения внедрены в новый СНиП - раздел 5* «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» СНиП 2.06.04-82* (1995 г.), который разрабатывался ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева (ответственный исполнитель - автор настоящего диссертационного исследования) в 1991г. по заданию Госстроя СССР и в 1992г. по заданию Госстроя России. В этот документ включены основные положения методик испытаний арктического льда на одноосное сжатие, определения его прочностной характеристики при сжатии и расчета ледовой нагрузки, в том числе формулы (19) - (22), а

также данные о прочности арктического льда на одноосное сжатие (табл.1), времени установления линейного или однородного температур--ного распределения в ледяном поле (табл.11), критической скорости деформации арктического льда (табл.12), коэффициентах формы сооружения (табл.6), смятия и скорости деформации арктического льда (табл.9 и 10). Перечисленные материалы детально рассмотрены Всесоюзным и Всероссийским научно-техническими совещаниями по переработке СНи-Па (г.Ленинград, 1991г., 1992г.), признаны соответствующими современному уровню знаний в области ледоведения и ледотехники, механики и физики льда и отвечающими сегодняшним потребностям морского гидротехнического строительства, одобрены и рекомендованы для включения в проект нового нормативного документа. Первая редакция проекта норм положительно оценена специалистами Гидропроекта, Ленгидропроекта, Ленгипроречтранса, Союзморниипроекта, ВНИПИморнефтегаза, ААНИИ, СПбГАВТ, СПбГТУ, СибГАПС и МГСУ. Вторая редакция проекта норм, после рассмотрения комиссией Ученого совета ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева и утверждения в установленном порядке Главным управлением стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России, постановлением Минстроя России от 13 июля 1995г. № 18-66 введена в действие с 1 июля 1996г. на территории Российской Федерации как Изменение № 2 СНиП 2.06.04-82* (см. «БСТ» № 9-11, 95). Окончательная редакция указанного Изменения опубликована в переизданном в 1995г. СНиП 2.06.04-82*. Это Изменение также принято Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации и техническому нормированию.

Кроме этого, результаты исследования внедрены в проектную документацию ЦНИИпроектстальконструкции, Гидропроекта, СПбМБМ «Малахит», ЦКБ МТ «Рубин» и других организаций. Так, например, ЦНИИпроектстальконструкцией на стадии концептуального проектирования возводимых на северо-восточном шельфе о.Сахалин стационарных гидротехнических сооружений использованы данные о ледовых нагрузках в этих условиях, полученные по формуле (19). Гидропроектом на стадии концептуального проектирования Мезенской ПЭС использованы полученные по формуле (19) данные о ледовых нагрузках в условиях Белого моря. Также Гидропроектом на стадиях концептуального проектирования и ТЭО Тугурской ПЭС использованы полученные по формулам (19) и (27) данные о нагрузках от ровного льда и стамух в условиях Охотского моря. Данные о нагрузках от ровного, слоеного и смерзшегося торосистого льдов в условиях нефтяного месторождения «Приразломное», полученные по формулам (19) и (27), использованы СПбМБМ «Малахит» на стадии концептуального проектирования приемораздаточного терминала

и ЦКБ МТ «Рубин» на стадиях концептуального проектирования и ТЭО стационарной нефтегазопромысловой платформы. Данные о нагрузках в условиях Карского моря, полученные по формуле (21), использованы СПбМБМ «Малахит» на стадии концептуального проектирования буровой платформы и приемораздаточного терминала для Харасавейского ГКМ и буровой платформы для Крузенштерновского ГКМ.

Также, результаты исследования внедрены в научно-техническую документацию Ленморниипроекта, НПФ «Пигмент» и других организаций. Например, результаты лабораторных испытаний защитных покрытий (табл. 15-17) использованы НПФ «Пигмент» в технической документации на новое отечественное ледостойкое покрытие ЭП-437.

Заключение

В диссертационном исследовании представлены результаты теоретического обобщения разработанных автором экспериментальных и расчетных методов и полученных данных о физико-механических свойствах арктического льда и предельных нагрузках от него, выявленных закономерностей взаимодействия сооружений со льдом в арктических условиях, позволяющего решать проблему обеспечения надежности и экономичности возводимых сооружений, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Основные научные, практические результаты и выводы, полученные в диссертации следующие:

1. Усовершенствована методика расчета нагрузок от воздействия полей ровного льда при любой заданной скорости их движения. Это достигнуто прежде всего за счет введения в расчеты нового коэффициента скорости деформации льда и уточненных значений коэффициентов формы сооружения и смятия льда, разработки на основе концепции пластического разрушения льда методики определения прочностной характеристики ледяного поля при сжатии при любой заданной доверительной вероятности с учетом его кристаллического строения, солености и температуры, а также использования надежных экспериментальных данных о прочности арктического льда, полученных с помощью специально разработанной методики его испытания при одноосном нагружении.

2. Выполнен анализ предельных нагрузок от арктического льда, возникающих в процессе его взаимодействия с сооружениями разной формы в плане при различных условиях на границе лед-сооружение, в результате которого уточнены значения коэффициентов формы сооружения и смятия арктического льда.

Полученные верхние оценки предельной нагрузки от арктического льда завышены в 1,5-2,4 раза. Это завышение учитывается в расчетах ледовой нагрузки с помощью общепринятого в ледотехнике коэффициента неполноты соприкасания мея^ду льдом и сооружением (называемого за рубежом контактным коэффициентом), являющегося, по-видимому, и своего рода масштабным коэффициентом.

3. Обобщены полученные экспериментальные данные о физико-механических свойствах арктического льда: о характере разрушения, деформации, пластичности и прочности при одноосном нагружении и о влиянии на них скорости деформации, структуры, температуры и солености льда, ориентировки оптических осей кристаллов и других факторов.

При этом, в частности, установлено следующее.

При скоростях деформации е < 10'4 с"1 наблюдается пластическое разрушение, при 5-10"4 <е < 10"2 с"1 имеет место хрупко-пластическое разрушение, а при ё > 10*2 с"1 наблюдается хрупкое разрушение.

С увеличением скорости деформации от ноля в области пластического разрушения прочность арктического льда увеличивается от предела текучести, достигая максимума при переходе от пластического разрушения к хрупко-пластическому. Затем прочность льда с увеличением скорости деформации уменьшается.

Предел текучести для зернистого льда составляет примерно 0,2 от его максимальной прочности, а для волокнистого льда - 0,1.

Критическая скорость деформации арктического льда (при которой происходит переход от пластического разрушения к хрупко-пластическому и наблюдается максимальная прочность) зависит от его структуры и температуры. При одинаковой температуре критическая скорость деформации для зернистого льда выше, чем для волокнистого льда. С понижением температуры от минус 2 до минус 23 °С критическая скорость деформации арктического льда существенно увеличивается. При более низкой температуре она практически постоянна и равна критической скорости деформации для однотипного по кристаллической структуре пресноводного льда. Влияние солености льда на критическую скорость деформации не обнаружено.

Отношение предельных сжимающих и растягивающих напряжений для арктического льда при переходе от пластического разрушения к хрупко-пластическому С/Т = 3.

Реологическая кривая для арктического льда подобна реологической кривой Бингама-Шведова для идеализированного упруговязкопла-стического тела.

4. Разработан на основе результатов диссертационного исследования раздел 5* ныне действующего СНиП 2.06.04-82* в части определения ледовых нагрузок на морские гидротехнические сооружения, соответствующий современному уровню знаний в области ледотехники и физики льда и реальным условиям морского гидротехнического строительства.

5. Разработана методика оценки глобальной нагрузки от крупного нагромождения смерзшегося льда, которая может служить основой для решения задачи нормирования такой нагрузки. При этом определяющими будут вопросы об обеспеченности используемых исходных данных и способе учета вклада в глобальную нагрузку нагрузки от надводной части (паруса) нагромождения.

6. Выбрано, на основании полученных экспериментальных данных об адгезионных и фрикционных свойствах, стойкости к ударному воздействию и истиранию льдом отечественных и зарубежных специальных ледостойких покрытий, лучшее покрытие для защиты поверхностей морских гидротехнических сооружений в условиях Арктики - ЭП-437, разработанное НПФ "Пигмент" и состоящее из эпоксидной смолы с модификатором, отвердителя аминного типа, пигментов и наполнителя.

7. Результаты исследования внедрены в новый СНиП - раздел 5* «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» СНиП 2.06.04 - 82* (1995 г.), в проектную документацию ЦНИИпроектстальконструкции (на стадии концептуального проектирования возводимых на северовосточном шельфе о.Сахалин стационарных гидротехнических сооружений), Гидропроекта (на стадии концептуального проектирования Мезенской ПЭС и на стадии ТЭО Тугурской ПЭС), СПбМБМ «Малахит» (на стадии концептуального проектирования приемораздаточного терминала для нефтяного месторождения «Приразломное», буровой платформы и приемораздаточного терминала для Харасавейского ГКМ и буровой платформы для Крузенштерновского ГКМ) и ЦКБ МТ «Рубин» (на стадиях ТЭО и рабочего проектирования стационарной платформы для нефтяного месторождения «Приразломное»), а также в научно-техническую документацию Ленморниипроекта, НПФ «Пигмент» и других организаций.

По теме диссертационного исследования автором опубликованы следующие работы:

1. Потенциальная сопротивляемость морского ледяного покрова: Тезисы докл. к Всесоюзн. науч.-техн. совещ. 7-9 июня 1983г., г.Мурманск. -М.: Информэнерго, 1983, с.52-53.

2. Экспериментальные зависимости для определения пределов прочности морских льдов при различных скоростях деформирования:

Тезисы докл. к Всесоюзн. науч.-техн. совещ. 7-9 июня 1983г., г.Мурманск. - М.: Информэнерго, 1983, с.53-54.

3. Оценка потенциальной сопротивляемости ледяного покрова горизонтальному сжатию. - Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Борьба с ледовыми затруднениями на реках и водохранилищах при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений / ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - Л.: Энергоатомиздат, 1984, с. 142-145.

4. К расчету нагрузки от движущихся ледяных полей на вертикальные опоры гидротехнических сооружений. - Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1994, т.228, с.21-25.

5. К расчету нагрузки от движущихся стамух на вертикальные опоры шельфовых сооружений. - Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1994, т.228, с.25-28

6. О проекте новой редакции СНиПа по определению ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения. - Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Ледотермические аспекты экологии в гидроэнергетике / АО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева». - Спб.: Изд-во АО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 1994, с. 157-168.

7. Физико-механические свойства арктического льда. - Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1996, т. 230, с.580-589.

8. Ледостойкие покрытия для защиты подводной части ледоколов и шельфовых сооружений. - Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1994, т.228, с.36-39 (соавторы: И.ПМоисеева и Л.Г.Сидорова).

9. Прочность льда при различных скоростях нагружения. - Труды ААНИИ, 1983, т.379, с.72-75 (соавтор И.Г. Петров).

10. Влияние скорости нагружения на прочностные свойства морского льда при сжатии. - Труды ААНИИ, 1984, т.386, с.69-71 (соавтор И.Г. Петров).

11. Схема расчета предела прочности льда. - Труды ААНИИ, 1983, т.379, с.75-88 (соавторы: И.Г. Петров и Б. А.Федоров).

12. Связь скорости деформации с максимальной прочностью образцов морского льда при одноосном сжатии. - Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Борьба с ледовьми затруднениями на реках и водохранилищах при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений / ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - Л.: Энергоатомиздат, 1984, с.145-148 (соавтор С.В.Сипаров).

13. Исследование механических свойств морского льда методом одноосного сжатия. - Труды ААНИИ, 1984, т.386, с.44-52 (соавтор Б.А.Федоров).

14. Аналитический метод определения максимальной ледовой нагрузки на гидротехническое сооружение. -В сб.докладов по гидротехнике:

XVII конференция молодых научных работников/ ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 15-17 мая 1984г. -М.: Информэнерго, 1986, с.368-393 (соавтор Л.И.Филиппов).

15. Роль климатических условий и ледовых воздействий в выборе типа сооружений для обустройства месторождений на континентальном шельфе России. - II Международная конференция "Освоение шельфа арктических морей России", г.С.-Петербург, 18-21 сентября 1995г. (соавтор И.Н.Шаталина).

16. Современные подходы к расчету нагрузок от льда на гидротехнические сооружения континентального шельфа арктических морей России. - Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1994, т.228, с.9-21 (соавторы: Д. Д.Лаппо и И.Н.Шаталина).

17. Определение ледовой нагрузки на элементы морских гидротехнических сооружений. - Гидротехническое строительство, 1986, №7, с.27-29 (соавтор А.Л.Гольдин).

18. О методике проведения испытаний льда на сжатие. - Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1984, т. 175, с.72-77 (соавторы: С.М.Алейников, В.Е.Ляпин и И.Н.Шаталина).

19. Поведение морского льда в упругой, упругопластической и пластической областях. -Труды ААНИИ, 1983, т.379, с.88-92 (соавторы: В.А.Никитин, В.Н.Смирнов, Б.А.Федоров и А.И.Шушлебин).

20. Исследование и разработка лакокрасочных покрытий для судов ледового плавания. - Труды Международной конференции по судостроению. Секция В: Гидродинамика судов/ ЦНИИ им.А.Н.Крылова. - СПб.: Изд-во ЦНИИ им.А.Н.Крылова, 1994, с.285-290 (соавторы: Э.Ф.Ицко и Л.Г.Сидорова).

21. Determination of the ice load on piles of fixed offshore structures.-Proc. POAC Intern. Conference, 10th, Sweden, 1989, v.l, p.518-526.

22. Experimental study into mechanical properties of sea ice. - 10th IAHR Ice Symposium, 1990,Espoo, Finland.

23. Experimental Research on strength of Coating for Submerged Parts of Ice-Breakers and off shore structures. - Intern. Offshore and Polar Engineering Conferece, 1st, Edinburg, Scotland,1991 (coautors: I.P.Moiseeva and L.G. Sidorova).