Развитие методов расчета ледовой нагрузки на морские гидротехнические сооружения в условиях устойчивого припая

Несмотря  на  существенные  достижения  современной  ледотехники, в  научно-практической  деятельности  отсутствуют  эффективные  и  надежные  методы определения  ледовой  нагрузки  на  морские  гидротехнические  сооружения  (ГТС),  учитывающие физико-механические  свойства  льда  и  особенности  ледовой  обстановки.  Объектом  полевых исследований  стал  закрытый  залив  Шарапов  Шар  в  Карском  море,  ледовая  обстановка которого  характеризуется  наличием  устойчивого  припая  с  ровным  ледяным  полем. Предметом исследований стала ледовая нагрузка в закрытых заливах, имеющих устойчивый ледовый  припай  на  протяжении  всего  периода  максимальных  ледовых  воздействий.  Режим вязкопластической  работы  припайного  льда  обеспечивается  природно-климатическими и ледовыми условиями залива. Деформирование устойчивого припая происходит в контактной зоне  с  проектируемым  ГТС  в  состоянии  длительной  ползучести  без  накопления  деформаций и  разрушений.  Разработан  метод  определения  ледовых  нагрузок,  учитывающий  особенности устойчивого  ледового  припая.  Ледовые  нагрузки  на  ГТС  определяются  на  основе  исходной информации  о  ледовой  обстановке  в  районе  строительства  ГТС  для  периода  максимальных ледовых нагрузок. Для весеннего периода при определении глобальной ледовой нагрузки от ровного льда  на  линейно  протяженное  сооружение  с  вертикальной  гранью  рекомендовано  принимать значение  поправочного  коэффициента  kv  =  0.055.  Расчетная  ледовая  нагрузка  на  сооружение должна  приниматься  максимальной  из  всех  нагрузок  для  рассматриваемых  фаз  ледового режима.  В  условиях  вязкопластических  деформаций  льда  за  расчетную  нагрузку  на  ГТС принимают нагрузку в момент взлома припайного льда, превышающую значение, наблюдающееся при  вязкопластической  работе  ледяного  поля  и  устойчивом  припае.  Разработанный  метод можно  реализовать  только  после  включения  в  действующие  нормативные  документы соответствующих  методических  положений.  Результаты  численного  моделирования  ледовой нагрузки  на  основании  действующей  нормативной  базы  не  дали  возможности  обосновать применение гравитационного ГТС для условий акватории залива Шарапов Шар. А предложенный расчетный  метод  оценки  ледовой  нагрузки,  учитывающий  особенности  ледовой  обстановки, позволил обосновать возможность применения гравитационного ГТС.

1. Соломатин С.В. Совершенствование метода расчета ледовой нагрузки на гидротехнические сооружения в условиях устойчивого припая: Дис. … канд. техн. наук / ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». М., 2022. 147 с.

2. Соломатин С.В. Совершенствование метода расчета ледовой нагрузки на гидротехнические сооружения в условиях устойчивого припая: Автореф. дис. … канд. техн. наук / ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет. М., 2022. 24 с.

3. Соломатин С.В., Козлов Д.В. Учет особенностей ледовых условий для повышения экологической эффективности проектов гидротехнического строительства на российском арктическом шельфе // Природообустройство. 2021. № 1. С. 47-63.

4. СП 38.13330.2018. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. URL: http://docs.cntd.ru/document/553863434.

5. ВСН 41.88 Проектирование ледостойких стационарных платформ. М.: Миннефтепром СССР, 1988. 136 с.

6. Правила морского регистра судоходства. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2022.

7. Афанасьев В.П. Разработка и совершенствование методов расчета нагрузок на вертикальные сооружения шельфа от морских ледовых образований: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. М.: МГСУ, 2007. 38 с.

8. Вершинин С.А., Трусков П.А., Кузмичев К.В. Воздействие льда на сооружения Сахалинского шельфа. М.: Институт Гипростроймост, 2005. 208 c.

9. Вершинин С.А. Воздействие льда на морские сооружения шельфа // Водный транспорт. М.: ВИНИТИ, 1988. Т. 13. 219 с.

10. Гладков М.Г. Нагрузки и воздействия льда на морские гидротехнические сооружения: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. СПб.: ВНИИГ, 1997. 45 с.

11. Беллендир Е.Н. Научное обоснование проектирования гравитационных опорных блоков морских ледостойких платформ и их сопряжения с грунтовым основанием: Дис. … д-ра техн. наук. СПб., 2006. 284 с.

12. Уварова Т.Э. Истирающее воздействие дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Владивосток: ДВФУ, 2015. 35 с.

13. Weeks W.F. and Assur A. The mechanical properties of sea ice. CRREL Monograph II-C3, 1967.

14. Timco G. Proceedings of the 16th // IAHR International Symposium on Ice, 2. Ice Strength During the Melt Season. 2002. Рp. 187-193.

15. Frost H.J. and Ashby M.F. Deformation mechanism maps. Oxford: Pergamon Press, 1982. 166 p.

16. Mellor M. and Cole D.M. Deformation and failure of the ice under constant strain rate // Cold Regions Science and Technology. 1982. № 5.

17. Weeks W.F. and Mellor M. Mechanical properties of ice in Arctic seas // In Arctic technology and police. Proceedings of the 2nd Annual MIT Sea Grant. 1984.

18. Hallam S.D. The role of fracture in limiting ice forces // In IAHR1986. 86. Vol. 2. Pp. 287-319.

19. Соломатин С.В. Учет вязкопластических свойств льда для оптимизации проектных решений морских нефтегазопромысловых сооружений в заливе Шарапов Шар // Гидротехническое строительство. 2019. № 11. С. 16-21.

20. Sanderson T.J.O. Ice Mechanics: Risks to Offshore Structures // Grahamand Trotman. London, 1988. 253 р.

21. ISO/DIS19906 «Petroleum and natural gas industries – Arctic offshore structures». 2010. 466 p.