Список использованных нормативных документов и технической литературы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

Инженерная школа

Кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений

08.04.01 «Строительство»

«Морские гидротехнические сооружения и сооружения водных путей»

Отчет

Расчет ледовой нагрузки на морские сооружения

Выполнил магистрант гр. 3119(а):

Клепикова В.В

Проверил: д.т.н. Уварова Т.Э.

«____» _______________ 201__г.

Владивосток

2018

1 Расчет ледовой нагрузки по СП 38.13330.12 [1]

1.1 Прочностные характеристики ледяного покрова:

Предел прочности льда при сжатии (формула 1):

(1)

Предел прочности льда при изгибе (формула 2):

(2)

где, N=4 - количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле

C_i - значение прочности льда на одноосное сжатие

Δ_i - доверительная граница случайной погрешности определений

C_b и Δ_b - значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа, в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре t_b и доверительная граница случайной погрешности определений Cb, МПа;

Температура верхней кромки льда Т= - 30°С, температура нижней кромки льда Т= - 1,8 °С. Снег на поверхности льда отсутствует.

Температура по толщине льда изменяется линейно (см. рисунок 1)

Рисунок 1 – Схема распространения температуры по толщине льда

Количество жидкой фазы (соляного раствора) в слое ледяного поля ξ по формулам 3 (таблица 16 [1]):

(3)

Прочность льда на одноосное сжатие Сi в зависимости от количества жидкой фазы во льду для каждого слоя (табл. 16 [1]). Доверительная вероятность α=0,99 (сооружения первого класса):

С₁±Δ₁=7,24±0,7 МПа;

С₂±Δ₂=6,0±0,7 МПа;

С₃±Δ₃=2,44±0,38 Мпа;

С₄±Δ₄=1,04±0,16 МПа.

Рисунок 2 - Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на сооружение из системы вертикальных колонн

2.2 Нагрузку от воздействия движущихся ледяных полей на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо определять: на отдельно стоящую опору (рисунок 2) с передней гранью в виде треугольника

(4)

где, v=0,03×40=1,2 м/c - скорость движения ледяного поля. Для морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3%-ному значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения

hd=0,9 – высота ледяного поля;

m=1,26 - коэффициент формы опоры в плане (полуциркульное очертание) (таблица 17 [1])

А=25000000м² – площадь ледяного поля

kb=1,02 - коэффициент, принимаемый по таблице 18, при b/hd=22,22;

b=20 м

kv=0,3 - коэффициент, принимаемый по таблице 19 (εe =10^-2)

εe=v/ki×b=1,2/2,55×20=0,023

ki=2,023 – значение между b/hd<15при b/hd>25

γ=70° (tg 70=2,74) - половина угла точки передней стороны опоры в плане на уровне воздействия льда; для опоры в виде многогранника или полукруглого контура необходимо принять γ = 70°

2.1.2 Максимальная скорость, учитывающая скорость приложения нагрузки с которой начинается зона хрупкого разрушения, составляет 0,15 м/с, минимальная - 0,01 м/с. При этом, нагрузка Fc.p, определенная по формуле (4), не может быть больше нагрузки Fb.p, MH, определяемой по формуле 5

(5)

m=1 - коэффициент формы опоры в плане (в виде прямоугольника) (таблица 17 [1])

А=25000000м² – площадь ледяного поля

kb=1,03 - коэффициент, принимаемый по таблице 18 [1], при b/hd=22;

b=20 м - ширина опоры по фронту сооружения на уровне действия льда

kv=0,3 - коэффициент, принимаемый по таблице 19 [1] (εe =10^-2)

εe=v/ke×b=1,2/2,6×20=0,02=2×10^-2

v=0,03×40=1,2 м/c - скорость движения ледяного поля. Для морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3%-ному значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения

ke=2,6 – при b/hd=22

2.1.3 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн Fp (см. схему сооружения) по формуле 6

(6)

где, nt=4 - общее число колонн в сооружении

К1 – коэффициент, определяемый по формуле 7

(7)

К2 –коэффициент, принимаемый по таблице 29 [1] (при b/a=20/60=0,3)

b/hd=22;

a=60 м – шаг колонн по фронту сооружения (см. схему сооружения)

b=25 м – ширина опоры по фронту сооружения на уровне действия льда

hd=0,9 – высота ледяного поля;

nf =2 число колонн в первом ряду по фронту сооружения

kn=0,4 – коэффициент принимаемый по таблице 20[1] (при nf×b/hd>25)

k=0,46 – коэффициент принимаемый по таблице 20[1] (при b/hd=22)

nf×b/hd=2×20/0,9=44,4

2.1.4 Нагрузку от воздействия движущегося ледяного поля в зависимости от скорости (результаты расчета в таблице 1, график на рисунке 3)

Таблица 1 – Зависимость нагрузки от скорости

ἐ	kv	v	Fcp	Fbp
0,0000001	0,1	0,000004046	0,00101	12,51528
0,00005	0,9	0,002023	1,52062	112,6375
0,0003	1	0,012138	9,61726	125,1528
0,001	0,8	0,04046	28,67313	100,1222
0,005	0,5	0,2023	113,34051	62,57639
0,01	0,3	0,4046	175,58636	37,54583

Рисунок 2 – Зависимость нагрузки от скорости

2.2 Расчет ледовой нагрузки по ISO 19906 [2]

2.2.1 В основе методики оценки прочности ледового поля по ISO 19906 [2] лежит понятие «осредненного давления льда» pG. При оценке масштабной прочности льда опираются на результаты масштабных измерений давления льда на гидротехнические сооружения.

Осредненное давление льда:

(8)

где, b=20 м – проектная ширина конструкции;

h=0,9 м – толщина ледяного поля;

h1- справочная толщина 1 м;

m – эмпирический коэффициент, m=-0,16;

n= -0,32 – эмпирический коэффициент, n=-0,50+h/5=-0,5+0,9/5 для h<1,0 м

С_R=2,8 (для арктических районов) – коэффициент прочности льда, равный осредненному давлению льда при значениях b и h – 1 м

- математическое описание «масштабного эффекта», выведенное эмпирическим путем

«Масштабный эффект» - эффект уменьшения осредненного давления льда при увеличении площадки контакта. Зависимость давления льда от площади воздействия и соотношения b/h выведена Т.Д. Сандерсеном.

2.2 Нагрузка от ледяного поля

(9)

2.3 Расчет ледовой нагрузки по API RP 2N [3]

F=p₁×D×t

(10)

F = 1,5×20×0,9=27 [МН]

где, p₁ – действующее разрушающее напряжение;

D=20 м – проектная ширина конструкции

t =0,9 м – толщина льда

А=25000000 м² – площадь ледяного поля

Действующее напряжение (p₁) от ледяного поля определяется в зависимости от факторов:

- 0,1 м²<A<29 м²-

- A>29 м², то p₁=1,5 [Мпа]

2.4 Расчет ледовой нагрузки по Elforsk rapport 09:55 [4]

Максимальная статическая сила, обусловленная дроблением льда по вертикальной структуре определяется по формуле 21:

H =k1 ×k2 ×k3 ×D ×h×σ_с

(11)

Н=0,9×0,5×1,10×20×0,9×3=26,73 [МН]

где, D=20 м – проектная ширина конструкции

h=0,9 м – толщина льда

k1=0,9 (для круглой формы) – коэффициент, учитывающий форму опоры при взаимодействии с ледяным полем

k2= 0,5 (для движущегося ледяного поля) – коэффициент, учитывающий движение ледяного поля с опорой сооружения

k3=1,10 – коэффициент, учитывающий отношение толщины ледяного поля к размеру опоры

σ_с=3 Мпа - прочность льда на сжатие (для движущегося ледяного поля ветра и течения в самое холодное время года)

2.5 Расчет ледовой нагрузки по CAN/CSA 471-04 [5]

(12)

Где, v=1,2м/c - скорость движения ледяного поля. Для морей допускается принимать скорость движения ледяного поля равной 3%-ному значению скорости ветра в расчетный период времени ежегодной вероятности превышения в зависимости от класса капитальности сооружения [1]. v=1,2×10^-5=0,000012 м/c [6]

v₀ =1,2×10^-3=0, 0012 м/c [6] – скорость хрупкого поведения

n=3

p₀ =1,2 МПа – расчетное давление льда [6]

2.6 Расчет ледовой нагрузки по GL 2005, IV-Part 6 [6]

Сила от воздействия ледяного поля (формула Iowa):

(13)

[МН]

где, t=0,9 м - толщина ледяного поля;

D=20 м – проектная ширина конструкции

k=0,36 (движение льда) – эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики взаимодействия ледяного поля

σс – прочность при сжатии (определяется по формуле 24)

Предел прочности при сжатии соленого льда:

(14)

МПа

Где, ἐ=10^-3 – коэффициент натяжения (скорость движения льда),

φ – пористость льда, ‰ по формуле 25

(15)

S=5 ‰ – соленость льда;

T=-14,1 – средняя температура льда по толщине, °С

2.6 Расчет ледовой нагрузки по EM 1110-2-1612 [7]

Сила от воздействия льда определяется по формуле 26:

F=Ar×p×D×h

(16)

F=1,07×1,5×20×0,9=28,89 [МН]

где, Ar - эмпирическим коэффициент учитывающий соотношение размеров высокоэффективного давления на малые пропорции, определяется по формуле 27

(17)

р - эффективное давление, 1,5 МПа для хрупкого дробления льда

h=0,9 м - толщина ледяного поля;

D=20 м – проектная ширина конструкции

Список использованных нормативных документов и технической литературы

1. СП 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. М.: Минрегион России, 2014 год

2. ISO 19906:2010(E). Petroleum and Natural Gas Industries – Arctic Offshore Structures

3. API RP 2N. Recommended practice for planning, designing and constructing structures and pipelines for Arctic conditions / Amer: Petroleum Inst. Bulletin. – Dallas, 1995.

4. Fransson L. Recommendations for design of offshore foundations exposed to ice loads: Elforsk rapport 09:55 / L. Fransson, L. Bergdahl. – April, 2009.

5. CAN/CSA-S471-92. General Requirements, Design Criteria, Environment, Loads. – National Standard of Canada, 2004.

6. Oil and Gas GmbH: General Terms and Conditions / Germanischer Lloyd. – Hamburg, 2005.

7. EM 1110-2-1612 (2002), Ice Engineering - Engineering and DesignManual, Army Corps of Engineers, USA

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 48; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!