Ученые Политеха предложили новый метод расчета ледовых нагрузок на сооружения в Арктике
В условиях Арктики ледовая нагрузка является критическим фактором, который следует учитывать при строительстве сооружений. Ученые Передовой инженерной школе (ПИШ) «Цифровой инжиниринг» СПбПУ скорректировали рекомендации для учета нагрузок на многоопорные сооружения при ледовых подвижках и термическом расширении льда.
Исследователи тщательно изучили все формулы и методики расчета ледовых нагрузок в существующих нормативных документах и сформулировали ряд предложений по их улучшению. С помощью цифрового моделирования ученые выполнили расчеты для типовой конструкции свайного основания, включающей несколько рядов свай, и определили, с какой скоростью и силой ледовый покров должен столкнуться со сваями, чтобы повредить сооружение. При этом авторы использовали как теоретические подходы, так и экспериментальные данные арктических экспедиций.
«Морской лед очень коварный анизотропный материал, так как он может разрушаться и хрупко, и пластично и принимать очень много форм. Самый известный случай трагичного взаимодействия льда с объектом — это крушение «Титаника» после столкновения с айсбергом, однако, существуют не настолько явные, но не менее опасные воздействия льда на возведенные человеком сооружения. Это и нагромождение обломков льда, и обмерзание и вмерзание сооружений, и многие другие как динамические, так и статические воздействия льда на построенные и строящиеся объекты Арктики. Так, например, известны случаи сильной вибрации шельфовых платформ из-за льда, мешающие их нормальной эксплуатации», — пояснил заведующий Лабораторией фундаментальных основ ледотехнических исследований ПИШ СПбПУ, кандидат технических наук Дмитрий Шарапов.
Результаты моделирования показали, что хрупкое дробление льда, которое преобладает при скоростях дрейфа льда, превышающих 0,1 м/с, не приводит к максимальным ледовым нагрузкам. Максимальные же нагрузки возникают при скорости движения льда в диапазоне 0,003–0,1 м/с.
На основе проведенного анализа авторы предложили новый метод расчета нагрузок на ряды свай, а также составили конкретные рекомендации для инженеров, проектирующих конструкции в Арктике.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.