2.Vp < Vo. По мере увеличения от нуля скорости движения нагрузки V возрастает интенсивность отпора воды, и одновременно растет амплитуда прогибов. При VVp амплитуда прогибов и интенсивность сил отпора значительно возрастают (резонанс). В интервале скоростей Vp < V < Vo интенсивность сил отпора меняет знак. С последующим ростом скорости VV() величина сил поддержания уменьшается и, переходя через нуль (при V = Vo), меняет знак на противоположный. По мере дальнейшего роста скорости амплитуда прогибов ледяного покрова неограниченно уменьшается.
3. Vp = Vo. В этом случае знак интенсивности отпора воды не будет меняться, т.е. вода будет всегда поддерживать ледяной покров. Резонанс наступает в момент, когда V = Vo. При сверхкритических скоростях движения нагрузки возникает одиночная волна изгиба, амплитуда которой по мере роста скорости стремится к нулю.
Таким образом, несмотря на то, что плавающий неограниченный ледяной покров и неограниченная поверхность чистой воды имеют бесконечный спектр частот, условия равновесия ледяной пластины позволяют из этого спектра выделить критическую частоту, являющуюся собственной частотой колебаний системы «лед-вода».
Анализ физических процессов, происходящих при распространении ИГВ в ледяном покрове, показывает, что максимальные прогибы и напряжения во льду возникают при скоростях движения нагрузки, близких к Vp. Поэтому случай V= Vp является расчетным при определении НДС ледяного покрова при действии на него нагрузки.
Рассмотренные физические явления характерны для установившегося процесса, т.е. спустя некоторое время после начала действия подвижной нагрузки. В начальный период значительную роль могут играть свободные колебания ледяного покрова.
Глава II. Выбор наиболее эффективных способов повышения несущей способности ледяного покрова
2.1. Результаты информационно-патентного поиска
В условиях северных регионов страны замерзающих рек со слабо развитой транспортной системой часто приходиться использовать ледяной покров в качестве автозимников и ледовых переправ. При недостаточной толщине льда и не очень низких температур использовать для этих целей ледяной покров затруднительно из-за недостаточной несущей способности. Это часто приводит к гибели автотранспорта или др. транспортных средств, в частности при аварийном использовании ледяного покрова в качестве для посадочных полос для самолетов.
Существующие методы и устройства для повышения прочности льда являются дорогостоющими и требуют больших трудозатрат (на льду сооружают специальные настилы из бревен что придает дополнительный вес и лед расслабляется (релаксация), а также уменьшается теплоизоляционные свойства), упрочняют лед путем полива, очищают поверхность льда от снега).
Для устранения известных недостатков этих способов и устройств на основе проделанного информационно-патентного поиска могут быть предложены следующие решения.
2.2. Классификация методов повышения несущей способности ледяного покрова.
2.2.1.Уменьшение температурного градиента:
2.2.1. Задачей заявляемого метода является создание ледяной платформы с такой грузонесущей способностью, которая будет обеспечивать безопасность движения по ней транспорта и надежные условия складирования грузов.
Это достигается повышением цилиндрической жесткости ледяной пластины D, которая в свою очередь зависит от толщины ледяного покрова σ [49].
Существенные признаки: Под воздействием низких температур (t<0 0C) в месте выработки траншеи (высотой h, шириной В) и после выработки сквозных отверстий 4 при полном замерзании воды 2 общая толщина ледяной грузонесущей платформы увеличиться, и станет равной σ = H1+ h, что приведет к увеличению ее цилиндрической жесткости D [Патент РФ № 2144967].
Где может использоваться: При создании платформы предназначенной для движения транспорта или хранения грузов на ледяной поверхности любой гидросистемы в зимний период времени или в районах Земли с круглогодичной температурой ниже 0 0С.
2.2.2. В данном методе используется компрессор 4, который через трубы 3 в отверстия 2 в ледяном покрове 1 закачивает холодный (t<00C) атмосферный воздух, тем самым понижает температуру ледяного покрова, что приведет к увеличению прочности льда и исчезновению воздушных полостей подо льдом, что приведет к интенсивному увеличению прироста толщины льда. Тем самым несущая способность ледяного покрова повыситься [Патент РФ № 2170790].
Где может использоваться: При создании платформы предназначенной для движения транспорта на ледяной поверхности любой гидросистемы в районах Земли с перепадами температуры по толщине ледяного покрова от 0 0С на нижней кромке до температуры окружающего воздуха на верхней кромке льда.
2.2.2.1. Данный метод является усовершенствованным по сравнению с 2.2.2. т.к. для увеличения несущей способности ледяного покрова используется ребра жесткости 4, которые образуют замкнутые по периметру области 5. После закачивания воздуха 7 в отверстия 6, воздух заполняет образованные области 5, тем самым повышает интенсивность нароста толщины ледяного покрова 1 [Патент РФ № 2161673].
Где может использоваться: При создании ледяной грузонесущей платформы предназначенной для хранения грузов на ледяной поверхности любой гидросистемы в районах Земли с перепадами температуры по толщине ледяного покрова от 0 0С на нижней кромке до температуры окружающего воздуха на верхней кромке льда.
2.2.2.2. Данный метод является усовершенствованным по сравнению с 2.2.2.1. т.к. для увеличения несущей способности ледяного покрова в образовавшиеся области 5 закачивается воздух вместе с переохлажденным легким, мелкодисперсным, обладающим теплоизоляционными свойствами материал, например древесные опилки, что приводит к более интенсивному увеличению прочности нижнего слоя ледяного покрова 1 и соответственно к повышению несущей способности всей ледяной платформы [Патент РФ № 2193621].
Где может использоваться: При создании ледяной платформы повышенной грузонесущей способности предназначенной для хранения грузов на ледяной поверхности любого акватория в районах Земли с перепадами температуры по толщине ледяного покрова от 0 0С на нижней кромке до температуры окружающего воздуха на верхней кромке льда.
2.2.3. Данный метод позволяет увеличить прочность нижних слоев льда посредствам помещения теплоизоляционного материала 3 через прорезь 2 и закреплении его вмораживанием кромки материала 4. После помещения такого материала произойдет уменьшение перепада температуры на верхней и нижней его поверхностях [5], тем самым температура нижнего слоя льда понизиться. Это увеличит прочность льда, а если материал изготовлен из непроницаемой для воды ткани и есть расстояние между льдом и материалом, то это приведет к интенсивному наросту толщины льда [Патент РФ № 2149945].
Где может использоваться: При создании платформы предназначенной для движения транспорта на ледяной поверхности акватория с подледным течением в районах Земли в зимний период времени.
2.2.Армирование
2.2.1. Данный метод решает задачу уменьшения прогибов льда, возникающих в ледяном покрове при действии на него внешних нагрузок при использовании ребер жесткости 3 образованных в результате выработки канавок 2 и действия низких температур [Патент РФ № 2141610].
2.2.1.2. Данный метод является усовершенствованным по сравнению с 5.2.1. т.к. ребра жесткости 3 создаются путем вмораживания в ледяной покров стальных труб 5, что тем самым убирает необходимость очистки канавок 2 от снега и образовывает не только ребра жесткости под ледяным покровом, но и над ним, тем самым более эффективно повышает грузонесущею способность ледяной платформы [Патент РФ № 2171335].
Где могут использоваться: При создании ледяной грузонесущей платформы предназначенной для хранения грузов на ледяной поверхности любой гидросистемы в районах Земли в зимний период времени с температурой ниже 00С.
2.2.3. Данный метод предлагает для создания безопасной переправы использовать стальные тросы 3, которые укладываются в ледяном покрове 1 по обеим сторонам от оси переправы в канавки 2 глубиной меньшей толщины льда и для предотвращения их утраты закрепляют концы троса на берегах 4 с помощью креплений 5. Тем самым нижний слой льда в составе ледяной переправы подвергается армированию, что приведет к возрастанию грузоподъемности последней [10]. Затем в канавках 2 сверлят сквозные отверстия 6 и после заполнения водой 7 и полного ее замерзания переправа готова к эксплуатации [Патент РФ № 2132898].
Где может использоваться: При создании ледяной переправы предназначенной для движения транспорта на речных акваториях в районах Земли в зимний период времени с температурой ниже 00С.
2.3. Применение свай
2.3.1. В данном методе ледяную переправу создают посредством возведения на ледяном покрове 1 надстройки образованной посредством погружения в сквозные отверстия 3 стальных труб 4 с заваренным придонным концом. Трубы опускают на дно акватория, таким образом, чтоб их верхний не заваренный конец выступал над ледяной поверхностью. После воздействия отрицательной температуры на стальных трубах происходит интенсивное намерзание льда 6 [5] необходимой толщины h, для создания ледяных опор необходимых для создания надежной переправы 2. [ Патент РФ № 2135685]
2.3.2. Данный метод является усовершенствованным по сравнению с 2.3.1. т.к. он заключается в интенсивном уменьшении прогибов льда, возникающих в ледяном покрове 1 при движении по нему грузов за счет формирования под ледяным покровом ледяных опор (свай) 9 и водяных столбов 10, заключенные в замкнутые объемы, имеющие свойство не сжимаемости [8], которые будут вести себя при реальных нагрузках от транспортируемых по льду грузов, как абсолютно жесткие конструкции, что приведет к созданию безопасной переправы [Патент РФ № 2164975].
Где могут использоваться: При создании ледяной переправы предназначенной для движения транспорта и транспортировки грузов на акваториях без подледного течения в районах Земли в зимний период времени с температурой ниже 00С.
2.3.3. Данный метод является усовершенствованным по сравнению с методом 2.3.2. т.к. он обеспечивает увеличение прочности соединения труб 4 с дном бассейна 5 и ледяным покровом 1. Это достигается в использовании труб концы, которых выполняют виде конусов, причем конус верхнего конца труб формируется под ледяным покровом.[Патент РФ № 2171331]
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
