Вероятностная оценка истирающего воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, доктор технических наук Уварова, Татьяна Эриковна

• Уварова, Татьяна Эриковна
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Уварова, Татьяна Эриковна

ВВЕДЕНИЕ.

1 ИСТИРАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА НА МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ.

1.1 Натурные исследования истирающего воздействия ледяного покрова.

1.2 Экспериментальные исследования истирающего воздействия ледяного покрова.

1.3 Теоретические исследования истирающего воздействия ледяного покрова.

1.4 Выводы.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТИРАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДРЕЙФУЮЩЕГО ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА НА МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Концептуальный подход к расчету глубины ледовой абразии.

2.3 Факторы, влияющие на глубину ледовой абразии, и основные допущения.

2.3.1 Параметры ледового режима, влияющие на глубину ледовой абразии.

2.3.2 Физико-механические характеристики ледяного покрова, влияющие на глубину ледовой абразии.

2.4 Математическое моделирование ледовых нагрузок и воздействий, вызывающих абразию материала конструкции сооружения.

2.4.1 Вероятностная имитационная модель формирования ледовых воздействий на морские гидротехнические сооружения.

2.4.2 Математическая модель формирования ледовых нагрузок и воздействий от ледяных полей.

2.4.3 Математическая модель формирования ледовых нагрузок и воздействий от обломков ледяных полей.

2.4.4 Математическая модель формирования ледовых нагрузок и воздействий от битого льда.

2.4.5 Математическая модель расчета глубины ледовой абразии. 138 2.5 Выводы.

3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТИРАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Численное моделирование ледовых истирающих воздействий.

3.3 Анализ результатов расчета.

4 ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГЛУБИНЫ ЛЕДОВОЙ АБРАЗИИ.

4.1 Методика верификации математических моделей ледовых истирающих воздействий.

4.2 Методика проведения экспериментальных исследований на сопротивление материалов ледовой абразии.

4.3 Экспериментальные исследования образцов бетона с маяков Балтийского моря на сопротивление ледовой абразии.

4.4 Расчет глубины ледовой абразии для финских маяков.

4.5 Верификация методики расчета глубины ледовой абразии.

4.6 Выводы.

5 ОЦЕНКА ГЛУБИНЫ ЛЕДОВОЙ АБРАЗИИ НА ПРИМЕРЕ ГРАВИТАЦИОННОГО БЕТОННОГО ОСНОВАНИЯ АРКУ ТУН-ДАГИ.

5.1 Методика расчета глубины ледовой абразии.

5.2 Экспериментальные исследования образцов бетона гравитационного основания Аркутун-Даги на сопротивление ледовой абразии.

5.3 Расчет глубины ледовой абразии бетонного основания гравитационного типа Аркутун-Даги.

5.4 Защита бетонных оснований гравитационного типа от ледовых воздействий.

5.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вероятностная оценка истирающего воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения»

Наличие огромных запасов углеводородного сырья в акваториях Мирового океана и рост потребности промышленности в данном типе ресурсов способствуют развитию добычи полезных ископаемых на шельфе морей и океанов.

Площадь морского шельфа у берегов России составляет 21 % площади шельфа Мирового океана (6,2 млн км ). Около 70 % этой площади перспективно с точки зрения добычи полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа, что составляет 4,0 млн км2 и соизмеримо с площадью нефтегазовых месторождений на суше России (6,0 млн км ) (Григоренко, Маргулис, 2004).

По прогнозной оценке, начальные извлекаемые ресурсы углеводородов на шельфе России достигают почти 100 млрд т условного топлива, в том числе о

16,7 млрд т нефти и конденсата и около 78,8 трлн м газа, что соответствует 20^25 % общего объема мировых ресурсов углеводородов (Белонин и др., 1999).

Наибольшая доля ресурсов, около 65,3 %, приходится на моря Западной Арктики: Карское (37,4 %), Баренцево (19,8 %) и Печорское (8,1 %). За ними, в порядке убывания, следуют Охотское (11,0 %), Восточно-Сибирское (7,0 %), Каспийское (4,6 %), Чукотское (4,2 %), море Лаптевых (3,7 %) и Берингово (1,4 %) (рис. 1) (Григоренко и др., 2007).

Углеводородный потенциал континентального шельфа России в целом способен обеспечить высокие уровни добычи углеводородов, которые при благоприятных условиях могли бы составить до 20 % всего предполагаемого объема добычи нефти и до 45 % всего объема добычи газа (Глумов, Мурзин, 2002).

Значительная часть шельфа России располагается в холодных морях Северного Ледовитого и Тихого океанов, которые характеризуются суровыми климатическими условиями и наличием дрейфующего ледяного покрова (рис. 1). В этих условиях морские гидротехнические и транспортные сооружения в течение длительного времени, а иногда и круглогодично, противостоят различным ледовым воздействиям. 5

ШЕЛЬФОВАЯ ДОБЫЧА УГЛЕВОДОРОДОВ В РОССИИ

ИСТОЧИКК. fiUSENERGY

ШТОКИАИОВСКОЕ

17-10 »11 X

ЧУКОТСКОЕ МОРЕ

БАЛТИЙСКОЕ МОРЕ

БАРЕНЦЕВО МОРЕ X

КАРСКОЕ МОРЕ

ЛРИРАЗЛОМНОЕ 320-340 2011

ТЕМРЮКСКО-АХТАРСКИЙ 10 «А

АЗОВСКОЕ J МОРЕ

П-ОВ ЯМАЛ ПРИЛИАЛЬСКНЙ ШЕЛЬФ 201«

Е I А

МОРЕ ЛАПТЕВЫХ

П-ОВ ТАЙМЫР X

ОБСКО ЛАЗОВСКАЯ ГУБА 11-1« СЕВЕРО КАМЕННОМЫССКОЕ КАМЕННОМЫССКОЕ МОРЕ ЧУГОРБЯХИНСКОЕ И ОБСКОЕ ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ЧЕРНОЕ МОРЕ

ТУАЛСИНСКИЙ ПРОГИБ

1000-2000 Н.Д

ЗАПАДНО

ЧЕРНОМОРСКАЯ

ПЛОЩАДЬ

1700-2100 НИ t X

КАСПИЙСКОЕ МОРЕ

МЕСТОРОЖДЕНИЕ

ИМ ЮРИЯ КОРЧАГИНА

СЕВЕРО-КАСПИЙСКИЙ

УЧАСТОК

МЕСТОРОЖДЕНИЕ

ИМ »ИЛАНОВСКОГО

XIA ЛЫКСКОЕ

ЦЕНТРАЛЬНОЕ

РАКУШЕЧНОЕ

САРМАТСКОЕ

170 КМ

11-1S 04.2011

1-5 «Д

7-11 2013-2*1«

25-30 201«

50-70 ПОСЛЕ 2017

-10 2011-2017

13-30 201 «-2017

13-30 2010-2017

СУММАРНО ИЗВЛЕКАЕМЫЕ ЗАПАСЫ (КАТЕГОРИИ АВС<С2)

ПО СОСТОЯНИЮ НА 1 ЯНВАРЯ 200« ГОДА 1.2 МЛРД Т НЕФТИ, 10.5 ТРЛН КУБ М ГАЗА

СТЕПЕНЬ РАЗВЕДАННОСТИ ЗАПАСОВ ПО НЕФТИ - «.«V ПО ГАЗУ - 14.4V

НАКОПЛЕННАЯ ДОБЫЧА НА 1 ЯНВАРЯ 2010 ГОДА НЕФТЬ - IB.B МЛН I. ГАЗ -75J ТРЛН »1. И.

Ш5ВАИИЕ ГЛУБИНА НАЧАЛО ПРОЕКТА МОРЯ {И ЭКСПЛУАТАЦИИ

ВОСТОЧНОСИБИРСКОЕ МОРЕ

БЕРИНГОВО МОРЕ

ЗАПАДНО КАМЧАТСКИЙ БЛОК 40-400

ОХОТСКОЕ МОРЕ

11

30-50

•САХАЛИН-1-.САХА ЛИИ 2. ■САХАЛИН -3.: ВЕНИНСКИЙ БЛОК КИРИКСКИЙ БЛОК АЯШСКИЙ БЛОК ВОСТОЧНО

ОДОПТИИСКИЙБЛОК 25-120 • САХА ЛИН-4--САХАЛИН 5-ЛОПУКОВСКИЙ БЛОК

25-150 25-120 25-120

2005 1006

2014-2015 2011 2011

Рис. 1. Шельфовая добыча углеводородов в России (Коммерсант № 106, 2010)

На реках, озерах и морях, где периодически наблюдаются дрейфующие ледяные образования, бетонные (металлические) сооружения, такие как быки мостов, водосливы, головы оградительных сооружений, маяки и т.д., подвержены истирающему воздействию движущихся ледяных полей в зоне переменного уровня.

При взаимодействии ледяных образований с сооружением и их относительным движением вдоль поверхности морских гидротехнических сооружений происходит эрозия поверхности - абразионное разрушение. При низких температурах ледяное образование имеет высокую прочность, при этом контактное давление в процессе хрупкого разрушения льда перед сооружением может быть в 3^5 раз больше прочности льда на одноосное сжатие (от 15,0 МПа (Sodhi, 2008) до 42,0 МПа (Timco и Frederking, 1993)). В этом случае кристаллы льда являются хорошим абразивом. В результате циклического действия ледовой нагрузки поверхность сооружения, контактирующая со льдом, постепенно истирается. Для бетонных сооружений характерно ускорение коррозии бетона, что приводит к абразии цементного камня, потере крупного заполнителя и уменьшению прочности при повторяющихся ударах, а действие окружающей среды, обусловленное циклами замораживания6 оттаивания, как известно, приводит к постепенному ослаблению вяжущих и заполнителей поверхностного слоя и способствует его разрушению.

Истирающее воздействие льда на морские гидротехнические сооружения ледовитых морей возможно практически в любое время года и зависит от характера и особенностей ледовой обстановки. В районах припайных льдов ледовое воздействие наблюдается в весеннее время, когда лед достигает максимальной толщины, при этом скорость его подвижки не превышает 0,1 м/с. Здесь сооружения могут подвергаться ледовой абразии с момента взлома до момента становления устойчивого припая. Кроме того, в этих районах возможно смерзание льда с сооружением, что может привести к значительному увеличению ледовой нагрузки, возникающей при внезапной подвижке льда.

В районах дрейфующих льдов основными факторами ледового режима, определяющими интенсивность ледовых нагрузок и воздействий, являются:

- общая протяженность дрейфующего ледяного покрова (ровных ледяных полей), проходящего через проектный створ, с учетом направления дрейфа;

- скорость движения ледяных образований, которая может изменяться от нескольких миллиметров в секунду до 1,0 м/с и более.

Сложность характера взаимодействия ледяных образований с сооружением и большой разброс их физико-механических характеристик привели к тому, что в настоящее время нет теоретического и экспериментально обоснованного решения задачи определения глубины ледовой абразии. Существующие расчётные методики основаны на полуэмпирических методах расчета, и, как следствие, в нормативной литературе отсутствуют требования, предъявляемые к износостойкости материала (бетон, металл, покрытия), подверженного многоцикловому и истирающему воздействию ледяного покрова. В результате, например, морские ледостойкие платформы (МЛП) для Лунского и Пильтун-Астохского месторождений шельфа о. Сахалин были оборудованы специальными стальными ледозащитными приспособлениями в зоне действия ледовой нагрузки. Их основная функция - защита бетона от истирающего воздействия ледяного покрова.

Однако такое проектное решение (стальные ледозащитные пояса) не всегда может противостоять ледовым воздействиям в условиях высокой динамики дрейфа ледяного покрова, максимальной изменчивости морфометрических параметров (толщины, сплоченности, размеров ледяных полей) и прочностных свойств льда. Все эти факторы способствовали разрушению ледозащитных приспособлений, установленных на платформе ПА-А «Моликпак» и на платформе ПА-Б Пильтун-Астохского месторождения на шельфе о. Сахалин.

В 2009 г. корпорация Aker Solutions по заказу ExxonMobil начала изготовление бетонного основания гравитационного типа (БОГТ) для Аркутун-Дагинского месторождения на шельфе о. Сахалин (проект «Сахалин-1») для глубины 35,0 м. Использование в зоне переменного уровня ледозащитного пояса из специального износостойкого бетона (вместо стальных ледозащитных приспособлений) привело к значительному снижению затрат на строительство и способствует повышению надежности и безопасности БОГТ. Это прежде всего актуально для шельфа о. Сахалин, где скорость дрейфа ледяных образований достигает 1,5 м/с, что не встречалось в практике эксплуатации зарубежных платформ в Северном море и море Бофорта, а принятие проектных решений по конструкции ледозащитных элементов является сложной задачей.

Таким образом, разработка методики расчета глубины ледовой абразии и на ее основе проектирование ледозащитных элементов морских ледостой-ких платформ являются актуальной проблемой.

Для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации бетонных (металлических) оснований гравитационного типа от истирающих ледовых воздействий необходимо определять максимальную глубину ледовой абразии за весь период их эксплуатации, что возможно достичь путем разработки и совершенствования методов физического и математического моделирования условий работы сооружений, подверженных истирающему воздействию ледяного покрова в суровых климатических условиях. Значение данной работы состоит в разработке научных основ расчетного обоснования проектных решений ледозащитных приспособлений МЛП, отвечающих требованиям повышенной надежности и экологической безопасности.

Целью диссертационной работы является разработка методики вероятностного расчета глубины ледовой абразии для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации морских гидротехнических сооружений.

На основе результатов анализа современного состояния в области истирающего воздействия ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи - разработать:

- концептуальный подход к методам решения проблемы расчета ледовой абразии;

- математические модели процессов формирования ледовых нагрузок и воздействий от различных видов ледяных образований;

- требования к способу описания математической модели сопротивления материала ледовой абразии и метод ее получения;

- математическую модель расчета глубины ледовой абразии;

- методику планово-высотного распределения ледовых воздействий в опасной зоне истирания;

- методику верификации математических моделей формирования ледовых истирающих воздействий и расчета глубины ледовой абразии на основе натурных данных;

- методику расчета глубины ледовой абразии и дать рекомендации использования предлагаемой методики в проектной практике.

Методы исследования. В работе, наряду с обобщением и анализом литературных источников, использованы результаты натурных исследований ледового режима северо-восточного побережья о. Сахалин и Балтийского моря. Для построения моделей и гипотез широко применялся метод математического моделирования. Учитывая сложность рассматриваемых систем, использовали методы имитационного моделирования. При обработке экспериментальных данных применялись методы теории вероятности и математической статистики. Для экспериментальных исследований и численного моделирования использованы методы теории планирования экспериментов.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проведен комплекс исследований по изучению истирающего воздействия ледяного покрова, на основании которого разработаны:

- концептуальный подход к методам решения проблемы ледовой абразии;

- вероятностная имитационная модель описания ледового режима, разработанная на основе математических моделей процессов формирования ледовых нагрузок и воздействий, определяющих основные параметры, влияющие на ледовую абразию;

- методика учета изменчивости температуры и прочности льда по толщине ледяного покрова, реализованная в виде программы расчета «Прочность льда»;

- методика планово-высотного распределения ледовых воздействий в опасной зоне истирания, реализованная в виде программы для графической интерпретации результатов расчета «Construction 3D»;

- эмпирические модели интенсивности ледовой абразии бетона;

- методика верификации математических моделей ледовых истирающих воздействий на основе натурных данных;

- верифицированная методика расчета глубины ледовой абразии, реализованная в виде расчетно-программного комплекса «IceStrln».

Практическое значение работы

Результаты работы были использованы при проектировании ледоза-щитного пояса из износостойкого бетона для платформы Аркутун-Даги, строящейся в рамках проекта «Сахалин-1» (рис. 2).

Рис. 2. Ледозащитные приспособления для бетонного основания Аркутун-Даги

Рекомендации по проектированию ледозащитного пояса были использованы при изготовлении опытного образца в натуральную величину, что позволило отработать технологию изготовления опорных колонн БОГТ.

Проект ледозащитного пояса из износостойкого бетона, выполненный на основе расчетных данных о глубине ледовой абразии по разработанной методике расчета, был внедрен при строительстве БОГТ Аркутун-Даги.

Результаты исследований могут быть использованы при совершенствовании нормативных документов по расчету шельфовых гидротехнических сооружений на истирающее воздействие дрейфующего ледяного покрова и для проведения лабораторных испытаний различных строительных материалов на сопротивление ледовой абразии.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

- концептуальный подход к методам решения проблемы ледовой абразии;

- вероятностная имитационная модель формирования ледовых воздействий, разработанная на основе математических моделей механических процессов формирования ледовых нагрузок и воздействий;

11

- методика учета изменчивости температуры и прочности льда по толщине ледяного покрова;

- методика планово-высотного распределения ледовых воздействий;

- методика расчета глубины ледовой абразии;

- методика верификации математических моделей формирования ледовых нагрузок и воздействий и расчета глубины ледовой абразии.

Достоверность научных положений и рекомендаций обоснована общепринятыми апробированными исходными положениями, проведением спланированного полнофакторного эксперимента; использованием статистически представительских выборок натурных наблюдений; статистической достоверностью формулируемых положений, на основе которых выполняется построение эмпирических моделей, исследованием модели и соответствием результатов теоретических решений исследованиям других авторов, верификацией теоретических моделей по данным натурных исследований.

Результаты исследований использованы: для расчета глубины ледовой абразии платформы Аркутун-Даги с применением программно-расчетного комплекса «IceStrln» и позволили обосновать принципиальное решение по конструкции противоледового пояса в отчете НПО «Гидротекс» «Ice abrasion test» документ № RUSD-HYY-J2-BR-37000, выполненного по заказу № RUSD-AEP-J2-KZ-SE116-0001 компании AkerSolutions LTD в рамках проекта «Sakhalin-1 Arkutun-Dagi GBS Project»; в научно-технических отчетах по следующим темам:

- 2003-2012 «Разработка теоретических основ описания процессов формирования воздействий ледяного покрова на объекты береговой зоны», Рособразование, № 53.1.1.09;

- 2003-2005 «Разработка методов расчета вероятностных характеристик ледовых нагрузок на сооружения континентального шельфа», научно-техническая программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 211 «Архитектура и строительство»;

- 2006-2007 «Разработка системы управления качеством изготовления и испытаний бетона гравитационных оснований нефтегазодобывающих платформ для условий шельфа дальневосточных и северных морей», Роснаука, Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере;

- «Проблемы, исследования и освоение ресурсов Мирового океана», Рособразование «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008)» № 2.1.2.5198; «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» №2.1.2.1948;

- «Разработка вероятностных методов расчета ледовых нагрузок на основания нефтегазовых платформ на шельфе», Рособразование «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008)» № 2.1.2.6253;

- «Разработка методов вероятностного расчета экстремальных ледовых нагрузок для обеспечения безопасности объектов шельфа северных морей», Рособразование «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» №2.1.2.282;

- 2006-2010 «Технология строительства объектов инфраструктуры континентального шельфа северных и дальневосточных морей», ИНИР;

- 2006-2010 «Разработка методов вероятностного расчета стационарных оснований нефтегазопромысловых платформ на воздействие дрейфующих ледяных полей», РААСН ДальНИИС;

- «Разработка методов вероятностного расчета экстремальных ледовых нагрузок для обеспечения безопасности объектов шельфа северных морей», МинОбрНауки «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011)» №2.1.2/11396.

- «Проблемы, исследования и освоение ресурсов Мирового океана», МинОбрНауки «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011)» №2.1.2/11397;

- 2011 «Разработка концепции вероятностного описания ледяного покрова и его взаимодействия с береговой зоной», МинОбрНауки № 53.1.4.06.

13

Апробация работы. Основные положения исследований докладывались и обсуждались на «International Offshore and Polar Engineering Conference» (ISOPE) в 2001, 2003, 2004, 2005, 2009, 2010, 2011 гг.; ISOPE (PACOMS) в 2004, 2010 гг.; «Asian and Pacific Coastal Engineering Conference» в 2001 г.; «International Symposium on Okhotsk Sea & Sea Ice» (Mombetsu) в 2003, 2008 гг.; «Workshop on Ice abrasion concrete structures» в 2007 г.; «International Association of Hydraulic Engineering and Research» International Symposium on Ice (IAHR) в 2008, 2012 гг.; International Conference on «Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions» (POAC) 2003, 2005, 2007, 2009, 2011 гг.; International Congress on «Durability of Concrete» (ICDC) 2012 г.; Международная научно-практическая конференция-выставка «Тихоокеанский шельф» / «Pacific Offshore Conference» (РОС) 2005, 2012 гг.; Международной конференции «Стихия. Строительство. Безопасность» в 2008 г.; Международной конференции «Российский арктический шельф» в 2011 г.; на ежегодных конференциях «Вологдинские чтения», Владивосток; «Молодежь и научно-технический прогресс», на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДВФУ и семинарах кафедры.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 57 научных работ, в том числе 1 монография и 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ (в соавторстве), выпущено более 40 научно-технических отчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и 6 приложений. Она содержит 281 страниц текста, 189 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 193 наименований.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Уварова, Татьяна Эриковна

5.5 Выводы

Анализ результатов расчета показывает существенное сопротивление ледовой абразии образцов бетона IZ mix, что подтверждается небольшими величинами интенсивности ледовой абразии 8ср, которая составила 0,025 мм/км.

Глубина ледовой абразии была рассчитана на программно-расчетном комплексе «IceStrln» для ледовых условий Охотского моря. Длительность процесса взаимодействия ледяного покрова с БОГТ принята равной 40 лет. Результаты данной работы были использованы в отчете Ice Abrasion Test Sakhalin-1 Arkutun-Dagi GBS Project RUSD-HYY-J2-BR-37000.8888.01 (2009), на основании которого было принято решение о конструкции ледозащитного приспособления для бетонного основания гравитационного типа Аркутун-Даги. Использование результатов исследований подтверждено актами внедрения (Приложение 6).

Учет планово-высотной изменчивости ледовых воздействий дает возможность определить опасные зоны для мониторинга ледовых воздействий в натурных условиях и обеспечивает детальную проработку ледозащитных приспособлений (Уварова, 2011 г).

Таким образом, полученные результаты и эмпирические модели могут быть использованы для оценки надежности бетонных опор морских ледо-стойких платформ от истирающего воздействия дрейфующего ледяного покрова.

Проблема определения глубины ледовой абразии оснований морских ледостойких платформ в зоне переменного уровня становится особенно важной для железобетонных, металлических, сталебетонных и т.п. конструкций, эксплуатируемых в морях с высокой динамичностью ледяного покрова. Действующие в настоящее время нормы проектирования не позволяют определить величину истирания ледостойкого основания ледяным покровом.

1. Выполненный аналитических обзор научных достижений в области ледовой абразии за последние 30 лет позволил:

- выявить основные закономерности изменения интенсивности ледовой абразии;

- определить вид эмпирической модели интенсивности ледовой абразии и параметры, от которых она зависит;

- определить условия проведения лабораторных испытаний, разработать план экспериментальных исследований, назначить порядок подготовки образцов бетона к лабораторным испытаниям и порядок проведения самих испытаний;

- обосновать адекватность предложенных математических моделей (косвенная верификация).

2. На основе анализа современного состояния знаний в области истирающего воздействия ледяного покрова на морские инженерные сооружения были выявлены основные факторы, влияющие на интенсивность истирающего воздействия льда (интенсивность давления на контакте; длина пути истирания; прочность и температура льда; относительная скорость взаимодействия и сопротивление материала истирающему воздействию льда). В результате была предложена концепция расчета глубины ледовой абразии, где проблема ледовой абразии оснований гравитационного типа была разделена на две части:

- проблема ледовых воздействий, вызывающих абразию;

- проблема сопротивления материала конструкции ледовой абразии.

Первая часть представляет собой теоретические исследования, на основании которых предложена вероятностная имитационная модель формирования ледовых нагрузок и воздействий с учетом факторов, влияющих на истирающее воздействие дрейфующего ледяного покрова. Вероятностная имитационная модель формирования ледовых нагрузок и воздействий основана на разработанных автором математических моделях механических процессов формирования ледовой нагрузки для различных типов ледяных образований (ледяные поля, обломки ледяных полей, битый лед).

Вторая часть - это экспериментальные исследования сопротивления материала конструкции истирающему воздействию, на основании которых предложены эмпирические модели интенсивности ледовой абразии.

3. Совместное использование теоретической модели ледовых нагрузок и воздействий и эмпирической модели сопротивления материала ледовой абразии позволило создать методику вероятностного расчета глубины ледовой абразии. Методика реализована в виде программно-расчетного комплекса «1се81г1п», является универсальной и применима для различных типов гидротехнических сооружений.

4. Разработаны математические модели формирования ледовых нагрузок и воздействий для различных типов ледяных образований (ледяные поля, обломки ледяных полей, битый лед).

5. Для учета планово-высотной изменчивости ледовых воздействий специально были разработаны:

- методика учета изменчивости температуры и прочности льда по толщине ледяного покрова для расчета ледовых нагрузок и воздействий, реализованная в виде программы расчета «Прочность льда»;

- методика расчета, хранения и накопления данных, которая позволяет оценить глубину ледовой абразии в любой точке опасной зоны истирания сооружения дрейфующим ледяным покровом с учетом планово-высотной изменчивости ледовых воздействий, реализованная в виде программы для графической интерпретации результатов расчета «Construction 3D».

7. В работе разработана методика верификации математических моделей ледовых воздействий и эмпирических моделей интенсивности ледовой абразии. Для чего были испытаны образцы бетона с финских маяков на сопротивление ледовой абразии, получены эмпирические модели интенсивности ледовой абразии и рассчитана глубина абразии при помощи программно-расчетного комплекса «IceStrln».

8. Выполнены численные исследования модели, предложены полиномиальные зависимости интенсивности ледовой абразии для различных типов ледяных образований и выполнена косвенная верификация математических моделей ледовых воздействий (сравнения с аналитическими расчетными данными других авторов).

В результате численного моделирования истирающего воздействия ледяного покрова были предложены полиномиальные зависимости интенсивности ледовой абразии для различных типов ледяных образований. Определены основные закономерности изменения интенсивности и скорости ледовой абразии, которые хорошо согласуются с результатами других авторов (Saeki et al., 1984а-с, 1985а, b, 1986: Janson, 1988, 1989) и могут быть использованы на предварительных стадиях проектирования МЛП в качестве исходной величины для оценки толщины бетонных ледозащитных приспособлений.

9. Выполнены испытания образцов бетона, выпиленных из кернов с финских маяков, на сопротивление ледовой абразии, получены эмпирические модели интенсивности ледовой абразии бетона, которые использовались для расчета глубины абразии при помощи программно-расчетного комплекса «IceStrln», и выполнена прямая верификация методики расчета глубины ледовой абразии (сравнение с натурными данными измерениями глубины ледовой абразии на маяках после 44 лет эксплуатации).

10. Доказано, что предложенная методика расчета глубины ледовой абразии является адекватной, а математические модели ледовых воздействий и эмпирические модели сопротивления бетона ледовой абразии хорошо отражают главные явления и процессы, вызывающие ледовую абразию бетона.

11. Выполнен расчет глубины ледовой абразии для условий северовосточного шельфа о. Сахалин для БОГТ Аркутун-Даги за весь период эксплуатации (40 лет). Результаты расчета позволили обосновать толщину ледо-защитного пояса из высокопрочного бетона и использовались в отчете Ice Abrasion Test Sakhalin-1 Arkutun-Dagi GBS Project RUSD-HYY-J2-BR-37000.8888.01 (2009), на основании которого было принято решение о конструкции ледозащитного приспособления для бетонного основания гравитационного типа Аркутун-Даги.

12. В работе даны рекомендации по проектированию ледозащитных приспособлений с использованием предлагаемой автором методики расчета глубины ледовой абразии и приведены характеристики бетона для ледозащитных поясов БОГТ, подвергающихся истирающему воздействию льда.

13. Применение разработанной методики расчета глубины ледовой абразии является единственно возможным способом решения проблемы прогноза глубины ледовой абразии за весь срок службы сооружения и, как следствие, принятия решения по толщине и конструкции бетонного ледозащитного приспособления.

14. Предложенная в работе методика ориентирована на прогноз разрушения материала конструкции не только от истирающего воздействия дрейфующего ледяного покрова, но и от многоциклового воздействия ледовой нагрузки (разрушение от усталостных повреждений в процессе эксплуатации). Методика позволяет получить вероятностные характеристики режима истирания, режима нагружения сооружения, вероятностные характеристики ледовой нагрузки, глубины истирания и других расчетных параметров.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Уварова, Татьяна Эриковна, 2012 год

1. Алексеев Ю.Н., Афанасьев В.П., Литонов O.E. и др. Ледотехниче-ские аспекты освоения месторождений нефти и газа : монография. СПб. : Гидрометеоиздат, 2001. - 360 с.

2. Беккер А.Т., Уварова Т.Э., Субботницкий В.В. Расчет ледостойких гидротехнических сооружений на усталость // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л. : Энергоатомиздат, 1991а. - С. 145-147.

3. Беккер А.Т., Уварова Т.Э., Перепелица А.Н. Вероятностные аспекты расчета гидротехнических шельфовых сооружений на ледовые воздействия // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л. : Энергоатомиздат, 19916.-С. 124-129.

4. Беккер А.Т., Уварова Т.Э., Перепелица А.Н. Расчет вероятностных характеристик режима нагружения гидротехнических сооружений шельфа ледяным покровом // Гидротехнические сооружения. Владивосток : ДВГ-ТУ, 1993.-С. 89-92.

5. Беккер А.Т. Модель процесса разрушения ледяной плиты при контакте с сооружением // Гидротехнические сооружения. Владивосток : ДВГ-ТУ, 1995.-С. 118-34.

6. Беккер А.Т. Разработка методов расчета вероятностных характеристик ледовых нагрузок для оценки надежности сооружений континентального шельфа : автореф. дис. . д-ра техн. наук. СПб., 1998. - 38 с.

7. Беккер А.Т. Вероятностные характеристики ледовых нагрузок на сооружения континентального шельфа : монография. Владивосток : Даль-наука, 2004.-401 с.

8. Беккер А.Т., Уварова Т.Э., Слаутенко М.А. Развитие имитационной модели взаимодействия ледяного поля с морскими ледостойкими платформами // Тр. междунар. конф. «Стихия. Строительство. Безопасность». -Владивосток, 2008. С. 49-54

9. Беллендир E.H., Глаговский В.Б., Кривоногова Н.Ф., Сапегин Д.Д. Исследования по обоснованию проектов сооружений на арктическом шельфе // Изв. ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1996. - Т. 231. - С. 287-296.

10. Беллендир E.H., Глаговский В.Б., Котов A.B., Малютин A.A. Опыт обоснования конструкций платформ гравитационного типа для грунтовых условий шельфа о. Сахалин // Изв. ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2000. -Т. 238.-С. 96-100.

11. Белендир E.H. 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. Белонин М.Д., Григоренко Ю.Н. и Андреева H.A. Актуальные проблемы прогноза и освоения углеводородных ресурсов северо-западных акваторий России : монография. СПб., 1999.

13. Богородский В.В. и Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии : монография. Л. : Гидрометеоиздат, 1980.-384 с.

14. Вершинин A.C. Воздействие льда на морские сооружения шельфа // Серия «Итоги науки и техники. Водный транспорт». М. : ВИНИТИ, 1988. -Т. 13.

15. Вершинин С.А., Трусков П.А., Кузмичев К.В. Воздействия льда на сооружения сахалинского шельфа : монография. М. : ОАО «Институт «Гипростроймост»», 2005. - 207 с.

16. ВСН 41.88. Проектирование ледостойких стационарных платформ. Ведомственные строительные нормы (экспериментальные). М. : Миннефтепром, 1988. - 136 с.

17. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений : монография. М. : Изд-во Академии горных наук, 2001. - 460 с.

18. Герман В.Х., Левиков С.П. Вероятностный анализ и моделирование колебаний уровня моря : монография. Л. : Гидрометеоиздат, 1988.

19. Глумов И.Ф., Мурзин Р.Р. Минеральные ресурсы России // Экономика в управлении. 2002. - № 6.

20. ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия (СТ СЭВ 3138-81). М. : ИПК Изд-во стандартов, 2002. -8 с.

21. ГОСТ Р 50779.21-96 Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным Часть 1. Нормальное распределение. М. : Госстандарт России, 2003. - 48 с.

22. ГОСТ ИСО 19906 (проект, первая редакция) Национальный стандарт РФ. Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения арктического шельфа. М. : Стандартинформ, 2011.

23. Григоренко Ю.Н., Маргулис Л.С. Комплексное освоение ресурсов и запасов углеводородов Дальнего Востока // Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты. СПб., 2004.

24. Григоренко Ю.Н., Маргулис Л.С., Новиков Ю.Н., Соболев Ю.С. Морская база углеводородного сырья России и перспективы ее освоения // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007 (2). www.ngtp.ru.

25. Железняков Г.В. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока : монография. М. : Колос, 1984.

26. Коммерсант № 106(4406) Приложение к газете «Коммерсант» № 106(4406) от 17.06.2010 www.kommersant.ru/doc/1387383.

27. Коржавин К.Н. Воздействие льда на инженерные сооружения : монография. Новосибирск : СО АН СССР, 1962. - 304 с.

28. Кульмач П.П. Морские железобетонные основания гравитационного типа для освоения полярного шельфа : монография. СПб. ; М. : 26 ЦНИИ МО РФ, 1999.

29. Месторождение Аркутун-Даги : Береговые и морские сооружения Проект Сахалин-1. Т. 3 : Платформа Аркутун-Даги. Ч. 1 : Основание гравитационного типа. Кн. 1 : Пояснительная записка. 25-Сен-2009.

30. Миронов A.M., Жуков Д.Ю. Математическая модель и методы верификации программных систем // Интеллектуальные системы. 2005. - Т. 9, вып. 1-4. - С. 209-252

31. Митенков Ф.М., Знышев В.В., Кирюшина Е.В. и др. Особенности верификации компьютерных моделей / Тр. VIII междунар. конф. «Идентификации систем и задачи управления» SICPRO'09. М., 2009. - С. 976-981.

32. Носков Б.Д., Правдивей Ю.П. Гидросооружения водных путей, портов и континентального шельфа. Ч. III : Сооружения континентального шельфа : учебник. М. : Изд-во АСВ, 2004. - 280 с.

33. ОСТ 51.89-82 Морские нефтегазопромысловые сооружения и внешние воздействия на них. Термины и определения. Веден 01.07.83.

34. Отчет FIB (1996) Отчет международной федерации бетона FIB «Долговечность бетонных сооружений в Северном море». 1996.

35. Отчет STF22 F04609 Сопротивление замораживанию-оттаиванию. Ч. VII : «Сахалин II, Фаза 2». Качество бетона. Трондхейм, Sintef, 2004.

36. Отчет НИР ДальНИИС : Программа по контролю качества и долговечности бетона возводимых железобетонных платформ по проекту «Саха-лин-2». Владивосток : ДальНИИС, 2005.

37. Отчет НИР НИИЭС : Дополнительные испытания бетона на морозостойкость по образцам-кернам, отобранным из бетонных оснований гравитационного типа по проекту «Сахалин-2». М. : НИИЭС, 2005.

38. Проект Сахалин-1 Месторождение Аркутун-Даги - Береговые и морские сооружения Проект Сахалин-1 Том 3 - Платформа Аркутун-Даги Часть 1: Основание гравитационного типа Книга 1 - Пояснительная запис-ка25 сентября 2009

39. Р 31.3.07-01 Указания по расчету нагрузок и воздействий от волн, судов и льда на морские гидротехнические сооружения. М. - Минтранс России, 2001.-48 с.

40. РД 03-34-2000 Требования к составу и содержанию отчета о верификации и обосновании программных средств, применяемых для обоснования безопасности объектов использования атомной энергии. М. : Госатомнадзор России, 2000. - 30 с.

41. РД 31.3.05-97 Нормы технологического проектирования морских портов. -М. : Союзморниипроект, 1998.

42. РД 153-34.2-21.342-00 Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений. ОАО "НИИЭС", 2001. - 16 с

43. Рекомендации по планированию экспериментов. Владивосток : ДальНИИС, 1986.-64 с.

44. Руководство по изучению физико-механических свойств льда / под ред. Г.Я. Яковлева. Л. : ААНИИ, 1971. - 45 с.

45. СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М. : Стройиздат, 1995. - 46 с.

46. СП 11-114-2004 Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских нефтегазопромысловых сооружений / Госстрой России. М. : ФГУП «1ШИИИС» Госстроя России, 2004. - 66 с.

47. СТО Газпром 2-3.7-29-2005 Расчет ледовых нагрузок на ледостой-кую стационарную платформу. М. : ООО "ИРЦ Газпром", 2005. - 14 с.

48. Сурков E.H. Исследование ледовых условий для проектирования нефтегазодобывающих платформ на шельфе о. Сахалин : дис. . д-ра техн. наук. Оха, 2001.

49. Трусков П.А. Исследование ледовых условий для проектирования технических средств обустройства месторождений нефти и газа (на примере Охотского моря) : дис. . д-ра техн. наук. Оха, 1995.

50. Уварова Т.Э. Методика определения количества циклов и режима нагружения сооружения дрейфующим ледяным покровом : автореф. дис. . канд. техн. наук. Владивосток, 1999.

51. Уварова Т.Э. Режим нагружения при взаимодействии ледяного поля с сооружением // В мире научных открытий. Красноярск : Научно-инновационный центр, 2011а. - Т. 14, № 2. - С. 29-32

52. Уварова Т.Э. Вероятностная имитационная модель взаимодействия ледяного покрова с сооружением // Системы. Методы. Технологии. 20116. -№4(12).-С. 53-60.

53. Уварова Т.Э. Оценка размеров зоны ледовой абразии // Сб. науч. тр. «Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева». 2011 в. - Т. 264. - С. 130-136

54. Уварова Т.Э. Методика определения глубины ледовой абразии // Системы. Методы. Технологии. 2011г. - № 4(12). - С. 46-52

55. Уварова Т.Э. Истирающее воздействие ледяного покрова на гидротехнические сооружения. Том 1 : Аналитический обзор : монография. Владивосток : МГУ, 2011 д. - 120 с.

56. Уварова Т.Э., Сидельникова Е.Л., Помников Е.Е., Ким С.Д. Обзор нормативных методик расчета ледовых нагрузок на ГТС // Тр. науч. конф. «Вологдинские чтения» («Архитектура и строительство»)/ Владивосток : ДВ ФУ, 2011 е.

57. Уварова Т.Э., Помников Е.Е., Семенов В.В. Имитационная модель расчета ледовой нагрузки // Материалы регион, науч. конф. «Молодежьи научно-технический прогресс». Владивосток : ДВГТУ, 2011ж. - Ч. II. - С. 187-192.

58. Уварова Т.Э., Помников Е.Е., Сидельникова E.JI. Пример расчета глубины ледовой абразии МЛП для условий Охотского моря // Материалы регион, науч. конф. «Молодежь и научно-технический прогресс». Владивосток : ДВГТУ, 2011з. - Ч. II. - С. 196-203.

59. Уварова Т.Э. Многоцикловое воздействие дрейфующего ледяного покрова на сооружения континентального шельфа // Вестн. МГСУ. 2012а. -№ 1.-С. 41^15

60. Уварова Т.Э., Помников Е.Е. Учет планово-высотной изменчивости истирающего воздействия ледяного покрова на морские инженерные сооружения // Вестн. МГСУ. 20126. - № 1. - С. 46-50.

61. Философия : энциклопедический словарь / под редакцией А.А. Ивина. М. : Гардарики, 2004.

62. Хрустал ев Н.К. Международная символика для морских ледовых карт и номенклатура морских льдов : монография. JI. : Гидрометиоиздат, 1984.

63. Шенк X. Теория инженерного эксперимента : монография. М. : Мир, 1972.-381 с.

64. Abdelnour R., Comfort G., Malik L. and Sumner K. Ice Abrasion Tests of Metal Based Coatings // Proc. of the 18th IAHR Intern. Sympos. on Ice. -2006.-P. 277-285.

65. Alexeev Yu.N., Afanasev V.P., Liferov O.E. et al. Ice-technical features of exploration of offshore oil and gas fields. St. Petersburg : HydroMete-olzdat Publ., 2001.

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

67. Banke E.G., Smith S.D. Wind stress on arctic sea ice : J. Geophys. Res.,

68. Barker A. and Timco G. Ice rubble generation for offshore production structures: current practices overview // Technical Report CHC-TR-030. Canadian Hydraulics Centre National Research Council of Canada, Ottawa, 2005.

69. Bastian, J., Standberg, A.G., Graham, W.P. and Mayne. D. Caspian Sea Sprayed Ice Protection Structures // Proc. 17th IAHR'04 Int. Sympos. on Ice. -St. Petersburg, 2004. Vol. 2. - P. 58-67.

70. Beketsky, S.P., Astafiev, V.N. and Truskov, P.A. Design Parameters for Hummocks and Grounded Hummocks in the Sea of Okhotsk // Proc. of the 7th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE). 1997. - Vol. 2. - P. 487^193.

71. Bekker A. Problems of the ice cover abrasion action on legs of concrete offshore structures // Proc. Works Ice Abrasion on Concrete Structures. Norway : Nordic Concrete Federation, 2008. - P. 45-58.

72. Bekker A.T., Seliverstov V.I. Experimental study of ice-cylindrical pile interaction // Proc. of the 3rd Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE). Singapore, 1993. - Vol. 2. - P. 529-531.

73. Bekker A.T., Uvarova T.E., Shtanko L.F. Load combination for offshore structures // Proc. of the 4th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE). Osaka, 1994. - P. 517-520.

74. Bekker A.T., Uvarova T.E., Seliverstov V.I. Definitions of loading regime for offshore structure from drifting ice cover // Proceedings INSROP Sympos.-Tokyo, 1995.-P. 405^108.

75. Bekker A.T., Uvarova T.E., Chetyrbotsky A.N. Interactive model of ice-structure interaction // Proc. of the 8th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE). Montreal, 1998. - Vol. 2. - P. 493-498.

76. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim S.D. et al. Loading regime of ice-structure interaction // Proc. of the 11th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE). Stavanger, Norway, 2001a. - Vol. 1. - P. 761-769.

77. Bekker A.T., Uvarova T.E., Sabodash O.A., et al. Model of ice plate failure on offshore structure contact // Proc. Asian and Pacific Coastal Engineering. -Dalian, China, 2001b.

78. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim S.D. Model of mechanical ice-structure interaction for Sakhalin offshore conditions // Proc. of the 14th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. (ICOPE). Toulon, France, 2004a. - Vol. 1.

79. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim S.D. Numerical Simulation of the Process of Interaction between Drifting Ice Fields and Structure Support // Proceeding of The Sixth ISOPE Pacific : Asia Offshore Mechanics Sympos. Vladivostok, Russia, 2004b.-P. 123-128.

80. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim S.D. Numerical Simulation of the Process of Interaction between Drifting Ice Felds and Structure Suppor // Proceedings of the 15th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Seoul, Korea, 2005.-Vol. 1.

81. Bekker A.T., Uvarova T.E., Pomnikov E.E. The Registration of Temperature during Calculation of the Ice Abrasion // Proc. of the 9th ISOPE Pacific : Asia Offshore Mechanics Sympos. Busan, Korea, 2010. - P. 226-229.

82. Bekker A.T., Uvarova T.E., Pomnikov E.E. Calculation of Ice Abrasion for the Lighthouses Installed in the Gulf of Bothnia // Proceeding of the 21th

83. Conf. on Port and Ocean Engineering under Arctic Condition POAC 11. -Montreal, Canada, 201 la.

84. Bekker A.T., Uvarova T.E., Pomnikov E.E. et al. Experimental Study of Concrete Resistance to Ice Abrasion // Proceedings of the 21 st Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Maui, Hawaii, USA, 201 lb.

85. Bekker A.T., Uvarova T.E., Pomnikov E.E. et al. Numerical Simulation of Ice Abrasion on Offshore Structures // Proc. of the 21th Intern. Sympos. on Ice / International Association of Hydraulic Engineering and (IAHR-12). Dalian, China, 2012.

86. Brown T.G. Four Year of Ice Force Observation on the Confederation Bridge // Proc. of the 16th Intern. Conf. on Port and Ocean Polar Engineering under Arctic Condition (POAC-Ol) -. Ottawa, Canada. 2001. - Vol. 1 - P. 285298.

87. Calabrese, J.S, Buxton, R. and March, G. Frictional Characteristics of Materials Sliding Against Ice // Journ. of the American Society of Lubricating Engineers. 1980. - Vol. 36, № 5. - P. 283-289.

88. Croasdale, K., Marcellus, R., Metge, M. and Wright, B. Overview of Load Transmission through Grounded Ice Rubble, Program of Energy Research & Development (PERD) : Report prepared for National Research Council Canada, Ottawa, 1994.

89. Croasdale, K.R. Ice Forces: Current Practice // Proc. 7th OMAE. -Houston, 1988.-P. 133-151.

90. Dunderdale, P. and Wright, B. Pack Ice Management on the Southern Grand Banks Offshore Newfoundland, Canada // Noble Denton Canada and B. Wright & Associates report for National Research Council of Canada, PERD/CHC Report 20-76, 2005.

91. Dunwoody A.D. The Design ice island for impact Against an Offshore Structure // Proc. 15th Offshore Technology Conf. Houston, 1983. - Vol. 2. - P. 325-330.

92. Enoki K., Ishii C., Kunimatsu S. et al. Control of Ice Floes Movements by the Ice Boom // Proc. of Civil Engineering in the Ocean. 1992. - Vol. 8.-P. 153-158.

93. Fiorio B., Meyssonnier M. and Boulon M. Experimental study of the friction of ice over concrete under simplified ice-structure interaction conditions // Can. J. Civil Eng. 2002. - Vol. 9. - P. 347-359.

94. Fiorio B. Wear characterization and degradation mechanisms of a concrete surface under ice friction // Construction and Building Materials. 2005. -Vol. 19, Is. 5.-P. 366-375.

95. Fischer-Cripps A.C. Introduction to Contact Mechanics. 2nd edition. -Springer Science + Business Media, 2007. 221 p.

96. Fossa K.T. Improvement of the ice zone on structures for Sub Arctic areas // Workshop on Ice abrasion concrete structures. Helsingfors, Finland, 2007.-P. 1-15.

97. Frederking, R. and Barker, A. Friction of Ice on Various Construction Materials : Technical Report HYD-TR-67, PERD/CHC 3-49, November, 2001.-33 p.

98. Frederking, R. and Barker, A. Friction of Sea Ice on Steel for Condition of Varying Speeds // Proc. of the 12th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Kitakyushu, Japan, 2002a. - P. 766-771.

99. GL 2005 Germanischer Lloyd / Guideline for the Construction of Fixed Offshore Installations in Ice Infested Waters. Germanischer Lloyd, Hamburg, Germany, 2005.

100. Gurtner A. Experimental and Numerical Investigation of Ice-Structure Interaction : Doctoral thesis NTNU, 2009. 183 p.

101. Hanada, M., Ujihira, M., Hara, F. and Saeki, H. Abrasion Rate of Various Materials Due to the Movement of Ice Sheets // Proc. of the Sixth Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Los Angeles, USA, 1996.

102. Hara F. Conditions of Arch Formation by Ice Floes at Bridge Piers // Proc. of Cold Region Technology Conf. 1993. - Vol. 9. - P. 654-659.

103. Hara F., Ohshima K., Hanada M. et al. Design Method to Counter the Abrasion of Hydraulic Structures Due to Ice Sheet Movements // The 9th Workshop on River Ice. 1997.

104. Hobbs P.V. Ice Physics. Clarendon Press, Oxford, 1974. - 394 p.

105. Hoff G. Resistance of Concrete to Ice Abrasion // A Review, American Concrete Institute SP 109. 1988. - P. 427-455.

106. Hoff W.D., Hall C. Water transport in brick, stone fnd concrete. L. and N.Y. : Spon press, 2002.

107. Huovinen, S. Abrasion of concrete by ice in arctic sea structures : VTT Publications 62 (Doctoral thesis). Espoo, 1990a. - 110 p.

108. Huovinen, S. Abrasion of concrete by ice in arctic sea structure // AC : Materials Journ. 1990b. - P. 266-270.

109. Huovinen, S. Abrasion of Concrete Structures by Ice // Cement and Concrete Research. 1993. - Vol. 23, № 1. - P. 69-82.

110. Ice Abrasion Test Sakhalin-1 Arkutun-Dagi GBS Project RUSD-HYY-J2-BR-37000.8888.01 Vladivostok, 2009.

111. Ice Load Design Brief Prelimivary Engineering Phase, Sakhalin-2 Project. SE 2500-G-50-S-T-0002. - Sandwell, 2000

112. Itoh, Y., Tanaka, Y, and Saeki, H. Study on the Prediction Method of Abrasion Depth of Concrete Marine Structures due to Ice Movements // Proc. of Civil Engineering in the Ocean. 1988a. - Vol. 7. - P. 221-225.

113. Itoh, Y., Yoshida, A., Tsuchiya, M. et al. An Experimental Study on Abrasion of Concrete Due to Sea Ice // Presented at the 20th Annual Offshore Technology Conf. Houston, Texas, 1988b. - P. 61-68.

114. Itoh, Y., Tanaka, Y., and Saeki, H. Estimation Method for Abrasion of Concrete Structures Due to Sea Ice Movement // Proceedings of the Forth Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Osaka, Japan, 1994. - Vol. 2. - P. 545-552.

115. Itoh, Y., Tanaka, Y., Delgado, A., and Saeki, H. Abrasion mode of a circular cylindrical concrete structure due to sea ice movement // Proc. of the 5th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Hague, Netherlands, 1995. - P. 381-388.

116. Jacobsen S. Moisture flow into concrete exposed to frost and ice // Proc. Nord. Minisem. Vedbask, Denm., 2010. - P. 109-122.

117. Jacobsen S., Heiseth K., Bekker A. et al. Concrete Ice Abrasion due to Ice-indentation Pore Pressure // Proc. of the 1th International Congress on Durability of Concrete ICDC 2012. Trondheim, Norway, 2012.

118. Jalnus H.O. and Petrie D.H. CIDS Spray Ice Barrier // Proc. of the 18th Technology Conf. Houston, USA, 1988. - P. 575-584.

119. Janson J.E. Report of field investigation of ice impact on lightweight aggregate concrete results from the winter season 1986-1987. - VBB, Stockholm, Sweden, 1987.

120. Janson J.E. Long Term Resistance of Concrete Offshore Structures in Ice Environment // 7th Intern. Conf. on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE). Houston, Texas, N.Y. : American Society of Mechanical Engineers, 1988.-Vol.3.-P. 225-231.

121. Janson, J.E. Results from the winter season 1988-1989, conclusion after the three winters 1986-1989 // Joint Industry Study, Field Investigation of Ice Impact on Lightweight Aggregate Concrete, VBB, 1989. Report № 3.

122. Jefferies, M. and Wright, W. Dynamic Response of Molikpaq to Ice-Structure Interaction // Proc. OMAE. 1988. -Vol. IV.

123. Johnston M. and Timco G.W. Temperature Changes in First Year Arctic Sea Ice During the Decay Process Ice in the Environment // Proceedings of the 16th IAHR Intern. Sympos. on Ice. Dunedin, New Zealand, 2002. - P. 194202.

124. Kawai T., Kioka S., Tereshima T., Takeuchi T. On the abrasion of costal structure at estuary zone considering quasi-static pressure of sea ice // Proc. of the 19th IAHR Intern. Sympos. on Ice. Vancouver, British Colombia, Canada, 2008.-P. 855-865.

125. Kunimatsu S., Hara F., Takahashi Y. et al. Study on the Size of Ice Floes at the Okhotsk Sea Coast // Proc. of Civil Engineering in the Ocean. 1993. -Vol. 9.-P. 96-100.

126. Langleben M.P. Water drag coefficient at AIDJEX, Station Caribou // Ice processes and models / Pritchard R.S. Univ. Wash, 1980.

127. Lengkeek, H.J., Croasdale, K.R. and Metge, M. Design of Ice Protection Barriers in the Caspian Sea // Proc. 22nd OMAE'03. Cancun, 2003. - P. 831-837.

128. Maye D.C., Lemee E.V. and Metge M. Ice Event on an Artificial Island in the Caspian Sea // Proc. of 16th Intern. Sympos. on Ice / International Association of Hydraulic Engineering and Research (IAHR 02). Dunedin, New Zeland, 2002.

129. Mcclintock J., Mckenna R. and Woodworth-Lynas C. Grand Banks Iceberg Management : AMEC Earth & Environmental, R.F. McKenna & Associates and Petra International report to National Research Council of Canada, PERD/CHC Report 20-84, 2007.

130. Meguro, K. and Hakuno, M. Fracture analyses of concrete Structures by the modified distinct element method // Proc of JSCE, Structural Engr. Japan Society of Civil Engineers, 1989. - Vol. 6, № 2. - P. 283-294.

131. Moen E., Jacobsen S., Myhra H.A. Ice Abrasion Data on Concrete Structures // Workshop on Ice abrasion concrete structures. Helsingborg, 2007. -P. 59-103.

132. Nawwar, A.M., Malhotra V.M. Development of a Test Method to Determine the Resistance of Concrete to Ice Abrasion and/or Impact // American Concrete Institute SP 109. 1988. - P. 401-426.

133. Neth V. Ice Rubble Formation along the Molikpaq // Proc. POAC-91. -St. John's,Newfoundland, 1991.-Vol. l.-P. 241-258.

134. Nevel D.E. Probabilistic ice forces on Offshore Structures // LA.HR/IUTAM Sympos. of Ice-Structure Interaction. St. John's, 1989.

135. Nevel D.E. Ice force probability // USSR Academy of Sciences US National Academy of Sciences First Soviet American Workshop on Ice Mechanics. -Moscow, 1991.

136. Neville A.M. Properties of concrete. 4th ed. Pearson Prentice Hall, 1995.-495 p.

137. PERD/CHC, 2002 Greenland Iceberg Management : Implications for Grand Banks Report, 2002 Management Systems, AMEC Earth & Environmental and C-CORE report to National Research Council of Canada, PERD/CHC Report 20-65, 2002.

138. PERD/CHC, 2005 Comprehensive Iceberg Management Database : PAL Report, 2005 Environmental Services report to National Research Council, PERD/CHC Report 20-72, 2005.

139. PSTS 5 Ice : Environmental Conditions and Loads (2002) Sakhalin II Phase II Project Facilities Design 3400-Z-90-01-P-0075 June 2002.

140. RUSD-AEE-J2-CR-22000.8004 Task Force Report : Evaluation of Ice Protection for Shafts, 2009.

141. Saeki H., Ono T., Yamada T. and Ozaki A. Study on Force of Sea Ice Acting on Vertical Structures // Proc. of the 28th Japanese Conf. on Coastal Engineering. 1981a. - P. 396^100.

142. Saeki, H., Onodera, T., Tatsuta, M., and Ono, T. Experimental Study on Coefficient of Friction of Sea Ice // The Annual Meeting of Japan Society of Civil Engineers. Hokkaido Branch, Sapporo, Japan, 1981b.

143. Saeki, H., Ono, T., Nakazawa, N. et al. The Coefficients of Friction between Sea Ice and Various Materials Used in Offshore Structures // Proc. of O.T.C., 1984a.

144. Saeki, H., Ono, T., Niu en Zong, and Nakagawa. N. Experimental Study on Direct Shear Strength of Sea Ice // Intern. Sympos. on Snow and Ice Processes at the Earth's Surface. ICS. Sapporo, 1984b.231

145. Saeki, H., Tanaka, S. and Ono, T. The Distribution of Ice Pressure on Offshore Pile Structure and the Failure Mechanics of Ice Sheet // Proc. of OTC. -1984c.-Vol. l.-P. 349-356.

146. Saeki, H., Asai, Y., Izumi, K., and Takeuchi, T. Study on the Abrasion of Concrete due to Sea Ice Movements // Proc. of Civil Engineering in the Ocean. 1985a.-Vol. l.-P. 68-73.

147. Saeki, H., Asai, Y., Izumi, K., and Takeuchi, T. Study of the abrasion of concrete due to sea ice// The 10th Marine Development Sympos., Japan, 1985b.

148. Saeki H., Ono T., Nakazawa N. et al. The coefficient of friction between sea ice and various construction materials used in offshore structures // Journ. of Energy resources technology «Transaction of the ASME». 1986. - Vol. 108.-P. 65-70.

149. Saeki, H., Takeuchi, T., Yoshida, A. et al. Abrasion test for concrete due to sea ice // Proc. of Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC), Conf. Alaska, 1987.

150. Saeki H. Mechanical Properties Between Ice and Various Materials Used in Hydraulic Structures. Ad freeze bond strength and abrasion rate // Proc. of 17th IAHR Intern. Sympos. on Ice. St. Petersburg, 2004.

151. Sanderson T.J. Ice mechanics. Risks to offshore structures. L. : Graham & Trotman, 1988. - 156 p.

152. Schulson E.M., Duval P. Creep and Fracture of Ice. Cambridge University Press, 2009. - 57 p.

153. Sodhi D.S. Local ice pressure measured during ductile and brittle crushing of ice // Proc. Works Ice Abrasion on Concrete Structures. Norway : Nordic Concrete Federation, 2008. - P. 35-44.

154. STS-2009 Sakhalin I Project. Arkutun-Dagi field. Onshore & offshore structures. Specific Technical Specification on designing of gravity base structure of offshore ice-resistant stationary platform for Arkutun-Dagi field, 2009.

155. Takeuchi T., Kioka S., Saeki H. Significance of Tidal Change on Abrasion Area of Structures Due to Sea Ice Movement // Proc. of 18th IAHR Intern. Sympos. on Ice. 2006. - P. 129-136.

156. Takeuchi T., Nakazawa N., Mikami T. et al. Abrasion of Offshore Structure due to Sea Ice Movement // Proc. of 15th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Seoul, Korea, 2005. - P. 729-732.

157. Takeuchi, T., Akagawa, S., Nakazawa, N. et al. Local ice pressure distribution acting on offshore structure // Proc. of 17th IAHR. 2004. - Vol. 1. -P. 37-44.

158. Takeuchi, T., Sasaki, M., Kioka, S. et al. On the application of plane pressure panel to ice strength measurements // Proc. of 15th IAHR. 2000. - Vol. l.-P. 199-206.

159. Tanaka S., Ono T. and Saeki H. The Distribution of Ice Pressure Acting on Offshore Pile Structure and Failure Mechanics of Ice Sheet // Jour, of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 1987. - Vol. l.-P. 76-83.

160. Terashima, T., Hanada, M., Kawai T. et al. Abrasion of steel sheet piles due to ice flow movements // Proc. of 7th Intern. Offshore and Polar Engineering Conf. Honolulu, USA, 1997. - P. 473^179.

161. Timco G.W., Frederking G.W. Laboratory impact tests on fresh water ice // Cold Reg. Sei. and Tech. 1993. - Vol. 22. - P. 77-97.

162. Truskov, P.A., Surkov, G.A. and Beketsky, S.P. Strength Parameters of Hummocks Field Observations and Laboratory Tests // Proc. of 8th Intern. Sympos. on Okhotsk Sea & Sea Ice. 1993. - P. 82-95.

163. Ueda T., Saeki H., Yamamoto T. et al. Experimental Study on the Fluid Force Action on Floating Ice Floes // Proc. of Civil Engineering in the Ocean. 1992. - Vol. 8. - P. 135-140.

164. Vaudrey, K.D. and Potter, R.E. Ice Defense for Natural Barrier Islands during Freezeup // Proc. of Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC-81).-Quebec, 1981.-Vol. 1. P. 302-312.

165. Weihrauch, A., Berger, J. and Bartels, M. Design of Self-Stabilizing Ice Barrier // Proc. 22nd OMAE '03. Cancun, 2003.

166. Weiss R.T., Wright B., Rogers B. In-ice performance of the Molikpaq off Sakhalin Island // Proc. of Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC-Ol). -2001. P. 211-222.

167. WMO-No.259 WMO Sea Ice Nomenclature, Supplement № 4, WMO-Tp.145, № 259, Tp.145. World Meteorological Organization, 1985

168. Wright, B. Evaluation of Full Scale Data for Moored Vessel Station-keeping in Pack Ice (with Reference to Grand Banks Development) / B. Wright & Associates report to National Research Council of Canada, PERD/CHC Report 26-200, 1999.

169. Wright, B.D., and Timco, G.W. A Review of Ice Forces and Failure Modes on the Molikpaq // Proc. of the 12th IAHR Sympos. on Ice. 1994. - Vol. 2.-P. 861-825.

170. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

171. ЛЕДОВЫЕ УСЛОВИЯ. ТЕРМИНОЛОГИЯ

172. Настоящая классификация подготовлена с учетом особых требований к расчету ледовой абразии и поэтому содержит термины, относящиеся к морскому льду, способному оказать истирающее воздействие (Хрусталев, 1984).

173. Морской лед (Sea ice). Любая форма льда, встречающегося в море и образовавшегося в результате замерзания морской воды.

174. Сплоченность (Concentration). Отношение, выраженное в десятых долях и описывающее общую площадь морской поверхности, покрытую льдом, как часть всей рассматриваемой площади.

175. Ледяное поле (Floe). Любой относительно плоский кусок морского льда 20,0 м или более в поперечнике. Ледяные поля подразделяются по их горизонтальным размерам следующим образом:

176. Гигантские ледяные поля (Giant). Более 10,0 км в поперечнике.

177. Обширные ледяные поля (Vast). От 2,0 до 10,0 км в поперечнике.

178. Большие ледяные поля (Big). 500-2000 м в поперечнике.

179. Обломки ледяных полей (Medium). 100—500 м в поперечнике.

180. Крупнобитый лед (Small). 20—100 м в поперечнике.

181. Мелкобитый лед (Ice cake). Любой относительно плоский кусок морского льда менее 20,0 м в поперечнике.1. АБРАЗИЯ. ТЕРМИНОЛОГИЯ

182. Абразия берегов разрушение морским волноприбоем берегов и прибрежных участков морского дна (ru.wikipedia.org).

183. Ледовая абразия воздействие дрейфующих ледяных образований на сооружение, вызывающее разрушение поверхности материала конструкции в опасной зоне истирания.

184. Истираемость показывает стойкость материала к абразивному износу и оценивается потерей массы материала, отнесенной к единице его площади, или уменьшением толщины материала, чем выше истираемость, тем менее износостоек материал (ru.wikipedia.org).

185. РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ. ТЕРМИНОЛОГИЯ

186. Затенение от действия ледовой нагрузки это зона конструкции, где ледовая нагрузка незначительная вследствие разрушенности ледяного покрова опорами, стоящими ранее по направлению дрейфа льда.

187. Блок льда одна или несколько льдин, взаимодействующих с сооружением.

188. Ширина зоны контакта поперечный геометрический размер зоны контакта.

189. Длина зоны контакта длина периметра поверхности опоры в пределах зоны контакта.

190. Длина пути взаимодействия линейный размер пути перемещения ледяного образование при взаимодействии с опорой.

191. Длина пути истирания длина пути перемещения ледяного образования по поверхности опоры в пределах зоны контакта (или длина пути скольжения ледяного образования относительно опоры сооружения).

192. Единичная зона контакта зона взаимодействия одного ледяного образования с опорой сооружения.

193. Глубина ледовой абразии это изменение поверхности сооружения в результате истирающего воздействия льда, измеряемое по нормали к касательной, проведенной к поверхности сооружения в точке не подверженной ледовой абразии (мм).

194. Общая зона истирания конструкции зона корпуса конструкции от максимального уровня моря до минимального уровня моря с учетом возвышения (для максимума) и заглубления (для минимума) максимальной толщины ледяного покрова от соответствующего уровня моря.

195. Опасная зона истирания то же, что общая зона истирания.

196. Зона контакта зона часть поверхности сооружения, имеющая непосредственный контакт с ледяным образованием.

197. Относительная скорость истирания (взаимодействия) — это скорость скольжения ледяного образования вдоль точки на поверхности сооружения.

198. Интенсивность ледовой абразии — это глубина ледовой абразии за единицу длины пути истирания (мм/км).

199. Скорость ледовой абразии это глубина ледовой абразии за единицу времени (мм/с).1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯк номер расчетной ситуации / - номер шага расчета- шаг по времени Ъ время сезона4 время расчетной ситуации

200. Фь угол привязки расчетной точки к системе отсчетакг — привязка расчетной точки по высоте к отсчетной системегитЬ расчетное направление дрейфа льда1. Ук скорость дрейфа льда

201. БЛОК-СХЕМЫ РАСЧЕТА ЛЕДОВОЙ НАГРУЗКИ И ГЛУБИНЫ1. ЛЕДОВОЙ АБРАЗИИ

202. Ледовая нагрузка от битого льда и обломков ледяных полей

203. Рис. П3.2. Блок-схема расчета ледовой нагрузки от обломков ледяных полей и битого льдасввод исходных данных1. Параметры расчета т Ъ А

204. Параметры ледовых условии РМ.) РА) Р(Ь„) Р(Рк) Р(Ик) Р(2к)

205. Рис. ПЗ.З. Блок-схема расчета глубины ледовой абразии

206. УКАЗАНИЯ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРОГРАММНО-РАСЧЕТНОГО КОМПЛЕКСА «1се8Мп»

207. Для всех выходных параметров программы есть возможность определить их вероятностные распределения.

208. Особенностью программно-расчетного комплекса является возможность учесть планово-высотную неоднородность ледовых воздействий, для чего используется специально разработанный метод накопления и хранения данных расчета.1. Ввод исходных данных

209. Исходные данные задаются в программе посредством электронных вкладок и таблиц.

210. Интерфейс программы предполагает вводить исходные данные путем разделения их на следующие типы:

211. Лед» данные о ледовом режиме района строительства;

212. Сооружение» параметры сооружения;

213. Константы» параметры расчета;

214. Модель» описание эмпирической модели сопротивления материала ледовой абразии.

215. Каждому разделу соответствует своя вкладка и таблица данных.1. Вкладка «ЛЕД»

216. В данной вкладке вводится информация о ледовом режиме района строительства по месяцам (рис. П4.1).1. Рис. П4.1. Вкладка «ЛЕД»

217. Гистограммы задаются в виде таблиц: первый столбец величина, второй вероятность в процентах.

218. Функция распределения вероятности температуры окружающей среды по толщине льда задается в соответствии с предложенной методикой учета температуры льда и расчета прочности ледяного покрова, приведенной в гл. 2.1. Вкладка «СООРУЖЕНИЕ»

219. Вкладка имеет два подраздела: положение опор и положение точек.

220. На первом этапе ввода данных сооружения в окне «Настройки» выбирается тип сооружения: многоопорный или одноопорный.

221. Если сооружение одноопорное, переходят во вкладку «Положение точек» (рис. П4.2).

222. Если сооружение многоопорное параметры опор задаются во вкладке «Положение опор» (рис. П4.3).

223. Рис. П4.2. Вкладка «СООРУЖЕНИЕ», Рис. П4.3. Вкладка «СООРУЖЕНИЕ», «Положение точек» «Положение опор»

224. Эта вкладка содержит следующие области (рис. П4.4): распределение давления; параметры опоры; расчет; физические константы; параметры и коэффициенты; время сезона.

225. Рис. П4.4. Вкладка «КОНСТАНТЫ»

226. В области РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ вводятся значения для построения гистограмм контактного давления: шаг гистограммы и граничные условия (минимальные и максимальные значения).

227. В области ПАРАМЕТРЫ ОПОРЫ задаются диаметры опоры, коэффициенты формы опоры и количество расчетных уровней истирания.

228. Области ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ, ПАРАМЕТРЫ И ПОПРАВОЧНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ заполняются разработчиком программы. Изменение необходимо в особых случаях. Любые изменения в этих областях должны согласовываться с разработчиками программно-расчетного комплекса.

229. Область ВРЕМЯ СЕЗОНА описывает параметры ледового сезона, а также дает возможность произвести расчет для конкретного месяца, кроме того, здесь задается шаг расчёта в секундах.1. Вкладка «МОДЕЛЬ»

230. Во вкладке «Модель» (рис. П4.5) задается эмпирическая функция сопротивления материала ледовой абразии. Правила ввода этой функции приведены в этой же вкладке (рис. П.4.6).