No abstract

Ли Лян, Шхинек К.Н. Воздействие льда на откосные сооружения Воздействие льда на откосные сооруженияАспирант Ли Лян; д.ф.-м.н., профессор К.Н. Шхинек, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» Аннотация. Для определения ледовой нагрузки широко используется метод Кроасдейла, который основан на двумерном квазистатическом решении. Поправки, введенные им для использования решения в трехмерных условиях, учитывают только часть явлений, характерных для этого случая. Целью настоящей работы является исследование ледовой нагрузки на наклонные поверхности сооружений с учетом трехмерности и динамичности явления.С помощью конечноэлементного программного комплекса ANSYS исследуются различие между двумерным и трехмерным решениями, динамичность процесса, влияние основных параметров (прочность на изгиб, толщина льда и угол наклона поверхности сооружения) на ледовую нагрузки и предельную высоту образования обломков льда при взаимодействии льда с наклонной плоскостью сооружения. Согласование результатов математического моделирования для двумерного случая и метода Кроасдейла удовлетворительно.Ключевые слова: ширина сооружения; ледовая нагрузка; нагромождение обломков; наклонные гидротехнические сооружения; ANSYS Введение В настоящее время начинается активное освоение месторождений нефти и газа на арктическом шельфе. Характерной особенностью арктического шельфа является наличие ледяного покрова, воздействие которого часто является наиболее опасным для сооружений. Определенного снижения нагрузки можно достичь, используя сооружения с наклонными гранями. Экспериментальному изучению ледовой нагрузки на наклонные сооружения посвящено большое количество работ, например [1][2][3]. Аналитические решения обсуждались в работах [4][5][6][7][8].В последнее время появились статьи, рассматривающие численные решения взаимодействия льда с наклонной плоскостью [9, 10]. Первоначально методы базировались на предположении, что лед при действии на рассматриваемые сооружения разрушается изгибом. Лишь более поздние лабораторные и натурные исследования показали, что возможно разрушение льда как от изгиба, так и от сжатия [11][12]. В частности в работе [13] показано, что наличие продольной силы, возникающей в процессе взаимодействия с наклонной поверхностью, значительно увеличивает общую нагрузку. Процесс взаимодействия и его развитие во времени рассматриваются в исследовании [14], где отмечается, что скопление обломков льда на поверхности сооружения оказывает решающее влияние на нагрузки.Большое влияние на исследования взаимодействия льда с наклонной плоскостью оказали наблюдения в Каспийском море, где скопления льда на плоскости играли важную роль. Это вызвало появление теоретико-экспериментальных работ [15, 16]. Особенностью этих исследований является то, что они относятся к зоне существенного мелководья. Скопления обломков льда на дне существенно изменяют картину взаимодействия, и поле обломков может достичь значительных высот.В последнее время появились работы, рассматривающие численные решения взаимодействия льда с нак...

The objective of this paper is to demonstrate how modelling can be used to account for the inherent correlations while assessing the pipe response to ice gouging – and thus narrow down the uncertainties associated with the pipeline design process. A custom-developed numerical model of ice gouging has been developed and exercised to better understand how the environmental conditions affect the gouging process. Further, numerical simulations of the keel-soil-pipe interaction have been performed, relating to the input and output of the ice gouging model. The ice gouging simulations quantitatively demonstrated the effect of the governing parameters on the gouge depth. Geotechnical conditions are very important as the main source of resistance against the driving force from ice, making a noticeable difference in the gouge depth. Force balance is also important, in particular how the vertical forces are generated or/and limited by natural phenomena such as the shape of an ice feature, seabed topography and tides. The effect of the driving force and the keel resistance limits have not been dealt with within the scope of the present study. The ice gouging simulations demonstrated that ridges with steeper rake angles result in deeper gouges. Similar gouge depths have been attained irrespective of the path – via water level changes or via seabed slope - as long as the driving force was available. The keel-soil-pipe simulations demonstrated that increasing the rake angle results in lower pipe response. Deeper gouges give larger effect at the same clearance between the top of the pipe and the gouge bottom. Considering the performed simulations jointly, it can be concluded that selecting the n-year gouge depth implicitly sets the conditions for assessing the variability in the additional governing parameters. This is mainly applicable to the keel's rake angle as the factor having the strongest correlation with the gouge depth, keeping other parameters unchanged. Appreciating the correlation above and its effect on the n-year pipeline load effect can prevent possibly overly-conservative parameter combinations. It is argued that steeper keels have the highest potential to produce deepest (extreme) gouges. For these conditions, the extreme gouge load effect seems to be acceptable as long as there is a gap between the pipe and the ice keel and the pipe wall thickness is relatively large. Thus, the pipeline design against ice gouging load effects is likely to be governed by the maximum gouge depth, as the gap itself is found to define a sharp limit between an acceptable and an unacceptable design condition. In turn, this sets high requirements to reliable determination of the gouge depth.

No abstract

It is usually proposed that bearing capacity of the ice beam during its interaction with a sloping hydraulic structure is exhausted when tensile stresses in the beam's cross-section reach some limit. But besides the tensile stress there is a compressive stress during the interaction with a sloping structure. This can change our estimations of the ultimate bearing capacity and load exerted on the structure.