СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Часть 6

Таблица 28

5.4. Строение ледяного поля (по толщине) определяется по дан­ным кристаллографического исследования, а при их отсутствии допус­кается принимать:

ледяной покров открытых озер, водохранилищ и крупных рек состоит из зернистого и призматического льдов;

ледяной покров морей и устьевых участков рек, впадающих в моря, состоит из зернистого и волокнистого льдов;

толщина слоя зернистого льда, располагающегося в верхней час­ти ледяного покрова, составляет 0,25h_d, а толщина слоя призмати­ческого или волокнистого льда - 0,75h_d.

Примечания. 1. Настоящие требования распространяются на прес­новодный и морской однолетний лед.

2. Доверительная вероятность значений R_c, и R_f при расчетах ледовых нагрузок на сооружения II и III класса принята a = 0,95, а для сооружений I класса при соответствующем обосно­вании допускается назначать большую доверительную вероятность, но не выше a = 0,99.

3. Для морей Арктического и Дальневосточного бас­сейнов нагрузки на сооружения уточняются по опытным данным.

НАГРУЗКИ ОТ ЛЕДЯНЫХ ПОЛЕЙ НА СООРУЖЕНИЯ

5.5. Силу от воздействия движущихся ледяных полей на сооруже­ния с вертикальной передней гранью необходимо определять:

от воздействия ледяного поля на отдельно стоящую опору, рис.35. с передней гранью в виде треугольника, многогранника или полуцир­кульного очертания F_c,p, МН, по формуле

; (118)

от воздействия ледяного поля на секцию протяженного сооруже­ния, рис.36, F_c,w, МН, по формуле

, (119)

где u - скорость движения ледяного поля, м/с, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допус­кается принимать ее равной:

- для рек и приливных участков морей - скорости течения воды;

- для водохранилищ и морей - 3 % от значения скорости ветра 1%-ной обеспеченности в период движения льда;

m - коэффициент, принимаемый по табл. 29 ;

А - максимальная площадь ледяного поля (или суммарная площадь нескольких ледяных полей, оказывающих дав­ление друг на друга) 1%-ной обеспеченности, м², определяемая по натурным наблюдениям в данном или смежных пунктах ;

k_b - коэффициент, принимаемый по табл.30 ;

k_u - коэффициент, принимаемый по табл.31;

g - половина угла заострения передней грани опоры в плане на уровне действия льда, град (для опоры с передней гранью в виде многогранника или полу­циркульного очертания необходимо принимать g = 70°).

Рис.35. Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на отдельно стоящую вертикальную опору

Рис.36. Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на секцию сооружения

Таблицы 29

Таблица 30

Таблица 31

При этом, сила F_c,p, определенная по формуле (118) не может быть больше силы F_b,p, МН, определяемой по формуле

F_b,p = mk_bk_uR_ch_d, (121)

а сила F_c,w, определенная по формуле (119) не может быть больше силы F_b,w, МН, определяемой по формуле

F_b,w = kk_uR_cbh_d, (122)

где k - коэффициент, принимаемый по табл.32

Таблица 32

Силу от воздействия ледяного поля на опору с передней гранью в виде прямоугольника следует определять по формуле (121)

R_c и h_d - обозначения те же, что в пп.5.2 и 5.3.

5.6. Силу от воздействия движущегося ледяного поля на отдель­но стоящую коническую опору, рис.37, или конический ледорез полу­циркульного очертания при отсутствии смерзания со льдом необхо­димо определять по формулам:

а) горизонтальную составляющую силы F_h,p, МН,

F_p,h = [k_h,1R_yh_d² + k_h,2rgh_dd² + k_h,3rgh_d(d² - d_t²)]k_h,4; (123)

б) вертикальную составляющую силы F_v,p, МН,

F_v,p = k_v,1F_h,d +k_v,2rgh_d(d² - d_t²), (124)

а на секцию откосного профиля, рис.38, или отдельно стоящую опо­ру прямоугольного сечения с наклонной передней гранью по форму­лам:

а) горизонтальную составляющую силы F_h, МП,

F_h = 0,1R_ybh_dtgb ( 125)

б) вертикальную составляющую силы F_v, МН,

F_v = F_hctgb ( 126)

где k_h,1,k_h,2 - коэффициенты, принимаемые по табл.33;

k_h,3,k_h,4,k_v,1,k,_v,2 - коэффициенты, принимаемые по табл.34;

r - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

d - диаметр конуса по ватерлинии, м;

d_t - верхний диаметр конуса, м;

b - угол наклона образующей конуса (передней гра­ни сооружения откосного профиля) к горизонту, град.

R_y, h_d, b - обозначения те же, что в пп.5.2, 5.3 и 5.5..

Рис.37. Схема приложения нагрузок от движущегося ледяного поля на отдельно стоящую коническую опору

Рис.38. Схема приложения нагрузок от движущегося ледяного поля на сооружение откосного профиля

Таблица 33

Таблица 34

Примечание. В случае подвижки смерзшегося с коническим соору­жением ледяного поля горизонтальная составляющая силы F_h,y, МН, определяется как на цилиндрическую опору с расчетной шириной b, равной диаметру конуса на уровне действия льда, по формуле

F_h,y = k_bF_b,p, (127)

где k_b - коэффициент, принимаемый по табл. 35;

F_b,p - обозначение то же, что в п.5.5.

Вертикальная составляющая силы F_v,p в этом случае отсутствует.

Таблица 35

5.7. Силу от воздействия движущегося ледяного поля на соору­жение, состоящее из системы вертикальных колонн, F_p, МН, рис.З9, необходимо определять по формуле

F_p = n_tk₁k₂F_b,p, (128)

где n_t - общее число колонн в сооружении;

k₁ - коэффициент, определяемый по формуле

k₁ = 0,83 +0,17n_t^-1/2, (129)

k₂ - коэффициент, принимаемый по табл.36;

Таблица 36

Примечание. Значения коэффициента k₁, определенные по формуле (129), соответствуют коэффициенту вариации предела прочности льда при одноосном сжатии, равному 0,2.

h_d, F_b,p, b и k - обозначения те же, что в пп.5.3 и 5.5.

Рис.39. Схема приложения нагрузок от движущегося ледяного поля на сооружение из системы вертикальных колонн

5.8. Силу от воздействия остановившегося ледяного поля, навали­ваю­щегося на сооружение при действии течения воды и ветра F_S, МН, необходимо определять по формуле

F_s = (P_m + P_u + P_i + P_m,a)A, (130)

в которой величины P_m, P_u, P_i и P_m,a, МПа, определяются по формулам:

P_m = 5×10^-6u²_max; (131)

; (132)

P_i = 9,2×10^-3h_di; (133)

P_m,a = 2×10^-8u²_w,max (134)

где u_max - максимальная скорость течения воды подо льдом 1%-ной обеспеченности в период ледохода, м/с;

u_w,max - максимальная скорость ветра 1%-ной обеспеченности в период ледохода, м/с;

L_m - средняя длина ледяного поля по направлению потока, принимаемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии для рек допускается принимать L_m равной утроенной ширине реки, м;

i - уклон поверхности потока;

h_d и A - обозначения те же, что в пп.5.3 и 5.5.

При этом, сила F_s, определенная по формуле (130), не может быть больше силы F_b,w, определенной по формуле (122) при k_u = 0,1.

Примечание. Расчетная ширина ледяного поля принимается по дан­ным натурных наблюдений, а для затворов или аналогичных сооруже­ний - не более ширины пролета сооружения.

5.9. Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки, оп­ределенной согласно пп.5.1-5.4, необходимо принимать ниже расчет­ного уровня воды на 0,2h_d в зимний период, а в период весеннего ледохода - на 0,4h_d.

Нагрузки на сооружения от движущегося торосистого ледяного по­ля необходимо увеличить умножением их на коэффициент торосистости k_r, принимаемый равным:

- для Азовского, Балтийского, Каспийского, Черного и Японского морей - 1,3;

- для Белого, Берингова, Арктических и Дальневосточных морей -1,5.

При соответствующем обосновании допускается принимать для Арктических и Дальневосточных морей k_r = 2.

НАГРУЗКИ НА СООРУЖЕНИЯ ОТ СПЛОШНОГО ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ПРИ ЕГО ТЕМПЕРАТУРНОМ РАСШИРЕНИИ

5.1. Горизонтальную линейную нагрузку (на 1 пог. м длины по фронту протяженного сооружения) от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении q, МН/м, необходимо принимать рав­ной наибольшему значению из полученных за рассматриваемый ряд лет.

Значения q определяются по графикам рис.40 при заданных значениях перепадов температуры воздуха Dq, °С, и соответст­вующих им реальных и приведенных толщинах льда, h_c, м, и h_red,м.

Значения Dq следует выбирать из графика хода температуры воздуха по данным срочных наблюдений в ледоставный период для каж­дого года из рассматриваемого ряда лет (30 лет и более) при длитель­ности перепадов от 5 часов до 20 суток.

Значения h_c принимаются равными средним толщинам льда за время перепада температуры.

Значения h_red, м, необходимо определять по формуле

h_red = h_c +1,43h_s +h_r, (135)

где h_s - средняя толщина снега за время перепада температуры, м;

h_r - добавочная толщина льда, м, принимаемая по табл. 37.

Рис.40. График значений нагрузки q

Таблица 37

5.11. Силу от воздействия ледяного покрова на отдельно стоящее сооружение F_t, МН, необходимо определять по формуле

F_t = k_lqb, (136)

где k_l - коэффициент принимаемый по табл.38 ;

b и q - обозначения те же, что в пп.5.5 и 5.10.

Таблица 38

При этом сила F_t, определенная по формуле (136) не может быть больше силы, F_t,b, , МН, определяемой по формуле

F_t,b = R_cbh_c, (137)

где R_c - обозначение то же, что в п.5.2.

5.12. Точку приложения равнодействующей ледовой нагрузки, оп­ределенной согласно пп.5.10 и 5.11,необходимо принимать ниже рас­четного уровня воды на 0,25h_c.

НАГРУЗКИ НА СООРУЖЕНИЯ ОТ ЗАТОРНЫХ И ЗАЖОРНЫХ МАСС ЛЬДА

5.13. Силу от движущейся заторной массы льда на отдельно стоящую опору F_b,i, МН, необходимо определять по формуле

F_b,i = 0,5mR_b,ibh_b,i, (138)

где R_b,i - нормативное сопротивление заторной массы льда смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается принимать равным:

- для участков рек севернее линии Воркута - Ханты-Мансийск - Красно­­ярск - Улан-Удэ - Благовещенск -Николаевск на Амуре 0,45 МПа;

- между линиями Воркута - Ханты-Мансийск - Красноярск -Улан-Удэ - Благовещенск - Николаевск на Амуре и Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск 0,35 МПа;

- южнее линии Архангельск - Киров - Уфа - Усть-Каменогорск 0,25 МПа;

h_b,i - расчетная толщина заторной массы, м, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии по формуле

h_b,i = a_iH_b,i , (139)

где a_i - коэффициент, принимаемый по та6л.39;

Н_b,i - средняя глубина реки выше затора при максимальном расходе воды заторного периода, м;

m, b - обозначения те же, что в п.5.5.

Таблица 39

5.14. Силу от движущейся зажорной массы на отдельно стоящую опору F_b,j, МН, необходимо определять по формуле

F_b,j = mR_b,jbh_j, (140)

где R_b,j - нормативное сопротивление зажорной массы смятию, МПа, определяемое по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается принимать равным 0,12 МПа;

h_j - расчетная толщина зажора, м, определяемая по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии допускается принимать равной 0,8 от средней глубины потока при расходе воды зажорного периода ;

m, b - обозначения те же, что в п.5.5.

НАГРУЗКИ ОТ ПРИМЕРЗШЕГО К СООРУЖЕНИЮ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ УРОВНЯ ВОДЫ

5.15. Вертикальную линейную нагрузку (на 1 пог. м длины по фронту сооружения) от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды y_d, МН/м, рис.41, необходимо опре­делять по формуле

, (141)

где h₀ - изменение уровня воды, м; при этом h₀£h_max;

h_max - максимальная толщина ледяного покрова, м, обеспечен­ностью 1 %.

Рис.41. Схема приложения нагрузок от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды (УВ)

а - при понижении (УВ); б - при повышении (УВ); УВЛ - уровень воды при ледоставе

5.16. Момент силы, воспринимаемый 1 пог. м протяженного соору­жения от примерзшего ледяного покрова, М_l , МН×м/м, при измене­нии уровня воды, рис.41, необходимо определять по формуле

, (142)

где h₀, h_max - обозначения те же, что в п.5.15.

При этом, момент силы М_l , определенный по формуле (142) не может быть больше момента М_l,lim, МН×м/м, определяемого по формуле

, (143)

где s_с - сдельное напряжение в сжатом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как (С + D) для нижнего слоя ледяного покрова при температуре t_b в случае понижения уровня воды или - для верхнего слоя ледяного покрова при температуре t_u в случае повышения уровня воды;

s_t - предельное напряжение в растянутом слое изгибаемого ледяного покрова, МПа, определяемое как 0,3(С + D) для верхнего слоя ледяного покрова при температуре t_u в случае понижения уровня воды или - для нижнего слоя ледяного покрова при температуре t_b в слу­чае повышения уровня воды ;

C, D, t_u и t_b - обозначения те же, что в п.5.2.

5.17. Вертикальную силу на отдельно стоящую опору или свай­ный куст от примерзшего к сооружению ледяного покрова при измене­нии уровня воды F_d,p, МН, рис.42, необходимо определять по формуле

F_d,p = k_yR_yh²_max, (144)

где k_y - коэффициент, определяемый по формуле

k_y = 0,6 + 0,15D/h_max, (145)

где D - поперечный размер (диаметр) опоры или свайного куста, м;

R_y и h_max - обозначения те же что в пп. 5.2 и 5.15.

Примечание. При прямоугольной форме опоры в плане со сторона­ми b и с, м, или для сооружения, состоящего из системы ко­лонн, или куста свай с внешними габаритами опорной части на уров­не действия льда b и с, м, допускается принимать ,м.

Рис.42. Схемы приложения нагрузки от примерзшего к отдельно стоящей опоре ледяного покрова при изменении уровня воды (УВ)

а - при понижении УВ; б - при повышении УВ

Рис.43. Схемы приложения нагрузки от примерзшего к сооружению из системы вертикальных колонн ледяного покрова при повышении уровня воды

Примечание. При понижении уровня воды сила F_d,y направлена вниз

Рис.44. Графики значений коэффициента K_k

5.18. Вертикальную силу на сооружение, состоящее из системы вертикальных колонн, от примерзшего к опорам ледяного покрова при изменении уровня воды F_d,y, МН, ­ 43, необходимо определять по формуле

F_d,y = KF_d,p, (146)

где K - коэффициент, определяемый по формуле

, (147)

где K_k - коэффициент для к.-ой колонны, принимаемый по графикам рис. 44 при заданных значениях a_k, b, h_max;

a_k - расстояние от оси произвольно выбранной основ­ной колонны до оси k -ой колонны (см. рис .43), м;

b, n_t, h_max и F_d,p - обозначения те же, что в пп.5.5, 5.7, 5.15 и 5.17."

Директор института Д.А. Ивашинцов

Руководитель темы А.П. Пак

Ответственный исполнитель М. Г. Гладков

2. Дополнить текст СНиП 2.06.04-82^х рекомендуемым прило­же­нием 4:

"ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рекомендуемое.

ИСПЫТАНИЕ ЛЬДА НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ

Отбор, изготовление и подготовка образцов к испытанию

Образцы льда отбираются из N слоев ледяного поля так, чтобы их длинные оси были перпендикулярны направлению роста крис­таллов; при этом N³3, толщина испытываемого ледяного поля должна быть не менее 0,6h_d.

Образцы льда изготовляются в виде призм квадратного сечения или цилиндров круглого сечения с отношением высоты к ширине (диа­метру), равны 2,5. Ширина образца должна не менее чем в 10 раз превышать средний поперечный размер кристалла, определяемый по данным кристаллографического исследования.

Отклонение размеров образцов от номинальных не должно превы­шать ±1%. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность без трещин, сколов, раковин, заусенцев и др. дефектов.

Цилиндрические образцы следует изготовлять на токарном стан­ке, а призматические - на горизонтально-фрезерном станке.

Грани призматических образцов рекомендуется обрабатывать по­парно двумя фрезами, установленными на одном валу с расстоянием между ними, равным ширине образца при обработке боковых граней и с расстоянием, равным высоте образца при обработке опорных граней.

Перед испытанием образцы исследуемого слоя выдерживаются не менее чем 1 час при температуре слоя t_i, определяемой по опыт­ным данным, а при их отсутствии - по формулам (116) и (117).

Оборудование

Испытательные машины должны быть устроены по типу машин с управляемой скоростью деформации. Наибольшая создаваемая машиною на­грузка должна не менее чем в два раза превышать разрушающую нагруз­ку для испытываемых образцов.

Испытательные машины должны иметь автоматическую запись кри­вой "нагрузка - деформация", обеспечивать измерение нагрузки с погрешностью не более ±5%.

Проведение испытаний

Образцы сжимаются вдоль длинных осей.

Образцы исследуемого слоя испытываются при температуре t_i и постоянной скорости деформации, принимаемой для пресноводного льда равной , с^-1, а для морского льда по табл. 1.

Таблица 1

Обработка результатов

Разрушающее напряжение (предел прочности) при сжатии для каждого образца С_j, МПа, вычисляется по формуле

, (1б3)

где (P_max)_j - максимальная нагрузка для j-го образца, определяемая по диаграмме "нагрузка - деформация" (см. рис.1), МН;

y - площадь первоначального поперечного сечения образца, м².

За результат испытания серии образцов исследуемого слоя принимается величина

С ± D , МПа,

где С - среднее (арифметическое) значение параллельных определений предела прочности при сжатии, МПа, определяемое по формуле

; (164)

D и n. - обозначения те же, что в п.5.2.

Рис.1. Диаграммы "нагрузка - деформация" для льда, испытываемого при различных постоянных скоростях деформации: .

1, 2 - пластическое разрушение;

3 - хрупко - пластическое разрушение;

4 - хрупкое разрушение.

Графически результат испытания серии образцов исследуемого слоя изображается точкой и двумя разными отрезками, отложенными вверх и вниз от этой точки; точка соответствует среднему (арифметическому) значению предела прочности льда, а отрезок - среднему квадратическому отклонению случайной погрешности измерений. Указа­ние количества испытанных образцов обязательно.

Примеры графического представления результатов испытаний нескольких серий образцов показаны на рис. 2 и 3.

Рис.2. Зависимость максимального предела прочности пресноводного льда при одноосном сжатии от температуры.

- призматический лед (размеры образцов 25х25х50 см);

- зернистый (снежный) лед (15х15х30 см);

- волокнистый (шестовато - игольчатый) лед (22х22х45 см), n=5.

Научно - исследовательская станция "Ладожское озеро", ААНИИ, 1979 - 1981 гг.

Рис.3. Зависимость максимального предела прочности морского льда при одноосном сжатии от количества жидкой фазы.

- зернистый лед;

- волокнистый лед.

Размеры образцов 4х4х10 см. n=5.

Дрейфующая научно - исследовательская станция "Северный полюс - 24", ААНИИ, 1978 - 1979 гг."