Совершенствование методов оценки взаимодействия ледовых образований и сооружений из габионов

• Автор: Багин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение
Глава 1. Габионы: Характеристики, материалы, свойства, использование в гидротехническом и транспортном строительстве
1.1. Описание и область применения коробчатых габионов и матрацев Рено
1.2. Классификация сооружений, возводимых из габионов
1.3. Основные технические характеристики и преимущества использования изделий из сетки двойного кручения
1.4. Действующие нормативные документы по использованию габионов
1.5. Требования к каменным материалам
1.6. Концепция работы и свойства габионных структур
1.6.1. Гибкость
1.6.2. Прочность и устойчивость
1.6.3. Проницаемость
1.6.4. Срок службы
1.6.5. Экологические свойства
1.6.6. Экономичность
1.6.7. Волновые нагрузки на сооружения из габионов
1.7. Определение расчетных исходных данных, характеризующих ледовую обстановку в районе строительства сооружения, возводимого из габионов
Выводы по Главе
Глава 2. Воздействие льда на гидротехнические сооружения, в том числе из габионов
2.1. Воздействие льда на гидротехнические сооружения
2.2. Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения. Классификация
и типы расчетов
2.3. Особенности воздействия льда на габионные конструкции
2.4. Ледовые воздействия на конструкции из габионов в условиях ледохода
2.5. Динамическое воздействие льда
2.6. Истирающее действие льда
2.7. Наползание льда на откосы
2.8. Ледовые воздействия на конструкции из габионов в период ледостава
2.9. Промерзание габионов и вмерзание их в лед, термический режим конструкций из габионов в период ледостава
2.10. Статическое давление льда за счет температурного расширения
2.11. Статическая нагрузка при изменении уровня воды
Выводы по Главе
Глава 3. Модели взаимодействия ледовых образований с сооружениями из габионных конструкций
3.1. Феноменологическая модель воздействия торосов с речными берегоукрепительными сооружениями
3.2. Обобщенная математическая модель воздействия ледовых образований
на сооружения из габионов
3.3. Имитационная модель воздействия льда на сооружения вертикального
и откосного типов при изменении горизонта воды в водоеме
Выводы по Главе

Глава 4. Практическая реализация математических моделей воздействия
льда на сооружения из габионов
4.1. Алгоритм и программа реализации обобщенной математической
модели воздействия льда на сооружения из габионов
4.2. Алгоритм и программа реализации имитационной математической
модели воздействия льда на сооружения из габионов
4.3. Предложения по совершенствованию нормативно-расчетной базы
4.4. Методические рекомендации по оценке возможности применения габионных конструкций в регионах с суровыми климатическими
условиями
Выводы по Главе
Глава 5. Мониторинг построенных сооружений с применением
габионов на территории России, странах Содружества и иностранных
государств
5.1. Цели и виды мониторинга сооружений из габионов
5.2. Методика по выполнению мониторинга сооружений из габионов
работающих в условиях ледовых нагрузок
5.3. Анализ мониторинга сооружений из габионов работающих
в ледовых условиях (собственные наблюдения автора)
5.4. Карта-схема
Заключение
Библиографический список
Введение.
Ледовые условия на реках России, особенно Сибири и Дальнего Востока создают значительные трудности для эксплуатации гидротехнических сооружений. Как правило, конструкции подвергаются воздействию статического и динамического давления льда, истирающему воздействию ледохода, имеет место выворачивание частей общего массива крепления, смерзшегося с ледяным покровом при изменении уровня воды.
Аналогичным воздействиям подвергаются и конструкции, выполненные с использованием габионов. На сегодняшний день имеется лишь эмпирический опыт применения, общие представления по использованию габионных конструкций в суровых климатических условиях. Практически полностью отсутствуют реальные данные по взаимодействию льда и габионов.
При проектировании обычных гидротехнических сооружений не задумываются о взаимодействии со льдом. Конструкции просто проектируются такими, чтобы они были способны выдержать развивающуюся ледовую нагрузку.
В случае использования габионов концепция несколько иная. Габионы сами участвуют в формировании ледовых условий вблизи них и сами генерируют ледовые проблемы, в частности при вмерзании габионов в лед создается ледокаменный массив с определенной пористостью и прочностными характеристиками, который создает своеобразные условия для всплывания и сдвига габионов, отрыва от основного ледяного массива, взаимодействия с наледями, истирания движущимся льдом. Создаваемая конструкция должна быть способна противостоять различным видам ледовых нагрузок.
Целью данной работы является научно-техническое обоснование применения габионных структур в регионах с суровым климатом и в условиях воздействия льда.
Впервые габионные крепления были запатентованы во Франции в начале 80-х годов девятнадцатого столетия. Примерно в то же время патент был закуплен итальянской фирмой «Маккаферри», которая до настоящего времени успешно работает в области производства металлических сеток и габионов. Благодаря успеху габионов в водном строительстве и защите грунтов от различных типов эрозий произошло широкое внедрение во всем мире. Затем к коробчатым габионам присоединились такие материалы, как матрацы Рено, сетки ограждений и защиты от камнепадов. Эти изделия, которые вначале изготовлялись из проволоки плотного оцинкования, в зависимости от различных целей использования стали покрывать слоем ПВХ, что придало продукту более высокую стойкость в сооружениях, находящихся в коррозионной среде.

проектирования и строительства гидротехнических и транспортных сооружений с применением габионов в суровых климатических условиях. В связи с чем, необходимо разработать и предложить изменения в существующую нормативную базу, а также варианты расчетных алгоритмов, которые после апробации могут применяться при обосновании использования конструкций из габионов в условиях воздействия льда.
Глава 2. Воздействие льда на сооружения в том числе на ГТС из габионов.
Основным фактором, влияющим на условия эксплуатации и гидротехнических и транспортных сооружений, является ледовый режим акватории в районе строительства и, как следствие - ледовые нагрузки и воздействия их на сооружение. В связи с этим обоснованное определение ледовых нагрузок, действующих на сооружения, является чрезвычайно важной инженерной проблемой. С одной стороны их занижение может привести к значительному материальному и экономическому ущербу, а с другой - их завышение вызывает удорожание берегоукрепительного сооружения и резкое снижение
рентабельности строительства.
Для оптимизации применяемых технических решений при проектировании сооружений в первую очередь требует решения проблема оценки ледовых нагрузок с позиции теории вероятностей и надежности сооружений, так как высокая эффективность инженерных сооружений достигается путем вероятностной оптимизации нагрузок и
несущей способности.
Однако действующие в настоящее время нормы проектирования составлены на основе концепции предельных состояний, которая не позволяет полностью учесть случайную природу ледовых нагрузок и воздействий на сооружения. В них практически отсутствуют рекомендации по определению функций распределения параметров ледового режима речных и морских акваторий, используемые для оценки надежности гидросооружений.
Натурными исследованиями установлено, что ледовые воздействия создают опасные динамические режимы нагружения конструкций сооружения, действующие в течение значительного периода. При этом возникает сложный динамический процесс колебания конструкции, параметры которого зависят не только от свойств льда, но и от характеристик самого сооружения. Как показывают эксперименты, нагрузка на сооружение при хрупком разрушении льда носит циклический характер, что способствует образованию необратимых деформаций и повреждений (из собственных наблюдений