Разработка методов расчета глобальной ледовой нагрузки на морские инженерные сооружения конической формы при разрушении однолетних ледяных образований изгибом вниз

• Автор: Карулин, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГЛОБАЛЬНОЙ ЛЕДОВОЙ НАГРУЗКИ НА КОНУСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИХ С ОДНОЛЕТНИМИ ЛЕДЯНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ

1.1. Методы оценки ледовых нагрузок на конусные конструкции от воздействия

ровного льда

1.1.1. Модель Ралстона

1.1.2. Модель Невела

1.1.3. Модель Крооасдейла

1.1.4. Основные особенности и недостатки существующих методов оценки нагрузок на конусные конструкции от ровного льда

1.2. Методы оценки ледовых нагрузок на конусные конструкции от воздействия

однолетнего торосистого образования
1.2.1. Методы оценки нагрузок от киля и паруса тороса
1.2.2. Сопоставление результатов расчетов ледовых нагрузок от торосистых образований, полученных с применением различных расчетных схем
1.2.3. Основные недостатки существующих расчетных методов оценки ледовых нагрузок на инженерные сооружения от торосистых образований
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СО ЛЬДОМ КОНУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЛОМАЮЩИХ ЛЕД ИЗГИБОМ ВНИЗ
2.1. Цели и задачи экспериментальных исследований
2.2. Описание эксперимента
2.3. Результаты экспериментальных исследований
2.3.1. Описание физических процессов
2.3.2. Временные зависимости суммарных ледовых нагрузок
2.3.3. Обработка результатов экспериментов. Построение регрессионных моделей
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛОБАЛЬНОЙ ЛЕДОВОЙ НАГРУЗКИ НА КОНУСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЛОМАЮЩИЕ ЛЕД ИЗГИБОМ ВНИЗ, ПРИ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С РОВНЫМ ЛЬДОМ
3.1. Постановка задачи и принятые допущения
3.2. Структура формул для определения глобальной ледовой нагрузки

3.3. Сила ломки ледяного поля
3.4. Сила, необходимая для разворота блока льда на наклонную поверхность конуса
3.5. Сила проталкивания слоя льда по наклонной поверхности
3.6. Вклад отдельных составляющих в глобальную ледовую нагрузку
3.7. Сопоставление результатов расчетов по разработанной схеме и данных экспериментальных исследований
4. РАСЧЕТ ГЛОБАЛЬНОЙ ЛЕДОВОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СООРУЖЕНИЯ С ОДНОЛЕТНИМ ТОРОСИСТЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ
4.1. Дискретно-элементная модель киля тороса
4.1.1. Основные положения
4.1.2. Математическая модель контактной силы
4.1.3. Верификация модели
4.1.4. Сопоставительные расчеты
4.1.5. Задача о внедрении в киль тороса пластины при ее повороте
4.2. Метод определения глобальной ледовой нагрузки на сооружение при взаимодействии его с однолетним торосом
4.2.1. Расчетная схема
4.2.2. Сопоставление с экспериментальными данными
5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО РАСЧЕТНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ ЛЕДОВОЙ НАГРУЗКИ НА ИНЖЕНЕРНОЕ СООРУЖЕНИЕ
5.1. Оценка глобальной ледовой нагрузки на различные варианты платформы для освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения
5.2. Вероятностная оценка глобальной ледовой нагрузки на ледостойкое сооружение при взаимодействии его с ровным льдом
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
На настоящий момент в мире не найдено альтернативы углеводородному сырью, как нефти, так и газу. Мировое потребление нефти и газа в ближайшее время сокращаться не будет. Материалы исследований отчетов по запасам и анализ тенденций обнаружения месторождений в последнее время показывают, что "в течение следующего десятилетия мир достигнет точки, при которой половина существующих запасов нефти будет израсходована" /65/. Нарастает отставание между потребностью и располагаемыми возможностями добычи газа. Обнаружение новых месторождений нефти и газа на территории России будет иметь место в северной части Сибири, а также на арктическом глубоководье и северном континентальном шельфе.
В мировой практике имеется опыт освоения шельфа замерзающих морей с незначительными глубинами (15+30 м). Основываясь на имеющихся наработках, в России ведется проектирование платформы для освоения Приразломного нефтяного месторождения в Печерском море. Глубина моря в районе установки ледостойкого основания составляет около 20 м.
Одним из перспективных для освоения газовых месторождений с оцениваемыми запасами более 3000 млрд. кубических метров газа является Штокмановское газоконденсатное месторождение (Штокмановское ГКМ) /55/, расположенное в Баренцевом море. Глубина моря составляет для данного района 300+330 м. Наиболее распространенными типами ледовых образований, встречающимися в этом регионе, являются: ровный и наслоенный лед, гряды торосов, равномерно всторошенные поля, стамухи. Для этих регионов определяющим по уровню глобальной ледовой нагрузки на сооружение является взаимодействие с однолетними ледовыми образованиями.

Далее, для удобства описания, модель, имеющая конус с наклоном образующей 35°, именуется "модель 35", вторая - соответственно "модель 50".
Эксперименты проводились по типу “обращенного движения”, при котором ледяное поле оставалось неподвижным, а модель конусной конструкции, жестко прикрепленная к буксировочной тележке, перемещалась вместе с ней со скоростью дрейфа ледяного поля. Измерение сил и момента производилось в связанной с моделью системе координат. Начало системы координат, точка О, расположено на оси симметрии, ось ОХ направлена назад вдоль вектора скорости и,, OZ- вверх, ОУ- на левый борт, положительное направление момента Му- дифферентующий на нос (рис. 2.3). Возвышение точки начала координат О над основной плоскостью модели а=0.715 м.
В процессе выполнения экспериментальных исследований моделей в ледовом опытовом бассейне в соответствии методикой планирования экспериментов /63, 36/ была реализована программа испытаний, приведенная в табл. 2.2. Значение коэффициента динамического трения моделированного льда о поверхность модели составило 0.15, что примерно соответствует коэффициенту трения натурного льда об окрашенную стальную поверхность сооружения.