Способ увеличения несущей способности ледяного покрова

Способ увеличения несущей способности ледяного покрова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при создании ледяной переправы для транспортировки грузов.

Известно техническое решение (1. Козин В.М. Патент РФ №2135685 от 27.08.1999), в котором способ создания ледяной переправы заключается в размещении подо льдом стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец труб выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью. Холодный воздух, как более тяжелый, поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности. По истечении времени, достаточного для надежного примерзания нижних и верхних частей труб соответственно к дну бассейна и ледяному покрову и намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации.

Недостатком способа является опасность его использования при значительных колебаниях уровня воды в водоеме, которые неизбежно возникают в течение всего зимнего периода. Так, при подъеме уровня может произойти отрыв от дна придонных концов труб, а при падении - разрушение самого ледяного покрова в местах его примерзания к верхним концам труб.

Задачей заявленного изобретения является создание ледяной переправы, несущая способность которой не зависела бы от колебаний уровня воды в водоеме.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении степени надежности эксплуатации ледяной переправы.

Существенные признаки, характеризующие изобретение:

Ограничительные: несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы, увеличивают посредством стальных труб, опущенных на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец трубы выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью.

Отличительные: трубы выполняют из трех частей, сочлененных между собой двумя сферическими проницаемыми шарнирами, при этом нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна по вертикали, а две другие - под углом к ней, при этом вмороженную в ледяной покров верхнюю часть оснащают дополнительным сферическим шарниром, совмещенным со скользящим.

Известно (2. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда. Труды ААНИИ, 1976, т. 331, с. 4-41), что прочность льда при сжатии примерно в 2 раза выше, чем при изгибе или растяжении, и в 4 при срезе или сдвиге, т.е. скалывании.

Таким образом, если необходимо увеличить несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы в условиях изменяющегося уровня воды в водоеме, то следует уменьшить неизбежно возникающие на опорах переправы ледоразрушающие нагрузки при колебании уровня воды. Это повысит степень надежности эксплуатации переправы. Для этого необходимо изменить вид нагружения намерзшего на трубе слоя льда: напряжения (растяжения или сжатия), возникающие в естественных условиях, заменить на изгибные или скалывающие (сдвиговые) напряжения путем предлагаемой конструкции.

Способ осуществляется следующим образом.

В ледяном покрове по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов сверлят ряды сквозных отверстий. Через них под лед вертикально опускают трубы с заваренными нижними концами и упирают их в дно бассейна. Длина опор при этом должна быть достаточной для того, чтобы верхний их конец возвышался над поверхностью ледяного покрова. Для предотвращения возможного всплытия труб их временно закрепляют. Трубы выполняют из трех частей, сочлененных между собой двумя сферическими проницаемыми шарнирами, при этом нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна по вертикали, а две другие - под углом к ней, при этом вмороженную в ледяной покров верхнюю часть оснащают дополнительным сферическим шарниром, совмещенным со скользящим. Затем подготовленную таким образом ледяную переправу подвергают воздействию отрицательных температур. Холодный тяжелый воздух (t<0°С) поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности, т.е. образование под ледяным покровом своеобразных ледяных свай (ледяных опор), что, безусловно, повысит прочность ледяной переправы. По истечении времени, достаточного для намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации, но только для данного уровня воды в водоеме. Поскольку этот уровень, безусловно, будет колебаться в течение всего периода ледостава, то для устранения последствий изменения уровня воды трубы выполняют из трех частей, сочлененных между собой двумя сферическими проницаемыми шарнирами, при этом нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна по вертикали, а две другие - под углом к ней, при этом вмороженную в ледяной покров верхнюю часть оснащают дополнительным сферическим шарниром, совмещенным со скользящим. Сферические шарниры выполняют пустотелыми, что необходимо для намерзания льда на трубах. Предложенный способ выполнения опор ледяной переправы позволит сохранить их целостность как на дне водоема, так и на выходе опор из-подо льда, т.к. при колебаниях уровня воды в первую очередь будет разрушаться слой льда, намерзший вокруг шарниров. В этих местах во льду неизбежно будут возникать напряжения сдвига (скола), при которых прочность льда в 4 раза меньше, чем при сжатии, и в 2 раза меньше, чем при растяжении. Кроме того, совмещение верхнего сферического шарнира со скользящим также исключит возникновение изгибных напряжений в местах выхода верхних частей труб из-подо льда, что также будет способствовать сохранению целостности ледяного покрова в этих местах при колебаниях уровня воды. Таким образом, если в процессе эксплуатации ледяной переправы изменение уровня воды окажется опасным для сохранения несущей способности ледяного покрова, то благодаря предложенному решению разрушение льда на опорах начнется в наиболее безопасных и легковосстанавливаемых прочность опоры местах, т.е. на шарнирах. При этом разрушение намерзшего на шарнирах льда должно начинаться при максимальных перепадах уровня воды, при которых еще допускается эксплуатация переправ (эти перепады определяются предварительно). Это обеспечит максимальную прочность опор и, соответственно, несущую способность ледяного покрова при допустимых уровнях колебаний воды в водоеме, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан общий вид на ледяную переправу; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид I на фиг. 2.

В ледяном покрове 1 по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов 2 сверлятся ряды отверстий 3. Через них под лед опускают трубы 4 с заваренными нижними концами и упирают в дно бассейна 5 (фиг. 1), причем трубы 4 выполняют из трех частей 6, 7, 8, сочлененных между собой двумя сферическими проницаемыми шарнирами 9, 10 (фиг. 2) и сферическим шарниром 11, совмещенным со скользящим 12.

Предлагаемое решение позволит достичь заявленный технический результат.

Способ увеличения несущей способности ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы, посредством стальных труб, опущенных на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец труб выполнен заваренным, а верхний конец выступает над ледяной поверхностью, отличающийся тем, что трубы выполняют из трех частей, сочлененных между собой двумя сферическими шарнирами, при этом нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна по вертикали, а две другие - под углом к ней, при этом вмороженную в ледяной покров верхнюю часть оснащают дополнительным сферическим шарниром, совмещенным со скользящим.