ЗАЩИТНОЕ БОНОВОЕ ОГРАЖДЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК E02B3/04 E02B3/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для гидротехнических сооружений, пришвартованных судов или других плавучих объектов в качестве защитного устройства от экстремальных воздействий сплошных ледовых полей.

Известны устройства для защиты гидротехнических сооружений от воздействия льда, выполненные в виде вертикальных или наклонных ледорезов (Песчанский И. С. Ледоведение и ледотехника / Изд. 2-е, доп. и перераб. -Л. Гидрометеорологическое изд-во, 1967,с.404-407). После незначительного вмятия ледореза в кромку льдины появляется опережающая трещина. По мере дальнейшего продвижения льда происходит обламывание консолей в виде треугольных карт. При значительной толщине или невысокой прочности льда разрушение может происходить от деформации среза. Данные устройства наиболее эффективны на реках в период ледохода для сооружения сквозной конструкции. Применение их для сооружений сплошной конструкции или для защиты от воздействий сплошного ледового поля менее эффективно, а в случаях, когда по технологическим требованиям недопустимы выступы из плоскости сооружения (объекта),применение невозможно, например, для пришвартованных судов, причальных сооружений, плавучих доков и т.п. Кроме того, данные устройства вследствие их высокой стоимости не- целесообразно использовать для временной защиты сооружений (объектов).

Другим известным вариантом защиты является применение наклонных стен (Воздействие льда на морские сооружения шельфа /под ред. А.Я.Корчагиной/. М. ВИНИТИ, 1988, с. 8-9). Это мероприятие позволяет путем изменения механизма разрушения льда (лед разрушается от изгиба) снизить нагрузки на сооружения (объекты). Однако для ряда сооружений (объектов) применение наклонной лицевой грани недопустимо.

Известно, что в ряде случаев для защиты сооружений (объектов) от воздействия сплошных ледовых полей вдоль лицевой поверхности устраивается полынья (майна) (Мишель Б. Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения / пер. с англ. М. Транспорт, 1978,с. 26). Но одновременно полынья образует свободную поверхность в ледовом поле. При этом провоцируются подвижки льда в сторону сооружения (объекта). При определенной конфигурации полыньи происходит концентрация напряжений в ледовом поле у краев или изгибов полыньи, что также является неблагоприятным фактором для сооружения (объекта). Кроме того,указанное мероприятие теряет эффективность при возникновении подвижек льда, превышающих ширину полыньи и имеет высокие эксплуатационные расходы.

Известно защитное устройство, содержащее прокладки из пенопласта или резины, располагаемые между лицевой поверхностью сооружения (объекта) и льдом, воспринимающие деформации без передачи значительных усилий на сооружение (объект) (там же,с.26). Однако указанные прокладки так же теряют эффективность при величинах подвижек льда, превышающих предельную деформацию прокладок.

Известно боновое ограждение, содержащее боны в виде бревен, расположенные на поверхности воды в толще льда, являющиеся защитным устройством от воздействия сплошных ледовых полей (там же,с.26). Боны выполняют роль шарниров и способствуют возникновению разрушения льда от потери устойчивости. Нагрузки на защищаемые сооружения (объекты) при этом существенно снижаются. Данное устройство принято за прототип.

При толщине льда, превышающей 0,8-1,0 м, разрушение от потери устойчивости не происходит и применение бонового ограждения из бревен становится нецелесообразным. Другим недостатком прототипа является то, что величина нагрузки на сооружение, при которой "срабатывает" защитное устройство (происходит разрушение льда) не поддается точному определению и регулированию.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения защитного устройства на льды толщиной более 0,8-1,0 м и обеспечение возможности строгого определения и регулирования величины нагрузки от льда, при которой устройство "срабатывает" (происходит разрушение льда).

Для решения этой задачи в известном защитном боновом ограждении, содержащем боны, расположенные в толще льда на поверхности воды эти боны выполнены из двух элементов, контактирующих между собой по наклонной площадке через прокладку, которая разрешается в момент, когда нагрузка от льда достигает величины, при которой устройство должно "сработать", после чего начинается сдвиг элементов бонов по наклонной площадке друг относительно друга.

Площадь прокладки до установки ограждения или в процессе его эксплуатации может быть изменена.

Коэффициент трения по поверхностям контакта элементов бонов и прокладки может быть изменен.

Могут быть изменены углы наклона поверхностей контакта элементов бонов и прокладки.

Кроме того, с целью снижения величины воздействия на защищаемое сооружение (объект) при нагрузках от льда, не превышающих предел "срабатывания" устройства, элементы бонов могут быть выполнены податливыми.

На чертеже схематично изображен поперечный разрез бона. Защитное боновое ограждение содержит боны 1, расположенные на поверхности воды в толще льда 2. Боны состоят из двух элементов: верхнего 3 и нижнего 4, контактирующих между собой по наклонной площадке через прокладку 5, площадь которой может быть изменена, например, путем введения новой или дополнительной прокладки.

Может быть изменен коэффициент трения по поверхности контакта элементов бонов 3 или 4 и прокладки 5, например, путем покрытия контактирующих поверхностей специальными составами или путем введения между элементами бонов 3 или 4 и специальной прокладки 5 пластин или пленок 6 из иного материала.

Для изменения углов наклона поверхностей контакта элементов бонов 3 или 4 прокладкой 5 может быть предусмотрено регулирующее устройство 7. Кроме того, углы наклона могут быть изменены на противоположные путем разворота бонов 1 на 180^o.

Защитное боновое ограждение работает следующим образом. До установки бонового ограждения между элементами бонов 3 и 4 вводится прокладка 5 таким образом, чтобы коэффициент трения элементов бонов 3 и 4 по прокладке Ктр был:
K_тр> tg(α)/A,
где α угол наклона прокладки 5 к вертикали;
А площадь контакта этой прокладки с элементом бона.

Одновременно предел прочности на сжатие прокладки R_сж и угол ее наклона к вертикали подбираются таким образом, чтобы
R_сжA = N•cos(α),
где N критическая сила, передаваемая на бон 1 от льда 2, при которой устройство должно "сработать" (вызвать разрушение льда) предел "срабатывания".

Кроме того, материал прокладки 5 подбирается таким образом, чтобы коэффициент трения элементов бонов 3 и 4 по разрушенной прокладке Khfphтр

был
Khfphтр < tg(α)/A
Как до установки, так и в процессе эксплуатации, при необходимости, для изменения указанных коэффициентов трения поверхности контакта могут быть покрыты специальными составами, а также между ними могут быть введены пластины или пленки 6 из иного материала.

Кроме того, при наличии регулировочного устройства 7 могут быть изменены углы наклона поверхностей контакта элементов бонов 3 и 4 с прокладкой 5.

В соответствии с особенностями защищаемого сооружения (объекта) боны 1 могут устанавливаться как с наклоном прокладки 5 в сторону сооружения (объекта), так и от него.

Защитное боновое ограждение устанавливается на поверхности акватории, как правило, до начала образования льда, таким образом, чтобы было обеспечено равномерное вмерзание бонов 1 в лед 2.

При нагрузках от льда, не превышающих предел "срабатывания" устройства, все элементы защитного бонового ограждения находятся в первоначальном положении или, если элементы бонов податливые, происходит их деформация и соответственно снижение нагрузки на сооружение (объект).

Когда нагрузка от льда достигает предела "срабатывания", происходит разрушение прокладки 5, и верхний элемент бона 4 вместе со льдом, расположенным за ним, начинает надвигаться на нижний элемент 3. Происходит надвиг льдин. При этом лед, расположенный между защитным боковым ограждением и защищаемым сооружением (объектом), выключается из работы и в дальнейшем не производит существенного воздействия на защищаемое сооружение (объект).

В связи с обеспечением разрушения льда от вертикального среза с последующим надвигом льдин предлагаемое защитное боновое ограждение обеспечивает защиту от воздействия сплошных ледовых полей, в том числе толщиной более 0,8-1,0 м. Конструкция устройства обеспечивает возможность строгого определения и регулирования величины нагрузки от льда, при которой устройство "срабатывает" (происходит разрушение льда). Регулирование предела срабатывания может производиться путем изменения угла наклона или площади прокладки, а также заменой ее на другую с иным пределом прочности на сжатие.

Предлагаемое защитное боновое ограждение позволяет обеспечить защиту, в том числе временную -на 1 год или несколько лет, от экстремальных воздействий сплошных ледовых полей для таких сооружений (объектов), как причальные сооружения, пришвартованные суда, плавучие доки, плавучие атомные электростанции и т.п. Это ограждение обладает низкими эксплуатационными расходами и стоимостью, а также высокой мобильностью.

Использование: гидротехническое строительство, в частности гидротехнических сооружений, пришвартованных судов или других плавучих объектов в качестве защитного устройства от экстремальных воздействий сплошных ледовых полей. Защитное боновое ограждение содержит боны, расположенные в толще льда на поверхности воды, боны выполнены из двух элементов, контактирующих между собой по наклонной площадке через прокладку, которая разрушается в момент, когда нагрузка от льда достигает величины, при которой устройство должно "сработать", после чего начинается сдвиг элементов бонов по наклонной площадке друг относительно друга. Площадь прокладки до установки ограждения или в процессе его эксплуатации может быть изменена. Коэффициент трения по поверхностям контакта элементов бонов и прокладки может быть изменен. Могут быть изменены углы наклона поверхностей контакта элементов бонов и прокладки. Кроме того, с целью снижения величины воздействия на защищаемое сооружение (объект) при нагрузках от льда, не превышающих предел "срабатывания" устройства, элементы бонов могут быть выполнены податливыми. В связи с обеспечением разрушения льда от вертикального среза с последующим надвигом льдин защитное боновое огражение обеспечивает защиту от воздействия сплошных ледовых полей толщиной более 0,8-1,0 м. Устройство обеспечивает возможность строгого определения и регулирования величины нагрузки от льда, при которой устройство "срабатывает" (происходит разрушение льда). Регулирование предела срабатывания может производиться путем изменения угла наклона или площади прокладки, а также заменой ее на другую с иным пределом прочности на сжатие. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Защитное боновое ограждение, содержащее боны, расположенные в толще льда на поверхности воды, отличающееся тем, что боны выполнены из двух элементов, каждый из которых имеет наклонную площадку, причем элементы бонов выполнены с возможностью контактирования между собой по наклонным площадкам и с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль наклонной площадки в направлении, лежащем в плоскости, перпендикулярной продольной оси бонов, а между элементами бонов размещена прокладка, выполненная с возможностью разрушения от давления льда для обеспечения защиты от воздействия сплошных ледовых полей толщиной более 0,8 1,0 м. 2. Ограждение по п.1, отличающееся тем, что прокладка выполнена с возможностью изменения своей площади контакта с элементами бонов. 3. Ограждение по п.1, отличающееся тем, что прокладка установлена с возможностью изменения коэффициента трения по поверхностям контакта элементов бонов и прокладки. 4. Ограждение по п.1, отличающееся тем, что элементы бонов выполнены с возможностью изменения угла наклона поверхностей контакта элементов бонов и прокладки. 5. Ограждение по п. 1, отличающееся тем, что элементы бонов выполнены податливыми.