УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ЛЕДЯНОЙ ПЕРЕПРАВЫ Российский патент 2015 года по МПК E01D15/14 

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при эксплуатации ледяного покрова в качестве ледяных переправ.

Известно техническое решение (1. RU 2281357 C1 от 10.06.2006. Бюл. №22), заключающееся в том, что в ледяном покрове на всем протяжении намеченного пути транспортировки грузов по обеим его сторонам во льду выполнены сквозные вертикальные отверстия, через которые под лед при помощи тросов опущены железобетонные блоки, к верхним концам тросов прикреплены диски диаметром, превышающим диаметры отверстий, при этом длина тросов выбрана с таким расчетом, чтобы при возникновении изгибно-гравитационных волн (ИГВ) лед не приподнимался над первоначальным положением относительно дна на вершинах ИГВ.

Недостатком решения является невозможность обеспечения опускания льда над первоначальным положением относительно дна на подошвах ИГВ.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшение интенсивности ИГВ, возникающих в ледяном покрове от движущейся по нему нагрузки.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении прочности ледяной переправы и степени ее надежности.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: устройство для упрочнения ледяной переправы, включающее в себя ледяной покров, в котором на всем протяжении намеченного пути транспортировки грузов по обеим его сторонам выполнены отверстия, через которые под лед при помощи тросов опущены железобетонные блоки, к верхним концам тросов прикреплены диски, при этом длина тросов выбрана с таким расчетом, чтобы при возникновении изгибно-гравитационных волн лед не приподнимался над первоначальным положением относительно дна.

Отличительные: расстояние между отверстиями вдоль переправы равно длине резонансных изгибно-гравитационных волн λ_р, посередине между ними, т.е. на расстоянии от них, равном λ_р/2, подо льдом также установлены диски, при этом по одной и другой сторонам переправы все диски при помощи стоек жестко соединены с прочными горизонтальными балками.

Известно (2. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. / М.: Изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.), что при движении нагрузки по ледяному покрову в нем возникают ИГВ. При скорости нагрузки, совпадающей с минимальной фазовой скоростью ИГВ, т.е. с резонансной скоростью, в ледяном покрове начнут распространятся резонансные ИГВ длиной λ_р, их амплитуда резко возрастает и лед начинает разрушаться при нагрузках значительно меньше статических.

Для уменьшения интенсивности, т.е. высоты ИГВ, складывающейся из высоты гребня и глубины впадины ИГВ, предлагается использовать предлагаемое устройство, не позволяющее ледяному покрову подниматься и опускаться относительно своего первоначального, т.е. до начала движения нагрузки, положения, таким образом уменьшать его деформации, изгибные напряжения и соответственно повышать прочность ледяной переправы.

Устройство и его принцип работы осуществляется следующим образом.

Вначале в зависимости от условий ледовой обстановки (модуля Юнга льда E, глубины акватории H и достаточной для обеспечения прочности толщины ледяного покрова h при статическом действии нагрузки) определяют длину резонансных ИГВ ; где - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; µ - коэффициент Пуассона; ρ_л - плотность льда; g - ускорение силы тяжести (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат. - 1967. 215 с.). Найденному значению h необходимо обеспечить запас прочности ледяного покрова при движении по нему нагрузки, в том числе и с резонансными скоростями [2], [3]. Для этого в ледяном покрове на всем протяжении намеченного пути транспортировки грузов по обеим его сторонам сверлят ряды сквозных вертикальных отверстий на расстоянии друг от друга равном λ_р. Через них под лед на дно бассейна опускают, например, железобетонные блоки с прикрепленными к ним тросами, к верхним концам которых прикреплены стальные диски диаметром, превышающим диаметр отверстий. Длина тросов выбрана с таким расчетом, чтобы при возникновении ИГВ лед не поднимался над первоначальным, т.е. до начала движения нагрузки, положением. Все диски с одной и другой стороны переправы при помощи стоек жестко соединены с горизонтальными балками. Посередине между отверстиями, т.е. на расстоянии от них, равном λ_р/2, подо льдом также установлены диски, которые также жестко соединены с горизонтальными балками. За счет этих дисков и их жесткой связи с прочными горизонтальными балками лед не будет опускаться относительно его первоначального положения. Возникшие во льду ИГВ от движения нагрузки при их распространении в месте установки устройства будут им погашены, т.к. оно не позволит ледяному покрову подниматься и опускаться, т.е. совершать волновые движения, при возникновении в тросах растягивающих усилий, когда лед начинает подниматься относительно первоначального положения. Несмотря на периодичность работы устройства оно будет более эффективно гасить ИГВ по сравнению с прототипом, т.к. на развитие колебаний льда и возбуждение ИГВ максимальной высоты (интенсивности) требуется значительно большее время, чем период ИГВ, возбуждаемых движущейся нагрузкой, т.е. время прохождения волной расстояния, равного λ_р [2]. После замерзания воды в просверленных отверстиях переправа готова к эксплуатации.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показана схема общего вида на устройство; на фиг. 2 - сечение по A-A на фиг. 1.

В ледяном покрове 1 на всем протяжении пути транспортировки грузов 2 (фиг. 1) по обеим его сторонам просверлены отверстия 3 на расстоянии друг от друга λ_р. Через них под лед на дно бассейна 4 опущены тросы 5 с железобетонными блоками 6. К верхним концам тросов 5 прикреплены стальные диски 7 (фиг. 1, 2). Между отверстиями 3 просверлены отверстия 8, через которые на расстоянии λ_р/2 от дисков 7 подо льдом установлены диски 9 (фиг. 2). Все диски 7 и 9 с одной и другой стороны переправы при помощи стоек 10 жестко соединены с прочными горизонтальными балками 11 (фиг. 1, 2). Устройство начинает работать при возникновении в тросах 5 растягивающих усилий, т.е. оно не позволяет НТВ 12 развиться в ледяном покрове 1 (фиг. 2), что обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Изобретение может быть использовано при эксплуатации ледяного покрова в качестве ледяных переправ. Устройство для упрочнения ледяной переправы включает ледяной покров, в котором на всем протяжении намеченного пути транспортировки грузов по обеим его сторонам выполнены отверстия, через которые под лед при помощи тросов опущены железобетонные блоки. К верхним концам тросов прикреплены диски. Длина тросов выбрана с таким расчетом, чтобы при возникновении изгибно-гравитационных волн лед не приподнимался над первоначальным положением относительно дна. Расстояние между отверстиями вдоль переправы равно длине резонансных изгибно-гравитационных волн λ_р. Посередине между ними на расстоянии от них, равном λ_р/2, подо льдом также установлены диски. По одной и другой сторонам переправы все диски при помощи стоек жестко соединены с прочными горизонтальными балками. 2 ил.

Устройство для упрочнения ледяной переправы, включающее в себя ледяной покров, в котором на всем протяжении намеченного пути транспортировки грузов по обеим его сторонам выполнены отверстия, через которые под лед при помощи тросов опущены железобетонные блоки, к верхним концам тросов прикреплены диски, при этом длина тросов выбрана с таким расчетом, чтобы при возникновении изгибно-гравитационных волн лед не приподнимался над первоначальным положением относительно дна, отличающееся тем, что расстояние между отверстиями вдоль переправы равно длине резонансных изгибно-гравитационных волн λ_р, посередине между ними, т.е. на расстоянии от них, равном λ_р/2, подо льдом также установлены диски, при этом по одной и другой сторонам переправы все диски при помощи стоек жестко соединены с прочными горизонтальными балками.