CC BY
70
104 СТРОИТЕЛЬСТВО.АРХИТЕКТУРА
УДК 627.88
Е.Л. Сидельникова, Е.Е. Помников, С.Д. Ким, Т.Э. Уварова
СИДЕЛЬНИКОВА Елена Леонидовна - магистрант кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: sidelnelena@yandex.ru, ПОМНИКОВ Егор Евгеньевич - аспирант кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: epomnikov@gmail.com, КИМ Сергей Дмитриевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории внешних воздействий, оснований и фундаментов МНГС Центра «Морские нефтегазовые месторождения» (Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий, Москва). E-mail: sdkim@mail.ru, УВАРОВА Татьяна Эриковна - кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений, Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: searay@yandex.ru
© Сидельникова Е.Л, Помников Е.Е., Ким С. Д., Уварова Т.Э., 2012
Обзор нормативных методик расчета ледовых нагрузок на ГТС
Истощение запасов нефти и газа в районах их традиционной добычи обусловливает необходимость освоения энергетических запасов за счет разработки нефтегазовых месторождений на континентальном шельфе, свыше 70% которого относятся к районам замерзающих морей. Существенное снижение затрат на строительство может быть достигнуто, в частности, рациональным проектированием, что предполагает необходимость разработки простых и надежных методов расчета. В данном сообщении предпринята попытка обобщения основных нормативных методик расчета ледовой нагрузки, приведения их в удобную форму.
Ключевые слова: ледовая нагрузка, нормы, шельфовые сооружения.
Review of normative procedures of ice force analysis on hydroengineering structures. Elena L. Sidelnikova, Egor E. Pomnikov, Tatiana E. Uvarova - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Sergei D. Kim (GAZPROM VNIIGAZ, Moscow).
Oil and gas deposit reserve depletion in areas of traditional exploration cause the necessity to provide for the energy stores from offshore fields where over 70% are prospective. The essential reduction of construction costs can be achieved particular by rational designing which need the development of simple and reliable analysis procedures. The paper make an attempt to generalize the principal normative ice analysis procedures and give it in convenient form.
Key words: ice load, codes, offshore structural.
Суровые ледовые условия в акваториях для освоения месторождений углеводородов предполагают создание ледостойких сооружений. Обеспечение их надежности возможно лишь при решении проблемы достоверного определения ледовых нагрузок. На данный момент существуют множество типов нормативной документации (ISO [10], EM [11], API [5], DNV [7], CAN/CSA [6], LG [9], СНиП [3], ВСН [2], СТО Газпром [4] и др.), в которых определяется расчетное значение ледовой нагрузки (см. рисунок).
Зарубежные нормы значительно отличаются от российских, а российские государственные - от ведомственных норм. Отличие этих методик показывает, что в настоящее время нет обобщающего решения задачи по расчету нагрузок от морского льда на вертикальные сооружения.
Цель работы - обобщение основных нормативных методик расчета ледовой нагрузки.
В настоящее время практически отсутствуют строгие теоретические решения, позволяющие достаточно точно определять ледовые нагрузки, что объясняется сложностью характера взаимодействия льда с сооружением, а также особенностью физико-механических свойств льда. Главными параметрами, определяющими величину нагрузки при взаимодействии поля с сооружением, являются:
1) структура, физико-механические свойства льда;
2) отношение диаметра опоры к толщине льда;
3) условия контакта ледяного поля и сооружения;
4) скорости движения ледяного поля.
Для нормативного расчета воздействия льда в настоящее время используют два подхода к составлению структурной зависимости определения ледовой нагрузки [1]: c использованием дифференцированных ко -эффициентов-параметров и с введением в расчет эффективного давления льда как обобщенного параметра.
СТРОИТЕЛЬСТВО. АРХИТЕКТУРА 1C5
ЕМ 1110-2-1612 (США)
пластическая деформация льда Р=ре.ОИ хрупкое разрушение льда Р=А,ре-0-Н
где ре - эффективное дазления льда; 0- ширина сооружения; Ь-толщина льда
СНиП 2,06,04-82* (Россия) Р^М-уЬ,- (т-А-к^'М^Г
где и - скорость движения ледяного голя; ^ - толщина ровного льда; А - максимальная площадь ледяного поля; |г\ к^, к^ — коэффициенты; - прочность льда на сжатие.
Рь,р = тЦ^с^уЫ*,
API RP*2N-95 (США) F=peDt
где D - диаметр сооружения; t - толщина льда, м; р, ■ эффективное давление при смятии льда
Elforsk rapport 09:55 (Норвегия) H„=k1'k2-k3-D-h-oc
где ki - коэффициент формы сооружения; k2= 1; к3 - коэффициент D/h; D - ширина сооружения^ -прочность льда.
CAN/CSA-S471-04 (Канада) F=PA
Р—давление льда; А-площадь взаимодействия ровного ледяного поля с сооружением
Danish Standard 410 (Дания) F=k-ot-d-h
где к - коэффициент d/h,; ou - прочность льда при дроблении; d - диаметр сооружения; h-толщина льда.
ВСН 41.88 (РОССИЯ)
где по! - коэффициент формы опоры в плане; - коэффициент смятия; -прочность льда, МПэ; Ь- ширина сооружения; - толщина льда
ISO/CD 19906 F=pe-h-w
где pG-давление льда; w-площадь контакта ледяного поля с сооружен ием;К-толщина льда, м.
GL 2005, IV-Part б (Германия)
Формула Iowa: F=kD° 5t' [ос
где к ■ эмпирический коэффициент; t - толщина льда; -прочность льда.
Формула Коржавина: F=l-m'k-D't-oc
где I - коэффициент идентэции;т - коэффициент формы; к -коэффициент контакта; t - толщина льда.
СТО Газпром 2-3.7-29-2005 (Россия) Ррт-к-^'О-И^
где по - коэффициент формы сооружения^ - коэффициент, неплотности контакта льда с сооружением; прочность льда; 1) ширина сооружения; - толщина льда,
Мр^-О-Ьц
где реЯ- эффективное давление
Нормативные методики расчета ледовой нагрузки
Первый развивался при решении задач определения нагрузок на опоры небольшой ширины и малой вариации расчетных толщин льда (опоры мостов, бычки плотин, маяки) при сравнительно небольшом наборе расчетных параметров, имеющих ясный физический смысл, и методика расчета, по существу, определялась значением величины отношения ширины сооружения к толщине ледяного поля. Применение в этих случаях метода с использованием дифференцированных коэффициентов-параметров потребовало бы введения сложного комплекса расчетных коэффициентов, зависящих не только от D/h, но и от толщины ледяного поля h и площади Dh. С увеличением объема данных натурных измерений давления льда на сооружения шельфа ввели в практику расчета метод эффективного давления, который повысил надежность методики определения нагрузки в морских условиях. Тем не менее метод с использованием дифференцированных коэффициентов для расчета нагрузок на опоры малого и среднего диаметра является основным, так как проверен многолетней практикой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вершинин С.А., Трусков П.А., Кузмичев К.В. Воздействия льда на сооружения Сахалинского шельфа. М.: Ин-т Гипростроймост, 2005. 205 с.
2. ВСН 41-88. Проектирование ледостойких стационарных платформ / Разр. ВНИПИморнефтегаз. Введ. 01.01.1989. М., 1988.
3. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) / Разр. ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР. Введ. 10.10.1988. М., 1995.
4. СТО Газпром 2-3.7-29-2005. Методика расчета ледовых нагрузок на ледостойкую стационарную платформу Разр. ВНИИГАЗ. Введ. 12.08.2005. М., 2005.
5. API RP 2N. Recommended practice for planning, designing and constructing structures and pipelines for Arctic conditions // Amer. Petroleum Inst. Bulletin. Dallas, 1995.
6. CAN/CSA-S471-92 General Requirements, Design Criteria, Environment, Loads // National Standard of Canada, 2004.
7. Danish Standard 410. Code of Practice for Loads for the Design of Structures. 1998.
8. Fransson L., Bergdahl L. Recommendations for design of offshore foundations exposed to ice loads. Stockholm: Elforsk, 2009. 42 p. (Elforsk rapport; 09:55).
9. Germanischer Lloyd Oil and Gas GmbH: General Terms and Conditions. Hamburg, 2005.
10. ISO/CD 19906 Petroleum and Natural Gas Industries - Arctic Offshore Structures, 2010.
11. US Army Corps of Engineers. Engineering and Design-Ice Engineering. USACE Engineer Manual
EM 1110-2-1612, 2006. VV
