Вероятностная оценка истирающего воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (03.09.2012)

Автор: Уварова Татьяна Эриковна

Уварова Татьяна Эриковна

ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА ИСТИРАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДРЕЙФУЮЩЕГО ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

НА МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

05.23.07 – Гидротехническое строительство

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Владивосток – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» на кафедре гидротехники, теории зданий и сооружений.

Научный консультант: Беккер Александр Тевьевич,

доктор технических наук, профессор, член-корреспон-

дент РААСН, заслуженный работник высшей школы РФ, директор инженерной школы ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет»

Официальные оппоненты: Козлов Дмитрий Вячеславович,

доктор технических наук, профессор, ректор ФГБОУ

ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

Шхинек Карл Натанович,

доктор физико-математических наук, заслуженный

деятель науки РФ, профессор кафедры гидротехническое строительство ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Трусков Павел Анатольевич,

доктор технических наук, начальник управления Сахалин Энерджи Инвестмент Компании, Лтд.

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева» (ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»).

, ауд. 201/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Автореферат разослан «….…» ………...……….. 2012 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат техн. наук, доцент И.М. Евдокимова

Общая характеристика работы

Актуальность работы определяется наличием огромных запасов углеводородного сырья в акваториях Мирового океана, ростом потребности промышленности в данном типе ресурсов, что способствует развитию добычи полезных ископаемых на шельфе морей и океанов.

По прогнозной оценке, начальные извлекаемые ресурсы углеводородов на шельфе России достигают почти 100 млрд т условного топлива, в том числе 16,7 млрд т нефти и конденсата и около 78,8 трлн м3 газа, что соответствует 20/25 % общего объема мировых ресурсов углеводородов. Освоение морских месторождений нефти и газа на континентальном шельфе ледовитых морей является важнейшей народно-хозяйственной проблемой, определяющей развитие топливно-энергетического комплекса России.

Значительная часть шельфа России располагается в холодных морях Северного Ледовитого и Тихого океанов, которые характеризуются суровыми климатическими условиями и наличием дрейфующего ледяного покрова. В этих условиях морские гидротехнические и транспортные сооружения в течение длительного времени, а иногда и круглогодично, противостоят различным ледовым воздействиям. Одним из таких воздействий в акваториях с динамичным режимом дрейфа льда является ледовая абразия (истирающее воздействие льда).

При движении ледяных образований вдоль поверхности морских гидротехнических сооружений происходит эрозия поверхности – абразионное разрушение. При низких температурах ледяное образование имеет высокую прочность, при этом контактное давление в процессе хрупкого разрушения льда перед сооружением может быть в 3/5 раз больше прочности льда на одноосное сжатие (15,0/42,0 МПа). В этом случае кристаллы льда являются хорошим абразивом.

В результате циклического действия ледовой нагрузки поверхность сооружения, контактирующая со льдом, постепенно истирается. Для бетонных сооружений характерно ускорение коррозии бетона, что приводит к абразии цементного камня, потере крупного заполнителя и уменьшению прочности, а действие окружающей среды, обусловленное циклами замораживания-оттаивания, способствует постепенному ослаблению вяжущих и заполнителей поверхностного слоя и приводит к его разрушению.

Высокая степень изменчивости ледовых нагрузок и воздействий определяется случайным характером внешних условий, т.е. высокой динамичностью ледяного покрова, многообразием его форм и изменчивостью свойств морского льда как материала. Основные факторы, влияющие на величину ледовых нагрузок и воздействий, имеют случайную природу, а сами нагрузки и воздействия – ярко выраженный случайный характер.

В этих условиях критерии оценки надежности приобретают вероятностный характер, поэтому для изучения процесса взаимодействия ледяного покрова с сооружением должны быть использованы вероятностные методы, которые обеспечивают значительно более широкие возможности учета многообразных и сложных условий эксплуатации морских ледостойких платформ (МЛП). В настоящее время нет теоретического и экспериментально обоснованного решения задачи определения глубины ледовой абразии, что обосновано следующими причинами: недостаточным объемом натурных данных как по ледовой нагрузке, так и по ледовой абразии; многообразием и сложностью процессов разрушения ледяных образований при взаимодействии с сооружением; большим разбросом физико-механических характеристик льда, несогласованностью экспериментальных исследований на сопротивление материалов ледовой абразии и, как следствие, отсутствием в нормативной литературе требований, предъявляемых к износостойкости материала (бетон, металл, покрытия), подверженного ледовой абразии, и рекомендаций по формированию ледовых нагрузок с учетом истирающего воздействия льда.

В результате, например, морские ледостойкие платформы для Лунского и Пильтун-Астохского месторождений шельфа о. Сахалин были оборудованы специальными стальными ледозащитными приспособлениями в зоне действия ледовой нагрузки. Их основная функция – защитить бетон от истирающего воздействия ледяного покрова. Однако не все ледозащитные приспособления могут противостоять ледовым воздействиям в условиях высокой динамики дрейфа ледяного покрова, максимальной изменчивости его морфометрических параметров и прочностных свойств. Все эти факторы способствовали разрушению ледозащитных приспособлений, установленных на платформе ПА-А и на платформе ПA-Б Пильтун-Астохского месторождения на шельфе о. Сахалин.

МЛП являются ответственными сооружениями и должны обеспечивать защиту персонала, дорогостоящего оборудования и технических средств, а также экологическую безопасность региона в течение всего срока эксплуатации. Для обеспечения безопасности эксплуатации МЛП от истирающих ледовых воздействий необходимо определять максимальную глубину ледовой абразии за весь срок их эксплуатации. Это возможно достичь путем разработки и совершенствования методов физического и математического моделирования условий работы сооружений, подверженных истирающему воздействию ледяного покрова, и путем разработки научных основ расчетного обоснования проектных решений ледозащитных приспособлений МЛП. Таким образом, разработка методики расчета глубины ледовой абразии и на ее основе проектирование ледозащитных элементов морских ледостойких платформ являются актуальной проблемой.

Цель диссертационной работы – разработка методики вероятностного расчета глубины ледовой абразии для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации морских гидротехнических сооружений.

На основе результатов анализа современного состояния в области истирающего воздействия ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

– разработать концептуальный подход к методам решения проблемы расчета ледовой абразии;


загрузка...