2.2. Особенности поведения льда под нагрузкой

Исследование напряжённого состояния ледового покрова является одним из важнейших вопросов, в котором заинтересована практика. Ледовый покров – это пластина с разными пределами упругости и разными свойствами по толщине, значительно меняющимися под воздействием внешних условий. Состояние напряжения ледояной пластины также зависит от внешних условий. Причины, вызывающие напряжения в ледовом покрове, можно разделить на две группы.

К первой группе относятся изменения температуры и колебания уровня воды. Эти причины вызывают напряжения и деформации в ледовом покрове и могут приводить к его разрушению без приложения внешних нагрузок. Вторая группа причин – внешние нагрузки: действие ветра, торошение и сжатие льдовИ, воздействие ледокола, статические и динамические нагрузки от транспорта и т.д. [55].

толщиной при разных нагрузках показали, что радиус чаши прогиба зависит, главным образом, от толщины льда и в меньшей степени от величиныгруза [55]. А

Чаша прогиба. Измерения размеровДчаши прогиба льда с разной

Пластическая деформация льда растёт непрерывно до момента разрушения. Между деформациейби временем существует линейная зависимость, указывающая на постоянство скорости деформации во времени, зависящейидля льда данной структуры от его толщины, величины нагрузки температуры. Радиус чаши прогибов при упругой деформации оказываетсяС знач тельно больше (до пяти раз), чем при пластической деформац [55, 82].

При длительно действующих нагрузках равномерно возрастающая пластическая деформация с течением времени сопровождается проломом льда. При этом опытами установлено, что пролом льда при разных нагрузках и одной и той же толщине льда происходит при одинаковых прогибах. Изменение величины нагрузки, определяющее скорость деформации, влияет на время от момента приложения нагрузки до момента разрушения. Изменение толщины льда влияет на величину разрушающего прогиба (рис. 2.5) [55].

Пролом ледового покрова под действием нагрузки. Большое ко-

личество работ было посвящено исследованию пролома льда при разной площади распределения нагрузок. Исследования показали, что увеличение площади распределения нагрузки на лёд в указанных пределах при одной и той же его толщине позволяет лишь незначительно

50

Рис. 2.6. Зависимость радиуса чаши прогиба от толщины льда

51

Толщина льда, см

ределяется суммарным эффектом упругой иИпластической деформаций и провал наступает при достижении предела пластичности. При боль-

Рис. 2.7. Зависимость прогиба при проломе от толщины льда

ших нагрузках пролом будет определятьсяДбольшой упругой и малой пластической, но идущей с ольшой скоростью, деформациями. При

В результате анализа полученных материалов установлено (П.П.

Кобеко [83], Н.И. Шишкиным и др.), что несущая способность льда оп-

малых нагрузках, наоборот, проломАпроисходит при малой упругой и большой пластической деформациях, нос малой скоростью.

напоминающую ромб, вытянутый вдоль пути. Степень его вытянутости зависит от скорости движения. При скорости порядка 5 км/ч форма чаши прогиба приближается к кругу [55]. На рис. 2.8 приведен план чаши прогиба для груза массой 23,5 т, двигающегося со скоростью 18 км/ч.

Рис. 2.8. План чаши прогиба (мм) при движении груза 23,5 т со скоростью 18 км/ч

52

Также были проведены исследования [55] прогиба льда в направлении, параллельном оси пути. В табл. 2.3 приведены результаты измерений прогибов для разных нагрузок.

Таблица 2.3. Прогибы льда в направлении, параллельном оси пути

вого покрова при движении грузов с различнымиИскоростями были поставлены на пресноводном льду К.Е. Ивановым [84], П.П. Кобеко и

Исследование воздействия на ледовый покров нагрузки, дви-

жущейся с разными скоростями. Опыты по изучению изгиба ледо-

др. Полученные результаты свидетельствуют о том, что скорость пе-

скорости движения вначале появляется более крутой уклон в той час-

ти кривой, которая обращена в сторону направления движения, и бо-

лее пологий – позади движущегося груза. При дальнейшем увеличе-

нии скорости перед грузом возникает «волна вспучивания», и лёд по-

деформирующейся поверхности ледового покрова в направлении движения груза [55, 85]. При этом возрастание прогиба с увеличением скорости движения груза наблюдается до известного предела.

Исходя из этого, в нормативах [3] рекомендуется устанавливать скорость движения на ледовых переправах через малые реки глубиной не более 4 м (и на всех переправах длиной до 200 м):

–до 10 км/ч, при глубине водоёма не более 6 м;

–до 15 км/ч, а на более глубоких – до 20 км/ч.

53