Способ увеличения несущей способности ледяного покрова
Владельцы патента RU 2565710:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН "ИМиМ ДВО РАН") (RU)
Изобретение относится к ледотехнике и может применяться при упрочнении ледяного покрова, используемого в качестве взлетно-посадочных полос для самолетов и ледяных переправ. Формируют на ледяном покрове ребра жесткости. Ребра жесткости создают при выполнении на оси переправы концентраторов напряжений и приготовлении сквозных отверстий. В сквозные отверстия опускают якоря. На прикрепленные к якорям тросы надевают шайбы с диаметром большим диаметра отверстий и длиной тросов, обеспечивающей амплитуду прогиба не более толщины льда. При этом уровень воды изменяется во время морского прилива. Обеспечивается увеличение несущей способности ледяного покрова. 2 ил.
Изобретение относится к ледотехнике и может применяться при упрочнении ледяного покрова, используемого в качестве взлетно-посадочных полос для самолетов и ледяных переправ.
Известен способ создания ледяной грузонесущей платформы, заключающийся в образовании на ледяном покрове ребер жесткости посредством формирования в нем канавок (1. Способ создания ледяной грузонесущей платформы. Патент RU 2141610 С1 от 20.11.99, Бюл. №32).
Недостатком известного решения является его большая трудоемкость.
Задачей заявляемого изобретения является использование природных явлений в виде морских приливов и отливов для образования в ледяном покрове ребер жесткости.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении несущей способности ледяного покрова.
Существенные признаки, характеризующие изобретение
Ограничительные: способ увеличения несущей способности ледяного покрова включающий формирование на ледяном покрове ребер жесткости.
Отличительные: ребра жесткости создают при выполнении на оси переправы концентраторов напряжений и приготовлении сквозных отверстий, в которые опускают якоря, а на прикрепленные к якорям тросы надевают шайбы с диаметром большим диаметра отверстий и длиной тросов, обеспечивающей амплитуду прогиба не более толщины льда, а также за счет изменения уровня воды во время морского прилива.
Известно (2. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПГУ им. Шолом-Алейхема, АмГПГУ: 2013, 250 с. ISBN 978-5-85094-519-0), что после образования в ледяном покрове сквозных трещин при его нагружении вертикальной нагрузкой несущая способность ледяного покрова полностью не утрачивается, т.е. она больше сил плавучести отдельных обломков льда (Архимедовых сил). Это объясняется взаимодействием обломков на берегах трещин и с неразрушенным полем, т.е. так называемым "арочным эффектом". Полностью образовавшаяся блочная конструкция рассыплется, если максимальная амплитуда прогиба льда превысит толщину льда (см. [2] стр. 188).
Способ осуществляется следующим образом. В ледяном покрове по обеим сторонам и по оси намеченной переправы с помощью ледорезной машины на достаточной для переправы ширине выполняют концентраторы напряжений (неглубокие канавки), необходимые для образования в ледяном покрове после его нагружения областей разрушения с прямолинейными границами, что уменьшит энергозатраты для достижения заявленного технического результата. Затем на оси переправы во льду приготовляют сквозные отверстия на расстоянии, не превышающем половину длины волны статического прогиба (где 
- цилиндрическая жесткость ледяной пластины; h - толщина льда; Е - модуль упругости льда; µ - коэффициент Пуассона; ρв - плотность воды; g - ускорение силы тяжести) (см. 3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 215 с., на стр. 74). В этом случае будет происходить суммирование деформаций от двух соседних нагрузок, т.е. для разрушения льда потребуются их меньшие значения и увеличение этого расстояния нецелесообразно.
В образованные отверстия вдоль всей длины переправы опускают якоря, масса которых достаточна для пролома ледяного покрова от вертикального воздействия на лед за счет их силы тяжести и влияния концентраторов напряжений. На прикрепленные к якорю троса надевают шайбы, диаметр которых должен быть больше диаметра отверстий. При достижении минимального уровня отлива шайбы фиксируют на тросах при помощи замков с таким расчетом, чтобы во время прилива длина тросов обеспечивала амплитуду прогиба льда в каждом месте установки якорей не более толщины ледяного покрова.
Начавшийся прилив приведет к натяжению тросов якорей, соответствующему деформированию и неизбежному разрушению ледяного покрова при существующих ширинах (15-20 м) переправ. Образовавшиеся ледяные блоки повернутся на определенные углы, способствуя образованию ребер жесткости, трещины на их границах раскроются, а ограничение амплитуды прогиба льда не даст распасться образовавшейся конструкции. Поступающая через трещины вода заполнит образовавшийся канал и за счет отрицательной температуры атмосферного воздуха начнет замерзать. Если времени начавшегося отлива окажется недостаточно для полного замерзания воды в канале, то описанный выше процесс повторится при следующем приливе и т.д. В результате несущая способность ледяного покрова в месте намеченной переправы увеличится как за счет сформировавшегося ребра жесткости, так и за счет увеличения толщины льда.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано состояние переправы при отливе, а на фиг. 2 - формирование ребра жесткости при приливе.
В ледяном покрове 1 выполняют концентраторы напряжений 2. Затем на оси переправы приготовляют сквозные отверстия 3 диаметром d на расстоянии друг от друга λст/2, в которые опускают якоря 4. На троса 5 надевают шайбы 6 диаметром D>d (фиг. 1). Шайбы 6 фиксируют на тросах 5 при помощи замков 7. Длина тросов 5 должна обеспечивать амплитуду прогиба Н не более толщины льда h (фиг. 2). Прилив приведет к натяжению тросов 5 и разрушению ледяного покрова 1. Образовавшиеся ледяные блоки 8 повернутся на определенные углы α, способствуя образованию ребер жесткости 9. Поступающая через трещины 10 вода заполнит образовавшийся канал 11. После ее замерзания переправа готова к эксплуатации.
Способ увеличения несущей способности ледяного покрова, включающий формирование на ледяном покрове ребер жесткости, отличающийся тем, что ребра жесткости создают при выполнении на оси переправы концентраторов напряжений и приготовлении сквозных отверстий, в которые опускают якоря, а на прикрепленные к якорям тросы надевают шайбы с диаметром большим диаметра отверстий и длиной тросов, обеспечивающей амплитуду прогиба не более толщины льда, а также изменение уровня воды во время морского прилива.
