Способы и методы повышения несущей способности ледяного покрова
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
того же автора допустимую нагрузку, действующую на края длинной щели в ледяном покрове (например, в случае моста между двумя полубесконечными пластинами), можно определить из условия:
Разрушающая нагрузка для полубесконечной пластины удовлетворяет условию:
.
В экспериментах Панфилова выдерживалось соотношение 0,1<<1,0. Он также получил, что (Pp)H2Pкр, т.е. трещины во льду появляются при половинной разрушающей нагрузке, соответствующей нижнему пределу.
1.4. Экспериментальные исследования деформаций ледяного покрова, вызываемых движущимися нагрузками
Экспериментальному исследованию деформаций ледяного покрова под действием подвижных нагрузок, несмотря на их большой практический интерес, посвящено немного работ.
Первыми работами, касающимися вопросов транспортировки по льду грузов и связанных с этим исследований предельных нагрузок на пресноводный лед, были исследования Г.Я. Седова [41], Б.Н. Сергеева, С.А. Берштейна [16].
Волнообразные колебания ледяного покрова от действия импульсной нагрузки впервые записал Н.Н. Кашкин [32]. Однако он пришел к ошибочному выводу, утверждая, что при расчете прочности льда этими колебаниями можно пренебречь. Профессор Н.Н.Зубов, наблюдая волновой характер колебаний льда под действием движущейся нагрузки [27, 28], высказал предположение о возможности проявления опасных явлений резонанса.
Анализируя данные о волнообразных колебаниях ледяного покрова при перемещении грузов, Г.Р. Брегман и Б.В. Проскуряков пришли к выводу о существовании некоторой скорости, превышение которой может привести к разрушению ледяного покрова [23]. Впоследствии опыт Ладожской трассы подтвердил эти предположения.
Исследования, посвященные изучению разрушения льда вследствие движения нагрузки, были проведены: К.Е. Ивановым, П.П. Кобеко и А.Р. Шульманом [29] в связи с постройкой "Дороги жизни" на Ладожском озере. Необъяснимые с точки зрения статического воздействия нагрузки случаи пролома льда под движущимися автомашинами заставили обратиться к изучению волновых процессов во льду при движении по нему грузов.
Измеренные при помощи прогибографов деформации ледяного покрова в случае быстро перемещающихся грузов позволили исследователям сделать важные выводы, получившие в последующих работах теоретическое обоснование. В частности, было замечено, что при движении автомашин со скоростями меньшими критических значений (см. п. 1.3), возмущение распространяется по льду со скоростью движения машины и практически с той же скоростью исчезает вслед за ней. На рисунке 5 изображена запись приборов, расположенных перпендикулярно движению автомашин и отстоящих друг от друга на расстоянии 5м. Прибор № 1 был помещен непосредственно у трассы. При этом величина прогиба была примерно в 1,5-2 раза меньше статического. Подобный факт отмечался несколько раньше в работе [23]. Когда скорость движения машин была близка к критической скорости (немногим более 5,6 м/с), в ледяном покрове развивались прогрессивные волны, которые регистрировались приборами, стоящими от трассы на расстоянии сотни метров. Одна из записей прогибографов при скорости движения автомашин около 12,5 м/с приведена на рисунке 5б.
Рис 5. Прогибы ледяного покрова в зависимости от скорости автомашины ?: a- ? ?p
Путем сопоставления многочисленных записей колебаний ледяного покрова при различных скоростях движения и при разных нагрузках были определены скорость волны V и ее длина ?. Так, например, при толщине льда h = 60 см и глубине водоема ? = 5 м длина волны была ? =200 м, а ее скорость, v = 9.7 м/с, при этом величина ? не зависела от скорости перемещения нагрузки и ее величины.
Замеры свободных и вынужденных колебаний ледяного покрова производили А.Д. Сытинский и В.П. Трипольников [42].
Экспериментальные исследования влияния движущихся нагрузок на деформацию ледяного покрова проводились И.С. Песчанским и К.Е. Ивановым [4, 30]. Специальные опыты позволили установить влияние скорости перемещаемой нагрузки на величину и характер прогиба ледяного покрова. Так, на рисунках 6 - 7 представлены кривые прогибов ледяного покрова толщиной 0,38 м при движении грузов массой 10,5 и 14 т с различными скоростями от 2,6 до 19,4 м/с. Кривые записывались с помощью самописцев - прогибографов, размещенных через каждые 50 м вдоль пути следования грузов (в 2 м от оси трассы), и в перпендикулярном направлении к трассе (также на расстоянии 60 м друг от друга). Из сопоставления кривых прогибов видно резкое различие в форме этих кривых. При докритических скоростях (до 2,8 м/с) кривая прогибов подобна статической. По мере увеличения скорости движения вначале увеличивается кривизна ледяного покрова перед грузом, а затем возникает "волна вспучивания".
Рис 6. Кривые прогибов ледяного покрова в зависимости от скорости движения ? и массы груза P. Глубина водоема H=5,6 м.
Рис.7. Прогибы льда толщиной h=0,38 м на разных глубинах при движении груза P=14 м; 2-H=6,3 м; 3-H=5,6 м
Одновременно с этим резко возрастают прогиб под грузом и длина волны. Максимального значения прогиб достигает при определенной (критической), скорости VP, начинал с которой дальнейшее увеличение скорости груза приводит к уменьшению прогибов. Как видно из рисунка 6 - 7, для разных глубин относительные значения критических скоростей (в рассматриваемых случаях стремятся к единице.
Запись величин прогибов ледяного покрова при движении груза неизменной мас