Исследование влияния поверхностного армирования на несущую способность льда

Аннотация

В отсутствие мостовых сооружений, а также при невозможности устройства паромных переправ на водных преградах в зимний период времени организуются автомобильные дороги по ледовым переправам при условии образования ледяного покрова требуемой толщины. Если толщина ледяного покрова недостаточна для безопасной эксплуатации переправы, прибегают к стандартным способам повышения ее надежности, таким как покрытие деревянным колейным настилом, намораживание льда снизу, намораживание льда сверху. Практический опыт показывает, что физико-механические свойства ледяного покрова при этом не надежны и зависят от внешних факторов (наличия снега и ветра в момент намораживания, температуры окружающей среды). В связи с этим возникает необходимость в разработке альтернативных подходов к повышению качества переправы, например путем внедрения в лед армирующих элементов. Целью работы являлось определение влияния различных вмораживаемых материалов на несущую способность ледяного покрова. Для этого, во-первых, выполнено сопоставление экспериментально и численно установленных предельных состояний ледяных образцов, усиленных стальной арматурой по предложенной схеме. Во-вторых, осуществлены численные исследования прочности льда при применении разных композиционных материалов. Эксперименты проводились на специально собранной установке, моделирующей условия чистого изгиба, при армировании сталью А400. Именно вследствие чистого изгиба происходит разрушение ледяной переправы при движении по ней транспортного средства. В численных экспериментах образцы усиливались поверхностными каркасами, отличающимися друг от друга физико-механическими свойствами. Представлены результаты вычисления характеристик напряженно-деформированного состояния ледяного покрова по физически-нелинейной модели с учетом деформаций, полученные с помощью программного конечно-элементного комплекса. Даны качественная и количественная оценки эффективности использования упрочняющих элементов из композитных материалов разной природы. Показано, что армирование позволяет значительно увеличить несущую способность ледяного покрова.