СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
METHOD OF INCREASING CARRYING CAPACITY OF ICE COVER

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при создании ледяной переправы для транспортировки грузов.
Известно техническое решение (1. Козин В.М. Патент РФ №2135685 от 27.08.1999), в котором способ создания ледяной переправы заключается в размещении подо льдом стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец труб выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью. Холодный воздух, как более тяжелый, поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности. По истечении времени, достаточного для надежного примерзания нижних и верхних частей труб соответственно к дну бассейна и ледяному покрову и намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации.
Недостатком способа является опасность его использования при значительных колебаниях уровня воды в водоеме, которые неизбежно возникают в течение всего зимнего периода. Так, при подъеме уровня может произойти отрыв от дна придонных концов труб, а при падении - разрушение самого ледяного покрова в местах его примерзания к верхним концам труб.
Задачей заявленного изобретения является создание ледяной переправы, несущая способность которой не зависела бы от колебаний уровня воды в водоеме.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении степени надежности эксплуатации ледяной переправы.
Существенные признаки, характеризующие изобретение:
Ограничительные: несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы, увеличивают посредством стальных труб, опущенных на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец трубы выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью.
Отличительные: верхние части труб оснащают свободно вращающимся вокруг их вертикальной оси симметрии фрагментом в виде коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме, а на его поверхности устанавливают винтовую наделку в виде шнека.
Известно (2. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда. Труды ААНИИ, 1976, т. 331, с. 4-41), что прочность льда при сжатии примерно в 2 раза выше, чем при изгибе или растяжении, и в 4 при срезе или сдвиге, т.е. скалывании.
Таким образом, если необходимо увеличить несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы в условиях изменяющегося уровня воды в водоеме, то следует уменьшить неизбежно возникающие на опорах переправы ледоразрушающие нагрузки при колебании уровня воды. Это повысит степень надежности эксплуатации переправы. Для этого необходимо изменить вид нагружения намерзшего на трубе слоя льда: напряжения (растяжения или сжатия), возникающие в естественных условиях, заменить на изгибные или скалывающие (сдвиговые) напряжения путем предлагаемой конструкции.
Способ осуществляется следующим образом.
В ледяном покрове по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов сверлят ряды сквозных отверстий. Через них под лед вертикально опускают трубы в виде телескопических опор с одним подвижным и одним неподвижным элементами, оснащенных для обеспечения герметичности участка их соединения, с заваренными нижними концами и упирают их в дно бассейна. Длина опор при этом должна быть достаточной для того, чтобы верхний их конец возвышался над поверхностью ледяного покрова. Для предотвращения возможного всплытия труб их временно закрепляют. Затем подготовленную таким образом ледяную переправу подвергают воздействию отрицательных температур. Холодный тяжелый воздух (t<0°C) поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности, т.е. образование под ледяным покровом своеобразных ледяных свай (ледяных опор), что, безусловно, повысит прочность ледяной переправы. По истечении времени, достаточного для намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины h, ледяная переправа готова к эксплуатации, но только для данного уровня воды в водоеме. Поскольку этот уровень, безусловно, будет колебаться в течение всего периода ледостава, то для устранения последствий, т.е. разрушения опоры вследствие колебаний уровня, верхние части труб оснащают свободно вращающимся вокруг их вертикальной оси симметрии фрагментом в виде коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме. Это позволит фрагменту всегда находиться в диапазоне колебаний уровня, т.е. не выходить за пределы максимальных перепадов уровня воды. На поверхности коаксиального цилиндра устанавливают винтовую наделку в виде шнека. В результате, при возникновении опасного изменения уровня воды, автоматически произойдет реализация предлагаемого способа увеличения несущей способности ледяного покрова благодаря следующим этапам. При подъеме и падении уровня воды благодаря винтовым поверхностям шнеков и разнице прочностных свойств льда в разы при «сжатии-растяжении» и «сдвиге-изгибе» шнеки начнут вращаться. При этом начало процесса разрушения вмороженных верхних частей опор и намерзших на них слоев льда должно происходить при минимальных шагах винтовых линий и диаметрах шнеков, т.к. эти условия обеспечивают максимальную прочность ледяных опор, т.е. несущую способность ледяного покрова, при отсутствии таких колебаний уровня воды. После прекращения колебаний уровня воды за счет естественного холода разрушенные участки вновь залечатся и при достижении на них необходимой толщины намерзшего льда переправа будет готова к дальнейшей эксплуатации.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан общий вид на ледяную переправу; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
В ледяном покрове 1 по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов 2 сверлятся ряды отверстий 3. Через них под лед опускают трубы 4 с заваренными нижними концами и упирают в дно бассейна 5 (фиг. 1). На трубах намерзнет слой льда толщиной h (фиг. 1). Верхние части труб 4 оснащают цилиндрами 5, на поверхности которых устанавливают винтовые наделки в виде шнеков 6 (фиг. 2).
Предлагаемое решение позволит достичь заявленного технического результата.