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: трубы выполняют в виде телескопических опор, при этом участок соединения подвижного элемента телескопической опоры с неподвижным оснащают свободно вращающимся вокруг вертикальной оси симметрии подвижного элемента фрагментом коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме, а на его поверхности устанавливают винтовую наделку в виде двухзаходного шнека. При этом диаметр труб подвижного, т.е. верхнего, элемента должен быть больше неподвижного, т.е. нижнего, элемента, а концы двухзаходных шнеков оснащают резцами.
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 ледоразрущающие 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°С) 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, трубы выполняют в виде телескопических опор. Участок соединения подвижного, т.е. верхнего, элемента телескопической опоры с неподвижным, т.е. нижним, элементом оснащают свободно вращающимся вокруг вертикальной оси симметрии подвижного элемента фрагментом коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме. Это позволит фрагменту всегда находиться в диапазоне колебаний уровня воды, т.е. не выходить за пределы максимальных перепадов уровня. На поверхности коаксиального цилиндра устанавливают винтовую наделку в виде двухзаходного шнека, что обеспечит равномерное внедрение в намерзший слой льда. С целью уменьшения энергозатрат на разрушение льда концы двухзаходных шнеков оснащают резцами, аналогичными, например, шнековыми бурам любителей зимней рыбалки.
Таким образом, при возникновении опасного изменения уровня воды произойдет автоматическая реализация способа увеличения несущей способности ледяного покрова, состоящая из двух этапов. В начале подъема или падения уровня воды благодаря шнекам (их винтовой поверхности) и значительной меньшей прочности льда при сжатии, растяжении, сдвиге или изгибе, они начнут прежде вращаться, чем наступит разрушение опор за счет деформации сжатия или растяжения (см. [2]). Наличие на концах шнеков резцов облегчит этот процесс, что позволит с меньшими энергозатратами ледяному покрову вместе с намерзшим слоем переместиться в соответствующем направлении: при подъеме воды - вверх; при падении - вниз. При этом разрушение льда должно начинаться при минимальных шаге и диаметре шнеков, величины которых предварительно определяют экспериментально-теоретически. Это условие обеспечит максимальную прочность опор и, соответственно, несущую способность ледяного покрова при постоянном или незначительном изменении уровня воды в водоеме, т.к. предлагаемый способ сработает только в критической ситуации. Затем за счет естественного холода на разрушенном участке вновь намерзнет слой льда достаточной толщины и ледяная переправа будет готова к дальнейшей эксплуатации. В весенний период, когда эксплуатация переправы станет опасной, трубы вынимают.
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). Трубы 4 выполняют в виде телескопических опор с подвижными 6 и неподвижными 7 элементами (фиг. 2). Подвижный элемент 6 оснащают фрагментом 8, на поверхности которого устанавливают наделку в виде двухзаходного шнека 9 с резцами 10 (фиг. 2).
Предлагаемое решение позволит достичь заявленный технический результат.