СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
METHOD FOR 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 трубы 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 из четырех частей, сочлененных между собой тремя сферическими проницаемыми для воздуха в осевом направлении труб шарнирами, при этом нижнюю часть труб, опускаемую на дно бассейна, и верхнюю, выходящую из-подо льда, устанавливают соосно, а две другие, равные друг другу по длине, - под углом к ним.
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 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.
Трубы выполняют из четырех частей, сочлененных между собой тремя сферическими проницаемыми для воздуха в осевом направлении труб шарнирами, при этом нижнюю часть труб, опускаемую на дно бассейна, и верхнюю, выходящую из-подо льда, устанавливают соосно, а две другие, равные друг другу по длине, - под углом к ним. 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, 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 его колебаний, трубы выполняют из четырех частей сочлененных между собой тремя сферическими (пустотелыми внутри) шарнирами (внутренняя пустотелость шарниров необходима для намерзания на трубах слоев льда). Нижнюю часть труб, опускаемую на дно бассейна, и верхнюю, выходящую из-подо льда, устанавливают соосно, а две другие, равные друг другу по длине, - под углом к ним. Условие соосности нижней и верхней частей труб исключит возможность возникновения изгибающих моментов как на дне водоема, так и в ледяном покрове вследствие изменения уровня воды. В свою очередь, это также исключит вероятность первоначального разрушения опоры в этих местах. Предложенный способ выполнения опор ледяной переправы позволит сохранить их целостность как на дне водоема, так и на выходе опор из-подо льда, т.к. при колебаниях уровня воды в первую очередь будет разрушаться слой льда, намерзший вокруг шарниров. В этих местах во льду неизбежно будут возникать напряжения сдвига (скола), при которых прочность льда примерно в 4 раза меньше, чем при сжатии, и в 2 раза меньше, чем при растяжении [2]. Это позволит сохранить целостность намерзшего слоя льда на других участках опор. Таким образом, если в процессе эксплуатации ледяной переправы изменение уровня воды окажется опасным для сохранения несущей способности ледяного покрова, то благодаря предложенному решению разрушение льда на опорах начнется в наиболее безопасных для опоры местах. При этом разрушение намерзшего льда на шарнирах должно начинаться при максимальных перепадах уровня воды, при которых еще допускается эксплуатация переправ (эти перепады определяются предварительно). Это обеспечит максимальную прочность опор и, соответственно, несущую способность ледяного покрова при допустимых колебаниях уровня воды в водоеме. Затем на разрушенных участках опор (шаровых шарнирах) за счет естественного холода и пустотелости шарниров произойдет повторное намерзание слоя льда достаточной толщины или «залечивание», т.е. смерзание обломков. После этого 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 (фиг. 1), выполненные из четырех частей, сочлененных между собой тремя сферическими проницаемыми для воздуха в осевом направлении труб шарнирами 5 (фиг. 2). Нижнюю часть труб 6, опускаемую на дно бассейна 7, и верхнюю 8 устанавливают на одной вертикали 9 (фиг. 2).
Предлагаемое решение позволит достичь заявленный технический результат.