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 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 из двух частей, сочлененных между собой узлом в виде сферических поверхностей, нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна вертикально, а верхнюю - под углом, при этом верхнюю часть труб оснащают ледоскалывающими клиньями.
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 сочленения труб опоры.
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 торцами труб 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, 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 изменения уровня воды трубы выполняют из двух частей, сочлененных между собой узлом в виде сферических поверхностей (сферических шарниров). Нижнюю часть труб устанавливают на дно бассейна вертикально, а верхнюю - под углом, величина которого должна исключать ее вертикальное (мертвую точку) или горизонтальное (безразличную точку) положения при максимально возможных колебаниях уровня воды в водоеме (под мертвой и безразличной точкой подразумеваются положения элемента, при которых перестает работать предлагаемый способ). Наличие между частями труб сочлененного узла, т.е. сферического шарнира, обеспечит им свободные угловые перемещения. Наклонность и вмороженность в ледяной покров верхней части опоры обеспечит при колебании уровня воды в бассейне возникновение изгибающих моментов и соответствующих скалывающих (сдвиговых) усилий в ледяном покрове и в слоях льда, намерзших на верхнюю часть труб, т.к. их оснащают ледоскалывающими клиньями, форма и длина которых позволит реализовать механизм разрушения намерзшего на трубах льда с наименьшими энергозатратами. 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 начнется на наклонном, т.е. верхнем, участке опоры.
При этом разрушение льда должно начинаться при минимальных углах наклона верхних частей опор и размерах ледоскалывающих клиньев, размеры которых предварительно определяются экспериментально-теоретически. Это условие обеспечит максимальные прочность опор и, соответственно, несущую способность ледяного покрова при постоянных или незначительных изменениях уровня воды в водоеме. Затем на наклонных участках опор за счет естественного холода вновь произойдет намерзание слоя льда необходимой толщины, и переправа будет готова к дальнейшей эксплуатации. В весенний период, когда эксплуатация переправы станет опасной, опоры вынимают.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан общий вид на ледяную переправу; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б 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), т.е. опоры, выполненные из двух частей - верхней 5 и нижней 6, сочлененных узлом 7 под углом α (фиг. 2). Верхнюю часть опоры 5 оснащают ледоскалывающими клиньями 8 (фиг. 3).
Предложенное решение приведет к увеличению несущей способности ледяного покрова, т.е. к достижению заявленного технического результата.