ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛЬДА
Лед может оказывать на сооружения статическое и динамическое воздействие. Статическое давление льда обусловлено температурным расширением ледяного покрова перед сооружением, навалом остановившегося ледяного поля на сооружение под действием течения и ветра, а также навалом зажорной массы льда (т.е. шуги и мелкобитого льда, скопившихся в русле реки). Кроме того, на сооружение может действовать направленная вверх или вниз вертикальная сила и момент силы от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды. Динамическое давление льда обусловлено встречей движущегося льда с сооружением. Равнодействующая сила давления льда прикладывается ниже уровня воды на 0,3 толщины льда.
Процесс взаимодействия льда и сооружения весьма сложен. До настоящего времени при расчете давления льда не удается учесть с достаточной точностью все определяющие факторы, в том числе характеристики прочности льда [92].
Предел прочности Rc пресного льда на сжатие зависит от среднесуточной температуры воздуха t:
Предел прочности льда на изгиб. Предел прочности льда на раздробление принимают равным 0,74 МПа. Южнее линии Архангельск-Киров-Уфа-Кустанай-Караганда-Усть-Каменогорск при ледоходе на реках и в условиях водохранилищ допускается принимать Rp = 0,45 МПа.
Сила статического давления льда. При замерзании вода увеличивает свой объем приблизительно на 9%, но давление ледяного поля в процессе его формирования незначительно. Последующее понижение температуры воздуха приводит к понижению температуры льда и уменьшению его объема, как всякого твердого тела, а повышение температуры к расширению. Давление льда на сооружение проявляется тогда, когда расширению ледяного поля препятствует противоположный берег. Лед примерзает к смерзшемуся грунту берега, и поэтому даже при пологом береге следует ожидать появления давления от температурного расширения льда, которое вызывает силу, равную
Сила давления ледяного поля, наваливающегося на сооружение под воздействием ветра, течения воды подо льдом и уклона потока, складывается из силы трения потока о нижнюю поверхность поля, гидродинамического давления на кромку поля, силы, обусловленной влиянием уклона поверхности потока, и силы трения воздуха о наружную поверхность ледяного покрова [190].
Вертикальную нагрузку и изгибающий момент, действующие на подпорное сооружение от примерзшего ледяного поля при изменении уровня воды в водохранилище, а также нагрузки от зажорных масс льда определяют по нормам [190].
Сила динамического давления льда. При прорезании движущейся льдины отдельно стоящей массивной опорой с вертикальной гранью на эту опору действует сила, которая не может превышать силу, определяемую прочностью льда на смятие Rp:
Сила удара льдин о плоскую грань сооружения большой протяженности не может быть более силы, определяемой прочностью льда на сжатие:
В этих формулах коэффициент формы опоры; для опоры с передней гранью в виде плоскости т = 1,0, а в виде треугольника с углом заострения в плане а = 45° т/=0,54; ширина сооружения (опоры) по фронту; hn толщина льда (0,8 от наибольшей толщины обеспеченностью 1%).
