Введение в ледотехнику

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

С.И. Рогачко

ВВЕДЕНИЕ В ЛЕДОТЕХНИКУ

11
0,49

Рис. 7.11. Общий вид и план надводной части стамухи

12

20

18

16

3

17

15
15

33

34
13

32

35

31

4
30

5

6

29

19
2

21

0,47

2,39

2,90

1,32

0,62

3,47

1,79
1,79

3,56

1,56
1,64

1,57

3,41

2,8

1,59
2,97

0,59

0,47

3,5

1,97
0,62

3,37

XII

X

VII
VII
VII

V

II

Ii

22

23

24

28

31

14

9

25

Ст

27

8

26

7

10

+ 077
0,

+ 3
0,

+ 362
0,
+ 362
0,
+ 362
0,

+0,834

+ 505
0,

+ 505
0,

3,30

2,30

1,95

4,12

3,92

4,13

0,60

1,74

4,92

3,64

0,60

0,47

0,61

0,64

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0
2,0

3,0

Альтаир-МГАВТ

Москва

2009

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

С.И. Рогачко

ВВЕДЕНИЕ В ЛЕДОТЕХНИКУ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Альтаир-МГАВТ

Москва

2009

Рогачко Станислав Иванович
Введение в ледотехнику

Учебное пособие

Редактор: Малахов М.П.

Компьютерная верстка: Михайлик Е. В.

Подписано в печать «__» ___________ 2009

Формат 60х90/16. Объем  __п.л.

Заказ №___________. Тираж. 100экз.

Московская государственная академия водного транспорта

117105, г. Москва, Новоданиловская наб., д.2, корп. 1

УДК 554.67

С.И. Рогачко. Введение в ледотехнику. Учебное пособие. Альтаир
МГАВТ, 2009г. – с. 79. илл.20., табл. 10.

Написано на основе опыта преподавания ледовых нагрузок  на морские и 

речные гидротехнические сооружения в Московской государственной академии водного транспорта и в Московском государственном строительном университете соответственно преподавателями кафедр «Водные пути и порты» и 
«Водное хозяйство и морские порты» и  результатов экспериментальных исследований прочностных свойств и размеров ледовых образований, ледовых нагрузок и локальных давлений льда, выполненных при участии автора в Охотском, Карском и Баренцевом морях, а также на одном из пресноводных озер.

Изложены элементарные сведения о речных и морских типах ледовых 

образований, их размерах и прочностных характеристиках, а также основные 
методы исследования ледовой ситуации в районах будущего строительства 
гидротехнических сооружений в процессе инженерных изысканий. В соответствии с рекомендациями действующих нормативных документов, в пособии 
также приведены расчетные зависимости по определению ледовой нагрузки на 
проектируемые сооружения. 

Для студентов вузов специальности 270104 «Гидротехническое строи
тельство» по дисциплинами  Гидрология, Речные ГТС, Портовые сооружения.

Рецензенты: зав. кафедрой ВХ и МП МГСУ, профессор, д.т.н. Ю.П. 

Правдивец, профессор кафедры ВХ и МП МГСУ, д.т.н. И.Г. Кантаржи.

Рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры (прото
кол № 40 от  07.02.2007г.

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ.

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать 

материалов несут автор и сотрудники кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы 

© МГАВТ, 2009

©Рогачко С.И., 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .

1. ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ЛЬДА НА 

ПРЕСНОВОДНЫХ И МОРСКИХ АКВАТОРИЯХ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

1.1. Классификация льдов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

1.2. Речной лѐд .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

1.3. Морской лѐд .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  

2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЛЕДОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ .  .  .  .  .  .  .  .  .

2.1. Ровные ледяные поля .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

2.2. Торосы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

2.3. Айсберги . .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕДОВЫХ 

ОБРАЗОВАНИЙ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1. Ледяные поля .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1.1. Строение льда .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1.2. Солѐность льда .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1.3. Пористость и плотность льда .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1.4. Прочностные свойства льда .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.1.5. Метрические характеристики ровных ледяных полей .  .  .  .  .  .  .  .

3.2. Торосистые образования .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.2.1. Размеры торосов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.2.2. Прочностные характеристики торосов.   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

3.2.3. Исследования интегральной прочности торосистых образований .

4. РАСЧЕТЫ ЛЕДОВЫХ НАГРУЗОК. .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .

4.1. Ледовые нагрузки от ровных ледяных полей .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

4.2. Ледовые нагрузки от торосов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

4.3. Локальное ледовое давление.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  

4

7

7

7

11

16

16

18

21

25

25

25

25

33

34

35

39

40

40

47

50

56

56

62

67

71

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основоположником учения о всех видах льдов на нашей планете является 

выдающийся русский ученый М.В. Ломоносов, который в своих трудах зало
жил основы ледоведения. Эта наука состоит из двух основных разделов – ледо
ведения водоемов и ледоведения материков. В первом из них изучается возник
новение, развитие, разрушение и исчезновение морских, озерных и речных 

льдов, а второй раздел представляет гляциология, историческое оледенение и 

мерзлотоведение. 

Ледотехника, как наука вытекает из ледоведения и связана непосредст
венно с практической деятельностью человека в части использования льда и 

ледяных покровов, защиты инженерных сооружений от силового воздействия 

ледовых образований, строительства изо льда, плавания во льдах, прогнозиро
вания ледовых ситуаций.

Пионерами в исследованиях свойств льда и в разработках методов борь
бы с ним были такие выдающиеся русские ученые, как Д.И. Менделеев, адми
ралы А.В. Колчак, А.Н.Крылов, С.О. Макаров.

Гидротехнические сооружения, которые возводятся на реках и морях, в 

процессе их эксплуатации подвергаются силовому воздействию различных ти
пов ледовых образований. Достоверное определение ледовых нагрузок на про
ектируемые гидротехнические сооружения с учетом различных расчетных сце
нариев предопределяет их безаварийную работу в течение всего срока службы. 

Величина и характер ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения зави
сят от типов ледовых образований, их размеров и прочностных характеристик. 

С позиций речного гидротехнического строительства наибольший практиче
ский интерес представляет пресный лед, который формируется на реках, лима
нах и озѐрах, а для морской гидротехники, включающей строительство морских 

портов, а также сооружений на континентальном шельфе - морской лед бухт, 

заливов и морей.

Расчетам ледовых нагрузок при проектировании гидротехнических со
оружений предшествуют инженерные изыскания. Анализ результатов таких 

изысканий позволяет достоверно назначать расчетные параметры ледовых об
разований в каждом районе будущего строительства. Силовое воздействие, на 

проектируемые гидротехнические сооружения, определяется с помощью реко
мендаций нормативных документов в соответствии с расчетными случаями. 

Рекомендации нормативных документов разрабатываются на основании анали
тических и экспериментальных исследований, которые проводятся как в лабо
раторных, так и в натурных условиях. В тех случаях, когда при проектировании 

гидротехнических сооружений, в нормативных документах отсутствует расчет
ный сценарий, ледовые нагрузки определяются на основании моделирования в 

процессе научного сопровождения того или иного проекта.

Цель настоящего учебного пособия состоит в том, чтобы ознакомить бу
дущих инженеров-гидротехников с типами ледовых образований, их метриче
скими и прочностными характеристиками, а также существующими известны
ми методами расчета ледовых нагрузок на речные и морские гидротехнические 

сооружения, а также на опоры мостов.

В настоящей работе использовались материалы изысканий ледовых обра
зований, которые были получены под руководством и при участии автора на 

шельфе Охотского, Карского и Баренцева морей в районах разведанных место
рождений углеводородов. При этом были разработаны и внедрены новые мето
дики исследований ледовых образований, как в лабораторных, так и в полевых 

условиях. В пособии также приведены методы расчета ледовых нагрузок на ле
достойкие гидротехнические сооружения, которые содержатся в рекомендаци
ях, действующих в нашей стране нормативных документах. Методы расчета 

ледовых нагрузок от воздействия полей торошения разработаны на основании 

результатов крупномасштабных экспериментальных исследований. Такие ис
следования при участии автора проводились в заливах Охотского моря на севе
ре острова Сахалин, а также на пресноводном озере в Подмосковье совместно с 

сотрудниками Отраслевой научно-исследовательской лаборатории морских 

нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений Московского государ
ственного строительного университета.

В пособии также изложены элементарные сведения о процессах образо
вания льда на акваториях рек, озѐр, водохранилищ и морей, а также о типах ле
довых образований. Автор постарался представить будущим инженерам
гидротехникам те ледовые образования, которые в состоянии дрейфа представ
ляют наибольшую опасность для проектируемых гидротехнических сооруже
ний, как речных, так и морских. 

Многолетние исследования воздействия торосов на сооружения позволи
ли разработать метод расчета ледовых нагрузок с учетом размеров и интеграль
ной прочности составляющих частей торосистых образований. Этот метод рас
чета был внедрен в ведомственный нормативный документ Министерства 

Транспорта Российской Федерации.

Многочисленные экспериментальные исследования были проведены в 

рамках международного  проекта в натурных условиях по внедрению жестких 

штампов различной площади в естественный ледовый покров и в модели кон
солидированной части торосов с различной пористостью. Результаты этих ис
следований позволили разработать рекомендации по расчету максимальных 

значений локального давления льда на опорные части проектируемых сооруже
ний, которые были также включены в ведомственные нормы для использования 

в проектной практике.

Таким образом, данное учебное пособие позволит будущим специалистам 

использовать изложенные методы расчета ледовых нагрузок в курсовых и ди
пломных проектах в процессе учѐбы в высшем учебном заведении.

Автор выражает глубокую благодарность своим бывшим сотрудникам и 

соавторам в Московском государственном строительном университете, кото
рые принимали участие в проведении исследований, как в натурных, так и в ла
бораторных исследованиях на протяжении многих зимних периодов, а также 

иностранным коллегам. Имена этих сотрудников и иностранных коллег пере
числены в списке литературы.