способ создания ледяной переправы

Формула изобретения

Способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании в лед по обеим сторонам переправы арматуры, которую перед ее вмораживанием растягивают, а после ее вмораживания растягивающие усилия снимают, отличающийся тем, что арматура выполнена в виде пружин растяжения диаметром не более толщины льда, а для их вмораживания в ледяной покров пружины разогревают до температуры выше температуры плавления льда посредством пропускания через них электрического тока, после их погружения в ледяной покров на глубину больше диаметра пружины подачу электрического тока прекращают, подготовленную таким образом поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур t<0°C до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ледотехнике, в частности к эксплуатации ледяных переправ при транспортировке по ним грузов.

Известен способ создания переправы, заключающийся во вмораживании по обеим сторонам переправы по всей ее длине стальных тросов, причем на тросы предварительно устанавливают элементы, жестко соединенные с тросами, перед их вмораживанием тросы растягивают (1. US 4057967 А, 15.11.1977, 4 с.; 2. JP 11193581 А, 21.07.1999, 7 с.), а для повышения прочности конструкции (переправы) растягивающие усилия снимают (3. Байков В.Н. и др. Железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1976, с.69-71).

В качестве наиболее близкого аналога принят способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании по обеим сторонам переправы по всей ее длине арматуры в виде стальных тросов, причем на тросы предварительно устанавливают элементы, жестко соединенные с тросами, а перед их вмораживанием тросы растягивают (US 4057967 А, 15.11.1977, 4 с.).

Недостатком известного способа является длительность процесса увеличения прочности ледяной переправы и невозможность обеспечения длительного сохранения предварительной напряженности льда в составе ледяной переправы.

Сущность заявляемого изобретения заключается в сокращении времени для увеличения грузоподъемности ледяной переправы за счет упрощения технологии армирования ледяного покрова предварительно напряженной арматурой и сохранении ее увеличенной грузоподъемности, создаваемой предварительным растяжением арматуры.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении массы грузов, перевозимых по переправе.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Ограничительные признаки: способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании в лед по обеим сторонам переправы арматуры, которую перед ее вмораживании растягивают, а после ее вмораживания растягивающие усилия снимают.

Отличительные признаки: арматура выполнена в виде пружин растяжения диаметром не более толщины льда, а для их вмораживания в ледяной покров пружины разогревают до температуры выше температуры плавления льда посредством пропускания через них электрического тока, после их погружения в ледяной покров на глубину больше диаметра пружины подачу электрического тока прекращают, подготовленную таким образом поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур (t<0°С) до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда.

Известно (4. Карташкин Б.Д. Экспериментальные исследования физико-механических свойств льда. / Труды ЦАГИ. - М.: Бюро новой техники, 1947, № 607, 42 с.), что лед, являясь вязкоупругим материалом, проявляет свойства релаксации, т.е. возникшие в нем напряжения самопроизвольно уменьшаются с течением времени при постоянной деформации, и ползучести, т.е. в нем с течением времени в зависимости от нагрузки происходит перемещение его элементов относительно друг друга. Таким образом, созданные во льду напряжения сжатия за счет вмораживания в него растянутых тросов с элементами (шайбами) с последующим снятием растягивающих усилий будут уменьшаться, что не позволит за их счет сохранять увеличенную грузоподъемность ледяной переправы.

Также известно (5. Ишлинский А.Ю. Политехнический словарь. - М: Советская энциклопедия. 1980, с.420), что пружина растяжения после прекращения действия растягивающей нагрузки отдает свою временно накопленную энергию при ее упругой деформации. Из этого следует, что, создав в пружине соответствующие растягивающие деформации, можно определенное время, зависящее от свойств релаксации льда, после ее вмораживании в лед и снятия растягивающих напряжений автоматически поддерживать во льду определенные сжимающие напряжения, т.е. сохранять предварительную напряженность арматуры.

Способ осуществляется следующим образом.

По обеим сторонам ледяной переправы укладывают арматуру в виде пружин растяжения диаметром не более толщины льда. Затем пружины с помощью устройств нагружают растягивающим усилием и одновременно их разогревают до температуры выше температуры плавления льда путем пропускания через них электрического тока. При опускании разогретых пружин на лед они начнут погружаться в толщу льда. При погружении пружин на глубину более их диаметра электропитание отключают. После замерзания растопленной пружинами воды нагружение (растягивающие усилия) снимают. В результате предварительно созданные в пружинах растягивающие усилия и усилия от сжатия пружин при их охлаждении (известно, что при нагревании сталь расширяется) в ледяном покрове возникнут напряжения сжатия. Таким образом, в ледяном покрове будет обеспечена предварительная напряженность, что повысит по сравнению с аналогом его несущую способность [3]. Увеличенную грузоподъемность в зависимости от величины растягивающих усилий определяют предварительно на основании экспериментально-теоретических исследований. Поскольку лед проявляет свойства релаксации и ползучести, то с течением времени увеличенная грузоподъемность начнет уменьшаться. Однако накопленная энергия упругих деформаций пружин значительно замедлит этот процесс. Интенсивность этого процесса также предварительно изучается экспериментально-теоретическими методами. Если несущая способность (грузоподъемность) ледяной переправы для транспортировки по ней конкретного груза по истечении определенного времени окажется недостаточной, то процесс вмораживания пружин повторяют по выше изложенной схеме.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 показано поперечное сечение переправы; на фиг.2 - продольное сечение, то есть сечение А-А по фиг.1

На ледяной покров 1 толщиной h по обеим сторонам от оси переправы укладывают стальные пружины 2 диаметром d (фиг.1, 2). Концы пружин 2 закрепляют на берегах переправы с помощью штанг 3 и стального троса 4, через которые при помощи источника электроэнергии 5 подают электрический ток через пружины 2 для нагревания их до температуры выше температуры плавления льда (фиг.1). Одновременно с этим пружины 2 при помощи нагружающего устройства 6 и троса 4 растягивают, т.е. создают усилие N. После того, как тросы вследствие плавления льда погрузятся в ледяной покров на глубину h₁ >d, подачу электрического тока прекращают (фиг.2). Затем подготовленную таким образом поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур (t<0°С) до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда. После снятия растягивающих усилий N переправа готова к эксплуатации.