sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2024-21-4-606-617OGDUUYsibadi-1857Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАCONSTRUCTION AND ARCHITECTUREМетоды расчета несущей способности ледовых переправMethods for ice crossings load capacity calculationhttps://orcid.org/0000-0002-6524-4976КузнецовИ. С.KuznetsovI. S.

Кузнецов Илья Сергеевич – преподаватель кафедры «Эксплуатация нефтегазовой и строительной техники»

644050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Ilya S. Kuznetsov – Teacher of the Oil Gas and Construction Equipment Operation Department

5, Prospekt Mira, Omsk, 644050

ilyxa_kyznetsov@vk.comhttps://orcid.org/0000-0003-2254-8803СиротюкВ. В.SirotiukV. V.

Сиротюк Виктор Владимирович – проф., д-р техн. наук

44050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Viktor V. Sirotiuk – Dr. of Sci., Professor

5, Prospekt Mira, Omsk, 644050

sirvv@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3546-0894КузнецоваВ. Н.KuznetsovaV. N.

Кузнецова Виктория Николаевна – д-р техн. наук, проф., проф. кафедры «Эксплуатация нефтегазовой и строительной техники»

644050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Victoria N. Kuznetsova – Dr. of Sci., Professor, Oil Gas and Construction Equipment Operation Department

5, Prospekt Mira, Omsk, 644050

dissovetsibadi@bk.ruСибирский государственный автомобильно-дорожный университет «СибАДИ»РоссияSiberian State Automobile and Highway University (SibADI)Russian Federation202423082024214606617Copyright © Кузнецов И.С., Сиротюк В.В., Кузнецова В.Н., 20242024Кузнецов И.С., Сиротюк В.В., Кузнецова В.Н.Kuznetsov I.S., Sirotiuk V.V., Kuznetsova V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1857

Введение. В статье рассматривается проблема, актуальная для территории нашей страны – расчёт несущей способности ледовых переправ и автозимников. Эта проблема всё более актуализируется в связи с развитием северных территорий, увеличением грузоподъёмности автотранспорта и величины грузопотока. При этом строительство постоянных дорог и мостовых переходов требует очень больших капитальных затрат, пока недоступных для РФ.Методы и материалы. Выполнен критический анализ методов определения расчётным путём несущей способности ледового покрова на переправах (максимальной разрешённой нагрузки на ось одиночного автомобиля или автопоезда). Рассмотрены рекомендации нормативно-методических документов по данному вопросу. Представленный анализ отечественных и зарубежных публикаций позволил дать оценку математическим моделям разного уровня сложности и детализации, с разным набором факторов, влияющих на конечный результат.Результаты. В результате исследований составлена сводная таблица, в которой приведены формулы для расчёта несущей способности ледового покрова, параметры, которые учитываются в этих формулах, а также значения несущей способности, рассчитанной по данным формулам для двух температур: 0°С и минус 20°С.Заключение. По результатам анализа видно, что наибольшее количество параметров учитывается в трёх зависимостях: М.М. Казанского – Р.А. Шульмана; Q. Wang; ОДМ 218.4.030–2016 «Методические рекомендации по оценке грузоподъёмности ледовых переправ». При этом величина несущей способности, рассчитанная по 11 представленным формулам, изменяется в 2-3 и более раза. Следовательно, представленные математические модели для прогнозирования несущей способности ледовых переправ требуют экспериментальной проверки на реальных объектах методом протаскивания контрольного груза (при некоторой доработке этого метода).

Introduction. The article deals with a problem relevant to the territory of our country – the calculation of the bearing capacity of ice crossings and winter roads. This problem is becoming more and more urgent in connection with the development of the northern territories, an increase in the carrying capacity of road transport and the volume of cargo traffic. At the same time, the construction of permanent roads and bridge crossings requires very large capital expenditures, which are not yet available for the Russian Federation.Methods and materials. A critical analysis of methods for determining by calculation the bearing capacity of ice cover at crossings (the maximum permissible load on the axle of a single car or road train) was carried out.The recommendations of normative and methodological documents on this issue are considered. The presented analysis of domestic and foreign publications made it possible to evaluate mathematical models of different levels of complexity and detail, with a different set of factors influencing the final result.Results. As a result of the research, a summary table, which contains formulas for calculating the bearing capacity of the ice cover, the parameters that are taken into account in these formulas, as well as the values of the bearing capacity calculated using these formulas for two temperatures: 0 °C and minus 20 °C has been compiled.Conclusions. According to the results of the analysis, it can be seen that the largest number of parameters is taken into account in M.M. Kazansky-R.A. Shulman; Q. Wang; ODM 218.4.030-2016 Methodological recommendations for assessing the carrying capacity of ice crossings’ dependencies. At the same time, the value of the bearing capacity, calculated according to the 11th formulas, varies by 2-3 or more times presented. Consequently, the presented mathematical models for predicting the carrying capacity of ice crossings require experimental verification on real objects by dragging the control cargo (with some refinement of this method).

ледовые переправынесущая способность ледяного покровафизико-механические свойства льдаформулы для расчёта несущей способностиice crossingsbearing capacity of the ice sheetphysical and mechanical properties of iceformulas for calculating the bearing capacityReferencesГончарова Г.Ю., Сиротюк В.В., Якименко О.В., Орлов П.В., Долгодворов Р.Е. Повышение несущей способности и безопасности ледовых автозимников с помощью армирования и модификации льда // Вестник СибАДИ. 2023. Т. 20, № 6 (94). С. 786–797. DOI 10.26518/2071-7296-2023-20-6-786-797Goncharova G.Y., Sirotiuk V.V., Yakimenko O.V., Orlov P.V., Dolgodvorov R.E. Loadbearing capacity and safety for winter roads improvement reinforcement and ice modification. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2023; 20(6): 786–797. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-6-786-797. EDN: UTSJKOСиротюк В.В., Якименко О.В., Крашенинин Е.Ю., Щербо А.Н. Строительство и испытание опытного участка ледовой переправы, армированной геосинтетическими материалами // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2008. № 4(21). С. 157–165.Sirotiuk V.V., Sirotiuk V.V., Yakimenko O.V., Krasheninin E.Yu., Shcherbo A.N. Construction and testing of a pilot section of an ice crossing reinforced with geosynthetic materials. Journal of Construction and Architecture. 2008; 4(21): 157–165. (In Russ.)Годецкий С.В., Кокин О.В., Кузнецова О.А., Цвецинский А.С., Архипов В.В. Оценка пределов прочности льда на одноосное сжатие в Охотском море по данным измерений и расчётов // Лёд и Снег. 2021;61(4):561–570. DOI 10.31857/S2076673421040108Godetsky S.V., Kokin O.V., Kuznetsova O.A., Tsvetsinsky A.S., Arhipov V.V. Estimation of ice strength limits for uniaxial compression in the Sea of Okhotsk according to measurements and calculations. Ice and Snow. 2021; 61(4) :561–570. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S2076673421040108Babaei H., Barrette P. D. A computational modeling basis in support of the Canadian winter road infrastructure. – National Research Council Canada, 2020.Babaei H., Barrette P. D. A computational modeling basis in support of the Canadian winter road infrastructure. National Research Council Canada, 2020.Towell K. L. T. et al. Construction and structural analysis of an arched cellulose reinforced ice bridge for transportation infrastructure in cold regions // Cold Regions Science and Technology. 2022. Т. 198. DOI 10.1016/j.coldregions.2022.103508.Towell K.L. T. et al. Construction and structural analysis of an arched cellulose reinforced ice bridge for transportation infrastructure in cold regions. Cold Regions Science and Technology. 2022; Т. 198. DOI 10.1016/j.coldregions.2022.103508.Li C. et al. Theory and application of ice thermodynamics and mechanics for the natural sinking of gabion mattresses on a floating ice cover // Cold Regions Science and Technology. 2023. DOI 10.1016/j.coldregions.2023.103925.Li C. et al. Theory and application of ice thermodynamics and mechanics for the natural sinking of gabion mattresses on a floating ice cover. Cold Regions Science and Technology. 2023. DOI 10.1016/j.coldregions.2023.103925.Leppäranta M. Mechanics of Lake Ice // Freezing of Lakes and the Evolution of their Ice Cover. – Cham: Springer International Publishing, 2023. pp. 159–203. DOI 10.1007/978-3-031-25605-9_5Leppäranta M. Mechanics of Lake Ice. Freezing of Lakes and the Evolution of their Ice Cover. Cham: Springer International Publishing, 2023: 159–203. DOI 10.1007/978-3-031-25605-9_5Ren D., Park J-C. Particle-based numerical simulation of continuous ice-breaking process by an icebreaker // Ocean Engineering. 2023. 270 p. DOI 10.1016/j.oceaneng.2022.113478.Ren D., Park J-C. Particle-based numerical simulation of continuous ice-breaking process by an icebreaker. Ocean Engineering. 2023: 270. DOI 10.1016/j.oceaneng.2022.113478.Alan F., Willem J. Limitations of Gold’s formula for predicting ice thickness requirements for heavy equipment // Canadian Geotechnical Journal. 2023. No. 61 (1). pp. 183–188. DOI 10.1139/cgj-2022-0464.Alan F., Willem J. Limitations of Gold’s formula for predicting ice thickness requirements for heavy equipment. Canadian Geotechnical Journal. 2023; 61 (1): 183–188. DOI 10.1139/cgj-2022-0464.Ye L. Y. et al. Peridynamic solution for submarine surfacing through ice // Ships and Offshore Structures. 2020. Т. 15. no. 5. pp. 535–549. DOI 10.1080/17445302.2019.1661626.Ye L. Y. et al. Peridynamic solution for submarine surfacing through ice. Ships and Offshore Structures. 2020; Т. 15. no. 5: 535–549. DOI 10.1080/17445302.2019.1661626.Jia B. et al. Peridynamic Simulation of the Penetration of an Ice Sheet by a Vertically Ascending Cylinder // Journal of Marine Science and Engineering. 2024. Т. 12. no. 1. pp. 188. DOI 10.3390/jmse12010188Jia B. et al. Peridynamic Simulation of the Penetration of an Ice Sheet by a Vertically Ascending Cylinder. Journal of Marine Science and Engineering. 2024; Т. 12. no 1: 188. DOI 10.3390/jmse12010188Tugulan C.C. et al. Flexural-Gravity Waves Generated by Different Load Sizes and Configurations on Varying Ice Cover // Water Waves. 2024. pp. 1–17. DOI 10.1007/s42286-024-00083-5Tugulan C.C. et al. Flexural-Gravity Waves Generated by Different Load Sizes and Configurations on Varying Ice Cover. Water Waves. 2024: 1–17. DOI 10.1007/s42286-024-00083-5Q. Xie Numerical modeling of the stress-strain state of the ice beam by specified constitutive model // Material Science, Engineering and Applications. 1–8, Jun. 2022. Vol. 2, No. 1, pp. DOI 10.21595/msea.2022.22278Xie Q. Numerical modeling of the stress-strain state of the ice beam by specified constitutive model. Material Science, Engineering and Applications. 2022; Vol. 2, No. 1: 1–8, Jun. 2022. DOI 10.21595/msea.2022.22278Якименко О.В. Сиротюк В.В. Усиление ледовых переправ геосинтетическими материалами: Монография. Омск: ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2015. 166 с. ISBN 978-5-93204-777-4.Yakimenko O.V., Sirotyuk V.V. Strengthening ice crossings with geosynthetic materials. Omsk, SibADI, 2015: 166. (In Russ.)Barrette P.D. A laboratory study on the flexural strength of white ice and clear ice from the Rideau Canal skateway. Can. J. Civ. Eng. 2011. 38, 1435–1439.Barrette, P.D.A laboratory study on the flexural strength of white ice and clear ice from the Rideau Canal skateway. Can. J. Civ. Eng. 2011; 38: 1435–1439.Weyhenmeyer G.A., Obertegger U., Rudebeck H. et al. Towards critical white ice conditions in lakes under global warming. Nat Commun.2022. 13, 4974. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32633-1Weyhenmeyer G.A., Obertegger U., Rudebeck H. et al. Towards critical white ice conditions in lakes under global warming. Nat Commun. 2022; 13, 4974. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32633-1Masterson D.M. State of the art of ice bearing capacity and ice construction. 2009. 58(3), 0–112. doi:10.1016/j.coldregions.2009.04.002Masterson D.M. State of the art of ice bearing capacity and ice construction. 2009; 58(3), 0–112. doi:10.1016/j.coldregions.2009.04.002Коновалов С.В. Обзор физико-механических свойств льда // Вестник науки и образования. 2020. №11-1 (89). С. 34–39.Konovalov S.V. Review of physical and mechanical properties of ice. Vestnik nauki i obrazovanija. 2020; 11-1 (89): 157–165. (In Russ.)Ren, Di; Park, Jong-Chun; Hwang, Sung-Chul; Jeong, Seong-Yeob; Kim, Hyun-Soo Failure simulation of ice beam using a fully Lagrangian particle method. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2019. 11(2). 639–647. doi:10.1016/j.ijnaoe.2019.01.001Ren, Di; Park, Jong-Chun; Hwang, Sung-Chul; Jeong, Seong-Yeob; Kim, Hyun-Soo Failure simulation of ice beam using a fully Lagrangian particle method. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2019;11(2): 639–647. doi:10.1016/j.ijnaoe.2019.01.001Wang Q., Li Z., Lu P., Xu Y., Li Z. Flexural and compressive strength of the landfast sea ice in the Prydz Bay // East Antarctic, The Cryosphere. 2022. 16. 1941–1961. DOI 10.5194/tc-16-1941-2022.Wang Q., Li Z., Lu P., Xu Y., Li Z. Flexural and compressive strength of the landfast sea ice in the Prydz Bay. East Antarctic, The Cryosphere. 2022; 16: 1941–1961. DOI 10.5194/tc-16-1941-2022.Gow A.J. Flexural Strength of Ice on Temperate Lakes: Comparative Tests of Large Catilever and Simply Supported Beams. Cold Regions Research and Engineering Laboraory. 1978. Т. 78. №. 9.Gow A.J. Flexural Strength of Ice on Temperate Lakes: Comparative Tests of Large Catilever and Simply Supported Beams. Cold Regions Research and Engineering Laboraory. 1978; Т. 78. no. 9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.