Расчет вакуумного анкера на выдергивающее усилие в установках использования энергии морских волн

Введение. При проектировании объектов преобразования волновой энергии с использованием плавучих буев необходимо надежное закрепление их на донной поверхности. На сегодняшний день разработано множество технических решений по использованию энергии волны с различными видами фиксации плавучих буев с донной поверхностью (грузы, анкеры, якоря).

Материалы и методы. Для решения задачи фиксации плавучих буев, съемников энергии морских волн, с донным грунтом предлагается конструкция вакуумного анкера. Целью исследования является обоснование технического решения по применению вакуумных анкеров в установках использования энергии морских волн, предназначенных для жизнеобеспечения прибрежных объектов некапитального строительства. Для достижения поставленной цели применялись методы теоретических и экспериментальных исследований, поиск отечественных и зарубежных источников с анализом и сопоставлением данных.

Результаты. Представлены принципиальные схемы конструкции вакуумных анкеров, устраиваемых в слабых грунтах. Предлагается техническое решение и расчет удерживающей способности вакуумного анкера. По итогам экспериментальных исследований определен коэффициент трения покоя поверхности вакуумного анкера из полимерного материала в илистом обводненном грунте, позволяющий выполнять расчеты погружения и выдергивания вакуумных анкеров в слабых грунтах. Описана технология погружения вакуумных анкеров в слабый донный грунт, выполнен расчет условия погружения анкера в донный грунт и условия его выдергивания из донного грунта.

Выводы. Предлагаемые вакуумные анкеры для применения в слабых донных грунтах обладают значительной удерживающей способностью при относительно небольших размерах и стоимости с учетом строительно-монтажных работ. Внедрение их в практику снизит затраты на сооружение оснований плавучих съемников энергии морских волн и трансформацию энергии в полезную мощность в различных технологических схемах жизнеобеспечения объектов прибрежных территорий.

1. Qiu S., Liu K., Wang D., Ye J., Liang F. A comprehensive review of ocean wave energy research and development in China // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 113. P. 109271. DOI: 10.1016/j.rser.2019.109271

2. Lehmann M., Karimpour F., Goudey C.A., Jacobson P.T., Alam M-R. Ocean wave energy in the United States: Current status and future perspectives // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 74. Pp. 300–1313. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.101

3. Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Суглобов Д.А., Миронов Д.В., Максимов Л.И. Технология жизнеобеспечения пляжных глэмпингов с использованием возобновляемой энергии морских волн // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 4. С. 618–630. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.4.618-630

4. Leijon J., Boström C. Freshwater production from the motion of ocean waves : а review // Desalination. 2018. Vol. 435. Pp. 161–171. DOI: 10.1016/j.desal.2017.10.049

5. Ahamed R., McKee K., Howard I. Advancements of wave energy converters based on power take off (PTO) systems : а review // Ocean Engineering. 2020. Vol. 204. P. 107248. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2020.107248

6. Некучаев В.О., Семиткина Е.В., Терентьева М.В., Кривов В.Е. Совершенствование конструктивных решений по закреплению магистрального газопровода в условиях слабонесущих грунтов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2023. № 5–6. С. 5–12. DOI: 10.24412/0131-4270-2023-5-6-5-12. EDN BILHWZ.

7. Судницына Е.С., Вахрушев С.И. Исследование способов повышения эффективности погружения свай методом вдавливания // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2017. Т. 1. С. 365–380. EDN XNYGDR.

8. Авторское свидетельство № 1409728 A1 СССР, МПК E02D 7/20. Устройство для погружения анкеров вдавливанием / Циферов В.М., Толстов А.В., Павлов А.Б., Никитин В.И., Харько А.М.; заявитель Московский геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе; заявл. № 3948224 от 02.09.1985; опубл. 15.07.1988. EDN ZFJIKJ.

9. Патент RU № 23629 U1, МПК E02D 7/20. Устройство для погружения свай вдавливанием / Гапеев Н.В., Нестеров А.С.; заявитель Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия; заявл. № 2001132-378/20 от 28.11.2001; опубл. 27.06.2002. EDN QCONIG.

10. Гулин Д.А., Салихов Б.И., Султанмагомедов Т.С., Султанмагомедов С.М. Расчет удерживающей способности вакуумного анкерного устройства // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2017. № 3. С. 33–37. EDN YWJKJS.

11. Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Суглобов Д.А. Вакуумный анкер для съемников энергии морских волн // Актуальные проблемы строительной отрасли и образования – 2023 : сб. докл. IV Нац. науч. конф. 2024. С. 43–46. EDN DQZHXE.

12. Raaj S.K., Saha N., Sundaravadivelu R. Exploration of deep-water torpedo anchors : а review // Ocean Engineering. 2023. Vol. 270. P. 113607. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.113607

13. Zawawi N.A.W.A., Danyaro K.U., Liew M.S., Shawn L.E. Environmental Sustainability and Efficiency of Offshore Platform Decommissioning : а Review // Sustainability. 2023. Vol. 15. Issue 17. P. 12757. DOI: 10.3390/su151712757

14. Кайаду У.Де.С. Экологические риски при бурении скважин // Фундаментальные и прикладные научные исследования в современном мире : сб. науч. ст. по мат. I Междунар. науч.-практ. конф. 2023. С. 186–193. EDN NXJPLG.

15. Yang S., Jianting F., Chenchen Q., Jiawei W. Two-dimensional consolidation theory of vacuum preloading combined with electroosmosis considering the distribution of soil voltage // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2020. Vol. 57. Issue 1. Pp. 25–34. DOI: 10.1007/s11204-020-09633-8

16. Патент RU № 2714406 C1 РФ, МПК E02D 3/11. Способ вакуумного уплотнения основания строительной конструкции / Гарбузов В.В., Харьков Н.С., Пащенко Ф.А.; заявитель АО «ПИиНИИ ВТ «Ленаэропроект»; заявл. № 2019131739 от 08.10.2019; опубл. 14.02.2020. EDN RXAQJX.

17. Забелина О.Б., Энгин Д. Исследование методов водопонижения при строительстве высотных зданий в условиях прибрежных районов Санкт-Петербурга // Перспективы науки. 2021. № 3 (138). С. 199–202. EDN JDAAYP.

18. Игидов Т.Ш. Водопонижение грунтовых вод как необходимая задача начального этапа строительства // Евразийский научный журнал. 2016. № 11. С. 292–295. EDN XDSQSV.

19. Коронатов В.А., Герасимов С.Н., Дудина И.В. Теория погружения сваи в грунт при продольно-вибрационном воздействии // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 4 (48). С. 26–31. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-4-26-31. EDN VTEPYH.

20. Бояринцев А.В., Самохина А.Д. Экспериментальное изучение изменения шероховатости поверхности материала подземной конструкции при ее погружении в грунт // Construction and Geotechnics. 2023. Т. 14. № 2. С. 75–91. DOI: 10.15593/2224-9826/2023.2.06. EDN KHWFIS.