РАСЧЕТ БЕТОННЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ПЛОТИН НА ПРОЧНОСТЬ

Расчетные случаи. Проверка прочности плотин. Статические расчеты бетонных гравитационных плотин в стадии нормальной эксплуатации следует выполнять для двух сочетаний воздействий и нагрузок: основного и особого; при расчете на особое сочетание воздействий и нагрузок допускаются пониженные коэффициенты запаса. Помимо эксплуатационных расчетных случаев, прочность и устойчивость плотины оценивают также для строительного и ремонтного случаев.

Расчет прочности плотин выполняют по формулам сопротивления материалов. Для детального анализа напряженного состояния пользуются методами теории упругости. При расчетах прочности бетон в сооружении обычно рассматривают как упругий однородный материал.

К напряженному состоянию тела гравитационных плотин предъявляются следующие требования: а) в теле плотины не допускаются растягивающие напряжения; б) на напорной грани плотины минимальные главные напряжения должны быть сжимающими; в) максимальные главные сжимающие напряжения не должны превосходить допускаемых в любом сеченин.

В процессе статического расчета плотин определяют: а) главные напряжения на гранях плотины; б) нормальные и касательные напряжения в характерных сечениях плотины; в) напряжения в отдельных элементах плотин (в оголовке, быках, носке и пр.); г) в необходимых случаях — местные напряжения в районе ослаблений (галерей, водоводов, отверстий и пр.).

Так как в плоскости граней профиля касательных напряжений нет, то по этим плоскостям и перпендикулярным к ним площадкам будут действовать главные напряжения.

Прочность массивных плотин определяется величиной главных нормальных (сжимающих) напряжений на низовой грани в самом нижнем сечении.

Напряжения в плотине при разной жесткости бетона в различных частях профиля (зональный бетон) определяют вышеизложенным способом путем замены фактического сечения плотины приведенным, в котором площади зон более жесткого бетона увеличиваются пропорционально отношению модуля упругости более жесткого бетона к модулю упругости наименее жесткой зоны.

Для детального анализа напряженного состояния пользуются методом теории упругости. Однако и в этом случае часто не учитываются такие факторы, существенно влияющие на напряженное состояние, как неоднородность бетона в пределах профиля, межблочные швы, последовательность возведения и загружения плотины, податливость основания и т. д.

Расчет устойчивости. Устойчивость бетонных гравитационных плотин на скальном основании против сдвига рассчитывают в предположении возможности сдвига плотины по поверхности сопряжения ее с основанием. При наличии заглубленных в основание верхового и низового зубьев плотины за расчетную плоскость скольжения принимается плоскость, проходящая через их подошвы.

При расчете устойчивости на сдвиг учитывают как трение, так и сцепление бетона со скалой основания.

Фильтрационное противодавление на подошву плотины существенно снижается при наличии противофильтрационной завесы и дренажа основания.

На монолитность и трещиноустойчивость массивных бетонных сооружений существенно влияет термонапряженное состояние. В процессе гидратации цемента повышается температура бетона. Остывание тела бетонных сооружений может привести к раскрытию межблочных швов или образованию трещин в блоках. В массивных бетонных сооружениях, возводимых на скальных основаниях, чаще всего образуются вертикальные трещины. Это объясняется тем, что жесткое основание препятствует свободным температурным деформациям. В удалении от скального основания причиной образования трещин служит различие в температурных режимах поверхностных и внутренних зон. Температурно-усадочные деформации бетона возрастают с увеличением содержания вяжущего и удельного тепловыделения цемента. Поэтому для массивных конструкций необходимо применять низкотермичный цемент и бетон с возможно меньшим содержанием вяжущего. Предельные нормы расхода цемента на 1 м³ бетона принимаются для наружной зоны напорной грани и на водосливе 260 кг, для фундаментной части плотины 230 кг, для внутренней зоны 160 кг.

Кроме клинкерных портландцементов, в гидротехническом строительстве применяют шлако-портландцемент, обладающий более низким тепловыделением и повышенной ползучестью, что улучшает трещиностойкость сооружений. Шлако-портландцемент применен, например, на строительстве Каховского гидроузла. Бетон на шлако-портландцементе укладывают во внутреннюю зону массивных сооружений. Для повышения трещиноустойчивости массивных бетонных сооружений прибегают к регулированию их температурного режима путем искусственного охлаждения бетона с помощью заложенных в кладку труб, понижения температуры бетонной смеси, охлаждения заполнителей, воды и т. д.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968