РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ПЛОТИН НА НЕСКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ

Расчет прочности секций плотины в поперечном направлении (в направлении потока воды). Величина усилий, возникающих в конструкции секции, зависит от характера распределения нормальных контактных напряжений по подошве фундамента. При расчете секции в поперечном направлении фундаментная плита совместно с быками и полубыками рассматривается как коробчатая конструкция.

Фундаментная плита участвует как в сопротивлении общему (всей конструкции в целом), так и местному изгибу. Нагрузками на плиты являются: реакция основания, вес самих плит, вес воды сверху и противодавление снизу. Примыкания плиты к быкам также принимается жесткое защемление, так как ввиду симметрии нагрузки эти сечения не поворачиваются. В местах примыкания к полубыкам опирание принимают условно шарнирным. Расчет выполняют методом перекрестных балок. Плиты разделяют на полосы в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Полосы, опирающиеся на бык и полубык, рассматривают как балки на двух опорах.

Поперечные полосы рассматривают как консоли, защемленные в водослив. Из условия равенства прогибов полос в местах их пересечения определяется распределение нагрузок между балками и консолями, причем сумма этих нагрузок равна внешней нагрузке. Для сокращения вычислений условия равенства прогибов записываются только по оси центральной консоли.

Уравнения записывают для всех балок и полученную систему решают. После нахождения нагрузок на балки и консоли определяют изгибающие моменты и напряжения, вызванные местным изгибом.

При расчете фундаментной плиты для работы ее совместно с быками (на общий изгиб) следует учитывать влияние местного изгиба. С этой целью мысленно вырезают из фундаментной плиты ее участки, подверженные местному изгибу.

По контурам разреза прикладывают действующие в них изгибающие моменты и перерезывающие силы. При определении усилий в вертикальных сечениях секции от общего изгиба нормальная реакция основания, вес воды и плиты и другие нагрузки, приходящиеся на вырезанные участки плиты, в расчет не вводят, так как они уже учтены в контурных усилиях.

Горизонтальная реакция основания, горизонтальные силы в торцах фундаментной плиты в верхем и нижнем бьефах, реакция анкерного понура (если он есть) и другие горизонтальные нагрузки вводят в расчет на всех участках фундаментной плиты.

Часто фундаментную плиту снабжают верховым зубом, который обеспечивает устойчивость секции плотины благодаря сопротивлению срезу грунта основания по плоскости на уровне низа зуба, то есть с учетом сил трения и сцепления в грунте (последнее в связных грунтах). В таких случаях при расчете низа фундаментной плиты в верхнем бьефе и при подборе арматуры в ней необходимо учитывать воздействие усилия на верховой зуб плотины. Величину усилия можно принять приблизительно равной силе сцепления в плоскости.

Быки и полубыки имеют значительную высоту. Поэтому работа их на изгиб в продольной плоскости происходит подобно работе балки — стенки с полкой внизу. Роль стенки играет бык или полубык, роль полки — соответствующая часть фундаментной плиты. При вычислении момента общего изгиба в такой балке учитывают силы; действующие по одну сторону от рассматриваемого вертикального сечения.

При деформациях яоперечные сечения быков и полубыков не остаются плоскими, особенно вблизи торцов. В связи с этим при расчете прочности их растянутой нижней зоны методами сопротивления материалов в расчет вводят высоту быка. При этом условии полное усилие в растянутой зоне можно считать достаточно близким к действительному.

Фундаментная плита участвует в сопротивлении как общему, так и местному изгибу секции. Поэтому напряжения в ее сечениях от обоих видов изгиба складываются.

Расчет по схеме смешанного сдвига. Расчет по этой схеме выполняют в случае, если условия, при которых может произойти плоский сдвиг, не удовлетворены. Сопротивляемость основания сдвигу равна сумме сопротивляемости на участке плоского сдвига.

Основы расчета устойчивости плотины при сдвиге с частью основания по круглоцилиндрическим поверхностям (метод ироф. М. М. Гришина). Этот метод расчета более простой до сравнению с предыдущим. Считается, что в предельном состоянии плотина вместе с грунтом основания, представляющим собой как бы твердое тело, может скользить по некоторой круговой кривой. При этом точка может находиться как внизу напорной грани, так и внутри подошвы плотины.

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