Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ВОДОСЛИВНЫХ ПЛОТИН И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Расчеты прочности плотин, их оснований и отдельных элементов производят для наиболее неблагоприятных расчетных случаев эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и нагружения плотины. Наиболее распространенным для решения данных задач является метод конечных элементов, позволяющий учесть множество факторов, отражающих свойства грунтовых оснований (см. гл. 8). В инженерных расчетах часто используют более доступные приближенные методы (см. п. 6.3). Для этого предварительно необходимо определить распределение напряжений по контакту бетонной плотины с основанием [116].

Расчет нормальных контактных напряжений производят по формулам вне центренного сжатия и по методу «экспериментальных эпюр», т. е. эпюр, полученных на основе модельных исследований (см. п. 32.13) для несвязных грунтов с относительной плотностью 0,5 (см. 7.12); для связных или несвязных грунтов с относительной плотностью ID > 0,5 по формулам внецентренного сжатия и по методу теории упругости [40].


При раздельном возведении быков, устоев и фундаментной плиты плотины на песчаном основании эпюра контактных напряжений определяется суммированием контактных напряжений для строительного периода под каждым элементом сооружения и напряжений, полученных в результате приложения дополнительных нагрузок эксплуатационного периода после омоноличивания сооружения. В случае глинистых оснований напряжения определяют аналогично, яо с учетом их перераспределения во времени из-за консолидации глинистого основания (см. п. 12.3).

Расчет нормальных контактных напряжений в угловых точках фундаментной плиты секции плотины при использовании метода сопротивления материалов производится по формуле внецентренного сжатия:

В расчетах прочности секции плотины часто используют обе эпюры контактных напряжений, полученные по формуле внецеытренного сжатия н методу «экспериментальных эпюр» или теории упругости как для балки на упругом основании. При этом может быть получена значительная разница результатов (рис. 7.33, а). Обычно если изгибающие моменты, вычисленные по каждой из указанных эпюр, имеют разные знаки, то расчет прочности ведете по обоим моментам, но с уменьшением каждого из них на 10% суммы их абсолютных значений. При одинаковых знаках изгибающих моментов расчет ведется по большему значению с уменьшением его на 10% разности моментов. Такой подход объясняется тем, что действительные контактные напряжения, замеренные в натурных условиях, отличаются от напряжений, полученных элементарным методом и методом теории упругости, хотя ближе они к первым [134].

Расчеты общей прочности секций плотин I и И классов проводят как для пространственных конструкций совместно с упругим основанием методами строительной механики или теории упругости [116]. В настоящее время основу расчетов составляют численные методы метод конечных элементов (см. гл. 6), метод конечных разностей и т. д.


Расчеты прочности плотин III и IV классов, а также предварительные расчеты плотин I и II классов выполняют упрощенными методами строительной механики. При этом раздельно рассматривают работу секции в поперечном (вдоль потока) и продольном (поперек потока) направлениях Расчеты секции плотины в поперечном направлении производят для водосливной плотины (как ребристой конструкции, ребрами жесткости которой являются быки (полубы ки) (см. рис. 7.33, а, б). Двухъярусные плотины и плотины с глубинными водосбросами рассчитывают как коробчатые конструкции. При этом в расчетное сечение вводят только часть быков и полубыков по высоте, ограничивая ее наклонными плоскостями, проходящими под углом 45° к горизонтали через крайние точки сопряжения с фундаментной плитой (см. рис. 7.33, я, б).

В зависимости от особенностей конструкции секции плотины могут быть предложены различные расчетные схемы и приближенные методы их расчета. В качестве примера рассмотрим расчет фундаментной плиты для двухпролетной секции. Секция плотины (см. рис. 7.33) рассматривается как абсолютно жесткое тело по отношению к фунту основания. Кроме общего изгиба, в фундаментной плите возникает местный изгиб на площадях Si, и S2. Расчет фундаментной плиты на местный изгиб можно выполнить как для плит, опертых по трем сторонам н имеющих свободный край со стороны верхнего и нижнего бьефов. В качестве действующих нагрузок следует учитывать: собственный вес, реакцию основания, пригрузку воды, фильтрационное и взвешивающие давления снизу.

Один из методов решения данной задачи метод перекрестных балок. Плита условно делится на продольные балки, жестко заделанные в промежуточный бык и свободно опертые в примыканиях к полубыкам (см. рис. 7.33, г). При этом должно выполняться условие равенства прогибов продольных балок с прогибами центральной поперечной консоли II в точках их пересечения. По результатам расчета строят эпюры суммарных напряжений, складывающиеся из напряжений при изгибе секции как единой конструкции и местном изгибе.

Расчеты общей прочности секции плотины в продольном направлении следует производить для водосливной плотины как балки на упругом основании, двухъярусной плотины или плотины с глубинными водосбросами как рамной конструкции на упругом основании.

Расчет прочности быков (полубы ков) производит при следующих действующих нагрузках: строительный случай собственный вес, вес мостов, подвижных нагрузок от транспортных средств и их тормозных усилий; эксплуатационный случай гидростатическое давление W2 и fPj, давление Wu передающееся от затвора, гидростатическое давление W4 в деформационном шве, действующее от верховой грани быка до вертикальной шпонки, давление воды на бык со стороны водосливного отверстия W$ (рис. 7.34). Наиболее невыгодным, возможно, является ремонтный случай, когда один пролет закрыт ремонтными затворами, а через соседний пропускается расход. При этом на бык действует одностороннее боковое гидростатическое давление. Расчеты быков (полубыков) на боковые нагрузки рекомендуется производить как расчет консольной плиты, заделанной в фундаментную плиту и связанную с соседней консольной плитой горизонтальными стержнями шарнирами [79].

Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.

Экспертиза

на главную