Delist.ru

Сейсмостойкость бетонных контрфорсных плотин (17.03.2009)

Автор: Нгуен Нгок Тханг

, ширина оголовка B и толщина контрфорса d. Величины этих факторов меняются в следующих диапазонах:

и боковом сейс-

. Проверка адекватности производилась в центре факторного пространства, где факторы находятся на основном уровне (xi=0) (поверочный расчет), т.е. все факторы имеют среднее значение в своем диапазоне изменения. В данной задаче, условие адекватности выполняется т.к. отклонение откликов от величины b0 составляет менее 5%.

плотин различных конструкций.

Поиск оптимальной конструкции ведется методом прямого поиска. Задача сводится к нахождению значений геометрических параметров, при которых контрфорсная плотина имеет наименьший объем бетона, а значит плотина имеет лучший экономический показатель. При этом, этот вариант плотины должен удовлетворяться ряду следующих ограничений:

?1,18 (при особом сочетании нагрузок).

- Величины главных напряжений ?1, ?2, ?3 в плотине должны соответствовать условию прочности бетона соответственно на осевое сжатие и осевое растяжение. В работе принят бетон класса В25.

Нормативное сопротивление бетона класса В25 осевому сжатию Rbn равно 189 кгс/см2, а нормативное сопротивление бетона класса В25 осевому растяжению Rbtn равно 16,3 кгс/см2.

Решение задачи оптимизации показало, что расчетная секция контрфорсной плотины высотой 100 метров имеет наименьший объем (V=55536 м3) при m1=0,6; m2=0,56; В=20 м; d=5 м и одновременно удовлетворяется заданным ограничениям.

Четырехфакторное решение задачи относительно секции контрфорсной плотины показало, что при воздействии боковой сейсмической нагрузки практически всегда имеют место достаточно большие растягивающие напряжения на контакте контрфорса со скалой, хотя коэффициент запаса устойчивости на сдвиг достаточно высокий в большинстве вариантов (больше

При решении задачи были применены граничные условия, соответствующие свободно стоящему контрфорсу. Несмотря на то, что контрфорсы через деформационно-температурные швы контактируют друг с другом, установить граничные условия, ограничивающие смещения оголовка контрфорса можно только для сопоставления но не более, так как в шве оголовки имеют возможность подвижек.

При боковом сейсмическом воздействии растягивающие напряжения проникают на 0,38/0,5 толщины контрфорса, т.е. собственный вес в случае более толстого контрфорса существенно подавляет сейсмические напряжения.

Армирование контрфорсов у основания и в зоне растяжения и в зоне сжатия необходимо, т.к. и растягивающие напряжения и сжимающие напряжения бетон контрфорсов не выдерживает. Зоны растяжения и сжатия меняются друг с другом в процессе колебания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Краткий обзор строительства и расчётов контрфорсных плотин на сейсмические воздействия позволяют отметить, что до сих пор не проводились исследования влияния на контрфорсные плотины боковых сейсмических воздействий. Кроме того, необходимо уточнить собственные формы и собственные частоты таких плотин, поскольку контрфорсные плотины реагируют на колебания по створу и вдоль русла по-разному, т.к. очень сильно отличаются жёсткости плотины по этим двум направлениям.

2. Проведенный обзор литературы показал отсутствие какого-либо опубликованного исследования, в котором был бы освещен весь комплекс основных вопросов расчета бетонных контрфорсных плотин с учетом сейсмических воздействий. В этот комплекс включены следующие основные вопросы: учет трехкомпонентности сейсмического воздействия как функции времени; учет податливости основания плотины; применение динамического метода расчета напряженно-деформированного состояния контрфорсной плотины; учет пространственной работы самой конструкции плотины; учет достаточного числа форм собственных колебаний плотины для исследования напряженно-деформированного состояния сооружения; влияние дополнительных элементов жесткости на собственные формы и собственные значения контрфорсной плотины; выбор оптимальной конструкции контрфорсной

3. Расчет форм и периодов собственных колебаний массивно-контрфорсных и гравитационных плотин с учетом податливости основания на ЭВМ методом конечных элементов еще раз показал, что сейсмостойкость гидротехнических сооружений является очень сложным вопросом. Для получения более точных сведений о работе плотины при сейсмическом воздействии на предварительной стадии проектирования требуется знание форм и периодов собственных колебаний плотин с учетом физико-механических характеристик основания и при наполненном водохранилище.

4. Результаты расчетов контрфорсной плотины с дополнительными элементами жесткости в виде арок или балок показали, что жесткость основания мало влияет на характер изменения величин периодов собствственных колебаний плотин с прямыми балками жесткости по сравнению с вариантом без них.

Более заметное влияние жесткости основания на характер изменения величин периодов собствственных колебаний плотин с арками жесткости по сравнению с вариантом, где они отсутствуют, особенно в высоких тонах (периоды увеличиваются до 40/50%), причем чем больше жесткость основания тем больше разница величин периодов между вариантом с арками и вариантом без

5. Результаты расчёта показали снижение величины периода собственных поперечных колебаний плотины со сдвоенными контрфорсами по сравнению с плотиной с одиночными контрфорсами на 25/40%. Это вполне соответствует представлениям о работе плотин и объясняется тем, что момент сопротивления сдвоенного контрфорса относительно оси х в четыре раза больше, чем в случае с аналогичным одиночным контрфорсом. Причем, чем больше модуль упругости основания, т.е. чем больше жесткость системы плотина-основание, тем больше снижение величины периода собственных поперечных колебаний плотины.

6. Решение задач по оценке напряженно-деформированного состояния (НДС) контрфорсных плотин от действия сейсмических сил должно проводиться с включением большой области основания в пространственной постановке, что позволяет получить реальные результаты и учесть физико-механические характеристики основания

7. Решение задач динамическим методом в пространственной постановке дает более точные результаты. Расчёты плотины квазидинамическим методом или динамическим методом в плоской постановке давали результаты, которые не соответствуют реальной работе плотины при боковом сейсмическом воздействии. Следовательно достоверные результаты могут быть получены только при решении задач в пространственной постановке. Однако для получения более точного результата необходимо иметь результаты сейсмологических исследований и статистические материалы по землетрясениям.

8. При воздействии боковой сейсмической нагрузки практически всегда имеют место достаточно большие растягивающие напряжения на контакте контрфорса со скалой (растягивающие напряжения проникают на 0,38/0,5 толщины контрфорса), хотя коэффициент запаса устойчивости на сдвиг достаточно высокий. Контрфорсы должны армироваться и в сжатой и в растянутой зоне, что вполне естественно, т.к. в процессе колебания эти зоны постоянно меняются местами.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах автора:

1) д.т.н., проф. Л.Н. Рассказов, Нгуен Нгок Тханг. Учет влияния скального основания на формы и периоды собственных колебаний массивно-контрфорсных и гравитационных плотин // Научно-технический журнал «Вестник МГСУ» №1/2008. – С. 198-203.

2) Нгуен Нгок Тханг. Устойчивость и прочность контрфорсных плотин при боковом сейсмическом воздействии // Ежемесячный научно-технический журнал «Гидротехническое строительство» № 10/2008 – С. 15-18.

КОПИ-ЦЕНТР св. 7:07:10429 Тираж 100 экз.

Тел.: 8-499-185-79-54

г.Москва, ул. Енисейская, д.36

Рис. 1. Формы собственных продольных и поперечных колебаний массивно-контрфорсных (а-г) и гравитационных (д) плотин высотой 100 м по экспериментальным данным П.И. Гордиенко и Г.Э. Шаблинского

Страницы: 1  2  3  4