Автореферат диссертации (Разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам)

2РаботавыполненавФедеральномгосударственномбюджетномобразовательномучреждении высшего образования «Российский государственный аграрный университет –МСХА имени К. А. Тимирязева» (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)Научный руководитель:Официальные оппоненты:доктор технических наук, старший научный сотрудникРубин Олег ДмитриевичСоболь Станислав Владимирович,доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО«Нижегородскийгосударственныйархитектурностроительный университет» (ННГАСУ), кафедра«Гидротехнических и транспортных сооружений»,заведующий кафедройЧунюк Дмитрий Юрьевич,кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» (НИУМГСУ), кафедра «Механики грунтов и геотехники»,заведующий кафедройВедущая организацияФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Южно-Российскийгосударственныйполитехнический университет (НПИ) имени М.И.Платова»Защита состоится «20» ноября 2018 г.

в 16 часов (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.03, созданного на базе Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу:129337, г.

Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 9 студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» и на сайтеуниверситета www.mgsu.ru.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета» _________ 2018 г.___________БестужеваАлександра Станиславовна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

В соответствии с Законом РФ «О безопасностигидротехнических сооружений» №117-ФЗ от 21 июня 1997 г. требуется обеспечениетребуемого уровня безопасности железобетонных сооружений на стадиях строительства иэксплуатации. Вместе с тем имеются случаи отклонения от проектного поведения, в томчисле неравномерные осадки.В некоторых случаях осадки железобетонных сооружений гидроузлов превышаютрасчетные значения и возникают неравномерные осадки. Как правило, неравномерныеосадки возникают в сооружениях, имеющих в основании мягкие грунты.

При возникновениинеравномерных осадок, как правило, нарушается положение вертикальных осейустановленного в гидросооружении оборудования, которое вследствие этого теряетработоспособность.С учетом вышесказанного возникает необходимость восстановления железобетонныхсооружений гидроузлов, подвергшихся неравномерным осадкам, которое имеет цельвозвращения эксплуатационных свойств как его конструктивных элементов, так иоборудования, размещенного в нем.Восстановление гидротехнического сооружения заключается в возвращении егопланово-высотного положения в исходное (которое, может быть выполнено с помощью еговыравнивания), а также в возвращении эксплуатационных свойств его конструктивныхэлементов, которое целесообразно выполнить с помощью систем внешнего армирования.Исходя из этого, данная проблема является актуальной, и ее решение представляеткак научный, так и практический интерес.Степень разработанности темы исследования.

К настоящему моментувосстановление железобетонных сооружений гидроузлов, подвергшихся неравномернымосадкам, выполнялось либо методом демонтажа их конструктивных элементов, либо, вотдельных случаях, методом выравнивания сооружений.Демонтаж конструктивных элементов железобетонных сооружений гидроузловприводит к существенному перерасходу средств на возведение ГТС в связи с затратами наразборку сооружения или его части, а также оборудования, размещенного в нем; ипоследующего повторного возведения сооружения и монтажа оборудования. При этом, какправило, требуется выполнение мероприятий по усилению основания сооружения илиизменению конструктивной схемы его фундамента.Выравнивание гидротехнических сооружений выполнялось весьма редко.

Эти работывыполнялись методом компенсационного нагнетания. При этом, в связи с несовершенствомрасчетного обоснования, отсутствовал расчетный механизм определения технологииуправляемого выравнивания.Упрощенный подход к определению параметров выравнивания был связан сотсутствием опыта численного моделирования работ по выравниванию с учетом концепцииупрочняющегося грунта, а также с отсутствием нормативных требований к определениюспециальных характеристик нескальных грунтов, необходимых для реализации расчетныхмоделей.Следует отметить, что известна практика выравнивания сооружений промышленногражданского назначения, при этом для ГТС такой опыт практически отсутствует.4На основании указанных работ появилась возможность разработки концепцииподъема железобетонных сооружений гидроузлов с применением метода управляемогокомпенсационного нагнетания.Помимо восстановления планово-высотного положения железобетонных сооруженийнеобходимо обеспечение восстановления состояния его конструктивных элементов в рамкахэксплуатационных требований, так как при возникновении неравномерных осадокпроисходит частичное или полное нарушение их работы.Цель диссертационной работы.

Целью работы является разработка и обоснованиеметода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномернымосадкам (включая оценку состояния после неравномерной осадки, стабилизацию положениясооружения, выравнивание сооружения и усиление его железобетонных конструкций) (напримере здания Загорской ГАЭС-2).В соответствии с поставленной целью были сформулированы и решены следующиезадачи:- анализ отечественной и зарубежной практики выравнивания положения сооружений(в том числе гидросооружений) методом компенсационного нагнетания;- анализ отечественной и зарубежной практики усиления железобетонныхконструкций внешним армированием на основе композиционных материалов;- проведение экспериментальных работ по определению фактических значенийнапряжений в железобетонных конструкциях здания Загорской ГАЭС-2 методом «разгрузкиарматуры»;- анализ данных комплексных исследований состояния здания Загорской ГАЭС-2,подвергшегося неравномерным осадкам, в т.

ч. численных исследований на основепространственной конечно-элементной модели для определения фактического состоянияпосле неравномерной осадки, для периода стабилизации его положения и для периода еговыравнивания;- разработка и экспериментальное обоснование метода стабилизации положенияжелезобетонных гидротехнических сооружений после их неравномерной осадки;- разработка технических решений и рекомендаций по стабилизации положенияздания Загорской ГАЭС-2;- проведение крупномасштабных экспериментальных исследований по определениюфактического состояния системы «основание-железобетонное сооружение» при выполненииработ по подъему сооружения методом компенсационного нагнетания;- -разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений,подвергшихся неравномерным осадкам, на основе компенсационного нагнетания;- разработка технических решений по выравниванию положения здания ЗагорскойГАЭС-2 после его неравномерной осадки;- разработка и обоснование технических решений по усилению железобетонныхконструкций здания Загорской ГАЭС-2 внешним армированием на основе углеродноговолокна;Научная новизна диссертацииНаучная новизна исследования состоит в получении следующих результатов:5- результатов анализа данных натурных наблюдений за состоянием железобетонногоздания Загорской ГАЭС-2;- результатов анализа данных натурных исследований состояния железобетонногоздания Загорской ГАЭС-2, в том числе результатов экспериментальных работ поопределению фактических значений напряжений в железобетонных конструкциях зданияЗагорской ГАЭС-2 методом «разгрузки арматуры»;разработаннойметодикистабилизацииположенияжелезобетонногогидротехнического сооружения после неравномерной осадки;- разработанных технических решений по стабилизации положения здания ЗагорскойГАЭС-2 после его неравномерной осадки;- результатов экспериментальных исследований стабилизации положенияжелезобетонного здания Загорской ГАЭС-2 после неравномерной осадки на основекрупномасштабной модели на опытном участке;- разработанных технических решений по выравниванию положения здания ЗагорскойГАЭС-2 после его неравномерной осадки;- результатов крупномасштабных экспериментальных исследований на опытномучастке по определению фактических условий системы «основание-железобетонноесооружение» при выполнении работ по подъему сооружения на значительные величиныметодом компенсационного нагнетания;- результатов расчетного определения параметров управляемого компенсационногонагнетания при выравнивании железобетонного здания Загорской ГАЭС-2;- разработанной пространственной конечно-элементной модели здания ЗагорскойГАЭС-2 совместно с основанием;- результатов расчетных исследований напряженно-деформированного состоянияздания Загорской ГАЭС-2 на основе пространственной конечно-элементной модели дляопределения фактического состояния после неравномерной осадки, для периодастабилизации его положения и для периода его выравнивания;- разработанных технических решений по усилению железобетонных конструкцийздания Загорской ГАЭС-2, подвергшегося неравномерным осадкам, внешним армированиемна основе углеродного волокна;- разработанного и обоснованного метода выравнивания гидротехническихсооружений, подвергшихся неравномерным осадкам.Методологияиметодыисследования.Исследованиянапряженнодеформированного состояния конструктивных элементов гидротехнических сооружений (втом числе, усиленных системами внешнего армирования), выполнялись численнымиметодами на основе конечно-элементных моделей, а также в ходе специализированныхэкспериментальных работ по определению фактических значений напряженнодеформированного состояния железобетонных конструкций ГТС методом «разгрузкиарматуры».