Диссертация (1141446), страница 53

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 53)

При повышении модулядеформация с 50 до 60 МПа при неизменном =0,3 (вариант №3) мало улучшилонапряжённое состояние экрана.Исследование влияния на НДС плотины и ЖБЭ нелинейного характерадеформирования камня. В данном расчёте деформативные характеристикигорной массы принимались в соответствии с нелинейной моделью. Параметры37были скорректированы таким образом, чтобы осадки и смещения оси плотиныпримерно соответствовали решению упругой задачи (рисунок 5.28, 5.29).Рисунок 5.28 - Осадки плотины (см) при возведении без очередей.Зелёные линии соответствуют упругой задаче (вар.

№0), красные – нелинейной.Максимальная осадка плотины составила 57,8 см (рисунок 5.28). Т.к. внелинейной модели грунта учитывается снижение деформируемости камня помере повышения напряжений обжатия, поэтому в нижней части плотины осадкинемного уменьшились, а в верхней – увеличились.Рисунок 5.29 - Смещения плотины (см) при возведении без очередей.Зелёные линии соответствуют упругой задаче (вар. №0), красные – нелинейной.Характер распределения горизонтальных смещений плотины отличается отрешения упругой задачи. По оси плотины смещения очень близки, но в верховойи низовой частях они заметно различаются (рисунок 5.29). С низовой стороны38получены бóльшие смещения, а с верховой – меньшие.

Это говорит о том, чтоосреднённое значение коэффициента Пуассона горной массы больше 0,25.По полученному распределению деформаций и напряжений в теле плотины(рисунок 5.30, 5.31), были вычислены условные значения модуля линейнодеформации E и коэффициента Пуассона, соответствующие модели линейнодеформируемой среды (см. рисунки 5.16, 5.17 Приложения). 97шкала напряжений y [МПа]-2,0 -1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,200,20,40,60,81,0Рисунок 5.30 - Напряжения y при возведении плотины без очередей 97шкала напряжений x [МПа]-1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,100,10,20,30,4 0,5Рисунок 5.31 - Напряжения x при возведении плотины без очередейЗначения E и  неравномерно распределены по профилю плотины.

Модульдеформации достигает максимума в нижней части плотины (58 МПа). Значениякоэффициента Пуассона в основном находятся в пределах 0,26÷0,34.39Таким образом, деформативные характеристики горной массы ближе кварианту №1 линейно-деформируемой модели, в котором E=50 МПа, =0,30.Соответственно близки между собой и НДС плотины, полученные длянелинейной модели и для варианта №1.С точки зрения НДС ЖБЭ такого соответствия не наблюдается.

Нагрузки отгидростатического давления передаются на каменную наброску уже послеполного завершения строительства плотины, когда деформируемость горноймассы снижается за счёт обжатия. За счёт этого при расчёте по нелинейноймодели ЖБЭ имеет меньшие деформации, чем при расчёте по линейной модели.Максимальнаяосадкаэкранасоставила22,8 см(рисунок 5.32а),максимальное горизонтальное смещение 25,6 см (рисунок 5.32б).

Это примернона 15÷20% меньше, чем, чем в варианте №0 линейно-деформируемой среды.а)б)Рисунок 5.32 - Осадки (а) и смещения (б) экрана (см)при возведении плотины без очередей.Зелёные линии соответствуют упругой задаче (вар. №0), красные – нелинейной.Значение максимального прогиба ЖБЭ (33,4 см) на 17% меньше, чем вварианте №0 (рисунок 5.33а). Это значение ближе к тому, которое получается поформуле Ю.П.Ляпичева, оно превышает его в 1,7 раза. С уменьшением прогибовэкрана уменьшились и его изгибные деформации.

Распределение продольных40перемещений показывает (рисунок 5.33б), что экран испытывает небольшоерастягивающее усилие.а)б)Рисунок 5.33 - Нормальные (а) и продольные (б) перемещения экрана (см) привозведении без очередей. Обозначения см. на рисунке 5.32.Однако учёт нелинейности деформирования грунтов тела плотины неоказал существенного влияния на характер распределения напряжений в ЖБЭ.

Засчёт уменьшения изгибных деформаций несколько уменьшились максимальныезначения растягивающих продольных напряжений в ЖБЭ. На верховой грани онине превысили 1 МПа (рисунок 5.34б), а на низовой 5,8 МПа (рисунок 5.34а).а) низовая граньб) верховая граньРисунок 5.34 - Продольные напряжения (МПа) в экране при возведении плотиныбез очередей. Обозначения см. на рисунке 5.24.41Таким образом, учёт в расчёте нелинейного характера деформированиягрунтов тела плотины благоприятно сказывается на НДС ЖБЭ, но всё же неизбавляет от появления в экране растягивающих усилий.Исследование НДС ЖБЭ в широком диапазоне модулей деформации.Итак, гипотеза о том, что в ЖБЭ возможно появление продольныхрастягивающих напряжений подтвердилась. При этом по нашим расчётам былиполучены значительные растягивающие напряжения, которые не смогут бытьвосприняты даже арматурой, в них будут должны образовываться трещины.Однако существует ряд плотин, в которых трещины не возникали.

Это можетобъясняться несколькими факторами. Во-первых, это отличие реальной схемывозведения и нагружения плотины от идеализированной. Во-вторых, это влияниепространственных условий работы плотины. Влияние этих факторов будетисследовано нами позже. Но основная причина – это различие в модуляхдеформации каменной наброски.В данном исследовании мы решили провести расчёты для широкогодиапазона деформативных характеристик каменной наброски. Для упрощенияанализа и сравнения расчёты проводились для линейно деформируемой среды.Модули деформации изменялись в диапазоне от 30 до 480 МПа. Этот диапазонохватывает весь возможный интервал строительных осадок плотины высотой100 м, который наблюдается по результатам натурных изменений – от 8 до120 см.

Коэффициент Пуассона принимался равным 0,25.По результатам расчётов был получены графики изменения в зависимостиот модуля деформации следующих величин: максимальный прогиб железобетонного экрана (рисунок 5.35), максимальное продольное растягивающее напряжение на низовой граниэкрана (рисунок 5.36).Было получено, что даже при самой низкой деформируемости каменнойнасыпи и на низовой и на верховой грани ЖБЭ возникают растягивающиенапряжения.

Таким образом, появление в экране растягивающих напряжений –это вполне предсказуемое явление. Минимальное значение напряжения на42верховой грани составило 1,6 МПа, на низовой – 2,5 МПа. Такие напряжениямогут быть восприняты арматурой.Рисунок 5.35 - Изменение прогибаРисунок 5.36 - Изменениеэкрана в зависимости от модулямаксимально растягивающегодеформации каменной наброскипродольного напряжения на низовойграни экрана в зависимости от модулядеформации каменной наброскиПолученные зависимости имеют убывающий нелинейный характер.

Такжебыла построена зависимость растягивающего напряжения от прогиба экрана(рисунок 5.37).Рисунок 5.37 - Изменение максимально растягивающего продольногонапряжения на низовой грани в зависимости от прогиба ЖБЭ43Оказалось, что данные зависимости хорошо аппроксимируются степеннымифункциями с простыми показателями степени:U maxn1 Pводы2 E(5.3)PводыEmaxпрод 7,6 106maxпрод10106(5.4)U maxn(5.5)В этих формулах приняты следующие обозначения:– максимальный прогиб железобетонного экрана (м),U maxnE – модуль деформации каменной наброски (Па),max– максимальное растягивающее продольное напряжение на низовойпродграни экрана (Па),Pводы – сила горизонтального гидростатического давления на плотину состороны верхнего бьефа (Н/пог.м),γводы – удельный вес воды,Hвб – глубина воды в верхнем бьефе,Pводы2H вб  воды2(5.6)Формула (5.4) работает и для случая расчёта с учётом нелинейностидеформируемости каменной наброски.

Полученные формулы (5.3-5.5) могут бытьиспользованы и для плотин другой высоты.Формулу (5.3) можно использовать для решения обратной задачи – чтобыпо известному прогибу определить осреднённый модуль линейной деформациигрунта:21  воды H вбE4 U maxnили E  2,45  1032H вбU maxn(5.7)Это практически та же формула, что и (2.43) в [Pinto, Marques], нокоэффициент меньше на 22%.44С помощью (5.7) получим, что принятые нами параметры нелинейноймодели соответствуют E=69 МПа.

В реальных плотинах модуль деформациигорной массы может достигать 590 МПа [Pinto, Marques]. Можно такжеподсчитать, что формула (5.3) будет совпадать с формулой Ляпичева (5.1) примодуле деформации камня E=122,5 МПа. Таким образом, можно сделать вывод,что во многих современных плотинах достигается высокая степень уплотнениякаменной наброски, что и позволяет обеспечить трещиностойкость ЖБЭ.5.7.ПроверкаполученногорешениязадачиоНДСЖБЭприближённым аналитическим методомПолученное численным методом НДС ЖБЭ можно проверить, применивприближённый аналитический метод расчёта. Можно принять приближённуюрасчётную схему работы ЖБЭ и каменно-набросной плотины, рассматривая ЖБЭкакбалку,загруженнуюнеравномернораспределённойнагрузкойирасположенную на основании переменной толщины (рисунок 5.38).

Характеристики

Список файлов диссертации