Диссертация (1141446), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Распределение напряжений в экране стало близким к тому, чтополучено при расчёте по программе Nds_N.52а)б)шкала перемещений (см) для рисунка а-10,56-9,39-8,21-7,04-5,87-4,69-3,52-2,35-1,120-0,930шкала перемещений (м) для рисунка б-8,39-7,45-6,52-5,59-4,66-3,72-2,80-1,86Рисунок 5.42 - Перемещения нижней части сооружения в направлении,перпендикулярном контактам по результатам расчёта по программе ANSYS.а – при наличии трения грунта по скале, б – при отсутствии трения грунта наконтакте со скалой.а)шкала перемещений (см) для рисунка а-0,320,110,050,961,381,812,232,66б)3,083,512,783,63шкала перемещений (м) для рисунка б-0,41-0,32-0,23-0,15-0,060,211,071,92Рисунок 5.43 - Перемещения нижней части сооружения в направлениивдоль контактов по результатам расчёта по программе ANSYS.Обозначения на рисунке 5.42.Произведённый тестовый расчёт подтвердил полученный характер НДСЖБЭ – наличие в нём растягивающих усилий и достоверность получаемых спомощью созданной вычислительной программы результатов.535.9.Исследованиеформированиярастягивающихусилийвжелезобетонном экранеИсследование влияния трения экрана по грунту на его напряжённодеформированное состояние.
Растягивающие усилия в ЖБЭ могут возникнутьтолько от деформаций грунта тела плотины. Они передаются экрану через трение(также, как передаются сжимающие усилия на противофильтрационные стены).Поэтому для выявления этих усилий необходимо рассмотреть касательныенапряжения, возникающие на контакте между экраном и подэкрановой зоной.На рисунок 5.44 зелёной линией показана эпюра касательных напряжений на контакте «бетон-грунт» (при касательной жёсткости контакта Et=24 МПа/м).Получено, что в нижней части контакта (на протяжении 20 м) касательныенапряжения положительны и достигают почти 0,5 МПа.
Это довольно большиенапряжения,т.к.онисоставляютоколополовиныотмаксимальногогидростатического давления на плотину (0,95 МПа). Однако прочность на сдвиг вконтакте не нарушается, т.к. экран прижат к плотине гидростатическимдавлением.Рисунок 5.44 - Фактические и потенциально возможные касательные напряженияна контакте экрана с подэкрановой зонойВозникновение этих напряжений объясняется тем, что для нижней частиплотины характерно наличие сдвиговых деформаций, когда плотина стремитьсясдвинуться в сторону нижнего бьефа.
Жёсткий ЖБЭ через трение препятствует54этим смещениям, что вызывает в нём значительные растягивающие усилия. Наобоих гранях нижней части экрана при наполнении водохранилища возникаютзначительные растягивающие напряжения – около 6 МПа (рисунок 5.45, 5.46).Рисунок 5.45 - Приращения продольных напряжений (МПа) на верховой граниэкрана, возникающие при наполнении водохранилища.Зелёным цветом обозначены напряжения для случая отсутствия трения междуЖБЭ и грунтами, красным – при наличии трения на контакте «грунт-ЖБЭ».Рисунок 5.46 - Приращения продольных напряжений (МПа) на верховой граниэкрана, возникающие при наполнении водохранилища.Обозначения см.
на рисунке 5.45.55В верхней части контакта касательные напряжения – отрицательны илиблизки к 0. За счёт этого по мере удаления от основания растягивающиенапряжения в ЖБЭ постепенно уменьшаются (рисунки 5.45, 5.46). Подсчётпоказал, что через трение на нижнюю часть ЖБЭ передаётся растягивающееусилие, равное 2,7 МН. Кроме того, касательные напряжения, действующие нанизовой поверхности экрана, вызывают в нём появление и изгибающего момента,который по нашим подсчётам достигает 1.5 МН·м. Эти воздействия всовокупности с изгибными деформациями вызывают неблагоприятное НДСнижней части экрана.Чтобы подтвердить сделанные выводы о влиянии на НДС трения наконтакте «ЖБЭ-грунт», был выполнен расчёт, в котором это трение полностьюотсутствует. Для этого касательная жёсткость контактов Et была принятапрактически равной 0.
Расчёт показал, что в этом случае экран подверженпрактически только деформациям изгиба. Его низовая грань растягивается, анизовая – сжимается (рисунки 5.45, 5.46). При этом абсолютные значениянапряжений близки друг к другу и составляют не более 2,1 МПа. Это примерносоответствует тому значению, которое было получено нами аналитическим путёмпо формуле (5.18). Это подтверждает достоверность как численного, так ианалитического решения.СвысотойзначениянапряженийнаграняхЖБЭуменьшаются(рисунки 5.45, 5.46), как и следует из анализа его прогибов.
Небольшаянеравномерность в распределения напряжений между верховой и низовойгранями ЖБЭ, полученная при численном решении, объясняется влияниемграничных условий задачи – неравномерным опиранием экрана на скалу вконтактном шве.Таким образом, нами показано, что только в случае отсутствия трения НДСЖБЭ формируется только деформациями изгиба.
Большую роль в формированииего НДС играют усилия, передаваемые на него через трение от деформацийгрунтовой плотины.56При отсутствии трения на контакте «экран-плотина» перемещения экрана внаправлении вдоль откоса близки 0, а вот перемещения грунтовой плотины в этомже направлении достигают 14 см (рисунок 5.47). Если подсчитать при данныхперемещениях и касательной жёсткости контакта Et=24 МПа/м, касательныенапряжения на контакте «экран-плотина», то окажется, что они могли быдостигать 1,6 МПа (рисунок 5.44). Это максимально возможные по величиненапряжения . Подсчёт усилий в направлении вдоль откоса, показал, что на ЖБЭмогла бы передаваться сила, равная 135МН!Рисунок 5.47 - Перемещения экрана и грунта в направлении вдоль экранаТаким образом, доказано, что наибольшую роль в формировании НДС ЖБЭкаменно-набросной плотины оказывают не изгибные деформации, а продольныевнутренние усилия.
Эти усилия в нижней части экрана – растягивающие. Онивозникаютиз-засдвиговыхдеформацийплотиныподдействиемгидростатического давления верхнего бьефа.Проведя расчёты НДС для широкого диапазона модулей деформациигрунта, были получены максимальные значения продольных напряжений,возникающихотпродольныхусилий(рисунок 5.48).Приснижениидеформируемости каменной наброски смещения плотины уменьшаются исоответственноуменьшаютсяпродольныерастягивающиеусилие.Это57уменьшение происходит нелинейно. Растягивающие напряжения возникают дажев том случае, если тело плотины будет выполнено из бетона.Рисунок 5.48 - Изменение максимальных значений продольных напряжений отрастягивающих усилий в экране при росте модуля деформации грунтаЭта зависимость может быть аппроксимирована следующими функциями: 5.14 exp(-0.0013 E)(5.19) 5.3 E б / 55 E E б (5.20)Эффективностьпоперечногошва.регулированияИтак,какНДСпоказалиэкранарасчёты,путёмустройстваважнейшейпричинойнеблагоприятного НДС ЖБЭ является наличие в направлении вдоль экранарастягивающего усилия.
Для снижения растягивающих усилий в ЖБЭ возможноустройство в экране поперечного шва.Для оценки эффективности этого мероприятия был проведён расчёт НДСдля варианта, когда в нижней части экран разрезан одним швом. Шов был устроенв сечении, в котором продольные растягивающие напряжения максимальны повеличине. Оно расположено на высоте 11 м от подошвы плотины.Расчётыпоказали,чтоустройствошваделаетНДСЖБЭболееблагоприятным, однако не это улучшение имеет локальное распространение. Шовраскрывается на 2,5 см. За счёт этого в области шва происходит значительноеуменьшение растягивающих продольных напряжений (рисунок 5.49). Однако наудалении от шва растягивающие усилия сохраняются. Кроме того, устройство58шва не избавляет экран от изгибных деформаций.
Поэтому растягивающиенапряжения исчезают только на верховой грани ЖБЭ (рисунок 5.49а), а нанизовой они сохраняются (рисунок 5.49б). По результатам расчётов, приустройстве одного шва максимальное значение растягивающего продольногонапряжения на низовой грани уменьшается с 6,2 МПа до 4,8 МПа, т.е. всего лишьна 23% (рисунок 5.49).а) верховая граньб) низовая граньРисунок 5.49 - Продольные напряжения в железобетонном экране (МПа).Красная эпюра соответствует неразрезному экрану, зелёная – приустройстве в экране поперечного шваТаким образом, поперечные швы хоть и улучшают НДС ЖБЭ, нонедостаточно эффективно.
Швы борются с «симптомами» неблагоприятного НДСЖБЭ, а не с их причиной.5.10. Исследование влияния на НДС ЖБЭ последовательностивозведения и нагружения плотины (в плоской постановке)Для выявления влияния на НДС плотины последовательности возведенияплотины и заполнения водохранилища был проведён расчёт для случаявозведения плотины в 2 очереди. Высота первой очереди была принята равной5962,5 м. Расчёт был произведён как для модели линейно-деформируемой среды(вариант №0), так и для нелинейной модели.По всем компонентам перемещений, при использовании нелинейноймодели получены меньшие значения, чем при использовании модели линейнодеформируемой среды.Расчёты показали, что изменение схемы возведения плотины оказываетсущественное влияние на НДС как самой плотины, но и её ЖБЭ.
При возведениив2очередиперваяочередьвынужденасамостоятельноиспытыватьгидростатическое давление на первых стадиях строительства. Это приводит кувеличению горизонтальных смещений экрана первой очереди (рисунок 5.50б).Напротив, смещения экрана второй очереди уменьшились.Изменились также и осадки экрана. При возведении плотины без очередейЖБЭ испытывал нагрузки только от гидростатического давления и собственноговеса.
При возведении в 2 очереди, экран первой очереди вынужден испытыватьнагрузки от веса плотины 2 очереди. За счёт этого его осадки несколькоувеличиваются (рисунок 5.50а). Наибольшее увеличение осадок происходит нагребне плотины первой очереди. Это явление – неблагоприятное, т.к. оновызывает дополнительный изгиб верхней части экрана первой очереди в сторонунижнего бьефа.а)б)Рисунок 5.50 - Осадки (а) и смещения (б) экрана (см)при возведении плотины в 2 очереди.Зелёные линии соответствуют упругой задаче (вар.
№0), красные – нелинейной.60Изменение осадок и смещений отражается на величинах нормальных(рисунок 5.51а) и продольных перемещений (рисунок 5.51б) экрана.Максимальный прогиб достиг 50,5 см при упругой модели и 39,5 см принелинейной модели (рисунок 5.51а). Это больше, чем при возведении плотины безочередей.Зато возведение плотины в 2 очереди благоприятно сказалось напродольные перемещения ЖБЭ (рисунок 5.51б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
