Диссертация (1141446), страница 62

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

Текст из файла (страница 62)

Из этого следует, что сверхвысокиеплотины с железобетонным экраном должны возводиться в несколько очередей.5) Для сверхвысоких плотин следует рассматриваться вариант устройствомвторого поперечного шва, параллельного периметральному.1055.17. Оценка роли вертикальных швов в регулировании сжимающихнапряжений в железобетонном экранеИсследования НДС плотины высотой 200 м показали, что в узких створахЖБЭ испытывает значительные сжимающие напряжения, которые могут привестик нарушению прочности бетона на сжатие и образованию вертикальных трещин.Эти сжимающие напряжения по большей части действуют в направлении от бортак борту, поэтому разрезка ЖБЭ вертикальными швами может улучшить НДСЖБЭ.В экранах некоторых высоких плотин (Campos Novos, Barra Grande и др.)швы выполнялись в виде тонкой прорези, они не обеспечивали экранунеобходимой свободы деформации, что привело к образованию в нёмвертикальных трещин [Freitas].

После этого вертикальные швы стали выполнятьширокими, с уплотнением в виде деревянной доски или листа ПВХ. При ремонтеплотин Campos Novos, Barra Grande были применены именно такие швы [Freitas].Чтобы оценить влияние разрезки экрана вертикальными швами на величинусжимающих напряжений в нём, нами было проведено специальное исследование.В описанных ниже расчётах нормальная жёсткость вертикальных швов Enприближённо принималась равной 5000 МПа/м.Для шва (трещины), имеющего толщину и заполненного каким-либоматериалам величина En может быть найдена из закона Гука:En  E /  .(5.23)Здесь E – модуль деформации заполняющего материала, – толщина шва.Подсчитаем значения нормальной жёсткости швов для различных случаев.Если принять, что шов толщиной 2 мм заполнен битумом с модулем деформации10 МПа, то получим En=5000 МПа/м.

Если принять, что шов имеет толщину 2 сми он уплотнён деревянной доской (модуль упругости дерева составляет около70 МПа), то нормальная жёсткость шва составит около 3500 МПа/м. Сравнениепоказывает, что изменение конструкции шва не приводит к кардинальному106изменению (например, на порядок) нормальной жёсткости швов. Можно считать,что она находится в пределах 1000÷5000 МПа/м, учитывая то, что наличиезазоров в уплотнениях, несколько уменьшает жёсткость шва. Наши предыдущиерасчёты были проведены для верхнего значения интервала величин нормальнойжёсткости.Чтобы снизить жёсткость швов, необходимо применять для их уплотненияочень податливые материала типа полиуретана или резины. Данное исследованиепозволит оценить эффективность подобных мероприятий с точки зренияулучшения НДС экрана.Исследование проводилось для плотины высотой 200 м, расположенной вузком створе (створ №3c), т.к.

именно в этом случае проявляется наибольшаяопасность нарушения прочности бетона на сжатие. Деформируемость каменнойнаброски была принята наибольшей (вариант № 1x).Расчёты были проведены для следующих вариантов:1) ЖБЭ не имеет вертикальных швов,2) ЖБЭ разрезан вертикальными швами на секции шириной 12 м,нормальная жёсткость вертикальных швов составляет 5000 МПа/м,3) ЖБЭ разрезан на секции шириной 12 м широкими швами, нормальнаяжёсткость которых близка к 0, условно «идеальными» швами.При отсутствии вертикальных швов в ЖБЭ сжимающие напряжения 3достигают 18,7 МПа (рисунок 5.94а). Это больше чем, расчётное сопротивлениебетона класса B25 на сжатие (14,5 МПа). Разрезка экрана вертикальными шваминесколько снижает уровень сжимающих напряжений.

В этом случае 3 непревышают 15,4 МПа (рисунок 5.94б). Таким образом, через вертикальные швысекции экрана передают друг другу сжимающие усилия в направлении от борта кборту. При этом максимальное сближение вертикальных швов достигает 3,1 мм.107200200125125а)г)3,23,2200200125125д)б)3,23,2200200125125в)е)3,23,2шкала напряжений [МПа]–18 –16 –14 –12 –10–8–6–4–2024681012Рисунок 5.94 - Главные напряжения на верховой грани экрана плотины высотой200 м в створе №3c.а, б, в – минимальные главные напряжения 3, г, д, е – максимальные главныенапряжения 1; а, б – ЖБЭ без швов; в, г – при жёсткости швов 5000 МПа/м; д,е –при жёсткости швов, близкой к 0.108Если швы обеспечить полное отсутствие взаимодействия между секциямиЖБЭ через вертикальные швы, то НДС ЖБЭ сильно изменяется.

Максимальноезначение сжимающих напряжений 3 снижается до 11,9 МПа. Это почти на 40%меньше, чем в варианте экрана без швов, и меньше расчётного сопротивлениябетона на сжатие. В данном варианте напряжения 3 действуют не в направленииот борта к борту, а под углом к оси z.Однакоснижениенапряжений3сопровождаетсясущественнымувеличением перемещений ЖБЭ в направлении от борта к борту. Если в вариантес жёсткими швами максимальное смещение ЖБЭ в направлении от борта к руслусоставило 6,6 см, то в варианте с широкими «идеальными» швами – около 20 см.В варианте с «идеальными» швами максимальное сближение шва достигает4,8 см.

Это очень большое значение, поэтому «идеальные» швы должны бытьочень широкими, толщиной несколько сантиметров.В варианте с широкими «идеальными» швами ЖБЭ свободно смещается отбортов к руслу, и эти смещения происходят неравномерно по высоте. За счётэтого НДС ЖБЭ в этом варианте характеризуется развитием растягивающихнапряжений. Бóльшая часть ЖБЭ растянута напряжениями 1. Они довольнобольшие по величине – превышают 3 МПа (рисунок 5.94е).

В вариантах сотсутствием вертикальных швов и с жёсткими швами растягивающих напряженийв ЖБЭ практически не было (рисунок 5.94г,д).Таким образом, для того, чтобы вертикальные швы смогли существенногоснизить сжимающие напряжения в ЖБЭ, необходимо резко, в сотни разуменьшить их жёсткость и сделать их довольно широкими. Швы с прослойкой издерева или ПВХ конструкции, применяемы в настоящее время, являютсядовольно жёсткими и не могут существенно снизить уровень сжатия в ЖБЭ,Кроме того, следует учитывать, что сжатие экрана в направлении от борта играетположительную роль, оно подавляет в нём растягивающие напряжения. Снижаяего, можно получить ещё более неблагоприятное НДС ЖБЭ.1095.18.ОценкавлияниятемпературныхвоздействийнаНДСжелезобетонного экранаДля оценки влияния температурных воздействия на НДС железобетонногоэкрана были проведены расчёты для очень простой схемы воздействий –равномерное (по высоте и толщине) нагревание/остывание ЖБЭ.Несмотря на кажущуюся упрощённость данной расчётной схемы, она оченьприближена к реальным условиям работы плотины, т.к.

при большой глубиневодохранилища следует ожидать довольно равномерное температурное поле втонкостенном экране, за исключением пригребневой зоны. По толщине экранатемпературапрактическинебудетизменятьсявсилуегомалости.Рассматриваемое температурное воздействие близко к случаю, когда температураэкрана меняется вследствие наполнения водохранилища.В нашем расчёте было принято, что нагревание/остывание железобетонногоэкрана происходит по всей его длине на 20С, без изменения температуры вкаменной насыпи. Температурным расширением/сжатием каменной насыпиможно пренебречь, т.к. модуль деформации камня в 200÷500 меньше, чем ужелезобетона.Наличие разницы температур t приводит к появлению в материалетемпературных нормальных напряжений [Гидротехнические сооружения, часть 2;Безухов; Теория упругости]: t  E  t t ,(5.24)где E – модуль деформации материала, t – коэффициент линейного температурного расширения материала.В нашем случае приняв для железобетона E=29000 МПа, t= 10-5 C-1,t=20С, получаем = 5,8 МПа.

Это очень большое по величине напряжение,особенно если оно растягивающее. Растягивающее напряжение 5,8 МПа несможет выдержать не только сам бетон, но и рабочая арматура в железобетонной110плите. Таким образом, охлаждение железобетонного экрана при заполненииводохранилища может вызвать в нём трещинообразование.Полученное значение температурных напряжений прикладывалось во всехточках железобетонного экрана и далее расчётом определялись изменения в НДСвсей конструкции плотины с экраном. Модуль деформации каменной наброскибыл принят равным 60 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.Расчёты показали, что равномерное изменение температуры в экранеприводит к его продольным деформациям удлинения-укорачивания, а также кизгибным деформациям.Основной вид деформаций – продольные.

При охлаждении экранукорачивается на 23,2 мм, а при нагревании удлиняется на 23 мм (рисунок 5.95а).Продольные деформации распределены вдоль экрана равномерно, по линейномузакону. При этом верхняя и нижняя части экрана перемещаются вдоль откоса поразному – в разные стороны. Например, при охлаждении верхняя часть экранаопускается вниз по откосу, а нижняя – поднимается вверх. Область нулевыхсмещений находится на высоте примерно 25% от высоты плотины.

Характеристики

Список файлов диссертации