Диссертация (1141446), страница 63
Текст из файла (страница 63)
В нижнейчасти температурные деформации компенсируются в периметральном шве.а)б)Рисунок 5.95 - Продольные (а) и поперечные (б) перемещения (мм)железобетонного экрана от равномерного температурного воздействия.Синие линии соответствуют остыванию, красные – нагреванию111Изгибным деформациям в основном подвержены края плиты экрана.Верхнийкрай(угребня)приохлажденииперемещаетсяна5,6 ммперпендикулярно плоскости экрана в сторону верхнего бьефа и соответственноизгибается в ту же сторону (рисунок 5.95б). При нагревании он изгибается всторону нижнего бьефа, получая прогиб 6,3 мм. Нижний край экрана как принагревании, так и при охлаждении изгибается в сторону нижнего бьефа.
Этообъясняется повышенной податливостью грунта подэкрановой зоны, который ужепри восприятии статических нагрузок проскальзывает относительно скальногооснования. При нагревании прогиб нижнего края экрана составляет 0,7 мм, а приохлаждении 2,6 мм.Описанные температурные деформации ЖБЭ вызывают появление в нёмтемпературных напряжений в направлении вдоль откоса. В направлении поперёкнапорной грани температурные напряжения практически не возникают.
Приохлажденииэкраниспытываетвосновномрастягивающиепродольныетемпературные напряжения, а при нагревании – сжимающие (рисунок 5.96а,5.97б).а)б)Рисунок 5.96 - Продольные напряжения (МПа) на верховой (а) и низовой (б)гранях железобетонного экрана от равномерного температурного воздействия.Синие линии соответствуют остыванию, красные – нагреванию112Температурные напряжения довольно равномерно распределены по длине ипо толщине экрана, а изгибные деформации выражены слабо.
Своего максимуматемпературные напряжения достигают примерно посередине экрана. Для случаяохлаждения они достигают 0,56 МПа (растяжение), а для случая нагревания –0,62 МПа (сжатия). Это много меньше (почти на порядок), чем те напряжения,которые вызывает в железобетоне изменение температур.Таким образом, охлаждение экрана на 20С привело к появлениюрастягивающих напряжений величиной лишь 0,6 МПа, что примерно в 2 разаменьше расчётного сопротивления бетона на растяжение. Похожий результатполучен в [Zhang, Qi, Liu, Xue, Liu, Wang].
Термонапряжённое состояниежелезобетонного экрана каменной плотины не является неблагоприятным. Этодостигается благодаря высокой деформируемости каменной насыпи, котораяприспосабливается к температурным деформациям железобетонного экрана.Неблагоприятным проявлением является лишь изгиб нижнего краяжелезобетонного экрана, т.к. он может нарушить герметичность уплотненийпериметрального шва.
Однако он незначителен по сравнению с тем, которыйиспытывает экран при статических нагрузках.Кроме того, исследования НДС ЖБЭ при температурном воздействии былипроведены для случая, если модуль деформации каменной наброски составит240 МПа (т.е. будет больше в 4 раза). Было получено, что в этом случаепроисходит увеличение температурных напряжений в ЖБЭ. Однако напряженияувеличиваются не в 4 раза, а лишь в 3. Максимальные растягивающие продольныенапряжения составили 1,7 МПа. Для восприятия таких напряжений требуетсяармирование ЖБЭ.Проведённые расчёты позволяют сделать следующие выводы:1) Тонкий ЖБЭ, расположенный на каменной насыпи, имеет достаточнуюсвободу деформаций, которая позволяет не допускать проявления в нёмзначительных температурных напряжений.
При остывании экран укорачивается, апри нагревании – удлиняется. По расчётам температурные напряжения в ЖБЭснижаются примерно на порядок по сравнению с теми, которые характерны для113стеснённыхусловий.Изгибныетемпературныедеформацииэкранаприравномерном его нагревании/охлаждении также невелики.2) Температурные воздействия эксплуатационного периода представляютне столь серьёзной опасности для образования в ЖБЭ трещин по сравнению сдеформациями плотины под действием силовых нагрузок. Тонкостенныебетонные конструкции в грунтовых плотинах работают в более благоприятныхусловиях, чем массивные конструкции бетонных плотин.
Это позволяет говоритьо возможности применения каменно-набросных плотин с железобетоннымэкраном в суровых климатических условиях севера России.3) Опасность для прочности железобетонного экрана могут представлятьлишь температурно-влажностные деформации бетона в строительный период.Только с этой целью целесообразна разрезка экрана на секции вертикальнымишвами. В эксплуатационный период надобность в устройстве межсекционныхшвов в ЖБЭ представляются незначительной.Однако возможность применения каменно-набросных плотин с ЖБЭ всеверной климатической зоне ограничивается не только температурным, но иледовым воздействием.Оценка влияния на НДС ЖБЭ ледового воздействия.
Определим НДСЖБЭ при действии нагрузок от силового действия примёрзшего льда при сработкеводохранилища. Их можно определить по [СП 38.13330.2012]. Силовое действиельда реализуется в виде вертикальной силы и изгибающего момента.НаиболееопаснымдляЖБЭявляетсяслучай,когдасработкаводохранилища происходит зимой и ведётся от НПУ. При этом верхний слой льдаработает на растяжение, а нижний – на сжатие. За счёт очень низкой,отрицательной температуры ледяной поверхности прочность верхнего слоя можетсоставлять 1,5 МПа. Прочность на сжатие нижнего слоя льда составляет лишь2 МПа счёт того, что температура его близка к 0С. Толщину льда для условийСибири можно принять равной 2 м.Расчётная глубина сработки водохранилища была принята максимальновозможной из рекомендуемых СП – 2 м.
При таких исходных данных подсчёты по114формулам СП 38.13330.2012 позволили получить, что вертикальная сила на ЖБЭот опускания ледяного поля может достигать 0,67 МН/пог.м, а изгибающиймомент – 14,7 МН·м/пог.м. Это значительные по величине усилия. Изгибающиймомент такой величины потенциально может вызвать в ЖБЭ толщиной 0,5 мрастягивающие напряжения до 28 МПа. Однако численное моделирование работыЖБЭвыявилонестольнеблагоприятноеНДСзасчётнелинейностивзаимодействия экрана с грунтом. По результатам расчётов верхняя часть экранаотрывается от каменной наброски на 6 см и испытывает изгибные деформации.За счёт деформаций изгиба на верховой грани экрана продольныесжимающиенапряжениярастягивающиевозрослинапряжениядо 8,9 МПа,величинойдоана7,8 МПа.низовойвозниклиТакиевысокиерастягивающие напряжения не смогут быть восприняты арматурой.Повышение трещиностойкости ЖБЭ может быть достигнуто за счётувеличения его толщины.
Однако более перспективным способом являетсяуменьшение адгезии льда к экрану путём применения гидрофобных покрытий.Такое покрытие может быть выполнено из полимерной геомембраны или изцементного раствора с гидрофобными свойствами6.Таким образом, вопрос об обеспечении прочности ЖБЭ при действииледовых сил требует дополнительных исследований. Всё же можно утверждать,что нет препятствий для применения ЖБЭ для устройства плотин в суровыхклиматических условиях.Выводы к главе 5:1.
Опыт эксплуатации и расчётные исследования свидетельствуют о том,что современные конструкции высоких и сверхвысоких каменно-набросныхплотин с ЖБЭ не позволяют в полной мере гарантировать их надёжную работу –железобетонные6экранымогутподвергатьсятрещинообразованию.Махамбетова К.Н. Сухие строительные смеси для изготовления высокогидрофобных,морозостойких и коррозионностойких цементных растворов: автореферат дис.
...канд.техн.наук: 05.23.05 / Махамбетова Камажай Нурабуллаевна. – Пенза, 2008. – 23 с.115Трещинообразованиевжелезобетонныхэкранахможетбытьвызванонарушением прочности как на сжатие, так и на растяжение.2. Растягивающие напряжения в ЖБЭ могут возникать по двум причинам.Первая причина – изгибные деформации экрана, образующиеся в результатенеравномерного распределения по высоте его прогибов. Вторая причина –появление в экране растягивающих продольных усилий, которые возникают отгоризонтальных смещений плотины в сторону нижнего бьефа. О возникновениирастягивающих усилий свидетельствует раскрытия периметрального шва,которые наблюдались практически на всех плотинах.Трещиныотнарушенияпрочностинарастяжениекакправилогоризонтальны или параллельны периметральному шву.3. Наиболее подвержена опасности трещинообразования нижняя частьЖБЭ, т.к.
именно там возникают сильные изгибные деформации и наибольшие повеличине растягивающие усилия. В этом смысле устройство в нижней частиплотины защитной призмы с грунтовым экраном следует признать необходимымконструктивным решением. Однако требуется поиск новых конструктивныхрешений плотин с ЖБЭ, которые бы позволили сделать НДС ЖБЭ болееблагоприятным и минимизировать причины его трещинообразования.4. Работа плотины в пространственных условиях может как улучшать НДСЖБЭ, так и способствовать образованию в нём трещин.
Влияние геометрии створана формирование пространственного НДС плотины с ЖБЭ выражается вуменьшении максимальных значений осадок и смещений плотины и экрана, атакже в их неравномерном распределении по площади экрана. В узких створахЖБЭ испытывает изгиб сразу в двух направлениях, что повышает опасностьтрещинообразования. С другой стороны, в узких створах уменьшаютсядеформации грунтовой плотины, а значит, снижается опасность образования вЖБЭ растягивающих усилий и деформаций изгиба.5. При работе плотины в пространственных условиях появляется опасностьтрещинообразования ЖБЭ вследствие нарушения прочности бетона на сжатие, т.к.в направлении от борта к борту он может испытывать существенные сжимающие116напряжения.
Нарушение прочности на сжатие вызывает появление в ЖБЭвертикальных трещин. Чем уже створ, тем выше сжимающие напряжения в ЖБЭ итем выше вероятность трещинообразования.6. Конфигурация створа имеет меньшее значение на формирование НДСЖБЭ по сравнению с деформативными характеристиками каменной насыпи.Качественная картина НДС ЖБЭ, возможность образования в нём трещин, вбольшей степени определяется деформациями плотины, нежели чемеёвзаимодействием со скальными бортами.Для обеспечения приемлемого прочностного состояния ЖБЭ необходимо,чтобы грунт тела плотины был качественно уплотнён – модуль его линейнойдеформации должен быть не ниже 200 МПа, а для сверхвысоких плотин –300 МПа. При этом особенно важно добиваться снижению деформируемостигрунта при сдвиговых деформациях, т.к. именно они вызывают появление в ЖБЭрастягивающих усилий.Важное значение имеет правильное зонирование камня в теле плотины.Значительное различие деформируемости камня в теле плотины может привести кнеравномерным деформациям, повышенным смещениям и как следствие – кпоявлению в ЖБЭ растягивающих усилий.7.
Большое значение на формирование НДС ЖБЭ каменно-наброснойплотины имеет последовательность возведения плотины, её экрана, а такжепоследовательность наполнения водохранилища. Поэтому исследования НДСплотин с ЖБЭ нужно проводить только с учётом реальной поэтапностивозведения и загружения плотины. Возведение высоких плотин очередямиулучшает НДС ЖБЭ.8. БольшуюрольвобеспечениинадёжнойработыЖБЭиграетпериметральный шов, т.к. он придаёт экрану свободу деформаций и позволяетследовать за деформациями каменной насыпи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
