Диссертация (1141446), страница 72
Текст из файла (страница 72)
В месте сопряжения ЖБЭ и стены устроена бетоннаягалерея. Галерея расположена над оголовком стены, однако стена не упирается вгалерею, чтобы обеспечить свободу осадок галереи.Созданная численная модель сооружения насчитывала 721 конечныйэлемент (из них 66 контактных) (рисунок 7.6 Приложения), и имела 6800 степенейсвободы.Железобетон экрана и материал «стены в грунте» в расчётах принималисьупругими.Модульдеформацииглиноцементобетонапринималсяравным100 МПа (коэффициент Пуассона =0,2), а железобетона – 29000 МПа (=0,18).При расчётах предполагалось, что строительство плотины будет вестисьочередями.
На первой стадии должно быть тело верховой перемычки и цокольнаячасть плотины. Затем в гравийно-песчаном ядре перемычки устраиваетсяпротивофильтрационная стена, а над ней – потерна. Под защитой перемычкивозводится первая очередь каменной плотины с железобетонным экраном (до 69 м). После этого водохранилище наполняется до 65 м. Затем отсыпается168вторая очередь плотины, после чего водохранилище наполняется до 80 м.Всего было рассмотрено 52 этапов расчёта (момента времени).Расчётыпоказали, чтохарактерраспределения перемещений двухпротивофильтрационных элементов плотины (ЖБЭ и стены) сильно различается.В процессе восприятия гидростатического давления верхнего бьефа стенасмещается, поворачиваясь вокруг своей подошвы, защемлённой в скальноеоснование (рисунок 7.11а). Максимальное смещение (21,5 см) получает оголовокстены, соединяющийся с бетонной галереей.
При этом бóльшая часть стеныпрактически не испытывает деформаций изгиба, за исключением узла заделки воснование. При наполнении водохранилища стена получает дополнительныеосадки за счёт оседания окружающего её грунта (рисунок 7.11б).а)Рисунок 7.11б)-Горизонтальныесмещения(а)иосадки(б)противофильтрационных элементов плотины (см).Эпюры, показанные красным цветом, соответствуют моменту времени донаполнения водохранилища, зелёным – при наполнении водохранилища до УВ80 м.Для железобетонного экрана характерен почти равномерный характерраспределения перемещений.
Горизонтальные смещения экрана плотины первойочереди находятся в пределах 22,2÷23,9 см (рисунок 7.11а), а осадки –12,2÷15,6 см (рисунок 7.11б).169Изгибные деформации экрана невелики. Они происходят лишь в зонепримыкания к бетонной галереи и на гребне плотины первой очереди(рисунок 7.12а). В первом случае изгиб происходит в сторону нижнего бьефа, вовтором – в сторону верхнего бьефа.Распределениеперемещенийэкранавнаправлениивдольоткоса(рисунок 7.13б) говорит о том, что он испытывает сжатие – в нижней части экранапродольные перемещения несколько больше, чем в верхней.Целостность соединения стены и ЖБЭ с помощью бетонной галереи ненарушается.Слабое развитие в ЖБЭ и экране изгибных деформаций обеспечивает ихблагоприятное напряжённое состояние.а)б)Рисунок 7.12 - Перемещения (см) железобетонного экрана в направлении поперёк(а) и вдоль (б) откоса. Условные обозначения см.
на рисунке 7.11.Противофильтрационная стена сжата вертикальными напряжениями y повсей своей высоте (рисунок 7.13). При этом сжимающие напряжения непревышают прочности глиноцементобетона на сжатие, которая составляет1,27 МПа.170ЖБЭ после наполнения водохранилищатакженаходитсявблагоприятномнапряжённом состоянии. Практически повсей своей длине он испытывает сжатие впродольномнаправлении(рисунок 7.14,рисунок 7.15).
Сжимающие напряжения непревышают 7 МПа, за исключением зоныконцентрации сжимающих напряжений наРисунок 7.13 - Напряжения yнизовой грани (рисунок 7.15).Растягивающие напряжения в ЖБЭэкраневозникалилишьдонаполнения(МПа) на гранях ПФСводохранилищавследствиенеравномерных осадок насыпи под ЖБЭ. Однако величина этих растягивающихнапряжений (на верховой грани 2,08 МПа - рисунок 7.14, на низовой грани2,98 МПа (рисунок 7.15) не столь велика и может быть воспринята арматурой.Рисунок 7.14 - Напряжения (МПа) на верховой грани железобетонного экрана внаправлении вдоль экрана. Условные обозначения см.
на рисунке 7.2.Отдельно следует рассмотреть поведение контакта ЖБЭ с бетоннойгалереей, где вследствие изгибных деформаций образуется зона концентрациисжимающих напряжений величиной до 12,8 МПа (рисунок 7.15). Существуетопасность скола угла тонкостенного экрана, а затем - нарушение герметичностипериметрального шва.171Рисунок 7.15 - Напряжения (МПа) на низовой грани железобетонного экрана внаправлении вдоль экрана. Условные обозначения см. на рисунке 7.2.Для недопущения концентрации вЖБЭ сжимающих напряжений можновыполнить его соединение с бетоннойгалереей «мягким» (рисунок 7.16) в видеподушки из материала с высокимидеформативнымисвойствами.качестветакогослужитьполиуретандеформациипоказали,материала10÷25чтовсВможетРисунок 7.16 - Схема сопряжения смодулемгалереей противофильтрационныхМПа.Расчётыустройств.этомслучае1 – ЖБЭ, 2 – стена, 3 – галерея, 4 –концентрация сжимающих напряженийподэкрановая зона, 5 – песчаное ядро,исчезает.6 – форшахта, 7 – заполнениеТаким образом, можно сделатьследующие выводы:1.
Конструкцияпериметрального шва, 8 – воздушнаяполостьвысокойгрунтовой плотины, в которой сочетаются два противофильтрационных элемента,железобетонный экран и глиноцементобетонная стена, является довольно удачнойи надёжной. При смещениях плотины под действием гидростатического давления172противофильтрационные элементы свободно смещаются, не испытывая сильныхдеформаций изгиба. Соединяющая их галерея играет роль шарнира. Онасохраняет соединение ПФЭ и в то же время компенсирует их возможныеизгибные деформации.2. В рассмотренной конструкции оба ПФЭ находятся в благоприятномнапряжённом состоянии – сжаты практически во всех сечениях. Узлы сопряженияпротивофильтрационных элементов с объединяющей её галереей тоже работаютнадёжно – смещения в швах невелики, их герметичность могут обеспечитьобычно применяемые уплотнения.Т.к. исследование показало, что комбинация ЖБЭ и диафрагмы изглиноцементобетона обеспечивает необходимую надёжность каменно-наброснойплотины, было решенорассмотреть возможность примененияподобнойконструкции для строительства сверхвысоких плотин.
Данное исследование былопроведено совместно с Сорокой В.Б.Исследование сверхвысокой плотины.Рассматриваласькаменно-наброснаяплотинавысотой235 м,расположенная на скальном основании. Принималось, что тело плотиныустраивается из горной массы, заложение откосов плотины составляет 1,5.Принципиальнаясхемаустройстваплотиныпринималасьаналогичнойрассмотренной ранее – сопряжение ЖБЭ и ПФС посредством бетонной галереи.Основнойцельюисследованиябылапроверкавозможностииэффективности плотины с комбинацией ПФЭ для восприятия сверхвысокихнапоров.
Необходимо было установить условия работы такой плотины и датьрекомендации по конструированию сверхвысокой плотины с комбинацией ПФЭ.Прежде всего, необходимо установить необходимые размеры ПФЭ –толщину ПФС, толщину ЖБЭ, высоту сопряжения двух ПФЭ.Учитывая высокий напор, воспринимаемый плотиной, толщина ПФС всоответствии со строительными нормами была принята равной 1,8 м.
Такая стенадолжна устраиваться из двух рядов буросекущихся свай.173Остальные размеры конструкции плотины варьировались. Рассматривалось2 варианта высоты сопряжения ЖБЭ и ПФС. В одном варианте глубина стенысоставила 20м, в другом – 35 м. Для каждой из схем составлялась своя конечноэлементная модель. Первая насчитывала 1032 конечных элемента (рисунок 7.7Приложения), вторая – 1040 конечных элементов.Рассматривалось 2 варианта толщины ЖБЭ понизу – 1,2 и 2м. ТолщинаЖБЭ на гребне плотины была принята неизменной, 0,5 м.Кроме того, варьировались свойства глиноцементобетона стены и каменнойнаброски.
Рассматривались 2 варианта свойств глиноцементобетона диафрагмы –№1 (c E=100 МПа) и №4 (с E=1000 МПа). Свойства каменной наброскирассматривались по вариантам №x и №2x, в которых осреднённый модульдеформации каменной наброски составляет соответственно 100 и 200 МПа.Численные исследования[Саинов, Сорока]показали, чтодажевсверхвысокой плотине можно создать благоприятные условия работы ЖБЭ иглиноцементобетонной диафрагмы. В отличие от классической конструкцииплотины с ЖБЭ в плотине предложенной конструкции в ЖБЭ не возникаетрастягивающих усилий, которые могут привести к образованию в нём трещин.Деформации изгиба ЖБЭ невелики (рисунок 7.17) и он сжат на всём протяжениисжимающимипродольнымиусилиямиинапряжениями(рисунок 7.18).Исключение составляет лишь зона примыкания ЖБЭ к бетонной галерее наверховой грани экрана образуется область концентрации растягивающихнапряжений, что связано с местными деформациями изгиба при сопряжении сбетонной галереей.Было установлено, что величина сжимающих напряжений в ЖБЭ можетбыть довольно значительной и превышать прочность бетона (расчётноесопротивление по предельному состоянию первой группы) на сжатие не толькодляклассаB25(14,5 МПа),нодажеидляклассаB40(22 МПа)[СП 41.13330.2012].
Такое состояние ЖБЭ характерно при толщине экрана до1,2 м и для варианта свойств №x (таблица 7.1).174Рисунок 7.17 - Перемещения ЖБЭ в направлении нормали к откосу (см).Красным цветом обозначены эпюры для варианта №x, зелёным для варианта №2x.а)б)Рисунок 7.18 - Продольные напряжения в ЖБЭ (МПа) для варианта смаксимальной толщиной экрана 2м при выполнении стены из материала №1.a – на верховой грани, б – на низовой грани.
Обозначения см. на рисунке 7.17.Соответственно, для выбора надёжной конструкции плотины необходимопроизводить оптимизацию конструкции плотины, основываясь на анализевлияния на НДС ЖБЭ различных факторов. Анализ показывает, что большинствоиз рассмотренных факторов имеют равное влияние. Увеличение толщины ЖБЭпозволяет уменьшить максимальные значения напряжений на 15÷33%.
Замена вдиафрагме глиноцементобетона с вариант №4 на вариант №1 позволяетуменьшить сжатие на 3÷32%. Снижение деформируемости каменной наброски в 2раза уменьшает сжимающие напряжения в ЖБЭ лишь на 15÷26%.175Таблица 7.1 - Максимальные значения продольных сжимающихнапряжений (МПа) в железобетонном экране для различных вариантоввысота диафрагмымодуль деформациистены, МПатолщина ЖБЭпонизу, мвар.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
