 |
Нагрузки и воздействия на гравитационные плотины
|
|
|
|
ЛЕКЦИЯ 7
На ГТС действуют следующие нагрузки и воздействия:
· постоянные;
· временно длительнодействующие;
· кратковременные;
· особые.
К постоянным относят:
1. Собственный вес сооружения:
,
где 
— материала тела плотины;
— объем тела плотины;
— ускорение свободного падения, 
м/с2;
2. Вес постоянного оборудования, местоположение которого не меняется в процессе эксплуатации сооружения (затворы, подъемные механизмы и т. п.).
3. Вес воды над плотиной или ее элементами, работающими совместно с сооружением (например, над понуром).
4. Гидростатическое давление воды на верховую и низовую грани плотины:
,
где у — глубина погружения расчетной точки.
5. Взвешивающее давление воды:
,
где у — глубина погружения точки под уровнем нижнего бьефа.
6. Фильтрационное противодавление;
7. Вес грунта над сооружением;
8. Боковое давление грунта со стороны верхнего и нижнего бьефов; определяется в случае заглубления флютбета сооружения ниже дна, причем поскольку плотина не перемещается выполняется расчет давления покоя.
К временно длительнодействующим нагрузкам относят:
1. Давление наносов, отложившихся перед плотиной для песчаных грунтов:
,
где 
— плотность наносов:
,
— плотность скелета грунта;
— плотность воды;
— пористость наносов.
у н — толщина слоя наносов;
— угол внутреннего трения.
2. Температурные воздействия.
Определяются для года со средней амплитудой колебаний среднемесячных температур. Эти воздействия заключаются в определении напряжений в теле плотины вследствие колебаний температуры наружного воздуха.
К кратковременным нагрузкам относят:
1. Силовое динамическое воздействие воды при уровнях в верхнем и нижнем бьефах, соответствующих пропуску через сооружения расходов основного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП 33-01-2003 и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств:
|
|
|
,
где 
— средневзвешенное значение динамического давления:
,
где 
— коэффициент давления (определяемый эмпирическим путем);
— пульсационная составляющая гидродинамического давления:
,
— коэффициент пульсации.
Динамические нагрузки при осуществлении сбросов воды следует определять для плотин I и II классов по результатам расчетов и экспериментальных исследований, для плотин III и IV классов — по результатам расчетов или аналогам.
2. Давление льда (СНиП 2.06.04-82*) при его среднемноголетней толщине
При прорезании льда отдельно стоящей опорой:
,
где 
— коэффициент формы опоры; =0,9 при полуциркульной форме или многогранной; 1,0 — при прямоугольной форме; 0,54 — при заостренной форме с углом α =45о;
— расчетное сопротивление льда раздроблению;
— ширина опоры;
h л – толщина льда.
При ударе льдины о плоскую грань сооружения большой протяженностью:
,
где 
— расчетное сопротивления льда на сжатие = 0,15÷0,45 МПа;
— ширина фронта сопротивления;
3. Волновое воздействие (СНиП 2.06.04-82*).
4. Нагрузки от подъемных, перегрузочных, транспортных и других конструкций и механизмов, которые перемещаются по сооружению.
5. Нагрузки от судов (СНиП 2.06.04-82*)
К особым относят следующие нагрузки:
1. Силовое действие воды при ФПУ ВБ и УНБ, соответствующих пропуску воды через сооружение расхода поверочного расчетного случая и нормальной работе дренажных устройств:
· гидростатическое давление воды;
· взвешивающее давление воды;
· фильтрационное давление воды;
· пригрузка основания со стороны ВБ и НБ;
· динамические нагрузки.
2. Силовое действие воды при НПУ ВБ и УНБ, соответствующее минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу при нарушении одного из дренажных или противофильтрационных устройств.
|
|
|
3. Температурные воздействия для года с максимальной амплитудой колебаний среднемесячных температур и для года с максимально низкой среднемесячной температурой.
4. Давление льда при максимальной многолетней толщине льда обеспеченностью 1 %.
5. Волновое воздействие при максимальной многолетней скорости ветра обеспеченностью 2 % для I и II класса сооружений и 4 % – для сооружений III и IV классов.
6. Сейсмическое воздействие учитывается в сейсмических районах
(см. СНиП II-7-81*).
Сочетания нагрузок
При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:
· постоянные нагрузки и воздействия;
· временно длительнодействующие;
· кратковременные, которые могут воздействовать одновременно.
При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:
· постоянные;
· временные длительнодействующие;
· кратковременные нагрузки;
· одну из особых нагрузок и воздействий.
При определении коэффициентов сочетания нагрузок следует руководствоваться СНиП 33-01-2003.
Расчетные случаи
Расчеты плотин, их оснований и отдельных элементов на прочность и устойчивость следует производить для наиболее неблагоприятных расчетных случаев эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и нагружения плотины.
В проекте должна предусматриваться очередность возведения плотины и ее отдельных элементов, при которой усилия, возникающие в строительный период, не вызывают необходимости в дополнительном армировании или другом утяжелении сооружения.
Расчет устойчивости бетонной водосливной плотины
гравитационного типа при плоском сдвиге
Существуют две схемы возможной потери устойчивости сооружения:
— по схеме плоского сдвига;
— по схеме глубинного сдвига.
Для плотин на скальном основании дополнительно рассматривают схему потери устойчивости при опрокидывании.
Выбор той или иной схемы определяется соотношением контактных нормальных напряжений по подошве фундамента и некоторого критического значения.
Если 
, то имеет место плоский сдвиг;
|
|
|
В противном случае — глубинный.
Критическое значение напряжения можно определить по зависимости:
,
где 
— эмпирический коэффициент, =2,5;
— удельный вес взвешенного в воде грунта;
— угол внутреннего трения грунта основания;
— длина флютбета плотины;
— удельное сцепление;
Проверка устойчивости при плоском сдвиге
Наиболее распространенным вариантом потери устойчивости плотины по схеме плоского сдвига является смещение сооружения по подошве флютбета. В некоторых случаях при наличии прослоек слабых грунтов в основании сооружения выполняю проверку устойчивости плотины на сдвиг по поверхности слабых грунтов.
Проверка устойчивости бетонной плотины выполняется для первой группы предельных состояний по формуле:
,
где 
— коэффициент сочетания нагрузок и воздействий (в период нормальной эксплуатации, равный 1,00);
F — сдвигающая сила — гидростатическое давление воды со стороны верхнего бьефа E 1 (рис. 7.1);
γ c — коэффициент условий работы, принимаемый при нескальных и полускальных грунтах равным 1,00; при скальных грунтах — 0,95;
— коэффициент надежности по ответственности сооружений, принимаемый в зависимости от класса сооружения равным: для I кл. — 1,25; для II кл. — 1,20; для III кл. — 1,15; для IV кл. — 1,10;
R — удерживающая сила, определяемая следующим образом:
,
где 
— вес секции тела плотины;
— вес разделительных бычков, входящих в состав секции плотины;
— вес воды над телом плотины и понуром (вес воды над понуром учитывается только для анкерного понура);
— вес понура (учитывается только для анкерного понура);
— вес затвора, 
, F=b пр ·Н 0, м2; 
— количество затворов в секции;
— взвешивающее давлением воды на флютбет и понур плотины (давление на понур учитывается только для анкерного понура);
— фильтрационное противодавление на флютбет и понур (давление на понур учитывается только для анкерного понура);
— коэффициент трения; = tgφ, φ — угол внутреннего трения; для плотин на скальном основании при предварительных расчетах рекомендуется принимать =0,75—0,8;
|
|
|
— гидростатическое давление воды со стороны нижнего бьефа;
— сила сцепления, = сF c; с — удельное сцепление; F c — площадь флютбета и понура в пределах рассматриваемой секции (площадь понура учитывается при анкерном понуре).
Рис. 7.1. К расчету устойчивости на плоский сдвиг бетонной плотины
и определению контактных напряжений в основании
|
|
|
