НАГРУЗКИ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И ИХ СОЧЕТАНИЯ 3 страница

где N — нормальная сила (с учетом противодавления), МН;

А — площадь подошвы секции плотины, м²:

М_x, M_y — изгибающие моменты относительно главных осей инерции подошвы плотины, МН×м;

W_x, W_y — моменты сопротивления подошвы плотины для соответствующих угловых точек А, В, С и D относительно главных осей инерции, м³.

6.49. При раздельном возведении быков, устоев и фундаментной плиты плотины на основании из песчаных грунтов реакция основания полностью возведенного сооружения должна определяться путем суммирования эпюры контактных напряжений для строительного периода под каждым элементом сооружения и эпюры напряжений, полученной от нагрузок, прикладываемых к сооружению после его омоноличивания.

Для основания плотины из глинистых грунтов контактные напряжения следует определять с учетом перераспределения их во времени.

6.50. Секции плотин I и II классов следует рассчитывать на общую прочность как пространственные конструкции совместно с упругим основанием методами строительной механики или теории упругости с учетом перераспределения усилий вследствие трещинообразования.

Предварительные расчеты прочности плотин I и II классов, а плотин III и IV классов во всех случаях допускается производить приближенно, рассматривая их работу раздельно в поперечном (вдоль потока) и в продольном (поперек потока) направлениях в соответствии с требованиями пп. 6.52 — 6.53.

6.51. В случаях, когда схема расчета плотины на общую прочность не учитывает особенности работы отдельных элементов (фундаментная плита, быки, водослив и др.) и приложения к ним местных нагрузок, указанные элементы следует дополнительно рассчитывать на местную прочность. Расчетные усилия, напряжения и количество арматуры в различных сечениях плотины следует определять с учетом результатов расчетов как на общую прочность секции плотины, так и на местную прочность отдельных элементов.

Расчет плотимы на общую прочность

6.52. Расчет общей прочности плотины в поперечном направлении следует производить:

водосливной плотины — как ребристой конструкции, ребрами жесткости которой являются быки и полубыки;

двухъярусной плотины и плотины с глубинными водосбросами — как конструкции коробчатого вида.

В расчетное сечение следует вводить только часть быков и полубыков по высоте. Допускается ограничивать расчетную высоту быков и полубыков наклонными плоскостями, проходящими под углом 45° к горизонтали через крайние точки сопряжения с фундаментной плитой.

Аналогично должна ограничиваться высота расчетного сечения водослива.

6.53. Расчет общей прочности секции плотины в продольном направлении следует производить:

водосливной плотины — как балки на упругом основании;

двухъярусной плотины и плотины с глубинными водосбросами - как рамной конструкции на упругом основании.

При расчете общей прочности секции водосливной плотины в продольном направлении массив водослива вводится в расчетное сечение только в случае отсутствия температурных швов в пролете водослива. При наличии температурных швов между телом водослива и быком и полубыком в расчетное сечение следует вводить часть водослива, ограниченную плоскостями, проходящими через основание шва под углом 45° к горизонтали.

При расчете общей прочности в продольном направлении секции двухъярусной плотины или плотины с донными водосбросами фундаментную плиту, пролетные конструкции водосброса, быки и полубыки в расчетные сечения следует включать полностью.

Расчет анкерного понура

6.54. Распределение полной горизонтальной сдвигающей силы между анкерным понуром и плотиной независимо от вида грунта основания надлежит определять с учетом упругой деформации грунта в их основании и растяжения арматуры понура по методу коэффициента сдвига и упругого слоя конечной глубины.

Метод коэффициента сдвига применим для определения усилия, воспринимаемого анкерным понуром, в случаях когда на протяжении всей длины понура отсутствует состояние предельного равновесия, т.е. соблюдается условие

t_тах < t_lim = Р_иа tgj + c,

где t_тах ‑ наибольшее касательное напряжение под понуром, МПа;

t_lim — касательное напряжение под понуром, соответствующее состоянию предельного равновесия, МПа;

Р_иа — интенсивность вертикального давления на понур, МПа;

j, с — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения, град, и удельного сцепления грунта основания, МПа.

В расчетах допускается принимать t_тах = 0,8 t_lim.

6.55. По методу коэффициента сдвига горизонтальную силу, МН, воспринимаемую секцией понура, в зависимости от характера распределения площади сечения арматуры по длине понура следует определять при распределении по:

треугольнику — по формуле

Q¢_ua = (7)

прямоугольнику

Q¢_u¢_a = (8)

трапеции

Q¢_u¢_a¢ = Q¢_ua + (Q¢_u¢_a - Q¢_ua) (9)

где Q — полная сдвигающая сила, действующая на секцию плотины, МН;

K_x, K_1,x ‑ коэффициенты постели при сдвиге для грунтов основания соответственно понура и плотины, МН/м³;

l_а, b — соответственно длина понура и ширина подошвы плотины, м;

I₀, I₁ — бесселевы функции чисто мнимого аргумента;

— площадь сечения арматуры соответственно в конце и в начале (в месте примыкания к плотине) понура, м²;

a — величина, характеризующая упругие свойства понура и его основания, определяемая по формуле

(10)

здесь Е_s — модуль упругости арматуры, МПа, принимаемый в соответствии со СНиП II-56-77;

b_da — ширина расчетного участка понура, равная длине секции плотины.

Коэффициент постели при сдвиге, МН/м³, определяется по формуле

К_х = К_y , (11)

где К_у — коэффициент постели при сжатии, МН/м³;

v — коэффициент Пуассона грунта;

y —коэффициент, зависящий от соотношения стороны подошвы фундамента (понура или плотины) в направлении действия сдвигающей силы (l_a или b) к длине секции плотины l_a, принимаемый по табл. 9.

Таблица 9

Величину коэффициента постели при сжатии К_у следует определять с учетом данных полевых исследований.

6.56. Величину горизонтальной силы, воспринимаемой понуром, следует учитывать при проверке устойчивости плотины на сдвиг при определении расчетного значения обобщенной силы предельного сопротивления.

7. ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПЛОТИНЫ НА СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИН И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

7.1. Конструирование гравитационных плотин и их элементов следует выполнять в соответствии с разд. 3 и указаниями настоящего раздела.

7.2. При проектировании гравитационных плотин на скальных основаниях (черт. 9) следует рассматривать техническую возможность и экономическую целесообразность применения наряду с массивными гравитационных плотин облегченных видов, приведенных на черт. 1, б — д.

Для массивных гравитационных плотин следует рассматривать возможность применения для внутренних зон малоцементного жесткого бетона.

А-А

Черт. 9. Отдельные части и элементы гравитационных плотин на скальном основании

а — глухая плотина, б — водосливная плотина; 1 — гребень; 2 — противофильтрационные уплотнения; 3 — температурные швы; 4 — паз ремонтного заграждения; 5 — паз рабочего затвора; 6 — промежуточный бык водосливной плотины; 7 — гребень водослива; 8 —водосливная грань; 9— смотровые галереи; 10 — дрены тела плотины; 11 —носок-трамплин; 12 —подошва; 13 — разгрузочная полость; 14* — дренажная галерея; 15 — противофильтрационная (обычно цементационная) завеса; 16 — низовой клин; 17 — дренажные скважины основания; 18 — верховой клин; 19* — цементационная галерея; 20 — напорная грань; 21 ‑ низовая грань

* Допускается производить устройство цементационной завесы и дренажа из одной галереи.

7.3. Для створов, в которых l_ch/h £ 5 (где l_ch — ширина ущелья по хорде на уровне гребня плотины, h — высота плотины), следует рассматривать целесообразность применения наряду с плотинами с постоянными температурными швами (разрезные плотины) плотин с частично или полностью омоноличенными поперечными температурными швами или без швов (неразрезные плотины).

7.4. Исходный поперечный профиль гравитационной плотины должен иметь форму треугольника с вершиной на отметке нормального подпорного уровня воды в верхнем бьефе.

7.5. Для снижения фильтрационного противодавления в основании гравитационных плотин следует предусматривать устройство дренажа основания, а при необходимости и местных разгрузочных полостей по подошве плотины (см. черт. 9). В плотинах с расширенными швами ширина полости шва должна составлять не более половины ширины секции плотины.

7.6. В тех случаях, когда основание плотины сложено грунтами со средним коэффициентом фильтрации К ³ 0,1 м/сут, в составе подземного контура плотины следует предусматривать противофильтрационные устройства (цементационная завеса, понур) и дренаж. При этом расстояние от напорной грани плотины до оси цементационной завесы должно быть (0,10 - 0,25) b (где b - ширина подошвы плотины), если подземный контур плотины состоит только из цементационной завесы и дренажа.

Расстояние между дренажными и цементационными скважинами должно быть больше радиуса цементации и не менее 4 м.

Применение понура и размещение в этом случае цементационной завесы необходимо обосновать результатами фильтрационных исследований и расчетов прочности.

В тех случаях, когда грунты, слагающие основание плотины, водонепроницаемы или слабоводопроницаемы (К < 0,1 м/сут), включение в состав подземного контура наряду с дренажом цементационной завесы должно быть обосновано результатами фильтрационных исследований. Если устройство цементационной завесы не предусматривается, следует рассмотреть необходимость укрепительной цементации зоны контакта плотины с основанием.

7.7. Глубину заделки крупных разрывных нарушений в скальном основании следует определять по результатам расчета напряженного состояния плотины совместно со скальным основанием с учетом неоднородности основания (при этом должны выполняться условия прочности п. 7.18), а также специальных исследований.

7.8. Проектирование гравитационных плотин на основаниях из полускальных грунтов выполняется так же, как плотин на основаниях из скальных грунтов, но в расчеты таких плотин должны вводиться соответствующие характеристики полускальных грунтов.

7.9. Основные схемы сопряжения бьефов водосбросных гравитационных плотин всех классов в зависимости от высоты сооружения и ширины створа принимаются по табл. 10.

Таблица 10

7.10. Конструкцию водобоя для плотин I и II классов высотой более 40 м следует обосновывать результатами гидравлических расчетов и экспериментальных исследований: водобои плотин всех классов высотой до 40 м допускается проектировать на основании результатов гидравлических расчетов и аналогов.

Водобойные стенки обтекаемой формы, водобойные колодцы или безэрозионные гасители надлежит применять в качестве гасителей энергии для плотин I, II, III классов высотой более 25 м. Для плотин всех классов высотой до 25 м допускается предусматривать гасители, указанные в п.6.12.

Для уменьшения толщины плит водобоя следует предусматривать:

анкерное крепление плит к основанию — независимо от высоты плотины;

устройство в плитах дренажных колодцев — в плотинах высотой до 25 м, а при гидравлическом обосновании — в плотинах высотой до 40 м.

7.11. Для улучшения напряженного состояния в приконтактной зоне плотины и в основании и для предотвращения температурного трещинообразования следует рассматривать целесообразность устройства одного или нескольких горизонтальных швов-надрезов со стороны верховой грани с постановкой в швах уплотнений.

РАСЧЕТЫ ПЛОТИН НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ

7.12. Расчеты плотины и ее элементов на прочность, устойчивость и трещиностойкость, а также ее железобетонных конструкций на раскрытие трещин надлежит выполнять в соответствии с требованиями СНиП II-56-77, СНиП II-16-76, разд. 5 и указаниями настоящего раздела.

7.13. Расчеты гравитационных плотин разрезной конструкции, имеющих плоские постоянные поперечные швы, на прочность и устойчивость следует производить по схеме плоской задачи, рассматривая отдельно одну секцию или условно вырезанный 1 м плотины. Напряженное состояние плотины следует определять отдельно для каждого вида секций (глухих, водосливных, станционных) с учетом специфики их возведения и статической работы.

Расчеты устойчивости неразрезных плотин допускается проводить для сооружения в целом. Расчеты неразрезных плотин на прочность допускается выполнять аналогично расчетам арочных плотин согласно указаниям разд. 6, а также методами решения объемной задачи теории упругости.

Напряженное состояние неразрезных плотин, работающих в сложных пространственных условиях (несимметричность створа, действующих нагрузок и реакции основания, в том числе от береговых упоров), следует определять как для пространственной задачи экспериментальными или расчетными методами.

7.14. Расчеты общей прочности бетонных гравитационных плотин, как правило, выполняются на полный состав нагрузок и воздействий основных и особых сочетаний.

Допускается рассчитывать на сокращенный состав нагрузок и воздействий основного и особых сочетаний плотины высотой более 60 м на начальных стадиях проектирования, а плотины высотой менее 60 м — на всех стадиях проектирования.

7.15. В расчетах плотин на полный состав нагрузок и воздействий учитываются нагрузки и воздействия в соответствии с указаниями пп. 4.2 — 4.5. При этом:

в качестве температурных воздействий рассматриваются изменения температурного состояния сооружения, определенные с учетом начального режима твердения бетона, температуры замыкания строительных швов, полного остывания бетонной кладки до средне-многолетних эксплуатационных температур, сезонных колебаний температуры наружного воздуха и воды в водохранилище и наличия эксплуатационного подогрева сооружения (если подогрев предусматривается);

силовое воздействие фильтрующейся воды в теле плотины и основании принимается в виде объемных и поверхностных сил согласно указаниям п. 4.13;

сейсмические воздействия определяются согласно указаниям СНиП II-7-81 для двух- или трехмерных схем расчета в соответствии со схематизацией, принятой в расчетах сооружения на статические воздействия.

При обосновании в полный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода для основного и особых сочетаний допускается включать воздействия набухания бетона верховой грани плотины.

7.16. Расчеты общей прочности плотин на полный состав нагрузок и воздействий следует производить:

а) для начального периода эксплуатации построенного сооружения, когда его остывание до средне-многолетних эксплуатационных температур еще не произошло;

б) для установившегося периода эксплуатации сооружения, когда оно полностью остыло до средне-многолетних температур.

Проверка условий общей прочности плотины в обоих случаях выполняется, как правило, для февраля и августа.

7.17. Расчеты плотин на полный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода выполняются методами теории упругости с учетом возможного раскрытия строительных швов у низовой грани сооружения.

Глубина раскрытия швов у низовой грани определяется расчетом в соответствии с указаниями п.5.11.

Материал у верховой грани плотины, а также в основании сооружения условно принимается сплошным, а возможность раскрытия швов на верховой грани плотины, включая контактное сечение, косвенно учитывается в критериях прочности назначением соответствующих предельных глубин зоны растяжения.

7.18. Условия прочности гравитационных плотин, рассчитываемых на полный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода, следует принимать по табл. 11,

где g_n, g_lc, g_cd — коэффициенты, принимаемые согласно п. 5.13;

s_з — максимальные главные сжимающие напряжения, МПа;

R_b — расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа;

b — ширина плотины по основанию, м;

b_d — ширина расчетного горизонтального сечения, м;

d_t — глубина зоны растяжения в горизонтальных сечениях тела плотины и контактном сечении, определенная в предположении работы бетона у верховой грани плотины на растяжение, м;

t — размер секции в направлении оси плотины, м;

t₁ — толщина стенки секций в пределах расширенных швов (толщина контрфорсов), м;

b_h — толщина оголовка секции с расширенными швами по торцевому сечению, м;

а₁ —расстояние от верховой грани до дренажа тела плотины, м;

а₂ — расстояние от верховой грани плотины до оси цементационной завесы, м;

а₃ ‑ расстояние от верховой грани плотины до первого ряда дренажных скважин в основании, м;

— безразмерный коэффициент.

Таблица 11

Во всех точках тела плотин всех видов при основных и всех особых сочетаниях нагрузок и воздействий gn glc |sз| £ gcd Rb*
У верховой грани сооружения
Конструк­тивные осо­бенности плотин и	Основные сочетания	Особые сочетания нагрузок
расчетные сечения	нагрузок	не включающие сейсмические воздействия	включающие сейсмические воздействия
А. Плотины без расши­ренных швов Горизон­тальные сечения тела плотины без гидроизо­ляционного экрана на верховой грани		dt £ 0,167 bd	dt £ 0,286 bd**
То же, с ги­дрозоляционным экраном на верховой грани	dt £ 0,167 bd	dt £ 0,200 bd	dt £ 0,286 bd**
Контактное сечение без гидроизоля­ции контак­та верховой грани пло­тины с осно­ванием	dt £ 0,300 a2***	dt £ 0,083 b	dt £ 0,200 b
То же, с ги­дрозоляцией контакта верховой грани пло­тины с осно­ванием	dt £ 0,083 b	dt £ 0,125 b	dt £ 0,200 b
Б. Плотины с расширен­ными швами Горизонталь­ные сечения тела плотины
Контактное сечение	dt £ 0,300h a2***	***	***
* При проверке прочности у низовой грани допускается осреднять величину sз на участке расчетного горизонтального сечения шириной 4,0 м. ** При невыполнении указанных условий надлежит руководствоваться указаниями п. 7.22. *** В тех случаях, когда подземный контур плотины не содержит цементационной завесы, вместо а2 принимается а3 для плотин без расширенных швов и bh для плотин с расширенными швами.

7.19. В расчетах прочности плотин на сокращенный состав нагрузок и воздействий температурные воздействия исключаются из рассмотрения, сейсмические определяются по линейно-спектральной теории в соответствии со СНиП II-7-81 для случая расчета сооружения по одномерной (консольной) схеме, а силовое воздействие фильтрующейся воды учитывается только в виде сил противодавления, приложенных на контакте бетон—скала.

В тех случаях, когда амплитуда сезонных колебаний температуры наружного воздуха в районе расположения плотины превышает 17°С, следует учитывать уменьшение ширины расчетных горизонтальных сечений тела плотины или по ее подошве за счет раскрытия строительных швов у низовой грани сооружения под влиянием указанных изменений температуры воздуха.

С целью снижения материалоемкости сооружений плотины всех классов высотой до 60 м, возводимые в районах с амплитудой сезонных колебаний температуры наружного воздуха более 17°С, следует рассчитывать методами теории упругости на полный состав нагрузок и воздействий, обеспечивая выполнение условий прочности, приведенных в табл. 11.

7.20. В расчетах прочности плотин на сокращенный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода напряжения определяются методами сопротивления материалов, причем значения напряжений, МПа, на верховой и низовой гранях сооружения (черт. 10) следует определять по формулам:

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

где , , , — нормальные напряжения по горизонтальным и вертикальным площадкам соответственно у верховой и низовой граней, МПа;

, — касательные напряжения по горизонтальным и вертикальным площадкам соответственно у верховой и низовой граней, МПа;

, , , — максимальные растягивающие и максимальные сжимающие главные напряжения соответственно у верховой и низовой граней плотины, МПа;

— нормальные напряжения, действующие по площадкам контактного сечения у верховой грани, МПа;

М — момент сил, приложенных к плотине выше расчетного сечения, относительно центра тяжести этого сечения, МН×м;

N — нормальная сила, равная сумме проекций на нормаль к расчетному сечению всех сил, действующих на плотину выше расчетного сечения, МН;

b_d — ширина расчетного сечения, м;

g_w ‑ удельный вес воды, МН/м³;

, , h — соответственно напоры над расчетным сечением со стороны верхнего и нижнего бьефов и напор над контактным сечением у верховой грани со стороны верхнего бьефа, м;

m_u, m_t ‑ соответственно наклоны верховой и низовой граней на уровне расчетного сечения;

a — угол между плоскостью напорной грани плотины и вертикальной плоскостью, град;

d — угол между плоскостью подошвы плотины и горизонтальной плоскостью, град.

В приведенных формулах нормальные растягивающие силы и напряжения приняты со знаком „плюс", сжимающие - со знаком „минус"; изгибающий момент по часовой стрелке принят со знаком „плюс", против часовой стрелки — со знаком „минус".

Черт. 10. Обозначения к расчету плотины на прочность

а - массивной; б - с расширенными швами и контрфорсной; h - высота плотины: b - ширина плотины по основанию; t - длина секции; t₁ - толщина секции в пределах расширенных швов (толщина контрфорса); b_h, - толщина торцевого сечения оголовка; а₁ - расстояние от дренажа тела плотины до верховой грани; а₂ - расстояние от оси цементационной завесы до верховой грани; а₃ - расстояние от дренажа основания до верховой грани; H_d - напор над расчетным сечением; b_d - ширина расчетного сечения; m_u, m_t - уклоны граней плотины соответственно верховой и низовой; , , - соответственно нормальные напряжения, действующие по горизонтальным площадкам у верховой грани, по площадкам, перпендикулярным к низовой грани, по площадкам контактного сечения плотины с основанием у верховой грани.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: