Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Решение температурной задачи для нестационарного процесса (случай гармонических колебаний температуры)
Для рассматриваемой задачи выражение дифференциального уравнения Фурье запишем
Основные уравнения теории термоупругости
Задача теории упругости о напряженном состоянии тела при изменении температуры решается на основании принципа, высказанного Дюгамелем и Нейманом. Сущность этого принципа состоит в том, что равномерное нагревание или охлаждение элементарного объема изотропного тела не вызывает в нем напряжений; при этом происходит одинаковое удлинение (укорочение) его сторон по трем измерениям без угловых деформаций.
Методы расчета температурных напряжений
Задачи теории термоупругости в своей постановке более сложны по сравнению с обычными задачами теории упругости, и требуют предварительного определения температурной функции, которая в аналитическом виде может быть найдена лишь для ограниченного числа случаев. В общей постановке данная задача осложняется также учетом переменности модуля упругости бетона как во времени, так и по сечению конструкции (например, для строительного периода, когда бетон находится в молодом возрасте), учетом ползучести бетона, а также влияния армирования бетона, трещинообразования и др. Поэтому в настоящее время приходится ряд практических задач решать приближенными методами.
Температурные напряжения в плоских конструкциях. Стационарный процесс
Температурные напряжения в плоских конструкциях при стационарном режиме определяют по формулам (4.48) - (4.53) при подстановке в них значений параметров температурной эпюры [см. формулы (4.49)]. Выражение температурной функции для этого случая [см. формулу (4.13)] может быть записано в виде
Температурные напряжения в плоских конструкциях. Нестационарный процесс (случай воздействия температуры внешней среды)
При одностороннем температурном воздействии температурная функция в комплексном выражении имеет вид [см. формулы (4.18) и (4.19)]
Учет армирования при расчете температурных напряжений
Расчет температурных напряжений в армированных бетонных конструкциях в предположении распределения арматуры по всей длине расчетной ее полосы аналогичен расчету напряжений в многослойных конструкциях с переменным значением модуля упругости по сечению.
Учет ползучести бетона
Расчетные формулы, приведенные выше, основаны на предположении «идеальной» упругости бетона как материала. В действительности бетон обладает свойством ползучести, т. е. способностью деформироваться длительное время при постоянной нагрузке. В результате ползучести наблюдаются релаксация (выравнивание) напряжений внутри бетонного массива, т. е. снижение их величин при постоянно действующей деформации.
Сейсмические воздействия на ГТС. Природа землетрясений и их характеристики
Более 13% территории бывшего Советского Союза подвержены воздействиям сильных землетрясений (7 баллов и более). В пределах бывшего Советского Союза выделяют 12 сейсмически опасных зон: Прикарпатье, Крым, Кавказ, Туркмения, Средняя Азия, Алтай и Саяны, Прибайкалье, Верхоянская зона, Чукотка, Дальний Восток, Сахалин, Камчатка и Курилы. В районах с 7-9 - балльной сейсмичностью ведется гражданское, промышленное и гидротехническое строительство. Ряд гидроузлов проектируется, строится и возведено в районах высокой сейсмичности: Нурекский и Рогунский на р. Вахш, Токтогульский и Курпсайский на р. Нарын, Йнгурский, Чиркейский, Андижанский и др.
Сейсмическое районирование и микросейсморайонирование территории гидроузлов
Сейсмическое районирование - это разделение территории страны на зоны, где возможно проявление сейсмической активности различной силы, оцениваемой в баллах. Такое разделение территории выполнено на основе изучения прошедших землетрясений и интенсивности их проявления на поверхности с учетом данных сейсмических станций, геологической структуры районов и оценкой тектонических процессов. На основе такой обработки сейсмологической информации составлены карты сейсмического районирования, приводимые в нормах на проектирование сейсмостойких зданий и сооружений (СНиП П-А.12-69), Пример такой карты приводится на рис. 5.3.
Определение инерционных сейсмических нагрузок на гидротехнические сооружения
При сейсмическом воздействии возникают колебания основания сооружения. Обозначим смещения какой-либо точки основания сооружения как 
и 
, где 
и 
- горизонтальные смещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям, а 
- вертикальные смещения.
Учет влияния водной среды при определении сейсмических нагрузок на плотины и другие гидротехнические сооружения
При сейсмическом воздействии происходят колебания как самого сооружения, так и водной среды. Водная среда при этом вызывает дополнительное (сверх гидростатического) давление на сооружение, называемое гидросейсмическим давлением. Величина гидросейсмического давления зависит от параметров колебания сооружения и конфигурации водохранилища (формы поперечных сечений, протяженности водохранилища, его планового очертания). При колебаниях плотины при заполненном полностью или частично водохранилище в движении участвуют как сооружение, так и водная среда. Зная величины гидросейсмического давления и ускорения движения системы «сооружение - водная среда», можно определить некоторую присоединенную массу воды, оказывающую своим инерционным влиянием гидросейсмическое давление.
Сейсмические воздействия на бетонные плотины
Для расчета бетонных гравитационных плотин на сейсмические воздействия обычно принимается расчетная схема в виде консольного стержня. Для приближенных расчетов можно принимать следующие формы колебаний (для плотин с 
) согласно табл. 5.7.
Сейсмические нагрузки на земляные и каменно-земляные плотины
Одной из простейших расчетных схем плотин рассматриваемого типа является схема треугольного клина с учетом только сдвиговых деформаций. По сравнению с бетонными гравитационными плотинами земляные и каменно-земляные плотины характеризуются своими большими поперечными размерами. Из строительной механики и теории упругости известно, что в таких конструкциях большую роль играют деформации сдвига. Полученные на основе этой расчетной схемы параметры колебаний плотин подтверждаются данными более точных теоретических и натурных исследований.
Общие сведения о проектировании гидротехнических сооружений
Процесс создания и дальнейшего использования гидротехнических сооружений состоит из 4 этапов:
1) изыскания - получение данных о природных условиях района и места постройки сооружения: о рельефе местности, геологическом строении, гидрологических условиях водотока или водоема, существующем его использовании, климатических особенностях района, об экономико-производственных и других условиях;
Изыскания и исследования для проектирования и строительства гидросооружений
В состав изысканий и исследований входят:
1) топографические работы - съемки, нивелировки и другие геодезические работы для получения планов местности в горизонталях, для составления различных профилей и разрезов в районе сооружения, в зоне распространения подпора, по линиям дорог, которые свяжут узел с существующими путями сообщения;
Состав проектов
На основе данных изысканий и исследований и целей водохозяйственного объекта разрабатывается его проект. В состав проекта входит:
1) разработка будущего гидрологического и водохозяйственного режима сооружений (установление расчетных уровней и расходов воды в бьефах, пределов их колебаний, отметок зоны затоплений, объемов водохранилища и др.);
Основные стадии проектирования
Процесс проектирования более или менее значительного гидротехнического сооружения проходит обычно несколько стадий.
Первой стадией является предварительный проект, называемый иногда проектным заданием или технико-экономическим обоснованием (ТЭО) проектируемого объекта (существовали еще названия «схематический проект», «схема», «эскизный» проект). Цель первой стадии - выявить основные черты проектируемого водохозяйственного объекта, общие размеры сооружений, объемы работ и требуемых материалов, а также необходимое оборудование для работ, установить предварительную стоимость сооружения (сметно-финансовый расчет) и главное - доказать техническую возможность, экономическую и народнохозяйственную целесообразность объекта.
Принципы и практика расчетов прочности и устойчивости сооружений
Важнейшей частью проекта после того, как найдено общее инженерное и экономичное решение, водохозяйственное и конструктивное, являются:
а) гидравлические и фильтрационные расчеты по обеспечению сооружения и его основания от опасных воздействий поверхностного и подземного потоков и достаточной пропускной способности водосбросных отверстий;
Силовые воздействия и нагрузки на гидросооружения и их сочетания
Нагрузки и воздействия на гидросооружения бывают постоянные, как, например, вес самого сооружения, вес грунта, давление воды при отсутствии сработки бьефа, и временные, действующие лишь в отдельные периоды существования сооружения. Последние бывают длительно действующими (например, статическое и фильтрационное давление воды, температурные воздействия), кратковременными, как, например, давление волн, плывущего льда, и особыми,, действующими в исключительных случаях, как, например, сейсмические нагрузки (при землетрясениях) и давление воды, льда, ветра при исключительных, катастрофических, условиях.
Принципы расчета напряженного состояния и деформации сооружений и их оснований
В настоящее время для расчета прочности и допустимой деформативности сооружений принят метод предельных состояний. За предельное состояние сооружения принимается такое, когда сооружение или его основание перестает удовлетворять заданным им эксплуатационным требованиям. Это означает, что величина усилий и напряжений, развивающихся в конструкции или ее основании, не должна превышать несущей способности конструкции (1-е предельное состояние), величина деформаций и перемещений конструкции не должна превышать допустимой для нормальной работы сооружения (2-е предельное состояние).
Первое предельное состояние
Первое предельное состояние сооружения (прочность, устойчивость) наступает, когда расчетная обобщенная нагрузка Nр достигает расчетного значения обобщенной несущей способности сооружения (или его основания) R. Величина Rучитывает возможную изменчивость, неоднородность свойств материала путем введения коэффициента однородности к (вводится множителем в величины нормативных сопротивлений материала и конструкции). Значения его находятся обычно в пределах 0,7-0,9 для металлов и 0,25-0,6 для бетона. Оценку наступления первого предельного состояния следует производить по условию
Второе предельное состояние
Второе предельное состояние - недопущение деформаций сооружения - сдвигов, осадок, наклонов и т. п. выше предельных, при достижении которых становится затрудненной или же невозможной эксплуатация сооружения. Аналогично формуле (6.1) принимают
Учет капитальности и ответственности сооружений
Гидротехнические подпорные сооружения оказывают существенное, а иногда весьма значительное (крупные плотины и водохранилища, большие каналы) влияние на природные условия прилегающего района, вызывая затопления, подтопления земель, изменения гидрологического и биологического режима, микроклимата и затрагивают интересы народного хозяйства в значительной зоне их влияния. Чем крупнее сооружение, тем больше его народнохозяйственное и экологическое значение.
Так же рекомендуем посмотреть:
-
Виды торговой мебели
Оборудование для торговли необходимо для того, чтобы осуществлять хранение и демонстрацию различного товара. -
Особенности алюминиевых и медных листов
Современная промышленность нуждается в качественных материалах, которые не будут окисляться и подойдут для штамповки любого типа. -
Использование облицовочной керамической плитки
Сегодня, пожалуй, использованием облицовочной керамической плитки уже и не удивишь совсем никого: встретить ее можно если и не в каждом доме, то в трети точно. -
Как сделать подвесной потолок в офисе
Когда на рынке появился гипсокартон, заниматься ремонтом стало проще. Раньше для отделки можно было использовать кафельную плитку, обои. -
Аренда экскаватора: особенности выбора техники и ее эксплуатации
В строительстве, при проведении дорожных работ, в процессе демонтажа зданий активно используется землеройная техника.