Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Нормативные документы для проектирования
В целях обеспечения строительства надежных, экономичных сооружений, избежания ошибок при проектировании и использования последних достижений науки и опыта строительства в СССР применяют Строительные нормы, и правила (СНиП), систематически обновляемые и совершенствуемые Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства (Госстрой СССР).
Материалы для бетонных и железобетонных плотин
Основным материалом для современных бетонных и железобетонных плотин являются бетон и сталь, применяемая в качестве арматуры.
Требования к гидротехническому бетону. Марки бетона. Гидротехнический бетон
Бетон в гидротехнических сооружениях подвергается различным физико-химическим и механическим воздействиям воды, речной или морской, поэтому должен обладать особыми свойствами, обеспечивающими прочность и долговечность сооружений. Такой бетон называют гидротехническим.
Прочность бетона
Прочность бетона зависит от его состава - марки и количества цемента (цементного камня), характера каменного заполнителя и количества воды затворения (водоцементного отношения В/Ц), а также от возраста бетона и условий твердения (температурно-влажностный режим).
Плотность и водонепроницаемость бетона
Плотность и водонепроницаемость бетона - взаимно связанные свойства, но водонепроницаемость зависит еще и от трещиностойкости.
Водонепроницаемость бетона тем больше, чем меньшей величины поры в нем, а величина водоцементного отношения В/Ц недолжна превышать 0,5-0,55, очень важно избегать расслоения смеси при транспортировке и укладке ее в тело сооружения.
Морозостойкость бетона
Зависит от его пористости, размеров пор и равномерности их распределения в бетоне, т. е. от тех же показателей, что плотность и водонепроницаемость, но также и от водного режима бетона (фильтрация или насыщение водой без напора), от температуры окружающего воздуха и ее колебаний в данном месте и в особенности от числа переходов температуры через ноль.
Водостойкость (коррозиестойкость) бетона
Бетон, подвергающийся фильтрации или насыщению водой, в зависимости от ее химического состава и рода цемента может подвергаться разрушению. Различают три вида агрессии: при действии пресной воды, растворяющей свободную известь Са(ОН)2, имеющуюся в составе цементного камня; при действии воды, содержащей растворенные свободные минеральные кислоты (углекислоту и др.) и вызывающие образование растворимых солей этих кислот; при воздействии воды, содержащей сульфатные и магнезиальные соли, которые образуют при реакции с цементным камнем растворимые соли - сульфаты, хлориды.
Сопротивление бетона истиранию и кавитации
Истирание бетона может иметь место при воздействии водного потока, движущегося с большими скоростями и несущего твердые частицы - наносы, особенно песчаные, гравелистые и галечные. Известны случаи местного истирания бетона на глубину более метра за один только речной паводок; особенно неблагоприятны зоны, где поток совершает водоворотные движения.
Трещинообразование в бетоне и борьба с ним
Основная причина образования трещин в бетонной конструкции -неравномерное распределение температур в нем, возникающие в раннем возрасте по причине экзотермии цемента, а в дальнейшем - от колебаний температур внешней среды. Образующийся при этом неравномерный тепловой режим бетона и затруднении свободных тепловых деформаций в конструкции вызывают в не сжимающие и растягивающие напряжения. Трещины могут возникнуть и от других причин (перегрузки, неравномерные осадки и пр.) - но это уже не зависит прямым образом от технологии бетона.
Удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси
В зависимости от состава и водоцементного отношения (В/Ц) бетонная смесь обладает различной подвижностью, или удобоукладываемостью. Показателем подвижности служит так называемая осадка стандартного конуса, выполненного из приготовленной бетонной смеси (ГОСТ 4799-69); чем больше осадка послеосвобождения конуса смеси от формы, тем смесь подвижнее и легче укладывается в формы или блоки, образуемые опалубкой, различают смеси: жесткие, малоподвижные (осадка конуса 1-2 см), требующие вибрирования ее в блоке для получения нужной прочности бетона; умеренно жесткие (осадка конуса 2-4 см) и подвижные (осадка конуса 5-8 см).
Материалы для гидротехнического бетона, подбор их состава в сооружениях. Цементы
Специфические условия работы бетона в гидротехнических сооружениях требуют цементов не только прочных, но еще удовлетворяющих специфическим требованиям. Производится несколько видов цементов.
Портландцемент широко распространен, в чистом виде его можно применять, главным образом, в надводных частях бетонных сооружений, в условиях умеренного климата; в других случаях только с введением различных добавок, делающих его стойким против специфических воздействий.
Добавки для гидротехнического бетона
Кроме уже упоминавшихся добавок поверхностно-активных веществ в состав бетона вводят иногда искусственные активные добавки: гранулированные шлаки доменного процесса, топливные шлаки, золу уноса тепловых электростанций и др. Они повышают плотность бетона и уменьшают удельный расход цемента в бетоне.
Заполнители для бетона
Выбираются из прочных каменных пород. По зерновому составу различают мелкий заполнитель с диаметрами зерен менее 5 мм - песок и крупный заполнитель с диаметрами зерен более 5 мм.
Мелкий заполнитель (песок) должен быть чистым, примеси-глины, пыли и других веществ допускаются в пределах не более 1-3% (ГОСТ 4797-69 и 4798-69).
Арматура для железобетона
В железобетонных конструкциях в качестве рабочей арматуры применяется сталь СтЗ - горячекатаная гладкая класса А-1 с расчетным сопротивлением растяжению-сжатию 210 МПа (2100 кг/см2) и сталь горячекатаная периодического профиля классов от А-II до А-V с расчетным сопротивлением растяжению от 270 до 640 МПа (от 2700 до 6400 кг/см2); иногда используют сталь, упрочненную вытяжкой, класса А - IIв. Модуль упругости этих сталей от 190 до 210 ГПа (гигапаскалей).
Подбор состава и использование бетона в сооружениях
В зависимости от требований к бетону, вызываемых условиями работы сооружения или его элементов, применяют различные составы бетонов.
Рациональный подбор состава бетона заключается в том, чтобы получить наивысшее качество его с наименьшими затратами - получить долговечный и экономичный бетон. В этом отношении существенную роль играет удельный расход цемента (на 1 м3 бетона) он должен быть минимально возможным для данной марки по экономическим соображениям и для уменьшения тепловыделения в бетоне и опасности трещинообразования. Далее важно максимально использовать местные заполнители, особенно естественные, и установить максимально допустимое водоцементное отношение (В/Ц).
Бетонные гравитационные плотины (Общие сведения, методика расчета)
Бетонные гравитационные плотины широко распространены во всем мире благодаря простоте конструкции и способов их возведения, надежности их при любой их высоте, в любых природных условиях, в том числе и суровых зимних.
Название свое - гравитационные - эти плотины получили от слова gravitas, что значит «тяжесть», потому что действию на них основных сил - горизонтальному давлении воды - они сопротивляютсяблагодаря своему весу, создающему силы сопротивления их сдвигу по основанию.
Поперечные профили плотин. Исходный поперечный профиль плотины
Первые по времени плотины, например, Пуэнтес (1791), Гробуа (1838) имели тяжелые поперечные профили (рис. 8.1), близкие к трапеции или даже к прямоугольнику. Но в дальнейшем с разработкой теории расчета появились более экономичные профили плотин криволинейного или полигонального очертания. Однако наиболее экономичным оказался профиль, в основе своей представляющий треугольник с некоторыми отклонениями и коррективами вызванными условиями работы плотины. В настоящее время в большинстве случаев гравитационные бетонные плотины проектируются треугольного профиля.
Экономичные треугольные профили плотин
Треугольный профиль плотины, имеющий минимальную ширину b по низу, очевидно, будет требовать минимума материалов, т. е. будет экономичным. Этот профиль, однако, должен удовлетворять двум условиям: отсутствию растягивающих напряжений в бетоне и достаточной устойчивости всего тела плотины против сдвига по основанию.
Реальные профили гравитационных плотин
Выше были рассмотрены формы профилей плотин при нагрузке их собственным весом и гидростатическим (в том числе и фильтрационным) давлением. В реальных условиях на плотины действуют и другие нагрузки: давление наносов в верхнем бьефе, давление ледяного покрова, давление волн, сейсмические нагрузки и др. Это вызывает необходимость несколько исправить профиль плотины. Вызывает изменения профиля и устройство отверстий и некоторые требования эксплуатации.
Расчет прочности плотины элементарным методом
Поперечный профиль плотины, ее основные размеры, полученные в результате анализа, подлежат поверке общей прочности и устойчивости тела плотины и ее основания в разных стадиях ее работы. При этом исходят из первого предельного состояния сооружения с учетом основных, и особых сочетаний нагрузок и сил; в некоторых случаях делается поверка местной прочности и устойчивости отдельных частей и зон сооружения.
Расчет напряжений в горизонтальных сечениях плотины
В плотинах низкого и среднего напора напряжения рассчитываются методом сопротивления материалов, по гипотезе плоских сечений и линейного распределения напряжений по сечению. Напряжения на гранях (краевые) определяются по известной формуле (8.1), при этом приняты обозначения: для напряжений на напорной грани одиночный знак (
), на низовой- двойной (
), причем для упрощения обозначений скалывающих напряжений принято писать 
вместо 
.
Влияние фильтрационных сил на напряженное состояние бетонной плотины и их учет
Приведенные в расчеты напряжений в гравитационной плотине выполнялись без учета воздействий фильтрационных сил.
Проверка прочности плотины
После того как выявлено расчетом напряженное состояние плотины, необходимо проверить прочность ее по первому предельному состоянию. По условиям работы гравитационной плотины ее разрушение может произойти по первой теории прочности, т. е. в случае превышения максимальными сжимающими напряжениями предела прочности материала - бетона на сжатие. Это явствует из того, что, как правило, растягивающие напряжения в теле плотины не допускаются или они (очень малые) могут появиться на низовой грани плотины в период строительства, или при опорожнении водохранилища (верхнего бьефа).
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.