Проектирование арочных плотин. Форма арочных колец в плане

Наиболее распространенная форма арочных колец в плане - круговая с постоянной толщиной. Подобная форма арок удобна в производстве, чем и объясняется ее широкое применение.

Однако круговое очертание арочных колец не всегда обеспечи­вает наилучшую их работу в статическом отношении. В круговой арке линия давления от гидростатической нагрузки совпадает с ли­нией оси арки (безмоментное состояние) лишь для случая свободно опертой арки. Защемление пят арок в берега при­водит к возникновению моментов, неравномерному распределению напряжений по сечению арки и ее длине. В круговой арке постоян­ной толщины напряжения возрастают к пятам, поэтому толщина арки иногда увеличивается на участке ее сопряжения с основанием. Последнее устраивается также и при недостаточно прочной скале для уменьшения напряжений, передаваемых на основание.

 Рис. 12.30 Очертание арочных колец:
а - круговая  арка  постоянной толщины;  б - круговая   арка,   постепенно   утолщаю­щаяся к пятам;  в - круговая арка с местным утолщением пят; г - арка с трехцентровым очертанием оси и переменной толщиной;    д - эллиптическая арка;    е - арка с пологим примыканием к берегу

Круговое очертание арки не всегда обеспечивает благоприятное примыкание арок к берегам; в ряде случаев, особенно при больших центральных углах, примыкание круговых арок происходит при острых углах к горизонталям рельефа, что неблагоприятно для устойчивости береговых склонов.

С целью получения более равномерных напряжений в арочных плотинах и улучшения условий сопряжения их с берегами в совре­менных плотинах применяют более сложные очертания арок (рис. 12.30) в виде многоцентровых арок или очерченных по параболе, гиперболе, эллипсу, логарифмической спирали и др. Наивыгодней­шее очертание арок зависит от конкретных особенностей створа, выбранной формы арочной плотины и находится в результате срав­нения различных вариантных проработок. На основании выпол­ненных исследований,    например,    рекомендуется   для узких каньонов треугольного сечения (V-образной формы) применять плотины с арками переменной кривизны, в которых центральная часть выполняется с большей кривизной, а береговые части - более пологими. В таких плотинах распределение напряжений получа­ется более равномерное, чем в круговых, и равнодействующие уси­лия на основание направлены под несколько большим углом в сто­рону береговых скальных массивов.

Подобные арки могут быть получены при очерчивании их отрезками окружностей разного ра­диуса (многоцентровые арки), как это принято для Ингурской пло­тины (см. рис. 12.4), параболами до 6-го порядка и др. В узких ущельях (L/H<3) прямоугольного или трапецеидального сечения (U - образной формы), хорошие показатели однако получают для плотины с арками кругового очертания. Результаты исследований многочисленных вариантов Чиркейской арочной плотины, напри­мер, подтвердили, что круговое очертание арок в этих условиях дает более благоприятное распределение напряжений в плотине по сравнению с трехцентровым вариантом.