Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В России и за рубежом накоплен большой опыт строительства и эксплуатации облегченных бетонных плотин, установлена их высокая надежность и долговечность в различных условиях, в том числе при сейсмических воздействиях.
До настоящего времени ячеистые конструкции ГТС (рис. 1) нашли применение в качестве облегченных бетонных плотин малых н средних напоров, экономичных подпорных и сопрягающих стенок, перемычек, регуляторов, стек шлюзов, а конструкциях ГЭС, в том числе наплавных ГЭС, ПЭС, НС, несучих конструкциях морских нефтегазовых сооружений - ледостойкхх стационарных платформ (ЛСП), в портовом гидротехническом строит»льстге :: др. .
Были выполнены проработки и для высоконапорвых плотин ячеистой конструкции на скальном основании.
Широко распространены ячеистые конструкции для складирования сыпучих материалов - силосы, бункеры.
Общепризнанными преимуществами железобетонных ячеистых конструкций ГТС - плотин, подпорных стен и др. - являются их простота форм, хорошая вписываеыость в рельеф, использование практически любых местных грунтовых материалов, экономичность и ускорение сроков строительства.
Ячеистые конструкции, сочетая в себе преимущества и недостатки бетонных и земляных сооружений, бесспорно, при выявлении их резервов смогут достойно конкурировать с обоими видами сооружений. Основная сложность при изучении ячеистых конструкций состоят в воспроизведении обьемной работы комплекса "ячеистый каркас - грунт засыпки - грунт основания".
Необходимо отметить, что вопросы определения тепловых полей и термонапряженного состояния (ТНС) для ячеистых конструкций ГТС являются наименее изученными и исследованными, а поэтому им в диссертации посвящена большая часть работы. ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ -
обобщение и анализ ряда вопросов исследований, проектирования, строительства и эксплуатации ячеистых конструкций ГТС;
разработка методики моделирования ячеистых конструкций при статических воздействиях;
-экспериментальное изучение работы ячеистой плотины на нескальном основании на устойчивость;
- расчетные исследования МКЭ с анализом влияния днища, внеш
него трения, коэффициента Пуассона засыпки jf/j) и соотноиения мо
дулей упругости каркаса и засыпки { Е// Е^ ) на величину давления
засыпки в ячейке ( .при жестком основании );
- изучение на базе модельных исследований работы ячеистых
конструкций при воздействии колебаний температуры наружной среды;
- расчетные исследования МКЭ тепловых полей и термонапряжен
ного состояния (ТНС) с учетом влияния различных факторов для яче
истых подпорной стенки и плотины;
расчетные исследования по анализу тепловых полей в ЛСП ячеистой конструкции при воздействии колебаний температур наружной среды;
разработка рекомендаций по проектированию ячеистых .конструкций ГТС и способам регулирования их теплового и термонапря-хенного состояния.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что
изучены и подобраны материалы для моделирования засыпки ячеистых конструкций и разработана методика их статических модельных исследований, на основе чего впервые исследована на модели работа ячеистой плотины на нескальном основании на сдвиг с учетом критериев подобия для ячеистого сооружения;
при изучении с использованием МКЭ в объемной упругой постановке получена оценка влияния днида, внешнего трения, коэффициента Пуассона засыпки и соотношения модулей упругости каркаса и засыпки (деформативности каркаса) на давление засыпки ка стенку одиночной ячейки на жестком основании;
впервые определены тепловые поля и ТНС ячеистой бетонной подпорной стенхн (плотины), что позволило получить количественные данные о работе таких сооружений на температурные воздействия;
получены тепловые поля для новой ячеистой конструкции ЛСП, что позволило виявить наиболее опасные участки данной конструкции ;
- в работе предложены способы регулирования ТНС ячеистых плотин и подпорных стені а также ЛСП;
- впервые для ячеистых конструкций проведено сопоставление
результатов экспериментальных исследований на физических моделях
и расчетных исследований МКЭ.
' ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в том, что
на основе модельных исследований устойчивости ячеистой плотины без днища на нескальноы основании получены новые физические представления о работе таких конструкций к определены направления дальнейших исследований;
путем расчетных исследований МКЭ в объемной упругой постановке определены влияния : а) днида, б) изменения угла внешнего трения засыпки ячейки о, град.; в) коэффициента Пуассона засыпки; г) соотношения модулей упругости каркаса и засыпки н дефарматив-насти каркаса на давление засыпки на стенху при жестком основании, а также определено направление дальнейших исследований;
по определенным модельными н расчетными исследованиями
тепловым и ТНС ячеистых плотин и подпорных стен с учетом различных факторов (разиеров к толчин стен и ячеек, числа ячеек, грунта засыпки, амплитуды и периода колебаний температур наружной среды и др.) может быть оценено тепловое и ТНС ячеистых конструкций на предварительной стадии проектирования без расчетов, а по имеющим-ся систематизированным данным - таблицам и графикам;
аналогичным образом мохет быть предварительно оценено тепловое состояние ЛСП ячеистой конструкции;
предложены способы регулирования ТНС ячеистых конструкций плотины, подпорной стенки, ЛСП.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты проведенных соискателем исследований использованы:
- в проектных проработках Союзгипроводхоэа по проектированию
ячеистых подпорных стен при их работе на температурные воздейс
твия;
при разработке нормативных материалов ВНИИГ по проектированию ячеистых плотин и подпорных стек при их работе на температурные воздействия;
при разработке рекомендаций по проектированию ледостойкой платформы ЛСП "Чайво I".
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ .следующие вопросы:
методика моделирования работы ячеистых плотин и подпорных стен на статические воздействия и результаты экспериментальных исследований устойчивости ячеистой плотины без днища на нескальном основании;
методика статических расчетов на ЭВМ, базирующаяся иа программе "СТАЦИО" (A.M. Белостоцкого) давления засыпки в одиночкой ячейке с дниием в упругой объемной постановке с воспроизведением трения по контакту засыпки и каркаса ячейки и результаты расчетов по учету влияния днища, внешнего трения засыпки, коэффициента Пуассона засыпки, соотнояения модулей упругости бетона и засыпки и деформативности каркаса;
результаты экспериментальных и расчетных исследований работы ячеистой подпорной стенки (плотины) на температурные воздействия внешней среды при учете влияния различных факторов (размеры и число ячеек , вид засыпки, размах и период колебаний температуры наружной среды и т.д.);
оценка теплового состояния ячеистой ЛСП;
способы регулирования теплового я ТНС ячеистых конструкций;
практические рекомендации по оценке теплового и ТНС ячеистых конструкций плотин, подпорных стен.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: основные результаты исследований доложены на б научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГУП (1985-1995 годы); на Всесоюзном научно-техниче- , ском совещании "Прочность и температурная трещиностойкость бе-
_ 4 -
тонных гидротехнических сооружений при температурных воздействиях. ПТТС-88" (г.Нарва 1988 год); на 1 и 11 Международных конференциях по освоению шельфа Арктических морей России (г.Санкт-Петербург, 1993 и 1995 годы).
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАНО в 9 печатных работах (из них 1 авторское свидетельство) и 7 отчетах ло научно-исследовательский работам, имеющих номер государственной регистрации.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, обеих аигодов и рекомендаций и списка использованной литературы (142 наименования). Общий объем диссертации составляет 457 страниц, в том числе 198 страниц основного машинописного текста, 3 4 таблицы я 2SD рисунков.
