Введение к работе
Актуальность темы. Возведение массивных бетонных конструкций влечет за собой необходимость устройства большого количества конструктивных швоэ. В гравитационных и массивно-контрфорсных плотинах вертикальные межсекционные швы обычно не цементируются, что же касается швов, образующихся в процессе строительства, то, как правило, проектом предусматриваются мероприятия по обеспечению их монолитности. Здесь следует заметить, что 'Прочность омоно-личенного шва не эквивалентна прочности монолитного бетона, так как даке качественно зацементированный шов плохо сопротивляется растягивающим напряжениям. Натурные исследования показывают, что плотины перенесшие землетрясение, работали, как блочные конструкции, т.е. как по горизонтальным, так и по вертикальным швам у них наблюдались значительные подвижки: Например у плотины КоПип (Индия) после землетрясения I9G7 года произошло наваливание секции плотины друг на друга.
В настоящее время, в нормативных документах отсутствуют четкие указания для динамических расчетов бетонных плотин с учет-ом взаимодействия их элементов. Нормативные расчеты ведутся для отдельных секций плотин, без учета рассеивания энергии колебания силами сухого и вязкого трения, а также виброуд.лрными эффектами, ііеучет последнего приводит к назначению неоправданно завышенных коэффициентов запаса прочности сооружения со всеми вытекающими из этого последствиями. По нашим представлениям, этим и определяется актуальность данной работы.
Цель работы заключается в разработке инженерного способа расчета напряженного состояния секций бетонных плотин с учетом их взаимодействия. При разработке указанного способа ставилась
задача, минимально сократить число дополнительных исходных данных к тем, которые необходимы для хорошо известных расчетов плотин баз учета ,их блочности. р конечном итоге потребовался единственный дополнительный параметр - начальное раскрытие межсекци-онных шоои, которое доиольно точно может быть назначено из опыт; эксплуатации уже построенных плотин.
Такое сокращение дополнительных параметров удалось сделать благодаря проведению серии якепериментов на физических и матема' тической моделях взаимодействующих секций бетонных плотин.
На указанных моделях решались следующие задачи:
а) изучение динамических характеристик отдельно стоящих и работающих в составе плотины секций с соударзнлями и без тпкопы с целью выяснения необходимого- минимального количества собствен ннх форм колебание, определяющих нппряжонноо состояние плотины;
б)'изучение нелинейной зависимости "сила - прогиб" для сек ций работающих с соударениями;
в), изучение поведения физической модели апотины, работающе с соударениями секций, ь зависимости от нидп воздействия - гирм ническое, импульсное и по спектру акселирограмм;
г) оценка диссипатишых сшііств сил сухого трения и виброу
ра, а также' - соотношений, связывающих указанные потери энергии
с- вязким трением, с целью.линеаризации функции рассеивания энер
гии; ':'. '
д) изучение влияния вязкого заполнителя в швах на напряжен
ноо состояние плотины, как инженерного антисейсмического моропр
тия.
Методики псслодочаний пкличаот:
а) разработку и осуществление методов изготовления физичес кихмоделей плотин с регулируемыми и контролируемыми микронными
пзорпми п швах; .
б) разработку способов линеаризации потерь энергии колебаний сухим трением и виброударом;
' в) разработку методов создания динамических нагрузок по
;лектру репльных акселерограмм тремя способами при помощи: сейс-
t юплатформ; импульсного метода; электродинамических -вибраторов;
г) обработка осциллограмм по максимальным, моментальным
!фиксированное время) и спектральным значениям величин;
д) измерение напряжений, перемещений, ускорений в точках мо-
;ели при помощи комплеіста аппаратуры: илейфовых осциллографов
ІН-І05), тензоусшштелей (УЇС-І2-ВТ), пьеэоусилителей ( ДМ-І32),
гснэороэисторов, пьезоакселорометров, тензоскоб и анализаторов
зпектра. .
Вся измерительная аппаратура и датчики, применяемые в исследованиях стандартны и серийно выпускаются промышленностью.
Объектом исследований были массивные сооружения типа бетонных плотин. Такие конструкции наиболее полно отвечают целям и задачам исследований, так как тело бетонной плотины по конструктивным и технологическим соображениям изрезано швами, что позволяет изучить динамическую работу, как отдельных ее элементов (секций, блоков), так и в целом (пакет секций).
Испытыволись три полкообьемные модели Токтогульской, Кировской и Курпсяйской плотин в масштабах І/300-І/400 н.в., а также целый ряд их фрагментов. іСроме этого исследовались методические схематизированные модели консолей и клиньев на предмет выяснения физической сущности причин.их нелинейных колебаний.
Do всех модельных исследованиях соблюдались осіювішо критерии подобия натуры и моделей, а также подобие динамических нагрузок.
4 Научные: положения, зп'ци'цаьмып в работе '.!» Сооружения, имеющие блочное строение, обладают внутренними'рейервамш динамической прочности за счет повышенной диссипации энергии колебаний сухим и вязким трением в швах.
-
Динамическая работа высоких бетонных конструкций с вер— тикальными незацементированными швами сопровождается'coy.uapeHHeh/ соседних элементов, что приводит к нелинейным зависимостям их напряженного состояния от уровня динамических нагрузок за счет скачкообразных изменений жесткости ее элементов и. ииброударного гашения энергии. Подобные динамические системы обладают "жесткоГ нелинейной характеристикой, восстанавливающей силы, и обладают заме-тно меньшей "чувствительностью" к измененпк. вида и уровня ді намичєскогр воздействия нежели -линейные. Данное положение справедливо также и по отношению к характеристикам затухания колебаний. '. . .
-
Повышенное рпссеипание энергии п блочных бетонных конструкциях не позволяет проявляться высшим формам колебаний в ее элементах, что позволяет рассматривать их как системи с распределенными параметрами, но с одной степенью свободы. Указанное пс ложопио. позволило разработать инженерный метод расчета напряженного состояния бетона в подобных сооружениях при динамических нагрузках и обосновать его.применимость в условиях недостаточно! сейсмологической информации.
'Научная новизна в методике исследований:
-
Разработана методика выполнения модельных швов с регулируемой микронными раскрытиями и их надежный контроль.
-
Разработана методика моделирования на сойсмоплатформах динамических нагрузок по их спектральному составу.
Научная новизна результатов исследований:
I. Используя результаты исследований на физических моделях, і также результаты расчетов на OHM, предложен инженерный метод іасчета напряжений-в ccKunnxjплотин, колеблющихся нелинейно.
2. Получены формулы, связывающие диссипацию энергии вйбро-'даром с вязким демпфером.
-
Предложена методика построения нелинейной диаграммы сила-прогиб для соуцаряюіцііхся секций плотин.
-
Дана раздельная оценка диссипации энергии колебаний за ічєт сил сухого трения и виброударного аффекта при взаимодействуй соседних элементов бетонных сооружений.
-
Показана положительная роль таких антисейсмических мероприятий как неглубокие колодцы с вязким заполнителем (битумом) іежду секциями плотины.
-
Впервые показано, что за счет нелинейной работы соуда-іяющихся секций плотины, рост напряжений в последних значительно (т.стает от роста нагрузки.
Достоверность научных положений подтверждается анализом ра-юты блочных сооружений при динамических нагрузках, а также об-їледопанием сооружений перенесших землетрясения без квтастрофи-геских разрушений.
Практическая ценность работы заключается в том, что ее ре— гультаты позволяют более правильно вести расчет бетонных сооруже-іий, что в свою очередь позволяет более обоснованно применять на практике те или иные антисейсмические мероприятия с учетом пнут-іенних резервов прочности сооружения. В конечном счете это приво-(ит к повышению качества строительных работ, увеличивает долго-зечность сооружений и тем самым повышает эффективность капитальных вложений.
Реализация результатов работы. Рекомендации по учету внутрен-
них резервов динамической прочности бетонных сооружений были уч тены Гидропроектом им. С.Я.Кука и его Киргизским филиалом на стг дии проектирования Токтогульской, Кировской и Курпсайской плотш В частности на Токтогульской плотине отказались от сплошного ом< ноличивания межсекционных швов, а на Кировской плотине применялось только поппрное омоноличивяние контрфорсов. При этом была достигнута значительная экономия денежных средств.
Апробация работы. Основный положения работы докладывались і обсуждались на Всесоюзной конференции "Определение степени сейсмической опасности в районах строительства крупных гидроузлов" г. Ленинград' 1972 год, на научных .конференциях Московского гидрі мелиоративного института 1972, 1973, 1974, ІУ76, 1977 годах, на Всесоюзном совещании по сейсмостойкому строительству в г. Кишині ве 1976 год.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5'работ, в то! числе 3 авторских свидетельства на изобретения.
. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четы-
рех глав, заключения,, представлена на НО страницах машинописно'
го текста, содержит 52 рисунка и. список литературы из 118 наиме^
нований. „
