Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость более полного использования возобновляемых источников энергии, в первую очередь освоения высокоэффективных гидроэнергоресурсов, резкое увеличение потребности в воде на водоснабжение, орошение вызывают во всем мире интенсивное строительство водохранилищ, для чего широко применяются бетонные плотины, которые строятся в сложных природных условиях, включая неблагоприятные геологические и суровые климатические условия, высокую сейсмичность.
В нашей стране, занимающей одно из ведущих мест в мире в бетонном плотиностроении, построены плотины разных типов, включая гравитационные, облегченные, контрфорсные и ячеистые, арочные, разработка и научное обоснование которых выполнялось ведущими проектными, исследовательскими и учебными институтами, такими как Гидропроект, Ленгидропроект, Укргидропроект, Оредазгидропроект, Оргэнергострой, Гидроспецпроект, БНИИГ им.Б.Е.Веденеева, НИИЭС, институт гидромеханики АН Украины, МИСИ, МГМИ, Санкт-Петербургский Государственный технический Университет, УИИВХ и др.
Экономически эффективный гидроэнергетический потенциал России использован на 20%, Украины - на 50%, что ниже, чем во многих странах Европы, например, во Франции, Италии, Швеции этот показатель составляет от 65 до 90%. В России строительство ГЭС с бетонными плотинами предусматривается в основном в районах Сибири и Дальнего Востока. В одобренной Минэнерго Украины программе развития гидроэнергетики до 2010г. предусматривается строительство ГЭС, в том числе с бетонными плотинами на реках Тиса, Днестр и др. Широкое развитие также получит строительство и реконструкция малых ГЭС, эффективность которых подтверждает опыт стран Западной Европы, США, Китая.Организации Минэнерго Украины іакже участвуют в проектировании и строительстве ряда ГЭС с бетонными плотинами в Китае, Вьетнаме.
Анализ опыта мирового плотиностроения показывает, что применение о последние десятилетия новых конструктивно-технологических решений бетонных плотин, включая использование технологии укатанного бетона, позволило повысить их эффективность и конкурентоспособность. Строительство бетонных плотин требует больших капиталовложений и ресурсов. Поэтому, несмотря на известные достижения в бетонном плотиностроении, актуальной проблемой является разработка, обоснование и внедрение конструктивно-
технологических решений, обеспечиващих высокую экономичность, надежность, снижение сроков строительства.
Целью работы является разработка новых конструктивных решений бетонных плотин, методики расчета и высокотехнологичных процессов их возведения, направленных на повышение экономической эффективности и эксплуатационной надежности.
Для реализации поставленной цели решались основные задачи: - разработки новых конструкций гравитационных плотин различных типов, ячеистых, комбинированных и арочных плотин;
- разработки новых решений сопряжения бетонных плотин со скальным
основанием;
разработки методики расчета и исследования напряженно-деформированного состояния новых конструкций: гравитационной плотины из укатанного бетона и плотины с бетонным понуром, плотины при наращивании по новому способу, ячеистых сооружений из плит, составной арочной плотины;
разработки технологии возведения и исследования экономической эффективности новых конструкций гравитационных плотин из укатанного бетона и составной арочной плотины из укатанного бетона, ячеистых сооружений из плит, наращивания и строительства в две очереди плотин по новому способу;
внедрения результатов разработок и исследований в практику проектирования и строительства.
Методы исследований. Выполненный комплекс работ включает разработку методики расчета и исследование напряженно-деформированного состояния ряда новых конструктивно-технологических решений бетонных плотин, для чего применялись теоретические и экспериментальные методы. При выводе теоретических зависимостей и исследованиях напряженно-деформированного состояния использовались решения составной балки с упругими связями и метод конечных элементов, а экспериментальные исследования проводились на физических моделях. При исследовании экономической эффективности использована методика, основанная на сравнительной оценке основных технико-экономических показателей.
Достоверность научных и практических разработок определялась путем сопоставления теоретических данных с натурными наблюдениями при эксплуатации сооружений, с экономическим эффектом при их строительстве, а
также результатами технико-экономических исследований с альтернативными решениями при внедрении разработок в проекты.
Научная новизна работы заключается в разработке новых конструктивных и технологических решений бетонных плотин, что подтверждается 23 авторскими свидетельствами на изобретения (2, 4, 8, 12, 13, 16 - 18, 20 - 24, 26 - 40), в разработке методики расчета и исследовании напряженно-деформированного состояние и экономической эффективности новых решений: гравитационных плотин и составной арочной плотины из укатанного бетона, плотин с бетонным понуром, при наращивании плотин по новому способу, ячеистых сооружений из плит.
Новизна разработанных конструкций плотин, технологий их возведения и наращивания, обеспечивая сокращение сроков строительства, трудозатрат и стоимости, повышение экономической эффективности, эксплуатационной надежности, позволяет:
повысить конкурентоспособность бетонных плотин;
расширить область применения в бетонном плотиностроснии технологии укатанного бетона;
дать начало новому направлению в наращивании бетонных плотин.
Практическая значимость работы и внедрение результатов. Разработаны новые конструкции бетонных плотин, технологии их возведения, МСт0ДИКИ расчета и проведены их исследования, получены рекомендации, использованные в практике проектирования и строительства.
Основные результаты работы:
нашли поименгнис при обосновании проектных решений по оптимизации ячеистых устоев Каневской ГЭС, что обеспечило снижение их сметной стоимости на 100 тыс.руб. (в ценах 1969 г.) и трудозатрат на 12%, перемычки комбинированной конструкции Александровского гидроузла со снижением стоимости на 16%;
позволяют проектировать ячеистые конструкции из плит для различных сооружений, рекомендовать их применение для устоев гидроузлов, сооружений малых ГЭС и небольших водохозяйственных гидроузлов, ограждающих сооружений верховых водоемов ГАЗС;
использованы при проектировании расширения гидроузла в КНР с наращиванием плотины с 40 м до 115 м, благодаря чему можно снизить стоимость на 13%, получить в период строительства дополнительную выработку электроэнергии 400 млн.кВт-час, и рекомендовать такой способ для использования в строительной практике;
- позволяют проектировать сооружения с новыми эффективными конст
руктивно-технологическими решениями гравитационных и арочных плотин из
укатанного бетона, гравитационных плотин с бетонным понуром, рекомендо
вать их для практического применения при проектировании перспективных
гидроузлов.
От внедрения результатов выполненных разработок в практику строительства получен значительный экономический эффект, а реализация в дальнейшем новых эффективных разработок будет способствовать совершенствованию бетонных плотин, повышению их технологичности, экономичности и надежности, что имеет важное народно-хозяйственное значение.
Автор был руководителем и ответственным исполнителем этих разработок. В работах, опубликованных в соавторстве, ему принадлежат основные идеи конструктивно-технологических решений, методологии исследований, обобщение научных результатов. При внедрении новых разработок в проекты, их обосновании, проведении исследований и расчетов работы выполнялись совместно с автором специалистами Укргидропроекта.
На зашиту выносятся:
новые конструкции бетонных плотин - гравитационных из укатанного бетона, комбинированных, арочных;
методика расчета, исследования напряженно-деформированного состояния и экономической эффективности новых конструкций гравитационных плотин, составных арочных, плотин при наращивании по новому способу, ячеистых из плит;
новые решения сопряжения плотин со скальным основанием с устройством бетонного понура, исследования их экономической эффективности и напряженно-деформированного состояния, анализ влияния разных внешних воздействий на надежность их работы;
оптимизированные конструктивно-технологические решения ячеистых сооружений из плит, апробированные опытом строительства;
технология возведения новых конструкций гравитационных плотин и составной арочной плотины из укатанного бетона;
новый способ наращивания, строительства в две очереди бетонных плотин, апробированный при проектировании расширения гидроузла.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Республиканских, Всесоюзных совещаниях, а также на Международных симпозиумах.
В частности, они апробировались на :
Всесоюзном совещании по применению сборного железобетона в гидротехнических сооружениях, 1965г., г.Киев.
Всесоюзном координационном совещании по предельным состояниям гидротехнических сооружений, 1968г.
2,3 и 5 научно-технических конференциях и совещаниях Гидропроекта, 1972-1987гг., г.Москва.
Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние и перспективы развития гидроэнергетики. Научно-технический прогресс в проектировании и строительстве важнейших гидроэнергетических объектов", 1988г., г.Черемушки.
Всесоюзном научно-техническом совещании "Опыт проектирования и контроль надежности эксплуатации бетонных гидротехнических сооружений", 1989г., г.Кара-Куль.
Международном симпозиуме по плотинам из укатанного бетона в КНР, 1991г., Г.Пекин.
- Международном симпозиуме по арочным плотинам в КНР, 1992г,
г.Нанкин.
Публикации. По теме научного доклада автором опубликовано 45 работ в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе 28 изобретений, находится в почати а издательстве "A.A.BAlkema" монография.