Содержание к диссертации
Введение
I. ЗАДАЧИ РАСЧЁТА ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАСЧЁТНЫХ СХЕМ
1.1. Арочно-гравитационные плотины
1.2. Гравитационные плотины в узких каньонах
1.3. Спиральные камеры высоконапорных ГЭС 28
1.4. Комбинированные методы расчета пространственных систем, применительно к расчёту гидротехнических сооруіййий
II. МЕТОДЫ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ
ПЕРЕКРЕСТЮ-СТВРШЕВЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ШДЕЛЕЙ ГИД
РОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
2.1. Перекрестно-стержневая модель арочных и гравитационных в узких каньонах плотин 46
2.2. Преобразование дифференциальных уравнений равновесия теории оболочек с помощью метода расчленения 52
2.3. Арочно-консольная схема расчёта арочных и ароч-но-гравитационных плотин 67
2.4. Метод центральной консоли и вывод основных уравнений метода 8 у!
2.5. Преобразование дифференциальных уравнений равновесия теории тонких и средней толщины плит 91
2.6. Преобразование дифференциальных уравнений равновесия оболочек вращения с помощью метода расчленения 99
Ш. ЭТАПЫ РАСЧЁТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СОО
РУЖЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ 106
3.1. Перераспределение внешней нагрузки, действущей на арочно-гравитационную плотину методом центральной консоли 107
3.2. Способы перераспределения внешней нагрузки между элементами двух направлений для гравитационной плотины
3.3. Этапы комбинированного метода применительно к расчёту спиральной камеры высоконапорных ГЭС...
3.4. Постановка и решение двухмерных задач теории упругости, используемых на втором этапе комбинированного метода
ІV. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ
СООРУЖЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
4.1. Расчёт напряженно-деформированного состояния арочно-гравитационной плотины
4.2. Расчёт гравитационной плотины в узком каньоне с учётом ее пространственной работы 183
4.3. Расчёт спиральной камеры высоконапорной ГЭС с использованием комбинированного метода 200
4.4» Дополнительные вопросы, связанные с реализацией комбинированного метода 32
Литература 242
- Арочно-гравитационные плотины
- Перекрестно-стержневая модель арочных и гравитационных в узких каньонах плотин
- Перераспределение внешней нагрузки, действущей на арочно-гравитационную плотину методом центральной консоли
- Расчёт напряженно-деформированного состояния арочно-гравитационной плотины
Арочно-гравитационные плотины
Арочно-гравитационные плотины представляют собой пространственную конструкцию в виде толстого свода, передающего действующие нагрузки (в основном от гидростатического давления) не только на борта, как в чисто арочных плотинах, но и частично на основание (рис.1 Л) ,.
Развитие конструкции арочных и арочно-гравитационных плотин происходило в соответствии с общим прогрессом науки и техники: с усовершенствованием методов расчёта и вычислительной техники, накоплением большого опыта проектирования, строительства, исследовании плотин на моделях и в натуре, достижениями в области создания высокопрочных гидротехнических бетонов, укрепления оснований, совершенствования организации и технологии производства работ.
Выбор типа плотины зависит от целого ряда факторов, связанных с местными топографическими, геологическими, климатическими и другими условиями. При этом в качестве основного ставится условие обеспечения надежности конструкции и ее основания.
Арочно-гравитационные плотины как и арочные плотины, представляют собой сложные пространственные объекты для статических и динамических расчётов. Как правило, они имеют довольно сложную геометрию, срединная поверхность их, чаще всего, является не аналитической, то есть не выражается в виде определенной функции. Толщина плотины изменяется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Часто арочно-гравитационные плотины имеют изменение толщины и кривизны срединной поверхности вблизи зон примыкания к скальному основанию, то есть к бортам и дну ущелья. Сами природные условия, в которых возводятся арочно-гравитационные плотины, не
IS редко необыкновенно сложны: неправильная форма коньона, неоднородность физикочшханичееких свойств слагающих берега горных пород, наличие всевозможных трещин и т.д. Основание плотины, то есть скальный массив, может быть разделен крупными трещинами, которые могут быть заполнены материалом меньшей прочности и большей де-формативности, чем основная порода, или воооще незаполнены. Явления, имеющие место при твердении цемента, так же приводят к нарушению сплошности еще до приложения нагрузки. При приложении внешней нагрузки на сооружение могут появиться трещины, ориентированные перпендикулярно главным расстягивающим напряжениям, что и проводит к конструированию швов и надрезов, которые могут ононо-личиваться или оставаться неононоличными. Швы в процессе возведения и эксплуатации могут раскрываться или закрываться (если между их поверхностями существовал зазор), изменяя схему статической работы сооружения и его основания в целом.
class2 МЕТОДЫ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ
ПЕРЕКРЕСТЮ-СТВРШЕВЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ШДЕЛЕЙ ГИД
РОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ class2
Перекрестно-стержневая модель арочных и гравитационных в узких каньонах плотин
При статических расчётах арочных, арочно-гравитационных, гравитационных (как монолитных, так и со штрабленными межсекционными швами) плотин часто используется перекрестно-стержневая модель, схематизирующая пространственную конструкцию. Так расчёт арочных, арочно-гравитационных плотин осуществляется по схеме арок-консолей, расчёт гравитационных плотин - по аналогичной схеме балок-консолей.
В основе такой расчётной модели лежит представление арочной или гравитационной плотины в виде непрерывного множества вертикальных консолей, жестко или упруго защемленных в основание каньона, "лежащих" на упругом основании. Роль упругого основания играет непрерывное множество горизонтальных арок (для арочной плотины) или балок (для гравитационной плотины), так же защемленных в борта каньона.
Гидростатическая нагрузка, действующая на плотину, распределяется между системой консолей и системой горизонтальных арок (балок) из условия равенства перемещений консолей и арок (балок) во всех точках тела плотины. Решение задачи обычно дискретизирует-ся выбором нескольких расчётных консолей и арок (балок) и выполнением условия равенства перемещений в точках пересечения расчётных стержней. В общем задача решается методом сил, то есть за неизвестные принимаются усилия взаимодействия между расчётными консолями и арками (балками).
Перекрестно-стержневая модель таких сооружений как арочные и гравитационные плотины в узких каньонах зародилась в 30-х годах на основе инженерной интуиции и нашла широкое распространение в практике проектирования подобных сооружений. Первоначально эта модель применялась к расчёту сравнительно тонких арочных плотин в узких каньонах.
Рассмотрим основные положения метода. Плотина, представляющая собой пространственную конструкцию типа оболочки или плиты, мысленно рассекается горизонтальными плоскостями, отстающими друг от друга по вертикали на единицу длины. Тем самым образуется систегла арок, полностью заполняющая тело плотины. Система консолей выделяется из тела плотины плоскостями нормальными к срединной поверхности плотины и отстающими друг от друга вдоль оси верхней арки (гребня) на единицу длины, (рис.П. 2.1 и п. 2.2 ) Построенная стержневая система арок (балок) - консолей загружается нагрузкой с интенсивностью равной в соответствующих точках интенсивности внешней нагрузки, действующей на плотину. Принято, что стержни упруго заделаны в борта и дно каньона. Способ учёта упругой податливости опор, имитирующих скальное основание, см. [141
class3 ЭТАПЫ РАСЧЁТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СОО
РУЖЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ class3
Перераспределение внешней нагрузки, действущей на арочно-гравитационную плотину методом центральной консоли
Как было сказано (гл.П, 4) при расчёте арочно-гравитацион-ных плотин комбинированным методом, на первом этапе расчёта, для перераспределения внешней нагрузки между арками и консолями в арочно-консольной расчётной схеме, можно использовать метод центральной консоли. Этот метод является упрощенной модификацией OS полного метода арок-консолей и позволяет оперативно и с достаточной точностью определить расчётные нагрузки на арки и консоли, необходимые для второго этапа расчёта.
Основное допущение метода центральной консоли-предположение о постоянстве усилий взаимодействия между арками и консолями на одном уровне3 позволяет рассматривать только одну консоль (на оси симметрии) и определять усилия взаимодействия сращиванием перемещений этой консоли и ключевых сечений (на оси симметрии) всех арок.
Условия сращивания только радиальных перемещений (прогибов) было записано в виде дифференциального уравнения изогнутой оси балки на упругом основании (2.4). Это же условие может быть записано в интегральной форме в виде уравнения (3.1)
class4 ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ
СООРУЖЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ class4
Расчёт напряженно-деформированного состояния арочно-гравитационной плотины
Прежде всего рассмотрим результаты расчёта плотины неполного профиля, рис.4.5. На основании этих расчётов можно отметить следующее:
а) Наличие незамоноличенных швов в теле плотины приводит к существенному перераспределению напряжений по сравнению с картиной напряжений, которые имеют место при загружении плотины, полностью омоноличенной;
б) при сравнении монолитного варианта плотины (схема Па) и облабленного варианта Ша, при принятой схеме ослабления конструкции в схеме Ша арки оказались относительно более жесткими (по сравнению с ключевой консолью), чем в случае Па. Вследствие этого расчётная нагрузка на ослабленные арки оказалась больше чем на монолитные (в / 2 раза, рис.4.3,4,5). Относительное изменение напряжений в плотине (увеличение сжимающих напряжений), достигает местами (главным образом в сечении, ослабленных незамоноличенными швами) 2-4 раза в некоторых точках происходит изменение знака напряжений. Вместе с тем, абсолютные значения нормальных напряжений в расчётной схеме Ша не превышает 40 50 кг/см2 - сжатие, и 5 кг/см2 - растяжение.
Касательные напряжения в схеме Ша так же в отдельных местах больше чем в схеме Па в 1,5 2 раза.
Абсолютные значения касательных напряжений при этом достигают 10 4- 15 кг/сиг (у основания ключевой консоли 20 кг/см2).
Анализ НДС арок при построенной плотине до проектной отметки 232 м показывает следующее.
В расчётном случае Д = 1 в теле плотины действуют напряжения, допускаемые для бетона марок 250 300.
Похожие диссертации на Комбинированные методы статистических расчетов пространственных систем применительно к некоторым гидротехническим сооружениям
