автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Анализ работы ячеистых конструкций гидросооружений на статические и температурные воздействия

Кб од

ЗБОРОВСХЛЯ МАРИНА ИЛЬИНИЧНА

на правах рукописи

АНАЛИЗ РАБОТЫ ЯЧЕИСТЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ на статические И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ.

специальность 05.23.0 7 - гидротехническое и мелиоративное строительство.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1995г

Работа выполнена на *аАедре Гидротехнических сооружений

Московского государственного университета природообустройства

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Каганов Г.М.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор Орехов В.Г.,

ст.н.с., кандидат технических наук Эленсон Г.З.

Ведущая организация - Инженерный-Центр "Союзводпроект"

Запита состоится 18 декабря 1995 года в/5"часов на заседании диссертационного Совета К 120.16.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук Московского государственного университета природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул.Прянишникова, д.19, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " " ноября 1995 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук ¡ff /Яа//У* И.М. Евдокимова

- л -

общая характеристика работы.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. 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) нап-ли применение в качестве облегченных бетонных плотин малых н средних напоров, экономичных подпорных и сопрягающих стенок, перемычек, регуляторов, стек шлюзов, в конструкциях ГЭС, в том числе наплавных ГЭС, ПЭС, НС, несущих конструкциях морских нефтегазовых сооружений - ледостойких стационарных платформ (ЛСП), в портовом гидротехническом строительстге :: др. .

Были выполнены проработки и для высоконапорных 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, внешнего трения, коэффициента Пуассона засыпки и соотноюения модулей 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 термонапряженного состояния (ТНС) с учетом влияния различных факторов для ячеистых 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 на 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 выявить наиболее опасные участки данной конструкции ;

- в работе предложены способы регулирования ТНС ячеистых плотин и подпорных стен! 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 и определены направления дальнейших исследований;

- путем расчетных исследований МКЭ в объемной упругой постановке определены влияния : а) днида, б) изменения угла внешнего трения засыпки ячейки 8, град.; в) коэффициента Пуассона засыпки; г) соотношения модулей упругости каркаса и засыпки и деформативности каркаса на давление засыпки на стенку при жестком основании, а также определено направление дальнейших исследований;

- по определенным модельными и расчетными исследованиями

тепловым и ТНС ячеистых плотин и подпорных стен с учетом различных факторов (размеров и 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 имеюяим-ся систематизированным данным - таблицам и графикам;

аналогичным образом может 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 воздействия;

- 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 днииа на нескальном основании;

- методика статических расчетов на ЭВМ, базирующаяся иа программе "СТАДИО" (A.M. Белостоцкого) давления засыпки в одиночной ячейке с днкием в упругой объемной постановке с воспроизведением трения по контакту засыпки и каркаса ячейки и результаты расчетов по учету влияния днища, внешнего трения эасыпхи, коэффициента Пуассона засыпки, соотнояения модулей упругости бетона и засыпки и деформативкости каркаса;

- результаты экспериментальных и расчетных исследований работы ячеистой подпорной стенки (плотины) на температурные воздействия »неиней 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 трециностойхость бе-

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-исследовательским работам, имеющих номер государственной регистрации.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, обеих выводов 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.

Работа выполнена в Лаборатории прочности кафедры Гидротехнических сооружений МГУП.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь, научное руководство и консультирование проф., д.т.н. Каганову Г.М. и доц.,к.т.н. Зиынюкову В.А., за предоставление программ и помощь в проведении расчетов к.т.н. Писареву Г.Н. и к.т.н., руководителю ИЦ "СТАДИО" Белостоцкому A.M. , сотрудникам кафедры и сотрудникам лаборатории прочности за внимание и помощь, оказанную при ее выполнении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.,В главе 1 излагается и анализируется современное состояние вопросов исследования, проектирования, строительства и эксплуатации ячеистых конструкций.

Дается общая характеристика построенных речных и морсхих гидротехнических сооружений с использованием ячеистых конструкций (монолитных, сборно-монолитных, сборных): плотин, подпорных стен, набережных, сопрягающих и регулирующих сооружений и др..

Согласно имеющимся данным, ячеистые конструкции ГТС работают нормально, без аварий.

Проанализирована проблема определения давления засыпки в ячейку базирующаяся на решении Х.Янсена (1895г.) и теории предельного равновесия сыпучих сред, которая берет свое начало от Ш.Кулона(1773) и У.Ренкина (1856г.), сочетая эти два подхода к решению задач.

Базирующаяся на выводе Х.Янсена теория давления засыпки в ячейке (рис. 2)

(-[«tgS*U»z)/F 6z • {¿i/(/*tgS*U/F)>*(l-e ) (1),

бх =}» 6j , <t = tgS»6x

где бг.бх,? - вертикальное, горизонтальное и касательное давления (напряжения) засыпки в ячейке, б - объемный вес засыпки в ячейке, tgo - коэффициент внешнего трения засыпки по стенкам ячейки, И, F - периметр и площадь поперечного сечения ячейки (рис.3а);(= 6x/6z - коэффициент бокового давления засыпки в ячейке, Н - глубина засыпки или расстояние от верха засыпки до расс-

матриваемого сечения ячейки, пытается учесть еще целый ряд факторов, приведенных на рис.4, каждый из которых в отдельности является сложной задачей, еще сегодня окончательно не разрешенной.

И причина этому то, что несмотря на свои более чем двухвековую историю, механика сыпучих тел находится в периоде интенсивного развития и еде не свободна от многих "белых пятен" и противоречий как в области основных положений, так и в практических лето дах расчета.

Целый ряд авторов: Е.М.Гутькр, А.М.Трухлов, Л.Б.Львик, Г,К. Клейн, Н.В.Сорокин, Л .М. Емельянов,P.M. Фильрозе, Ю.М. Кружалов, В.В.Алипов, В.П.Парков, B.U. Богданов, В.Т.Грани* и ряд других (в той числе зарубежных) разрабатывали поправки к формуле Х.Янсена, которые сейчас достаточно хорошо известны, но не применяются сов-иестно. ...

Имеются расхождения с зарубежными авторами (Biihara О.", Saad S. EX- Azazy и др.) в вопросе о влиянии днища на давление засыпки в ячейке, который наиболее полно у нас в стране был отражен в работах В.В.Алипова. Вместе с тем следует иметь в виду, что приведенные в работе указанных авторов ( Bishara G. и др.) давления засыпки в сялосе согласно различным методикам ( в том числе ККЭ) и стандартам ряда стран имеют расхождения по величине давления в два и более раз.

Для выявления влияния жесткого днища нами были проделаны расчеты МКЭ по программе "СТАДИО" А.М.Белостоикого, основные положения и результаты которых приводятся в главе 2.

Приводится обзор вопросов в области моделирования грунтов, нескалькых оснований и взаимодействуют* с ними конструкций и обзор работ по экспериментальным исследованиям ячеистых конструкций гидротехнических сооружений.

Анализ литературных источников по модельным исследованиям ячеистых конструкций позволяет сделать вывод о том, что проведенные различными авторами модельные исследования статической работы ячеистых конструкций выполнялись без использования методов теории подобия, Чаие всего модель рассматривалась как натура,- а ' поэтому исследования носили скорее качественный характер. Есть примеры частичного использования теории подобия при центррбежном моделировании.

Мы, хак наиболее современный и принципиальный, используем подход А.Г. Назарова, подробно изложенный в диссертации, где показано, что соотношения подобия должны быть одинаковы для каркаса ячейки, засыпки и основания при моделировании системы "каркас-засыпка-основание" хак для составного тела.

Приводятся результаты анализа экспериментальных исследований ячеи'сты* конструкций, активно начатых в-России в 1930-ие годы при внедрении в гидротехническое строительство плотин системы

- б -

А.М.Сенкова. В лабораторных, полевых, натурных условиях изучались давление засыпки на стенки каркаса, устойчивость плотин, их взаимодействие с основанием и пр.. В дальнейшем исследованиями и проектированием ячеистых конструкций ГТС занимался еще целый ряд авторов, в том числе Г.И. Покровский, И.С. Федоров, П.ф.Папкович, Н.М.Вятских, А.М.Латышенхов, Г.В.Ковалевский, М.Я.Алышев, А.Р.Бе-реэинский, Б.В.Орлов, В.X.Гольцман, Г.Э.Эленсон и другие.

В 1965-66 годах С.Н.Левачевым были проведены исследования устойчивости модели оболочки большого диаметра, в результате которых была полученд кинематическая картина работы системы "обо" лочка-засыпка-основание" и зафиксировано вхождение линий скольжения грунта основания при сдвиге ячейки в ее внутреннюю часть (рис.9). Результаты этих и других исследований послужили основой расчета оболочек на глубинный сдвиг по методу ломаных поверхностей скольжения и толчком к проведению наших исследований по устойчивости ячеистых плотин, так как до настоящего времени расчет устойчивости плотин и подпорных стен ячеистой конструкции производится согласно СНиП 2.02.02-85 по схемам плосхого, смешанного и глубинного сдвигов, которые не отражают всех особенностей работы ячеистых плотин.

Кратко описываются также методы расчетов ячеистых конструкций на статичесхие воздействия: элементарные и по методу вариаций В.З.Власова для монолитных плотин; методы Ю.В.Гоктаря и Ю.А.Ландау для сборных конструкций.

Известно применение ШСЭ для расчетов крупноячеистой ж/б селезащитной плотины на реке Б.Алмаатинка (Казахстан), а также в исследованиях по программе "СТАДИО" А.М.Белостоцкого статической работы ЛСП "Чайво-1".

Приведены также результаты наяих расчетных исследований МКЭ для горизонтального сечения ячеистой высоконапоркой плотины с учетом влияния набухания грунта засыпки на работу ячеистой конструкции, согласно результатам которого данное воздействие относится к основным нагрузкам и к тому же увеличивает растягивающие напряжения от совместного действия гидростатики и давления грунта.

Последний из рассмотренных в главе 1 вопросов посвящен учету температурных воздействий при расчетах ячеистых конструкций.

Термонапряженное состояние является существенным фактором, от которого в значительной степени зависит прочность и долговечность бетонных и железобетонных конструкций.

Однако на сегодняшний день практически отсутствуют данные натурных наблюдений и результаты расчетов термонапряженного сос -тояния ячеистых плотин.поэтому на стадии проектирования решающее значение приобретает обоснованное использование теоретических расчетов и лабораторных испытаний.

Согласно имеющимся данным, для бетонных сооружений толщиной менее 10м (плотин и подпорных стен) при расчете температурного режима необходимо учитывать и существенное влияние внутримесяч-ных колебаний температур воздуха, глубоко проникающих в конструкцию, наряду с колебаниями в годовом разрезе температур наружной среды.

По итогам рассмотрения современного состояния вопросов проектирования ячеистых конструкций гидротехнических сооружений сформулированы основные цели и задачи диссертационного исследования, и зложенкые ранее.

Во второй главе приводятся результаты расчетных и экспериментальных исследований работы ячеистых конструкций на статические воздействия.

^ Исследования объемного напряженного состояния одиночной ячейки МКЭ.

Нами в данной работе проводились статические расчеты в упругой объемной постановке МКЗ давления грунта засыпки в одиночной ячейке на жестком основании с учетом трения на контакте грунт-каркас по программе "СТАДИО" и модельные исследования в грунтовом лотке по качественной оценке работы системы "каркас-засыпка-основание" .моделирующие работу на сдвиг ячеистой плотины без днища на нескальном основании.

Исходя из возможностей комплекса программ "СТАДИО", разработанного к.т.н. A.M. Белостоцким. излагается методика расчетов одиночной ячейки, состоящей из бетонного каркаса и засыпки, опирающихся на жесткое основание ( рис. За,б).

Материалы оболочки-каркаса и грунта засыпки ячейки рассматриваются как упругие ( линейно деформируемые ) изотропные тела и моделируются с использованием изопарэметрических элементов (ИПКЭ) (рис.36).

Взаимодействие засыпки со стенками ячейки моделируется с помощью стержневых конечных элементов (СКЭ)(рис. 36). При этом совместность работы засыпки и каркаса на растяжение-сжатие в горизонтальной плоскости характеризуется параметром СКЭ: (E*F)/L, большая величина которого обеспечивает постоянство расстояния между засыпкой и каркасом, что, очевидно, соответствует натурным условиям. Заданием параметра СКЭ: (12xExI )/L3 моделируются а расчете силы трения по контакту каркас-засыпка при их работе на сдвиг относительно друг друга, т.е. (12хЕх1) /т! =tgS , где ¿-модуль упругости материала КЭ.МЛа; F - площадь поперечного сечения СКЭ, м2; L=0.0 5м-длина СКЭ; 1=1х=1у - момент инерции СКЭ; о -угол внешнего трения засыпки, град..

Ниже в таблице I приводятся данные по трем материалам, применяемым нами при расчете НДС ячейки.

При проведении расчетов использовалась КЭМ, представленная

на рис.36 с равномерной сеткой КЗ (aar 5м) (задача 1), а также КЭМ со сгущением сетки у верха и днища ячейхи (задача 2); в задаче 3 учитывалась площадь контакта каркаса и засыпки, приходящаяся на один стержень. В задаче 4 рассматривалось влияние коэффициента Пуассона на НДС системы "каркас-эасыпка", а в задаче 5 НДС системы определялось в зависимости от соотношения Еб/Ез.

Характеристики материалов КЭ.

Таблица 1.

Материал

Характеристики

E.МПа Й.МН/мЗ

Л

l.m

f,m2

Бетон каркаса

Засыпка ячеек (песок)

0.29x10- 0.28x10

0.024 0.018

0.15 0.235

<{ =0.307)

СКЭ

0.29x10 0.1x10"'

0.05 1.0

Приведены результаты и анализ расчетных исследований.

В результате расчетов для всех пяти расчетных задач было получено напряженное и деформированное состояние КЭМ на 1/4 часть ячейки, что допустимо вследствие симметрии нагрузки и конструкции.

ш (* •

В расчетах рассматривался диапазон 0<о<90, возможный только теоретически и соответствующий изменению I от 0.1*10 до 0.1»10: 1= (1в£»1.схэ)/ ( 12*Ескэ).

Результаты расчетов позволили сделать следующие основные выводы.-

При 5-0 град. ( например, £=0.1бград.), мы имеем, бг = б«Г, что соответствует давлению на абсолютно гладкую стенку и, на наш взгляд, свидетельствует о правильной постановке задачи в принципе.

В интервале 0-<£<15град. получены значения 6хи бу близкие к расчетным по формуле Х.Яисена (табл.1 приложения^),

При увеличении £ появляются иногда небольшие зоны растягивающих напряжений в верхней части засыпки, что является недостатком дайкой математической модели.

На рис.5 приведено сопоставление результатов расчетов согласно МКЭ (задача 3)/по Х.Янсену и В.Н. Богданову при &>30град,. НДС засыпки при расчетах МКЭ получено за счет деформирования упругих засыпки и каркаса, тогда как в методах Х.Янсена и В.Н.Богданова рассмотрено НДС засыпки без учета возможности ее бокового расширения. Отметим также, что методика Е.М. Гутьяра, учитывающая

согласно формулам теории упругости величину модуля упругости засыпки при невозможности ее бокового расширения, дает результат, совпадающий с решением Х.Янсена (отличие в 6z на 10Ж).

Для дальнейшего сопоставления результатов расчетов МКЭ с расчетными методиками, базирующимися на решении Х.Янсена, необходимо их рассмотрение при одинаковых граничных условиях и усовершенствованной математической модели грунта-засыпки ячеек на основе физических предпосылок.

Одно из последних решений (В.Т.Граника), базирующееся на методике Янсена, но учитывающее зависимость коэффициента бокового давления f от напряженного состояния сыпучего заполнителя, предполагает что в большей части засыпки напряжения согласно Х.Янсену завыпены за счет неточности в определении / .

При решении данной задачи МКЭ (рис.5) мы получили изменение коэффициента бокового давления по высоте засыпки, представленное на рис 7. Там *е пр^дстгзлены графики вертикального и горизонтального смещений боковой поверхности засыпки U =f(z). При этом график Uz = f (z) совпадает по характеру с аналогичной зависимостью для случая 1-го предельного состояния засыпки согласно В.В. Алипову. Этот случай соответствует увеличению давления засыпки у днища, что мы имели и при расчетах МКЭ-

Неравномерность распределения напряжений по горизонтальным сечениям в расчетах МКЭ для S-ЗОград., когда наблюдалось равномерное оседание заполнителя, составляет = 2тЗ%.

При изменении угла внешнего трения от 89.98град. до О.1бград.(задача 1 МКЭ), что возможно только теоретически, отмечено существенное изменение НДС засыпки: возрастание деформаций сопровождается ростом напряжений: б{ выросло с 0.05 МПа до 0.70 МПа, а бу с 0.015 МПа до 0.20 МПа.

Существенное влияние оказывает также изменение величины коэффициента Пуассона засыпки ( вследствие деформирования упругих материалов каркаса и засыпки): при возрастании ум от 0.05 до Ó.4 6z возрастает в "SZ.O раза, а бу в~5.Й'раз( рис. 6 а).

Отмечено также влияние соотношения модулей упругости каркаса и засыпки Еб/Ез ". увеличение модуля упругости Ез в 10 раз по отношению к исходному Ез = 28 МПа (таблица 1) вызывает увеличение сжимающих напряжений в = 1.85 раза, а бокового давления засыпки в = 1.5 раза(рис. 66).

Так как математическая модель позволяет быстро и в нужном диапазоне варьировать параметры, определяющие давление засыпки в ячейке, что дешевле и проще модельных исследований, то представляются интересными дальнейшие расчетные исследования МКЭ с развитием математической модели, критерием которых могут быть модельные исследования при соблюдении подобия и при наличии высококлассной измерительной аппаратуры.

Экспериментальные исследования модели ячеистой конструкции на сдвиг.

Приводятся данные по экспериментальным исследованиям на модели работы ячеистой конструкции без днида на нескальном (песчаном) основании на устойчивость, целью которых было изучение поведения ячеистой без днища плотины при соблюдении хрнтериев подобия в случае потери ею устойчивости на сдвиг яри увеличении сдвигающей силы с учетом уровня ее приложения и взаимодействия засыпки с основанием.

В работе дается описание методики моделирования системы "ячеистая конструкция - грунт основания" и приводятся данные по подбору модельных материалов.

Моделирование ячеистого сооружения в эксперименте осуществлялось на основе теории подобия согласно подходу А.Г. Назарова, описанному в главе 1. Для эксперимента была изготовлена модель " плотины высотой 50мм, что соответсвует масштабу 0^= 80 по отноие-нию с натурному сооружению (рис.8 ). Приводятся описания стенда и

модели, а также системы загрузки модели собственным весом, кото»

рсц была запроектирована на основе существующей методики - с помощью упругих элементов (лесок)(рис.8).

Сдвигающая сила прикладывалась к модели на 2-х уровнях: 25мм и 50мм (рис.10-12) и воспроизводилась с помощью 2-х домкратов.

При изготовлении каркаса из оргстекла мы имели соотнотение

Е*/Ек = 29000 /5250 «5.5, что соответствует масштабу моделирования с^=о£=5.5, которое должно было бы соблюдаться для грунта засыпки и основания.

В качестве материала засыпки и основания был принят песок с характеристиками бэ = 0.016 МН/м5, Еэ =28МПа, /=28.8 град., 3=20град.

Излагаются методика и результаты эксперимента по определении устойчивости на сдвиг ячеистого сдвигового штампа.

После приложения к модели ступенями собственного веса в и стабилизации ее состояния, сдвигающая сила прикладывалась также ступенями по 0.2Ррасч.с фиксированием происходящих изменений (индикаторы часового типа, прогибомер, фотосъемка).

Картина, аналогичная эафиксиров анной С.Н.Левачевым для оболочки большого диаметра (рис.9), была получена нами в опыте с песком без загрузки засыпки ячеек собственным весом при Р=Ррасч., приложенной на высоте 25мм от подошвы штампа (рис.10), где за Ррасч. принималась сдвигающая сила, равная весу модели, умноженному на 18 ТР.

Два последующих опыта I и II отличались между собой высотой приложения сдвигающей силы Р:25 и 50 мм соответственно; они проводились при загруженных собственным весом засыпке (песок) и каркасе.

- U -

В обоих последних опытах можно отметить практически совместную работу каркаса и засыпки, ио в опыте II вследствие большего момента силы Р относительно центра тяжести подошвы увеличиваются выпор и глубина деформации в основании (рис.11-12).

В этих опытах 1-ые смещения модели фиксируются при Р= 0.8Ррасч.. Для опыта II построена графики смещений модели (вертикального и горизонтального) в зависимости от сдвигающей силы.

Основные выводы по результатам исследований-на основе сопоставления их с расчетом по методике СНиП 2.02.02-85.

Рассмотрим более детально опыты I и II, в которых практически засыпка и каркас работали как единое целое, т.е. не происходило смещение засыпки вдоль стен каркаса. При учете геометрического масштаба o(t=80, мы имеем натурное сооружение с размерами: высота H =0.05*80=4.Ом,внутренний размер ячейки а=5.2м, что предполагает при данном соотношении Н/а =0.77 давление заситгн s ячейке по типу давления в бункере, т.е. не происходит развития предельного состояния на контакте каркас-засыпка.

Так как в опытах I и II визуально при Р=0.8Ррасч. уже было заметно искажение сетки, нанесенной для наблюдений за основанием штампов, то расчет устойчивости штампов производился нами по методике СНиЛ 2.02.02-85 по схемам глубиного и смешанного сдвигов.

При этом в обоих случаях при проверке на плоский сдвиг мы имели величину критерия N6 = 6maV(В*<5)>3 ■ где бтах - максимальное напряженке в основании штампа при Р=0.7Ррасч., В=23.3см -шириИа подошвы штампа, й =0 .О^Ш/мЗ-объемный вес основания штампа., т.е. в обоих случаях не выполняется критерий по устойчивости штампов на плоский сдвиг и необходима проверка на смешанный сдвиг, что совпадает с данными опытов I и II.

Рассчитывая наши сдвигающие штампы для опытов I и II при Р=0.7Ррасч. (при Р=0.8Ррасч. уже отмечен сдвиг), мы получили под . обоими штампами начало зоны пластических деформаций, составляющих для 1-го опыта В1 « 0.06В=1.4см, а для 11-го опыта В1=0.065*В=1.5см.

Таким образом, под частью В1 подошвы штампа основание перешло в пластическое состояние и X =Тпред.= б* tgi.

Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает развитие пластических деформаций в основании моделей и расширение зоны В1 в ширкну и по глубине.

Таким образом, можно сделать вывод, что для ячеистого штампа в опытах I и II, работающего по типу бункера, т.е. засыпка не имеет смещений относительно каркаса, работа на устойчивость ячеистого штампа хорошо согласуется с методикой СНиП, но не согласуется с критериями по плоскому сдвигу для натурного сооружения соответствующего ячеистому штампу, где N6<3. Такую ,же величину N6 мы получили бы при воспроизведении для модели собстванного веса

основания, что говорит, на нал взгляд, о необходимости моделирования веса основания при исследованиях устойчивости ячеистых конструкций.

С целые расширения представлений о качественной и количественной сторонах явления устойчивости ячеистых конструкций с учетом перечисленных факторов, необходимо изучение ячеистых итампов с Н/а>1.5т2,т.е. работавших по типу силосов, а также учет большего диапазона изменения моментов сдвигающей силы.

В третьей главе рассматривается влияние температурных воздействий на работу ячеистых конструкций ГТС путем модельных и расчетных исследований.

Модельные исследования ячеистой конструкции проводились на основе методики, разработанной к успешно используемой в лаборатории прочности МГУП, В ней описываются критерии подобия при модельных исследованиях ячеистых конструкций на температурные воздействия, в том числе , учитывающие совместную работу грунта засыпки и каркаса ячейки.

Для проведения расчетных исследований была выбрана программа МКЭ "КВАЗИС" Г.Н.Писарева, которая учитывает распределение температур наружной среды и определяет распределение внутренних температур и температурные напряжения с учетом наличия грунта засыпки в теле плотины.

Модельные исследования ТНС ячеистой конструкции.

В задачу модельных исследований входило определение теплового и термонапряженного состояния ячеистой конструкции от сезонных и декадных колебаний температур наружного воздуха, в том числе с учетом изменения геометрических характеристик ячеистого сооружения, изменения коэффициентов тепло и температуропроводности.

Приводятся методика моделирования и краткая характеристика модели фрагмента подпорной стенки ячеистого типа, которая была отлита в масштабе 1:80 из гипсопесчаного раствора состава гипс:песок:вода=1:0.5:1 (рис.13). Описываются условия эксперимента, стенд и измерительная аппаратура.

Здесь же представлены исходные данные по материалам ячеистой конструкции (бетон,песок) и температурным колебаниям наружного воздуха в виде квазистационарного годового (Аг= 25град., Тср.г.«1. 2град.). и декадного хода температур ( Ад= Юград.). наружного воздуха.

Описан подпор модельных материалов для модели как для составного тела "каркас-засыпка", в результате которого основным материалом моделирования засылки был принят песох, а для варьирования характеристик засыпки рис и пшено. .

Излагается техника проведения эксперимента, КИА, .методика обработки результатов измерений.

Тепловое и деформированное состояние модели получено при положении тепловой циклической нагрузки со стороны лицевой стенки.

С трех других сторон модель покрывалась теплоизоляцией (рис.13).

Как один из вариантов, аналогично тепловая нагрузка задавалась только со стороны низовой грани.

Суммарное термонапряженное состояние было получено с использованием метода суперпозиции.

В результате экспериментов было получено, что сезонные колебания температуры воздуха при наличии грунта засыпки влияйт главным образом на ячейку, примыкающую к лицевой стенке (амплитуда колебаний температуры на внутренней поверхности стенки на контакте с грунтом снижается на 26%), в меньшей степени это сказывается на второй ' от лицевой стенхи ячейке.(амплитуда на внутренней поверхности стенгн снижается на 75-775») .

При отсутствии грунта засыпки сезонные колебания температуры воздуха, отмечаются в двух первых (от. лицевой стенки) ячейках. Амплитуда колебания температуры на внутренней поверхности лицевой стенки снижается только на 12Ж , а на поверхности стенки, отделяющей первую ячейку от второй, на 66...75Х. Запаздывание максимальных значений температур снижается в целом на 0.7 месяца.

Декадные колебания температуры при наличии грунта засыпки влияют только на тепловое состояние ячейки, примыкающей к лицевой стеихе.

Таким образом , можно сделать вывод о том, что наиболее глубоко в ячеистую конструкцию проникают сезонные колебания температур наружного воздуха при отсутствии грунта засыпки (?15м). С другой стороны, наименьшим проникающим эффектом обладают декадные изменения температур при наличии грунта засыпки (глубина их проникновения ограничивается началом второй ячейки и не превышает 8м).

От сезонного изменения температур на лицевой стенке возникают максимальные растягивающие температурные напряжения, достигающие (0.5.. .0.63)*10S Па. Небольшие значения растягивающих напряжений зафиксированы у второй ( от лицевой стенки) ячейки, которые полностью затухают в стенке, отделяющей вторую ячейку от последней.

При термонапряженном состоянии ячеистой конструкции от декадного изменения температур на лицевой стенке максимальные растягивающие напряжения колеблются от 0.7 до 0.81*10®Па.

Рассматриваются тепловое и ТНС ячеистой подпорной стенки при варьировании параметров засыпки и геометрических размеров сооружения.

Коэффициенты тепло-'и температуропроводности засыпки ( "А" и "а") уменьшались в 2...Î раз по сравнению с характеристиками

кварцевого песка, что приводило к существенному затуханию температур уже в пределах 1-ой ячейки.

При варьировании геометрических параметров (увеличение ширины ячейки) в =4.1 раза от исходной (5.2м) получаем возрастание величины температурных растягивающих напряжений при сезонной воздействии температур. Как видно из приведенных графиков (рис.14 ) отмечается зависимость, близкая к линейной между величиной напряжений* размерами сооружения. Аналогично и для декадных колебаний температур.

Расчетные исследования по оценке влияния различных факторов на тепловое н ТНС подзорной стенгя ячеистого типа.

В задачу расчетных исследований входило определение теплового и ТНС ячеистой подпорной стенки (плотины ) для горизонтальных сечений 1-1 (рис.15) от сезоккых и декадных колебаний температур наружной среды с учетом влияния амплитуд колебаний, числа ячеек вдоль напорного фронта сооружения, изменения размеров ячеек с пропорциональным изменением толинны стен каркаса и без, изменения коэффициентов теплопроводности Я), линейного теплового расширения ¿(j засыпки, модуля упругости Е3 засыпки, влияния солнечной радиации, а также рассмотрение способов регулирования ТНС конструкции.

Расчеты проводились по программе ШСЭ "КВАЗИС", составленной Г.Н. Писаревым. В работе приводится краткое описание программы.

Принятые исходные данные расчетов МКЭ соответствует исходным данным в экспериментальной задаче. Граничные условия расчетов также близки к условиям эксперимента, но в отличие от эксперимента в расчетах увеличено число вариантов рассмотренных подпорных стен по числу ячеек вдоль напорного фронта (рис.15).

На рис.1ба приводятся эпюры распределения температур по сечению, проходящему по центру ячейки и перпендикулярному напорной грани.

Для более полной оценки характера работы сооружения совместно с грунтом засыпки построены картины перемещений стен каркаса под воздействием разности температур в январе и апреле месяцах, тепловое состояние в виде изотерм, температуры по боковой грани и т.д..

Упругий отпор засыпки влияет на термонапряженное состояние конструкции. На рис. 166 представлены эпюры продольных напряжений на лицевой стенке. В этом случае наибольшие значения растягиваю- . щих напряжений отмечаются в апреле величиной до 17.8*ю'па в зоне примыкания плоского фрагмента каркаса (контрфорса).

На боковой грани растягивающие максимальные напряжения составляют в апреле 38»ю'па.

Представлены данные по учету влияния амплитуд сезонных колебаний температур наружного воздуха .величина температуры в рассматриваемой точке прямо пропорциональна амплитуде и может быть

получена с применением коэффициентов пропорциональности, то есть с применением графиков, эпюр и таблиц, а также по влиянию числа ячеек вдоль напорного фронта сооружения : при уменьшении числа ячеек вдоль напорного фронта сооружения ( с 4-х до 1-ой) уменьшается жесткость конструкции, что выражается в снижении интенсивности растягивающих напряжений в конструкции (например по напорной грани с 0. 75* 105 Па до 0.23*10!Па).

Здесь же дается описание влияния изменения размеров квадратных ячеек с пропорциональным изменением и без толщины стенок каркаса по отношению к исходному варианту.

При этом отмечается, что напряженное состояние указанной конструкции существенно меняется (* на 25Ж) лишь в случае изменения размеров ячеистой конструкции(в 1.3 раза^от исходного варианта и пропорционального изменения толщины их стенок.

При оценке роли теплофизических и физикомехаиических характеристик грунта засыпки ячеек: . d). Ei. отмечено только существенное влияние коэффициента теплопроводности засыпки, сказывающееся на тепловом и ТНС конструкции. При возрастании в три раза отмечается снижение уровня напряжений на тахую же величину при сравнении с исходным ¿ариантом.

С использованием указанной программы приводятся результаты расчетов по влиянию солнечной радиации и дается оценка возможной погрешности (при ее неучете) в расчетах при определении теплового и ТНС состояния ячеистой конструкции. Например, для района г.Вологды величина погрешности в определении ТНС составила 25% в сторону возрастания величин температурных напряжений.

Далее приводятся результаты исследований по влиянию декадных колебаний температур наружного воздуха, при которых на напорной грани ячеистой конструкции отмечаются значительные величины растягивающих напряжений, существенно превышающие температурные напряжения, вызванные сезонными колебаниями температур.(при расчете напряжений на 1 град, величина декадных напряжений превышает аналогичные величины сезонных напряжений в 5.3 раза.)

В заключение данной главы рассматривается влияние вставок из низкомодульных материалов в стенках ячеистой конструкции на снижение уровня ее ТНС. Снижение жесткости секций обеспечивает уменьшение величин температурных напряжений. Уменьшение модуля упругости бетона с 2900Q МПа до 200.0 МПа для вставок из полимер-цементного бетона приводит к резкому снижению величин напряжений вставки (в некоторых случаях до 100%); для других участков это снижение меняется от 20 до 50%.

На данную конструкцию нами получено авторское свидетельство.

Представлено сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований, для подпорной стенки ячеистой конструкции, показывающее хорошее совпадение полученных данных.

Получено также удовлетворительное совпадение полученных результатов с результатами исследований, выполненных в ЦНИИС Минт-рансстроя для ячеистой подпорной стенки с учетом теплоты фазовых переходов воды в грунте при отрицательных температурах по величине и -характеру распределения температур и напряжений на верховой грани.

Глава 4 посвящена определении тепловых полей в ледостойкой стационарной платформе (ЛСП).

В задачу исследований входило определение тепловых '.нолей ячеистой ЛСП с учетом изменения - 4-х гармоник годового хода температур наружной среды: воздуха (Аг=25град., Тср.г.= -Зград.) и воды на глубинах до 10м (Аг=б.35град.), от 10 до 20м и свыше 20м, а также для декадного хода температур для сечений, проходящих по бетонным стенкам (вертикального и горизонтальных), цо ячеистой конструкции с засыпкой и без (горизонтальнее сечения).

Работа выполнялась в соответствии с договором с институтом КИПИ Ыорнефть для объекта "Чайво-1".-

Приводится описание новой ячеистой конструкции ЛСП (рис.17).

Исходные данные, заложенные в расчеты МКЭ по программе "Ква-эис", близки к использованным в главе 3.

Пригодятся методика расчетов и методика обработки результатов расчетных исследований.

Для учета объемного характера работы конструкции нами рассматривались в данной задаче два вида расчетных сечений : вертикальное по сплошной бетонной стене до оси конструкции (рис.17 ) и ряд горизонтальных сечений с учетом толщины радиальных и кольцевых переборок к наличием засыпки ячеек на различных отметках. Горизонтальные сечения рассчитывались,.как правило, по трем расчетным вариантам: 1) при незаполненных ячейках; 2) при ячейках с грунтом засыпки; 3) для сечении, проходящих по сплошным бетонным перекрытиям ЛСП. ...

Распределение температур, полученное по горизонтальным сечениям, позволило в полкой мере оценить тепловое состояние указанной конструкции ЛСП ячеистого типа, а.также сравнить их с данными, полученными для вертикального сечения ЛСП (рис.18 ).Это сравнение показало близкое совпадение величин температур в характерных точках для горизонтальных и вертикального сечений, проходящих по сплошным бетонным стенам и перекрытиям ЛСП (расхождение не прививает 105Е).

При переходе от горизонтального сечения,проходящего по сплошной бетонной плите к сечении, проходящему по хольцевым и радиальный переборгал с грунтом засипкк кли без грунта, расхождение в

результатах определения тепловых полей также находится в пределах 10S. Близость полученных результатов позволяет говорить об оценке в 1-ом приближении объемного характера распределения температур в

теле ЛСП.

Согласно данным исследований сезонные колебания температур 1 наружного воздуха оказывают значительное влияние на формирование теплового состояния верхней части платформы (<»'Ют28 м) с наиболее существенным влиянием в ее консольной части (рис.18).

Воздействие декадных колебаний температур (Ад=10 град.) на ЛСП ограничивается консольной ее частью и не распространяется далее глубины в 1 ячейку даже при отсутствии засыпки ячеек. Однако, необходимо отметить, что при дехадных колебаниях температур .большую роль играет вид расчетного сечения: при переходе от сечения, проходящего по сплошной бетонной плите к сечению по ячеистой части ЛСП с засыпкой и без уровень температур соответственно увеличивается в 1.4 и 1.84 раза. Воздействие декадных колебаний температур совс»м не наблюдается ниже отметки -2.0 м под водой.

Приведенные результаты указывают на необходимость учета как сезонных, так и декадных колебаний температур и того факта, что наличие больших перепадов температур между лицевой стенкой и примыкающими к ней переборками может привести к появлению значительных величин температурных напряжений.

Представленные в работе данные могут служить достаточным основанием для предварительной оценки теплового состояния ЛСП и, в дальнейшем, для определения его ТНС.

Общие выводы.

1. Ячеистые Конструкции (монолитные, сборно-монолитные, сборные) являются одной из рациональных и перспективных облегченных конструкций гидросооружений. Применение их позволяет примерно вдвое уменьшить обьем бетона по сравнению с массивными конструкциями, сократить трудоемкость, сроки возведения и стоимость сооружений .

Применение современных способов производства работ ( например, наплавного) и материалов ( например, полимерцементных бетонов) позволит сделать ячеистые сооружения более конкурентоспособными, особенно при конструировании их на основе современных модельных и расчетных исследований, которые должны способствовать тому , чтобы выявить резервы в работе данных конструкций, сочетающихся себе преимущества железобетонных и земляных сооружений-

2. Анализ литературных источников позволяет считать, что различные методы расчета, связанные с определением давления засыпки в ячейке, дают существенно различающиеся между собой результаты (до 100% и более), что связано с многофакторностью решаемой задачи, неучитываемой большинством авторов.

3. Принятая при расчетах МКЭ конечноэлементная обьемная модель одиночной квадратной ячейки, воспроизводящая каркас и засыпку в виде упругих изотропных тел с физико-механическими характеристиками; соответствующими железобетону и песку, а также воспро-

изводящая внешнее трение по контакту каркас-засыпка с помощью из-гибных характеристик стержневых конечных элементов (СКЭ), позволяет проанализировать НДС ячеистой конструкции в зависимости от многих факторов.

О правильной постановке задачи говорит тот факт, что, в частности, при расчетах засыпки с минимальным внешним трением, полученные результаты практически совпали ( отклонение 105S) с результатами Янсена и Кулона.

4. Расчетные исследования МКЭ при действии мгновенно приложенного собственного веса конструкции показали:

- уменьшение угла внешнего трения способствует росту напряжений 6z и 6у в засыпке, которые при этом растут прямо пропорционально увеличивающемуся относительному горизонтальному прогибу каркаса ячейки (6у в 2 раза при S от 15 до 0.16град.);

- НДС засыпки прямо пропорционально относительным деформациям каркаса, что говорит о существенном влиянии деформативности каркаса;

- во всех расчетных вариантах МКЭ получено максимальное давление засылхи у днища,при этом график вертикальных осадок засыпки по высоте Uz = f(z), совпадает по характеру с аналогичным графиком &.В.Алнпова,

- при углах внешнего трения 0<£í30 град., не выявлено влияние трения засыпки по днищу на величину ее бокового давления,

- с изменением коэффициента Пуассона засыпки от 0.05 до 0.4 уменьваются вертикальные осадки засыпки при возрастании ее горизонтальных деформаций и напряжений: вертикальное давление в = 2 раза, а боковое давление засыпки при этом в "= 9.8 раз,

- увеличение модуля упругости засыпки в 10 раз по отношению к исходному значению (Ез = 28 МПа до Ез = 280 МПа) вызывает увеличение сжимающих вертикальных напряжений 6z примерно в = 1.85 раза, а боковое давление засыпки увеличивается при этом в Í.5 раза .

5. Моделирование работы ячеистой конструкции при статических и температурных воздействиях должно осуществляться на основе теории подобия, соблюдаемой для системы "каркас - засыпка - основание" как для составного тела, то есть должны выполняться условия:

Ü каркаса = CÍ засыпки = Ó. основания, где d - масштаб подобия какой либо из моделируемых величин.

Результаты модельных исследований по сдвигу ячеистого штампа показали зависимость результатов модельных исследований от выполнения требований теории подобия: получены разные хартины кинематики сдвига ячеистого штампа при воспроизведении и без воспроизведения собственного веса грунта засыпки и влияние отсутствия моделирования собственного веса основания.

6. Картина, аналогичная полученной С.Н.Левачевым, показываю-

щая вхождение линий скольжения внутрь ячейки, получена нами при отсутствии моделирования собственного веса засыпки ячеек.

7. Модельные исследования сдвига ячеистого штампа при соблюдении требований теории подобия показали , что при принятых размерах и масштабах модели система "каркас-засыпка" работает как единое целое, то есть без смещения засыпки ячеек относительно стен каркаса при каждом из двух рассмотренных уровней приложения к модели сдвигающей силы: на середине высоты штампа и у верхнего края атампа (опыты I и IX соответственно),

Результаты опытов I и II хорово согласуются с расчетом по СНиП"2.02.02-85 ( смешанный сдвиг при Р=0.8Ррасч.), но не согласуются с критериями по плоскому сдвигу для натурного сооружения, соответствующего ячеистому итампу, где N¿<3. Такую хе величину N<5 иы получили бы при воспроизведении собственного веса основания, что говорят о необходимости учета этого фактора.

В данных исследогаяк.12 гыяэлено существенного влияния высоты приложения сдвигающей силы, что говорит о необходимости увеличения диапазона изменения высоты приложения этой силы.

8. Важным фактором, определяющим работу ячеистых плотик и подпорных стен, являются температурные воздействия и вызванные ими напряжения и деформации конструкции.

Анализ теплового и ТНС ячеистой подпорной стенхи на основе модельных и расчетных исследований МКЭ показал, что учет сезонных колебаний температур необходим, так как при определенных условиях вызывает напряжения до 3.8Шд, что сопоставимо, а зачастую превосходит статическое напряженное состояние (в 1.5-2 раза).

При воздействии декадных колебаний температур отмечаются значительные величины растягивающих напряжений на верховой грани подпорной стенки ( превосходящие величины напряжений от сезонных колебаний температур в 4.2 раза). Для боковой грани напряжения от декадных колебаний температур в 2.7 раза ниже уровня сезонных напряжений.

9. Решающую роль при определении термонапряженного состояния играет жесткость секции ячеистой конструкции, зависящая от числа ячеек вдоль напорного фронта сооружения, соотношений размеров ячеек и толщины их стен. При изменении числа ячеек вдоль напорного фронта сооружения с 4-х до 1-ой уровень максимальных напряжений снижается в 5 раз по боковой грани и более чем в 10 раз по напорной стенке.

Изменение размеров квадратных ячеек с пропорциональным изменением толщины стенок приводит к соответствующему изменению в их тепловом и ТНС состоянии.Увеличение размеров ячеек и толщины стен с 5.2м и 0.7м до б.8м и 0.9м соответственно приводит к повывению уровня напряжений в 1.3 раза.

¡0. Применение в качестве засыпки грунтов с различными зна-

чениями коэффициента теплопроводности, в первую очередь сказывается на тепловой режиме грунтового массива (меняются значения амплитуд температур и степень их затухания по глубине конструкции) . В меньшей степени это влияет на тепловое состояние бетонного каркаса, хотя полученные при этом величины продольных напряжений изменяются значительно: при увеличении величины грунта в 3 раза, уровень наряжений по боковой грани возрастает в 3 раза, а по напорной в 1.4 раза.

11. При расчетах теплового и ТИС состояния ячеистых сооружений, работавших совместно с грунтом засыпки, необходимо учитывать влияние солнечной радиации. Неучет последней приводит к существенной погрешности при определении напряжений и температур, возникающих в конструкции: для района г. Вологды, увеличение продольных-напряжений достигает 20%. 5

12. В принятых в работе диапазонах изменения модуля упругости засыпки от 10 до 100 МПа и коэффициента линейного теплового расширения грунта засыпки от ¡»10 до 1*10 1/град., картина термонапряженного состояния сооружения практически не меняется.

13. Регулирование ТНС сооружения ячеистой конструкции вос-можно путем изменения как геометрических характеристик сооружения, так и путем изменения теплофизических характеристик грунта засыпки.

Этой хе цели можно достигнуть использованием вставок из низкомодульных материалов в местах концентрации напряжений - узлах пересечения продольных и поперечных стен по боковой и напорной граням ячеистой конструкции. Так при уменьшении Е бетона с 29000 МПа до 200 Мпа уровень напряжений в местах вставок падает практически до куля.

14. Построенные для амплитуды А = 1'град Г эпюры и графики распределения температур и напряжений позволяют предварительно оценивать тепловое и ТНС состояние ячеистых конструкций путем пересчета на любую заданную амплитуду колебаний температур наружной среды.

- 12. Хорошее совпадение тепловых полей и напряжений, определенных экспериментальным и расчетным путем,свидетельствует об удовлетворительной точности обоих методов.

16. Анализ'распределения тепловых полей в ячеистой конструкции ледостойкой стационарной платформы (ЛСП) показывает, что при годовом и декадном ходе температур наружного воздуха наиболее существенное их влияние ощущается в ее консольной части, а затухание колебаний годовых температур происходит лишь внутри средней части сооружения (в "стакане"), тогда как декадные температуры затухают в пределах 1-ой ячейки от напорной грани. При этом колебания температур в конструкции пропорциональны величине амплитуды колебаний температур наружной среды.

Для регулирования теплового и. термонапряженного состояния ЛСП возможно использование любого из перечисленных вьше методов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1) Зборовская М.И., Архипова Е.К., Троицкая Н.П. "Исследование влияния набухания глинистого грунта-заполнителя ячеек на напряженно-деформированное состояние ячеистой плотины на скальном основании. //Совместная работа грунтовых оснований и засыпок с конструкциями гидротехнических сооружений. //Сб.научных трудов. -М..-МГМИ, 1985г., стр. 146-153.

2) Каганов Г.М., Зимников В.А., Зборовская М.И., Троицкая Н.П. Определение теплового состояния ячеистой конструкция от сезонного изменения температур. //Натурные и лабораторные исследования гидротехнических сооружений. //Сб.научных трудов. - М. : МГМИ, 1987г., стр.69-76.

3) Кчганоз Г.;.!., Зимнюков В.А., Зборовская М.И. , Троицкая Н.П. К вопросу оценки работы ячеистой конструкции при варьировании теплофизнческих характеристик грунта засыпки. //Исследование гидротехнических сооружений и водохозяйственных комплексов.//

Сб.Научных трудов. - М.:МГМИ, 1988, стр.48-64.

4) Зборовская М.И., Зимнюков В.А., Каганов Г.М.,Писарев Г.Н., Розанов Н.П. Результаты определения теплового и термонапряженного состояния ячеистой конструкции с использованием экспериментального и расчетного методов. //Прочность и температурная трещиностойкость бетонных гидротехнических сооружений при температурных воздействиях "ПТТС-88".// Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. - Л.:Энергоатомиздат, 1989г., стр.106-112.

5) Розанов Н.П., Каганов Г.М., Зимнюков В.А., Писарев Г.Н., Зборовская М.И. К расчету ячеистых конструкций гидротехнических сооружений на температурные воздействия. //Исследование гидротехнических сооружений, их аварий и реконструкция.//Сб.научи. трудов. - М.: МГМИ, 1990г., стр.5-11.

6) Зборовская М.И.,Зимнюков В.А., Каганов Г.М., Писарев Г.Н. Анализ влияния отдельных факторов на термонапряженное состояние ячеистых плотин. //Сб.научн.трудов. - М.: МГМИ, 1991г., Стр.117122.

7) Каганов Г.М., Зимнюков В.А., Зборовсхая М.И., Писарев Г.Н. Гидротехническое сооружение ячеистой конструкции. - A.c. SU N 1749538 AI, кл.Е 02 В 7/00 1992 год. Бюллетень изобретений N27.

8) Каганов Г.М., Зимнюков В.А., Зборовская М.И., Писарев Г.Н. Исследование распределения температурных полей в железобетонных элементах ледостойкой платформы. ^/Освоение шельфа арктических морей России. Первая международная конференция. Тезисы _ докладов. - Санкт-Петербургский ГТУ, 1993г., стр.172-173.

9) Каганов Г.М., Зимнюков В.А., Зборовская М.И., Писарев Г.Н. Анализ влияния отдельных факторов на тепловое состояние ячеистой железобетонной ледостойкой платформы. //Освоение шельфа арктических морей России. Вторая международная конференция. Тезисы докладов.- Санкт-Петербургский ГТУ, 1995г., стр.236-237.

Прилежание

с;лам-a/y ese ¿

MfJ ¡/ m çj&puyje J. Я vef,ver /три /-ßJ&F и f -/X tí O ¡tf çcagr.

Y/no ^ A'JM сео/л^етуъ^угл?

u й/'/d'" (3q.!?crvcr

yxzp Решаемая ladava

Л мла да 6* <sv

tfSS 0.23â o.o'z 0.2S4 0.07Ï

ГЗЛ* 0.203 aas 0.3V Д ///

£ олгз ass/ Û.SJP Û.JSâ

ГЗЛ/ O.W o./ss o.sas û.ff

0./S X.ífxcev ■ as3s ü:/ä4> 0.7/Г

/ГЗМ as3 0./Î ass аг/s

raff 3 O-f-2 -Z ~8 4 a ^-i-2-l-r-i-t 1

Рис. S. Закуп/ (ер/пи/са/глА/е/^ Si a rvpo30M?)0.¿&M/¿ 6¡, jacn/axij б aveose v cme#*v à /7yto<yrocmu jr» o rouc, 3 ¡ /7pv ccrcvesTic/s.

--МЛЗ ¿o лоагра/нме 'Oma¿so" ¿аистом/па / 3aâova 5

лри о/ncymcmóvt/ jc-irp¿i7sre*a2 лес^а â еснобонио; X„j '0.*o?*fO~s brr?o cocmâemcsnât/rsT? гР-зо'/¡0.307.

----- ко ipû/s^ysre / » o. jo?, so\

——■— па s. tf.SerábHoócr fío. ¿o? e> -jo?

ßuc. 6 /jocttpiJx-i/ XO

7TyacW& -j (oJ ¿/ coo/n/socve-

ния уу7/аь/,"сс.п7су л-аг/олгсуссу СУ

засй//7#сг ¿tf/fj {¿У "А?

S aveú/re /7fiu />crcve/77C/x

tí»; ftM-л*^1* ,

- -<zs"í>'

Рис. 2 Графили âe&noiccysà -

Hó/X C/j a ГОрйЗО//Л7СГ40//0/Х Oy

áe<pOyOM&q¿/¿> а /рофс/г о/ямо-шеноя /» 6¡,y<s¿ для cfb/re&xs

noâe/jjs/oc/77V 3CrCá//7W S

■pvêà/ce {woc/rocré УчР^рг/с ~ ■ J ,»,„.■ fiz-cve/r? >УХЭ. ¿аде/ус/ 3

с ~ a 30 ?*/o~?/77 «f^ JO^z&c ,cí-- 23c ~ f*0.307

Лршсм-et/oe 4.

f/fiù/sicM S.

« ^ ¿-г«

¡'fÎTTI.

Tu)

fue ¿3, Cum tacnttnixut *eiuu I cvi«it

ЧЛ МАМ«*; (ММУК9Ц£в1С9<и

-— агишшщщ; aayuuj;

• ÍS-W4U fplípufawir, ©-C&WW kMMO

ввц*m ма f « 3м.

Римрм 9иы ( м.

Ас /4 Грорихи маю/масти f¿wvt/M /n«&tefxjtnyfl#&x ¿ал&ж&я.v //a ^e/</ââffù tv&pxMftmtf xvHCftflsnctfvu art vsveuAftcr ja&r&vS

¡/Zfûu e:je»#z+ /п^аертяпр^yxxojp /ая&гя Jr./лу

Ъ~~<> ~-âamt/UKjt\ A tirs*,o<re*9 n*

4---4 - tffc-rrfÄKV/} nJOCAVCmu-

о---с - ?a/r*OAWJf\ é) j ^/nu.'tû/tfiMÇi/ /шvronf.

»

9

и в*

Ммм. f. KD

/юп^ряяек/о /то юлорлюо /рхтл<s d*9 /^л»«*?

/7/>шо»гемi/e P.