автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние столбчатой разрезки на статическую работу бетонных гравитационных плотин

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙБШЕВА

На правах рукописи

ИБРАХИМ БАССАМ БАШИР

ВЛИЯНИЕ СТОЛБЧАТОЙ РАЗРЕЗКИ НА СТАТИЧЕСКУЮ РАБОТУ БЕТОННЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ПЛОТИН

. 06.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991 г.

\

Работа выполнена в Ыооковоком ордена Трудового Краоного Знамени шшвнерно-отроительном инотитуте им. В.В.Куйбышвва

Научный руководитель - доктор технических наук«

' профессор Орехов В.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

• профессор Шаблинский Г.Э.

- кандидат технических наук, доцент Каганов Г.М.

Ведущая организация : , - НИС Гидропроекта

. Запдата диосертации соотоитоя " 2, " 1991 г.

в " / чао* на заседании специализированного совета Д 053.11.04 при Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте, mi. .З.В.Куйбышева по адресу, Мооква, Спарта-ковокая ул., д, 2, ауд. 212.

С диооертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Bao принять учаотие в защите и направить Ваш отзыв по адреоу: 129337, Мооква, Яроолавокое шооое, дом 26, Ш им. В.В.Куйбышева, ученый оовет. ,

J3„

Автореферат разослан " " ' 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Н.Н.Аршеневокий

- I .1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Широков применение бетонных гравитационных плотин при строительстве высоконапорных гидроузлов в СССРСкак и в других странах мира) поставило проблему обеспечения их економичности и надежности с учетом сложных геологических и климатических условий. Во время строительства бетонных плотин и в дальнейшей при их эксплуатации бетон сооружений непрерывно , подвергается воздействию переынных температур^наружного воздуха, а также экзотермического процесса при твердении самого бетона. Экзотермический разогрев оказывает большое влияние на : термонапряженное состояние массивных бетонных сооружений и приводит к значительным растягивающим напряжениям. Когда растяги- . ЕР.щяе напряжения прввьшапт допустимые дяя бетона величины, в Сотокниг массивах образуются трещины. Для борьбы с втим явлением применяются различные технологические мероприятия, основным из которых является разрезка сооружений на блоки бетонирования.

В настоящее'время сирокоэ распространение аа рубежом и в СССР при строительстве высоких гравитационных плотин получила так называемая столбчатая система разрезки на блоки бетонирования, которая позволяет строить плотины из отдельных столбчатих массивов (столбов), с последующим омоноличиванием цементацией временных (межстолбчатнх) швов.

Организация в теле плотины вертикальных межстолбчатых пвов ослабляет монолитность сооружений, поэтому изучение влияния на статическую работу плотины прочностных м яесткостных показателей меястолбчатых пвов - паяная задача при проектировании бетонных гравитационных плотин.

Цель и задачи диссертационной работы: Целью данной диссертационной работы является исследований напряженно-деформированного состояния и устойчивости бетонных гравитационных плотин при различных прочностных и кесткоотиых характеристиках вертикальных кгзстолбчатых паов.

Для осуществления зтой целя поставлены следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований на моделях плотин при действии статических нагрузок експлуатационного периода, а также в предельном состоя™«. к

2. Выполнение расчетов с использованием метода конечных влемвн-

тов по определению напряженно-деформированного состояния» прочности и устойчивости сооружений.

3. Анализ влияния различных прочностных и жесткостных характеристик меистолбчатых швов на прочность и устойчивость бетонких гравитационных плотин' с использованием факторного анализа. .4. Проведение статических расчетов одной из глухих секций за-I проектированной высокой бетонной плотины.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими 'результатами:. •

1, Получены экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии и картины разрушения Моделей бетонной гравитационной плотины при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных межстолбчатых швов.

2. Определено налряженно-деформированное состолние секций бетонных гравитационных плотин методом конечных елементов при их различных профилях и при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных межстолбчатых швов, а также определи

. характер работы этих швов и контактного сечения "плотина-основание".

. 3. С использованием факторного анализа получены зависимости,

позволяющие оценить влияние прочностных и жесткостных характе-; ристик вертикальных межстолбчатых швов на статическую работу бетонных гравитационных плотин.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что в результате исследований получены номограммы для определения параметров, характеризующих условия статической работы бетонных гравитационных плотин о зависимости от сдвиговой прочности и жесткости вертикальных межстолбчатых швов.

Эти данные могут быть использованы для предварительного суждения о необходимой тщательности выполнения цементационных работ и отравления межстолбчатых швов с целью обеспечения прочности и устойчивости сооружения.

:. Объем работы: диссертация состоит из введения, пята глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы 304 стр., в том числе 137 стр. машинописного текста, 65 • стр. рисунков, . 18 таблиц, II стр. списка литературы из 98 наименований и 91 стр. приложения.

На защиту выносятся следующие вопросы:

- Оценка несущей способности бетонных гравитационных плотин при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных ыежстолбчатнх швов.

- Комплекс результатов исследований напряженно-деформированного' состояния и устойчивости бетонных гравитационных плотин при различных профилях сооружения, а также при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных межстолбчатых , швов. -

i

- Зависимости и графики, позволяющие оценить влияние прочностных и жесткостных характеристик вертикальных межстолбчатых швов на статическую работу бетонных гравитационных плотин.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении сформулированы актуальность, цель и задачи исследований, их научная новизна и практическая ценность.

В первой главе дается обзор работ, посвященных теоретическим и окспериментальным исследованиям напряженно-деформированного состояния и устойчивости бетонных гравитационных плотин с учетом швов бетонирования. , Излагаются требования к разрезке плотины на блоки бетонирования и развитие типов разрезки. В настоящее время для бетонирования высоких плотин используются два основных типа разрезки сооружений на блоки бетонирования: секционная и столбчатая. Наиболее распространенной и проверенной на практике явткется столбчатая система разрезки, которая может быть успешно приме-, нена практически во всех климатических условиях и для плотин любой высоты.

С использованием такой системы построены все самые высокие бетонные гравитационные плотины: Боулдер - 222 м, Гранд Кули -168 ы, Шаста - 184 и (США), Гранд Диксанс - 284 м (Швейцария), Окутадами - 157 ы (Япония) и большинство Сибирских плотин - Братская - 125 м, Усть-Илимская - 105 и. Красноярская -124 и и др.л

Приводится порядок омоноличивания гравитационных бетонных плотин цементацией строительных швов со столбчатой разрезкой.

Содержится анализ опубликованных результатов исследованийv напряженно-деформированного состояния! и несущей способности бе-

тонннх гравитационных плотин о системой швов, проведенных в ШСИ им. В.В.Куйбышева, в ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, в НИСе Гидролроекта им. С.Я.Жука, в МГМИ и т.д.

Анализ результатов показывает, что нарушение монолитное- , ти в виде ослабленных швов может привести:

- к ухудшению общего напряженно-деформированного состояния комплекса "плотина-основание";

- к снижению или полной потере несущей способности сооружения.

Во второй главе приведен краткий обаор статических модельных исследований бетонных плотин. Излагаются методика и техника проведения статических модельных исследований, в которых рассматриваются вопросы подобия, физико-механические свойства материала моделей плотин-, дается описание вкепериментального стенда, рассматривается моделирование нагрузок в виде собственного веса сооружения, гидростатического давления на напорную грань плотины, а также фильтрационного давления, действующего на подошву сооружения.

Выполненные в настоящей работе исследования проводились на упруго-хрупких моделях для бетонной Гравитационной плотины с вертикальной напорной гранью и заложением низовой грани 1:0,7. Высота Плотины составляла 90 м. Мосштаб моделей был принят равным 1:150 н.в.

На моделях, изготовленных из гипсовых растворов без за- . полнителя (соотношение Г:В > 1:1,1) воспроизводились ослабленные вертикальные межстолбчатые швы. Прочность вертикальных швов на растяжение равна нулю.

Экспериментальные исследования проводились на специально оборудованном стенде. Нагрузка от собственного веса сооружения воспроизводилась с помощью усилий от капроновых лесок-тяг, а гидростатическая - с помощью системы траверс и тяг, передающих давление через штампы на напорную грань сооружения. Нагрузки на моделях создавались гидравлическими домкратами и фиксировались манометрами.

В экспериментах замерялись перемещения точек модели инди-, наторамй часового типа с ценой деления 0,01 мм и относительные

деформации £х , £ц , См с помощью тенэодатчиков и елект-; рониого измерите л ястатических деформаций с ценой деления 2,6 10"6 единиц относительной деформации.

В исследованиях рассматривались следующие два варианта

"столбчатой" разрезки. Первый вариант в случае "гладких" швов i (модель 2. Второй,вариант в случае "шероховатых" швов (модель 3), Для сравнительной оценки полученных результатов проводились испытания монолитной модели (без воспроизводства межстолбчатых ивов, модель I). •.

Основные характеристики исследованных моделей (в пересчете на натуру) следуйте:

- Прочность материала тела плотины и основания на сжатие и растяжение соответственно RCM= 11,7 и Rp « 0,92 МПа; модуль деформации материала тела плотины и основания Е = 20000 Ша;

- йараиетры сдвиговой прочности вертикальных швов C/tqg? для модели 2 0,07 МПа/0»53 и для модели 3 0,88.\!Па/1,1 ;

- параметры сдвиговой прочности контактного сечения "плотина-основание" для всех моделей C/íq<p = 0,7 МПа/1,03.

В опытах изучение статической работы плотины состояло из двух этапов. На первой этапе изучалось напряженное состояние плотины при действии расчетных статических эксплуатационных наг-: рузок. На втором этапе модель доводилась до разрушения увеличением расчетной величины горизонтальной'сдвигагацэй нагрузки и при постоянной расчетной величине нагрузки от собственного веса сооружения. Предельная величина, сдвигающей нагрузки Тп(.гА устанавливалась для состояния, при котором наступала полная потеря несущей способности сооружения. Оно оценивалось коэффициентом устойчивости kT-=

Опыты в стадии разрушения позволили выявить, что организация в теле плотины вертикальных ые^столбчатых ивов приводит к понижении несущей способности сооружения, особенно в случае, когда ыеястолбчатые швы имевт низкие показатели сдвиговой прочности ( С в 0,07Ш1а, tg<р>* 0,53). В этом случае несущая способность сооружения оценивается коэффициентом перегрузки кт = 1,6. В случае "шероховатых" швов (С =0,68 Ша,;Ц<р= 1,10) картина разрушения модели близка к монолитному варианту, при этом полная потеря несущей способности сооружения наступила несколько ранее ( кт = 2,3), чем на монолитной модели, для которой UT = 2,5, рис. I.

Для сравнения результатов, полученных экспериментальным методом, были выполнены расчетные исследования с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Расчеты на ЭЕМ выполнялись по программе " CRACK иХ', включающей специальные контактные

Х ,^8иРимМавР13§уйбьшеваНа гидротехнических сооружений

- & -

is <u ч dl et о

Я

s ш

cS

о

элементы, моделирующие трещины и ослабленные швы. Сравнение ' результатов экспериментальных и теоретических исследований напряженно-деформированного, состояния и устойчивости сооружения показало их достаточно хорошее совпадение. В связи с этим в дальнейших исследованиях использовался расчетный метод, как . менее трудоемкий и детально, раскрывающий характер работы сооружения.

В третьей главе приведены методика, и результаты расчетов по ' определению напряженно-деформированного состояния и устойчивости бетонных гравитационных плотин при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных межстолбчатых пвов.

Расчеты проводились методом конечных элементов (МКЭ) по программе " CRACK V

Деформационные показатели контактных элементов задавались характеристиками k¿ и кй (касательная и нормальная жесткости элемента); воспроизводилось раскрытие швов ( д ), а также прочностные показатели швов - прочность на растяжение ( Rp ) и сдвиг ( С , tg (р ).

Напряженно-деформированное состояние и устойчивость сооружения исследовались при действии статических нагрузок основного сочетания - собственного веса сооружения, гидростатического давления на напорную грань плотины и фильтрационного давления на ее подошву. Фильтрационное и взвепивагщее давление воды принималось в соответствии со СНиП 2.06.06-85.

Расчеты проводились для бетонной гравитационной плотины высотой 90м при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных ыежстолбчатнх швов для профилей с заложением низовой грани 0,7; 0,75 и 0,8.

Расчетная схема системы "плотина-основание" представлялась сеткой конечных элементов, общзе количество которых составляло 304, из которых 260 представляли материал плотины и основания, а 44 моделировали контактные условия в иэястолбчатых пвах и на границе бетона со скальным основанием.

Основание принималось однородным о модулем упругости « 20000 МПа и с коэффициентом Пуассона » 0,20. Модуль упругоо-•ги бетона плотины принимался равным 20000 Ша, объемный вес бетона составлял 2,4 т/мэ, коэффициент Пуассона ^ç « 0,15.

Сдвиговые характеристики контактного сечения -плотина-основание" для различных расчетных профилей выбирались из условия

рбеспечения коэффициента устойчивости на сдвиг равного 1,5 (для профилей т2 = 0,7; 0,75; 0,8 принимались соответственно: С = 0,185; 0,170; 0,150 МПа и = 0,72; 0,68; 0,65).

Касательная и нормальная жесткости контактного сечения во всех расчетных схемах составляли соответственно Ks = 100 МИа/см; к* - 250 МПа/см. Характеристики вертикальных межстолбчатых швов расчетных схем приведены в таблице I. Коэффициент устойчивости по контактному сечению определялся по формуле

Цст • СП

где ТПр - предельное значение величины касательного напряжения на участке• U 1 ;

tg1 - действующее касательное напряжение на участке U^ .

Анализ полученных результатов расчетов свидетельствует о следующем.

Снижение прочностных и жесткостных показателей вертикальных межстолбчатых швов (некачественная цементация) приводит к существенной концентрации нормальных напряжений СУу , 6Х , а также касательных напряжений t*Xy в приконтактиых сечениях шга-, тины и основания. При этом для наиболее низких показателей этих швов наблюдается появление растягивающих напряжений и раскрытие контактного шва на участках под верховой гранью отдельных столбов плотины, увеличение сжимающих напряжений под низовой гранью отдельных столбов плотины до 5,87 Ша против максимальных напряжений 2,65Ша в монолитном варианте (см.рис. 2 и рис. 4), значительный рост горизонтальных смещений гребня плотины в сторону нижнего бьефа до 6,3 см против 1,51 см в монолитном варианте, нарушение сдвиговой прочности межстолбчатых швов к уменьшение коэффициента устойчивости сооружения на сдвиг по контактному сеченшэ до 1,284 против 1,Б0 для монолитного варианта. ■ Глубина раскрытия контактного шва "плотина-основание" от напорной грани составила 13 м против 4 ы для монолитного варианта '. (см, рис. 3 и рис. 5). :: ' Для наиболее высоких прочностных и жесткостных показателей этих швов (качественная цементация) результаты показали, что напряженно-деформированное состояние конструкции в этом случае, как по характеру распределения напряжений и пэремещэ-

Cxeua uoHOJiïiTiioro BapiiaHTa. HanpHseana (Lïïla) .

m as* CM àajs

fin i i i

•qjijss ¡3?f aûs ÙB D.»p

Ui-i-LL-L_L

JP^

W-5 VÎjju 0,34.1, !3 ¿5 tôîj" -ttî2-ft5<r

S.6S

o,v> às^jj,,, i" , _, ,,

wr«U i» «s^

ïïTJY

«uix An

№ „/35,0

PîiC. 2

«г 8

т.ч&щ

С1 §

а

а а

V

ОМ &

№ ■т

¿54. № ¡¿53

<Я0.

№ т

о$5

Схема монолитного варианта 0,7)

Характер работы контактной плоскости

Главные капряденая (Ша)

(

, «э 1

1 ' - зона раскрытия плосоксти ава; . сакпа - зона нарушения сдвиговой прсч-" кости а шве ( ^ ^ Т^ш?); — зона упругой работы шва С^^Ту^)

- Рис. 3

ли

"¡в § «32

гя

к

• § их

1 ем

о

§

X

ю а 442

в

а) ■ в»

• с_ у

■оя

ш

■ о,н

.01/

шз

Схема I. -

Характер работы вертикальных швов и контактной плоскости

Главные напряжения (Ша)

0

1

зона раскрытия плоскости шва; зона нарушения сдвиговой прочности в шве

зона упругой работы шва Рйс. 5

Ш9,

Схема 4. Напряжения (Ша)

яШ

аШ

Схеыа 4.

Характер работы вертикальных швов и контактной шгосоктси

Главные напряжения СЫПа) Ш

зона раскрытия плоскости шва; зона нарушения сдвиговой прочности, в шве Т>Т/0Л? ); зона упругой работы шва (4Хьр»3>)

Рис. 7

Таблица I

Характеристики вертикальных межстолбчатых швов расчетных схем

.' : I : 2 : 3 : 4 : 5 : б • 7 : 8 : 9 : 10 : II : 12 : 13 : 14 : 15

к5, МПа/см 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 . 50 50 50 50 50 к„.М0а/см 2,5 250 2,5 250 2,5 250 2,5 250 126 126 126 126 2,5 250 126

Д , см 0,2 0,05 0,2 0,05 0,2 0,05 0?2 0,05 0,125 0,125 0,125 0*125 0,2 0,05 0,125

С , ЫПа ОД 0,1 0,10,1 0,10,1x0,10,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Ъ)<р 0,5 0,5 1,0 1,0 0,5 0,5 1,0 1,0 0,75 0,75 0.,5 1,0 0,75 0,75 0,75

пий, так и по их величинам, практически полностью совпадают с напряженно-деформированным состоянием сооружения, полученным при расчете его по монолитному варианту (рис. 2 и рис. 6). Картина состояния контакта "плотина-основание" практически анало-»-гична состоянию контакта для монолитного варианта (рис. 3 и рис. 7).

В четвертой главе представлены методика и результаты исследо-; . ввний расчетных схем с использованием теории планирования окспе-римента. В настоящих исследованиях изучалось влияние трех факторов на напряженно-деформированное, состояние и устойчивость бетонных гравитационных плотин.

Расчеты проводились на ЭВМ по программе " СИДСК". Рассматривалась бетонная гравитационная плотина с вертикальной напорной гранью высотой 90 м под действием статических эксплуатационных нагрузок. Выбранные факторы и уровни их варьирования представлены в таблице 2.

Таблица 2

. ..^Факторы и уровни их варьирования

Факторы Обо- : зна- : чение: Уровни нижний:о сно вно й:верхний X —Г : Л =0 : X =+1 Интервал варьирования

Уклбн низовой

грани ( тг ) 0,7 0,75 0,8 0,05

Коэффициент тре-

ния ослабленных

вертикальных

швов ( <р ) ,Х2 0,5 0,75 1.0 0,25

Единичная нормаль-

ная жесткость

шовного элемента

к„ (МПа/см) 2,5 126,25 250 123,75

Реализован трехфакторныЯ план Бокса В5 , блиакий к ТЗ -оптимальному для квадратичной модели вида

У- Ь0 ♦ + М«4 М1*

+ Ь«м2+ ЗДХ»* 6г,Х2Х5+Ь„5Х,Х11Х3 ' (2)

В качестве функций отклика принимались (^-коэффициент запаса устойчивости на сдвиг то контакту; . У,- относительная общая длина раскрытия контактного шва; относительная общая длина контакта сооружения, находящаяся в предельной состоянии (по сдвигу и раскрытию); Уц- относительная глубина раскрытия контактного шва от на. порной грани;

У5- относительная глубина зоны растягивающих налряженийпо контакту от напорной грани;

максимальные главные сжимающие напряжения в приконтакт-ном-сечении.

Коэффициента уравнений регрессии вычисляются методом наименьших квадратов (ИНК). Матричное уравнение МНК записывается в виде:

Б- (ХТХ)М ХТУ (3)

где Б -.матрица-столбец коэффициентов;

• X - матрица-план эксперимента; !

Хт~ транспонированная матрица X ; . (ХТХ)Г< - матрица, обратная произведению ХТХ ; Я' - матрица-столбец значений функций отклика. После обработки полученных ревультатов, исключения на-еначащих коэффициентов и проверки условия адекватности по кри-' терию Фишера искомые функции отклика в натуральных величинах принимают вид:

У - 0.89 + £.44 X, + Ш4Хх + 4.5У1(Г4Х4- 0.66Х/ --11Ю-6х£ - е.24Х<Хг (4)

а4- 7.37 - 7.3вх1 -в.5£2Х1-1.5в-10-5Хв + 1.65Хх* +

У3- 6.42 - &40Х, - 4.25Хг+ 6.6-10-ьХ5 + 4.2 Ю'6Х^ + + 1.9бХ,Ха-в.бЮ-3Х1Хг2-6ХгХ5 4-0.021Х,Х1Ха (61

У4- 2.09 - 1.99Х4 - 2.09Х2 - 5.б-1(Г% + 0.56 х£ + + 1.5 Ю-6Х31 + 1.4Х1Х* . {7)

У5-.0.21 - 0.5вХ, + 7.6:1<Г6Х3 + 0.2 X* + 2.9Ю"7Х* -- 16Ю"4Х1Х3 (8)

У6« 47.14-47.22Х<-49.16Хг- 0.01&7Х3 + б.9х| +.. + 2.210"5Хз444.ввХ,Хг+ 0.015Х4Х5 (9)

Анализ уравнений регрессии, характеризующих статическую работу бетонных гравитационных плотин с наличием ослабленных межстолбчатых ивов, позволяет отметить следующее.

Наибольшее влияние на коэффициент запаса устойчивости плотины против сдвига по контакту с основанием оказывают параметра сдвиговой прочности вертикальных межстолбч&тнх ивов и уклон низовой грани. Тая, для профиля т » 0,7 при низких значениях .сдвиговой прочности и жесткости межстолбчатых швов (гладкие ивы я некачественная цементация) не обеспечивается нормативный коэффициент запаса; для профиле 0,75 и 0,80 в рассмотренном диапазоне прочностных и жесткостных параметров межстолбчатмх швов обеспечивается нормативный коэффициент запаса устойчивости на сдвиг.

Глубина зоны растягивающих напряжений по контакту "бетон-скала" зависит только от уклона низовой грани плотины и местности межстолбчатых швов. Условие прочности по допустимой зоне растяжения в контактном сечении выполняется для профиля 0,80 в рассмотренном диапазоне яесткостных характеристик межстолбчя-тых швов.

Для профиле 0,70 и 0,75 условие прочности выполнягтсл только при обеспечении высокой жесткости швов (качественная цементация).

Раскрытое контактного ива "бетон-скала" приводит к ухудшению условий статической работы плотины и уменьшению кооЭДици-

-16 т

внта запаса устойчивости на сдвиг вследствие потери сцепления бетона со скалой и возможности увеличения противодавления. Наиболее сильное влияние на относительную работу глубины раскрытия контакта оказывают уклон низовой грани и сдвиговая прочность . ыежстолбчатых швов. Меньшее - жесткостные параметры швов. Дня обеспечения монолитности контакта "бетон-скала"' необходимо стремиться к штаблению межстолбчатых швов и качественной цементации.

Уровень максимальных главных сжимающих напряжений в бетоне плотины с учетом пластической работы межстолбчатых швов и контакта "бетон-скала" дня профилей 0,60; 0,75; 0,70 не превышает соответственно 4,25; 5,5; 7,3 МПа. Условие прочности во всех точках профилей 0,80; 0,75; 0,70 соблюдается при укладке бетона класса не ниже Ы2.5

В пятой главе приводятся результаты исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости одной из глухих секций бетонной плотины Богучанской ГЭС*'. Исследования выполнялись расчетным путем с использованием МКЭ по программе " CRACK".

Верхняя зона основания, мощностью 10,0 к, моделировалась материалом с модулем деформации, равньы 6000 МПа, для нижней зоны модуль деформации пород составлял 15000МПа. Модуль упругости бетона плотины принимался равным 20000 Ша, объемный вес бетона составлял 2,4 т/и3.

Исследования выполнялись при действии основных статических нагрузок эксплуатационного периода. Было рассмотрено 5 расчетных схем конструкции секции, различающихся между собой прочностными и 'жесткоотними условиями в межстолбчатых швах: С ■ ■ 0.,01*1,0 МПа, tg <р * 0,6, kj »0,1+100 МПа/см, км «0,25 * 2*50 НПа/см, Д » 0,1*0,2. см, RP «0; на контакте бетона с основани ем: С - 0,12*0,15 МПа, tg<р « 0,6*0,75, ks « 10*100 МПа/см, kk » 25*250 ffila/см, Д ■ 0,1 см, fip «О,

Проведенные исследования покавали, что устойчивости.секции гравитационных плотин против сдвига по контактному сечению в существенной степени зависит от монолитности сооружения. Обс-. бое аначение качественное омоноличивакие вертикальные межстолбчатых швов приобретает для облегченных конструкций, как ёто имеет место в секции 23 бетонной гравитационной плотины Богу-чанского гидроуэла. При значительных ослабления межсюлбчатых

^Исследования выполнялись на кафедре гидротехнических сооруже-; : нкй МИСИ с участием автора. .. '

швов (некачественная цементация) в приконтактном шве между бетоном и основанием могут возникнуть условия, приводящие к потере устойчивости сооружения против сдвига.

Сравнение результатов расчетов секции бетонной гравитационной плотины Богучанского гидроузла с результатами, полученными на основании метода научного планирования эксперимента, показало достаточно хорошее их совпадение. Некоторое их различие как по характеру работы швов (величина и глубина раскрытия) так и по величинам главных напряжений, можно объяснить,по-види-мому, определенными различиями расчетных схем, принятых для секции 23 и для схем, по которым получены функции отклика изучаемых параметров, в частности, наличием в секции 23 ослаблений в виде шахт, галерей и помещений, а также более податливым основанием. .

ОБЩИЕ ВЫВОДИ. .

1. Результаты экспериментальных исследований на упруго-хрупких моделях, выполненные для профиля плотины Н = 90 м и fíl = 0,7,позволяют отметить, что организация в теле плотины вертикальных межстолбчатых швов приводит к понижению несущей способности сооружения, особенно в случае, когда межстолбчатне швы имеют низкие показатели сдвиговой прочности. В случае "шероховатых" швов картина разрушения модели близка.к монолитному варианту.

2. Сравнение результатов экспериментальных исследований и расчетов показывают, что разработанная на кафедре гидротехнических сооружений ШСИ программа " CRACK " позволяет полностью проследить характер статической работы сооружения при различных параметрах ослабленных швов. Это дает возможность при постановке широких исследований использовать расчетный метод с применением ЭВМ и отказаться от трудоемких экспериментальных исследований.

3. Выполненные численные расчеты позволили выявить характер статической работы плотинн в широком диапазоне параметров сооружения. Расчета показали, что в рассмотренном диапазоне параметров напряженно-деформированное состояние плотины от действия статических нагрузок эксплуатационного периода при достаточно высоких прочности!« и жесткосттгк характеристиках

межстолбчатых швов является удовлетворительным. Снижение прочностных и жесткостных показателей »тих швов (некачественная цементация) приводит к существенной концентрации напряжений в при-контактных сечениях плотины и основания. При этом для наиболее низких показателей межстолбчатых швов наблюдается появление растягивающих напряжений и раскрытие контактного шва (при К(>'=0) на участках под верховой гранью отдельных столбов плотины, увеличение сжимающих напряжений под низовой гранью отдельных столбов плотины, нарушение сдвиговой прочности межстолбчатых швов, значительный рост горизонтальных смещений гребня плотины в сторону нижнего бьефа и уменьшение коэффициента устойчивости сооружения.

4. Полученные в результате выполненных исследований зависимости и номограммы, характеризующие в рассмотренном диапазоне параметров условия статической работы бетонных гравитационных плотин при различных прочностных и жесткостных характеристиках вертикальных межстолбчатых швов (коэффициентаустойчивости сооружения против сдвига, оценки предельного состояния межстолбчатых и контактного швов, глубины раскрытия контактного шва от напорной грани, максимальных главных сжимающих напряжений и др.) могут быть использованы для инженерной оценки и выработки требований 'к качеству проведения цементационных раббт и штрабле-ниц межстолбчатых Мюв.

5. Изучение статической работы бетонных гравитационных плотин со столбчатой разрезкой в сложных геологических и климатических условиях представляет собой актуальную и в то же время чрезвычайно сложную задачу. В этой работе рассмотрены лишь некоторые аспекты данной проблемы. В качестве направления дальнейших исследований мбжно рекомендовать изучение влияния на статическую работу бетонных гравитационных плотин деформационных и прочностных характеристик оснований сооружений, поэтапности возведения плотин, температурных воздействий строительного и эксплуатационного периодов, а также влияние прочностных

и жесткостных характеристик контакта "бетон-скала".

Подписано в печать 6 ,03.91 Формат 60х841/16 Пе^.офс.

И-96 Объем I уч.-изд.л. Т.100 ЗаказВеашатно

Ротапринт МИСИ им,В.В.Куйбышеве