Рациональные параметры бетонных плотин составного профиля на скальном основании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Абдуллаев, Абдугафар Сатторович

• Абдуллаев, Абдугафар Сатторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абдуллаев, Абдугафар Сатторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАССМАТРИВАЕМОГО ВОПРОСА.

1.1. Выводы.

2. НОРМАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЯХ БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ СОСТАВНОГО ПРОФИЛЯ

НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ.

2.1 Расчетная схема

2.2. Расчетные нагрузки и воздействия.

2.2.1. Собственный вес.

2.2.2 Силовое воздействие воды.

2.2.2.1. Давление воды на верховую грань плотины.

2.2.2.2. Давление воды на плотину со стороны нижнего бьефа

2.2.2.3. Противодавление.

2.3. Геометрические характеристики расчетного приведенного сечения.

2.4. Нормальные вертикальные напряжения в горизонтальных сечениях плотины составного профиля.

2.5. Примеры расчета.

2.5.1. Массивная контрфорсная плотина.

2.5.2. Массивная гравитационная плотина.

2.6. Выводы.

3. ЭКОНОМИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛОТИНЫ ИЗ СОСТАВНОГО БЕТОНА ПО УСЛОВИЯМ ПРОЧНОСТИ И 47 УСТОЙЧИВОСТИ.

3.1. Основные положения.

3.2. Ширина плотины по условию отсутствия растягивающих напряжений.

3.3. Ширина плотины по условию устойчивости против сдвига

3.4. Ширина плотины из условия одновременного выполне- 62 ния условий прочности и устойчивости.

3.5. Параметры экономичного профиля.

3.6. Оптимизация внутреннего строения профиля плотины.

3.6.1. Рациональная ширина верховой зоны.

3.6.2. Оптимальная ширина низовой зоны.

1). Массивная гравитационная плотина.

2). Массивная контрфорсная плотина без низового оголовка.

3). Массивная контрфорсная плотина с низовым и верховым оголовками одной ширины.

3.6.3. Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ 87 ПРОФИЛЯ ПЛОТИНЫ.

4.1. Влияние разницы плотности бетона.

4.2. Влияние изменения толщины низового оголовка на ширину плотины по основанию.

4.3. Влияние изменения толщины контрфорса по высоте на 90 ширину плотины по основанию.

4.3.1. Постоянная толщина контрфорса

4.3.2. Переменная толщина контрфорса

4.4. Влияние разницы плотности бетона на ширину плотины по основанию.

4.4.1. Влияние глубины воды в нижнем бьефе.

4.4.2. Ширина плотины из условия ст^>0 ЮО

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рациональные параметры бетонных плотин составного профиля на скальном основании»

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. При проектировании бетонных гравитационных плотин, особенно на предварительной стадии проектировании, возникает необходимость назначать их параметры, главными из которых являются ширина плотины по основанию и заложение граней. Для плотин, профиль которых представлен однородным материалом, существуют некоторые рекомендации по выбору таких параметров. Для плотин, профиль которых составлен бетонами различных классов, обладающих различными физико-механическими свойствами (к таковым можно отнести массивные плотины с зональным распределением бетона, массивные контрфорсные плотины, у которых оголовки и контрфорсы выполнены из различных бетонов, плотины, выполненные с применением укатанного бетона, и т. п.), подобные рекомендации в общем случае практически отсутствуют.

В то же время сегодня все в большем масштабе в гидротехническом строительстве усматривается тенденция к проектированию и возведению плотин, профили которых составлены из бетонов с различными прочностными характеристиками, при этом в средней зоне модуль упругости бетона, как правило, меньше, чем в наружных зонах.

Поэтому являются актуальными задачи по разработке методики статического расчета таких плотин и рекомендаций по выбору их рациональных параметров.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Разработка методики статического расчета массивных гравитационных плотин составного профиля и рекомендаций по выбору их рациональных параметров. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• Выбор расчетной схемы и определение расчетных нагрузок и воздействий.

• Определение напряжений в горизонтальных сечениях плотины, в том числе на горизонтальном контакте со скальном основанием.

• Определение экономичных параметров гравитационных плотин составного профиля, удовлетворяющих одновременно условиям прочности и устойчивости против сдвига.

• Анализ влияния различных факторов на основные параметры гравитационных плотин составного профиля

• Рекомендации по назначению рациональных параметров гравитационных плотин составного профиля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Дано решение для определения наклона верховой грани и минимальной ширины гравитационной плотины по скальному основанию из условия отсутствия растягивающих напряжений у верховой грани и обеспечения ее устойчивости против сдвига. Даны рекомендации по выбору рациональных параметров гравитационных плотин составного профиля ( из разномодульных бетонов ). Разработана программа CONCRDAM на языке BORLAND С".

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Результаты проведенных исследований предназначены для использования в проектных организациях. Они дают возможность определять рациональные параметры гравитационных плотин на предварительной стадии проектирования по заданным исходным материалам без вариантного рассмотрения расчетных профилей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры "Гидротехнические сооружения" инженерно-строительного факультета и на научных конференциях СПбГПУ.

ПУБЛИКАЦИЯ. По материалам диссертации опубликованы шесть печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 114 стр. машинописного текста, включает 57 рисунков, 11 таблиц и список литературы, содержащий 82 наименований, из них - 20 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Абдуллаев, Абдугафар Сатторович

выводы и рекомендации:

1. Получено полное решение определения напряжений в горизонтальном сечении на контакте плотины с основанием как для массивных гравитационных плотин составного профиля, так и для контрфорсных плотин, как с постоянной, так и с переменной толщиной и шириной контрфорса по высоте, состоящих из трех частей - внутренней и двух наружных, различающихся в общем случае как толщиной (Д так и физико-механическими характеристиками слагающих их материалов - модулями упругости {Ех и удельными весами (ух ^ у2 ^ у3).

2. Получено, что для массивно контрфорсных плотин составного профиля определяющим параметром является экономичный наклон верховой грани, удовлетворяющий условию прочности в предельном состоянии.

Найден наклон верховой грани п1, отвечающий условию устойчивости и условию прочности в предельном состоянии. При окончательном выборе параметров плотин сопоставляется пж с п1. В случае п1 < пэк, определяющим параметром профиля плотины является условие прочности в предельном состоянии, а условие устойчивости выполняется с избытком. В случае п1 > пж, определяющим параметром профиля плотины является одновременное выполнение условия устойчивости и условия прочности в предельном состоянии. Таким образом, выбранные параметры являются рациональными, удовлетворяющими условиям устойчивости и прочности.

3. Включение низового оголовка с модулем упругости большим, чем у верхового оголовка, с толщиной, равной толщине верхового оголовка и с шириной к2 =0,05-5-0,1 благоприятно влияет на ширину плотины по основанию. Ширина плотины уменьшается, объем бетона при к2= 0 и к2 =0,05-^-0,1 фактически не меняется. Ширина плотины при к2 = 0 больше, чем ширина плотины при к2 = 0,1. Это характерно для всех значений модулей упругости низовой зоны Е2 больших, чем у верхового оголовка.

4. Рекомендуется толщину контрфорса принять минимальной и равной D3 =(0,3-i-0,5) D,, так как увеличение толщины контрфорса увеличивает объем бетона плотины, а также, учитывая определенные технологические неудобства при возведении контрфорсных плотин, толщину контрфорса принять по всей высоте постоянной.

5. Разработана программа CONCRDAM на языке Borland С"14" для подсчета рациональных параметров массивно-гравитационных и массивно-контрфорсных плотин составного профиля, соответствующих двум основным критериям. Первый - условие отсутствия растягивающих напряжений у верховой грани, т. е. ауА = 0 (условие прочности) на контакте плотины с основанием и второй - условие устойчивости плотин против сдвига по горизонтальному контактному сечению.

6. На основе одновременного удовлетворения условиям прочности и устойчивости в предельном состоянии получены зависимости для определения экономичных параметров плотины из составного бетона, анализ которых позволил определить область « слабой » скалы, когда экономичным параметрам отвечает профиль наклоненной в сторону нижнего бьефа напорной грани п, >пЭК, и область « прочной » скалы, когда экономичные параметры определяются условием прочности, а условие устойчивости приобретает некоторый запас.

7. Выполнены исследования по оптимизации профиля плотины из составного бетона, результаты которых позволили найти оптимальные соотношения между размерами частей профиля из составного бетона в зависимости от неоднородности профиля.

8. Получено, что при разности удельных весов изменение ширины плотины составного профиля незначительно, следовательно, при расчетах значение удельных весов во всех зонах можно принимать одинаковыми, т.е. Г1=Г2=Гз

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов выполненной работы позволяет сделать следующие

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абдуллаев, Абдугафар Сатторович, 2005 год

1. Анисимов Н. И. « Водохранилищные плотины ». Москва Огиз - Стройиздат, 1931 г.

2. Белзецкий С. И. « Статика сооружений » том 1, вып. 1. С. Петербург, 1914.

3. Белзецкий С. И. « О расчете водоудержательных плотин и подпорных стен по методам теории упругости», Петербург, 1919г.

4. Беляков А. А., Беляков А. А. Возможность применения малоцементного бетона при строительстве Туруханской ГЭС. Энергетическое строительство, №1.

5. Бетонные плотины (на скальных основаниях) Гришин М. М., Розанов Н. П.,и др. М.: Стройиздат, 1975. -352 с.

6. Боярский К. А. Графики для выбора профиля облегченной массивной плотины. Информ. Сборник Ленгидэпа, №9.-1960

7. Василевский В. В., Судаков В. Б., Сильницкий В. И. Опытное применение укатываемых бетонных смесей в зимних условиях на строительстве Бурейской ГЭС Энергетическое строительство. 1987, №1. - С.8 - 12.

8. Галеркин Б.Г. К исследованию напряжений в плотинах и подпорных стенах трапециодального профиля, 1033.

9. Гравитационная плотина Ташкумырской ГЭС из укатанного бетона В. Б. Судаков, М. А. Картелева, С. М. Гинзбург и др. В кн.: Материалы конф. и совещ. по гидротехнике: гидротехнический бетон и его работа в сооружении. - М.: ВНИИГ,1984. - с.56-66.

10. Гутман С. Г. Выбор очертания водоудерживающих плотин треугольного профиля. Изв. ВНИИГ. - т.У1, 1932.

11. Гутман С. Г. Известия ВНИИГ, выпуск IX, XI, X XII VI,

12. Дворянин В.И., Фильтрация гравитационных плотин на скальных основаниях. ОНТИ, 1938.

13. Дворяшин В. И. Расчет гравитационных плотин. ВИА,1938.

14. Демин В. Ф. Рекомендации по применению закрепляющих составов на основе фенолоспиртов и суммарных сланцевых фенолов. JL 1975 г.

15. Демин В. Ф. Рекомендации по применению закрепляющих составов на основе фенолоспиртов и суммарных сланцевых фенолов. Глубинные методы закрепления. Смолизация обзор. Л. 1971 г.

16. Доманский J1. К., Лавут М. И. Подбор профиля массивно-контрфорсных плотин. Инф. Сборник Ленгидэпа, № 17, 1960.

17. Доманский Л. К. Некоторые вопросы проектирования экономического профиля массивных бетонных плотин на скальном основании. Инф. Сборник Ленгидэпа, № 9, 1960.

18. Дятловский Л. И., Гаркави О. Я. « Исследование напряжений в гравитационных плотинах на скальном основании ». Изв. ВНИиГ им. Веденеева 1952г., т.9 (XVI).

19. Емельянов Л. М. Исследование задач теории упругости и сопротивления материалов для определения напряжений в гравитационных плотинах., // Испытание Днепровской плотины, ч1, 1937.,под ред.проф. Нилендера Ю. А.

20. Зельцман О. М., Аникапов К. А. И др. Опыт применения жесткого малоцементного укатываемого бетона на строительстве

21. Курейской ГЭС Энергетическое строительство. 1986, №11. - с.31 -35.

22. Калинович Б. Ю. «Начало теории бетонных плотин» Л. Госстройиздат, 1934.

23. Караджи К. М. «Указания по статическому расчету бетонных гравитационных плотин» Новая-каховка, 1958.

24. Келен. Н. И. «Арочные и контрфорсные плотины» Москва-Ленинград, 1938г.

25. Коган Е. А., Мгалобелов Ю. Б., Ульянова Е. А. Конструкции плотин из укатанного бетона Энергетическое строительство. 1988, №1. - с.З - 7

26. Клебанов В. Б. Технология возведения плотины Аппер Стилуотер из укатанного бетона Энергетическое строительство. -1989, №1.

27. Лошак В. К., Смирнова Л. Н., Соколов В. В., Тарасов Ю. А. Применение укатанного бетона в низовом канале плотины Бурейской ГЭС Энергетическое строительство. 1988, №1.

28. Линк Е. Построение профиля плотин. Государственное научно техническое издательство строительной индустрии и судостроения. Издание второе. 1932.

29. Натурные наблюдения и исследования на сопрягающей стенке Ташкумырской ГЭС В. С. Шангин, С. М. Гинзбург, М. А. Картелева и др. Изв. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. - 1988. - Т.206. -С.20 - 30.

30. Начало строительства плотины Аппер Стилуотер из укатываемой бетонной смеси. Экспресс - информация. Серия гидроэнергетика за рубежом ,1984. - Вып. 10 (Информэнерго).

31. Нормы и технические условия проектирования бетонных гравитационных плотин на скальных основаниях (СН 123- 60 ) М.: Госстройиздат, 1961.-175 с.

32. Олешкевич Л. В. Облегченные гравитационные плотины на скальных основаниях. М.: Госстройиздат, 1961. (ВНИИ ВОДЕО).

33. Олешкевич Л. В К выводу о статическом расчете гравитационных плотин на скальных основаниях (СН 123-60) М., Госстройиздат, 1961.

34. Осипов А. Д., Курочкин Н. В. Стоимость строительства плотин из укатанного бетона Энергетическое строительство за рубежом. 1986. - № 6.

35. Осипов А. Д. Методы строительства бетонных плотин из укатанного бетона в Японии Энергетическое строительство за рубежом. 1985. - № 5.

36. Осипов А. Д. Плотины из укатанного бетона в Южной Америке Энергетическое строительство за рубежом. 1989. - № 5.

37. Особенности укатанного бетона как материала для плотин В. Б. Судаков, М. А. Картелева, В. С. Шангин, А. Ф. Зеленин.- С.66 73.

38. Раппопорт Р. М. Расчет плотин и подпорных стен составного треугольного профиля. Изв. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. - 1948. - Т.36. - С.74 - 89.

39. Рекомендации по применению укатанных бетонов в гидротехническом строительстве П 25 85. - ВНИИГ , 1985. С.21.

40. Розанов Н. С., Судаков В. Б. Проектирование и строительство больших плотин. Вып. 2. Пути удешевления и ускорения строительства бетонных плотин. - М.: Энергоиздат,1981. -160 с.

41. Синицын А. П. Распределение напряжений у основания плотин треугольного профиля, Вестник ВИА РККА им. В. В. Куйбышева м.,1937, №20

42. Скрыльников В. П. Плотины гравитационные, -Госстройиздат, 1933.

43. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. М.:Стройиздат, 1985. - 38 с.

44. Соколов И. Б. Определение сил противодавления с учетом напряженного состояния бетона гидросооружений. «ГТС», 1963, №12, стр. 19-22.

45. Соколов И. Б., Логунова В. В. Фильтрация и противодавление воды в бетоне гидротехнических сооружений. М.: Энергия, 1977. 296 с.

46. Судаков В. Б. И др. Пути строительства гравитационных плотин из укатанных блоков. Л.: Энергоиздат, 1981.С.37.

47. Судаков В. Б., Картелева М. А., Гинсбург С. М. И др. Технология возведения гравитационных плотин Ташкумырской ГЭС из укатанного бетона. Изв. ВНИИГ им. Веденеева, 1984. - Т. 177. -С.22 - 23.

48. Судаков В. Б. Строительство плотин из укатанного бетона. М.: Информэнерго, 1988. - С. 54.

49. Судаков В. Б. Технология возведения плотины Аппер Стиллуотер из укатанного бетона Энергетическое строительство за рубежом. 1989.

50. Судаков В. Б., Толкачев JI. А. Современные методы бетонирования высоких плотин. М.: Энергоатомиздат, 1988.

51. Судзуки Т. и др. Строительство бетонных плотин на р. Симадзи с уплотнением укладываемого бетона катками.»Добоку сэко », 1979. Т.20. - С. 11 - 20. На япон. языке (Перевод ЦНИИТЭС строймаш № БП-80-13382. - М.,1980. - 34 е.).

52. Телешев В. И. Методика технико-экономического выбора профиля массивных и облегченных плотин. Изв. ВНИИГ им. Веденеева, 1968. - Вып. 87. - С.210 - 227.

53. Телешев В. И. Определение параметров профиля массивных и массивно-контрфорсных плотин Гидротехническое строительство. 1977 № 4. - С. 16

54. Телешев В. И. Исследование влияния различных условий на параметры оптимального профиля массивных и массивно-контрфорсных плотин. Труды Гидропроекта, 1973,№ 34. -С.153-163.

55. Телешев В. И. Технико-экономическое обоснование параметров профиля массивных и массивно-контрфорсных плотин. Метод. Указания для курсового и дипломного проектирования. Д.: ЛПИ, 1980.-38 с.

56. Технический прогресс в проектировании и строительстве высоких плотин (по материалам Конгресса СИГБ под ред. А. А. Борового). М.:Энергия, 1976. - 512 с.

57. Тельке Ф. Водохранилищные плотины (перевод с нем.) -Госстройиздат, 1957.

58. Фрейдман В. Б., Фролов Б. К., Шкарин В. П. Возведение плотины Уиллоу Крик (США) непрерывным методом из укатываемой бетонной смеси. Энергетическое строительство за рубежом. - 1983, №4.

59. Фролов А. Б. Уплотнение бетонной смеси катками на строительстве гидроузла Тарбела (Пакистан) / / Энергетическое строительство за рубежом. 1980, № 6.

60. Чугаев Р. Р. Гидротехнические сооружения. 4.1. -Глухие плотины. - М.: Агропромиздат, 1985.

61. Шангин В. С. Сопрягающая напорная стенка из укатанного бетона / / Энергетическое строительство, 1986. № 1. -С.32-37.

62. Шангин В. С. Технико-экономические показатели конструкций из малоцементного укатанного бетона / / Энергетическое строительство, 1991. № 7. - С.31 - 37.

63. F. Chraibi, J. Sterenberg / Design and construction of Moroccos Aoulouz RCC dam / International water Porew and dam construction 1991. March.

64. Another crash repaid pogrom bedins at Tarbela dam -Engineering News Record, 1977, Vol.199,oct. 6.

65. Construction of Tamagawa Dam by the RCD Method / T.Jamauchi, J. Harada, T. Okada, S. Shimade In.Transactions XV Congress ICOLD, Losanna, 1985, Vol. 2, Q 57, R.6.p.89 -115.

66. Dawson E. S., Dunstan M.R.H. Traill for a Prototype Rolled concrete Dam. Trans. Of the XIHth ICOld Congress, New Delhi, 1979, V.l, Q.48, R.35. p.647 - 660.

67. Dunstan M.R.H resent developments in roller Compacted concrete dam construction / Water Power Dam Construction. Handbook, 1989.

68. Dunstan M.R.H Areview of roller compacted Concrete dam in the 1980 s./ Water Porew and dam construction 1990. № 5

69. Hanson K. D. Roller compacted concrete, developments in the USA / International Water Power Dam Construction. 1986. №1

70. Johnson H. A. ,Chao P. C. Rollcrete usage at Tarbela dam. -Concrete International Desigh and Construction, 1979, Vol. 1, №11, p.20-33.

71. Levy. M. «Comptes Rendus» 1898 v. 127,-1908

72. Moffat A. I. B., Price A. C. The Roller Dry Lean Concrete Gravity Dam Water Power and Dam Construction, 1978, v.30, № 7, p. 35-42.

73. Rolled Concrete Triumphs Willow Creek dam Rolling -Engng. News Records, 1982. V. 209, October 21, № 17, p. 34-37.

74. Roller Compacted Concrete Rolling (Willow Creek Dam opens Floodgates for RCC Alternative ). -Engng. News - Records, 1983. V. 210, № 8, p. 25-26

75. Rydzewsky J. R. The desing of buttress dams of triangular profile and constant web thickness « Proc. Am. Soc. Civ. Eng.» № 9, 1930

76. Venkatesha C. R. Areriew on opplication of roller compacted construction method for concrete dams. Central board of irrigation and Power, 1985, Vol.42, № 1, p. 35-73.

77. Andre GOUBET. La fissuration des barrages en beton compacte, Bull Naison labo P.et ch. 162 Juil - 1989.

78. You Yoawu. // Hydraul Eng. 1995 №5, p.55-59.

79. The words RCC dams // Int. Hydropower and Dams. 1994.1, №2.-aHrji.

80. Water Power and dam construction, 1993 №2, p. 33-32.

81. Water Power and dam construction, 1991 №9, p. 32-36.

82. The state of the art of RCC dams. Dunstan M. // Int. Hydrcpower and Dams. 1994.- 1, №2, р.44-50.-англ