Совершенствование методики расчета прочности железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен с учетом межблочных швов и схем их армирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Пащенко Федор Александрович

• Пащенко Федор Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Пащенко Федор Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА, МЕТОДИК РАСЧЕТА И СХЕМ АРМИРОВАНИЯ

1.1 Анализ конструктивных особенностей железобетонных гидротехнических подпорных стен уголкового типа

1.1.1. Компоновка и конструктивные особенности подпорных сооружений Загорской ГАЭС

1.1.2. Компоновка и конструктивные особенности подпорных сооружений Загорской ГАЭС-2

1.1.3. Нарушения в работе гидротехнических подпорных сооружений

1.2. Анализ полученных ранее опытных данных о гидротехнических подпорных сооружениях

1.2.1. Опытные данные НИСа Гидропроекта

1.2.2. Анализ опытных результатов на крупномасштабных моделях

1.3. Анализ методик расчета, положений нормативных документов и схем армирования гидротехнических подпорных стен

1.3.1. Положения нормативно-методических документов о гидротехнических подпорных стенах

1.3.2. Анализ существующих практических методов расчета гидротехнических подпорных стен

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА

2.1. Конструкция опытных моделей подпорных стен

2.2. Порядок проведения испытаний моделей подпорных стен

2.3. Оснащение опытных моделей контрольно-измерительной аппаратурой

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА

3.1. Результаты испытаний моделей подпорных стен без усиления при первом варианте нагружения

3.2. Результаты испытаний моделей подпорных стен при втором варианте нагружения

3.3. Результаты испытаний моделей подпорных стен с усилением наклонными стержнями при первом варианте нагружения

3.4. Результаты испытаний моделей подпорных стен с учетом усиления анкерными тягами и углеродной лентой

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА

4.1. Исходные данные для проведения расчетов низовых подпорных стен ЛН-1, ЛН-2 (ПН-1, ПН-2) водоприемника Загорской ГАЭС

4.2. Инженерные расчеты прочности низовых подпорных стен ЛН-1, ЛН-2 (ПН-1, ПН-2) водоприемника Загорской ГАЭС

4.3. Расчеты железобетонных конструкций подпорных стен ЛН-1 и ЛН-2 на основе конечно-элементных моделей

4.3.1. Методика численного моделирования железобетонных конструкций подпорных стен ЛН-1 и ЛН-2

4.3.2. Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций нижних подпорных стен ЛН-1 и ЛН-2 водоприемника на основе конечно-элементных моделей в стадии упругой работы железобетона

4.3.3. Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций нижних подпорных стен ЛН-1 и ЛН-2 на основе конечно-элементных моделей с учетом раскрытия межблочных швов и образования вторичных трещин

4.3.4. Анализ состояния и оценка дальнейшей эксплуатации железобетонных конструкций низовых подпорных стен водоприемника

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ УГОЛКОВЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН С УЧЕТОМ МЕЖБЛОЧНЫХ ШВОВ И ВТОРИЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ ИХ АРМИРОВАНИЯ

5.1. Совершенствование методики расчета уголковых подпорных стен в нормальных (горизонтальных) сечениях

5.2. Совершенствование методики расчета напряженного состояния и прочности уголковых подпорных стен с межблочными швами с учетом вторичных напряжений

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методики расчета прочности железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен с учетом межблочных швов и схем их армирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В соответствии с Законом РФ «О безопасности гидротехнических сооружений» №117-ФЗ от 21 июня 1997 г. требуется обеспечение соответствующего уровня безопасности массивных бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений, в первую очередь, находящихся в условиях длительной эксплуатации и нуждающихся в ремонте или усилении.

Характерные особенности гидротехнических конструкций из железобетона - это массивность (более 1,0 м); бетон и арматура, как правило, невысоких классов прочности (В10-В30 и А-11 (А300), Л-Ш (А400), А500, соответственно); невысокие проценты армирования (менее 1%); обязательное наличие межблочных строительных швов; особый характер трещинообразования (в том числе, наличие магистральных и вторичных трещин); а также гидравлические нагрузки; необходимость учета противодавления в трещинах и раскрывшихся строительных швах; знакопеременные нагрузки.

Существующие традиционные схемы армирования и методики расчета железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен не в полной мере учитывают характерные особенности таких конструкций.

В этой связи требуется совершенствование методики расчета прочности железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен с учетом межблочных швов и схем их армирования.

Степень разработанности темы исследования. В процессе работы над диссертацией было установлено, что тему исследования железобетонных конструкций подпорных стенок (в том числе экспериментальными и расчетными исследованиями) поднимали в своих работах следующие отечественные и зарубежные специалисты: Волосухин В.А., Дыба В.П., Даревский В.Э., Яковлев П.И., Лабезник Г.Е., Будин А.Я., Емельянов Л.М., Клейн Г.К., Снитко Н.К., Мурзенко Ю.Н., Чеботарев Г.П., Безухов Н.И., Болотин В.В., Семенюк С.Д., Беллендир Е.Н., Рубин О.Д., Щербина В.И., Лисичкин С.Е., Ксенофонтова Т.К.,

A.Kaveh, K.G.Karg, G.L. Sivakumar Babu, S.Bhattacharya, J.G.Sanjayan, B.Ukritchon и др.

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование методики расчета прочности железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен с учетом межблочных швов и схем их армирования.

В задачи исследований железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен входили:

- анализ их конструктивных особенностей, в том числе схем армирования;

- анализ существующих методик расчета их прочности и армирования, а также соответствующих положений нормативных документов;

- проведение экспериментальных исследований при различных нагрузках и вариантах усиления;

- совершенствование методики расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях;

- совершенствование методики расчета напряженного состояния и прочности с учетом межблочных швов и вторичных напряжений;

- совершенствование методики численного моделирования (МКЭ) подпорных стен (в том числе с учетом анкерных тяг, межблочных швов, вторичных наклонных трещин, стержневого армирования и др.);

- определение напряженно-деформированного состояния подпорных стен на основе конечно-элементных моделей;

- совершенствование схем армирования;

- разработка практических рекомендаций по исследованиям и расчетам подпорных стен.

Научная новизна. Научную новизну исследования железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен представляют:

- новые результаты экспериментальных исследований;

- усовершенствованная методика расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях;

- усовершенствованная методика расчета напряженного состояния и прочности с учетом межблочных швов и вторичных напряжений;

- усовершенствованные методики расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях и расчета напряженного состояния и прочности с учетом межблочных швов и вторичных напряжений;

- усовершенствованная методика численного моделирования (МКЭ) подпорных стен (в том числе с учетом анкерных тяг, межблочных швов, вторичных наклонных трещин, стержневого армирования и др.);

- результаты расчетов напряженно-деформированного состояния подпорных стен на основе конечно-элементных моделей;

- усовершенствованные схемы армирования;

- практические рекомендации по исследованиям и расчетам подпорных стен.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты диссертационных исследований позволили экспериментально обосновать решения по усилению железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен внешним наклонным армированием арматурными стержнями в зонах горизонтальных межблочных швов, а также углеродными лентами на лицевой грани. Усовершенствованные аналитические методики расчета позволяют определять напряженное состояние в нормальных (горизонтальных) сечениях консольной части стен, в том числе с учетом результатов определения фактических напряжений методом «разгрузки арматуры», а также необходимое количество поперечной горизонтальной арматуры в зонах межблочных швов. Усовершенствованная методика численного моделирования (МКЭ) подпорных стен (в том числе с учетом анкерных тяг, межблочных швов, вторичных наклонных трещин, стержневого армирования и др.) позволяет расчетным путем определять напряженно-деформированное состояние подпорных стен.

Разработанные практические рекомендации, а также усовершенствованные схемы армирования позволяют повысить безопасность железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен.

Методология и методы исследования. Методика исследований заключалась в проведении комплекса экспериментальных и расчетно-теоретических работ, что позволило усовершенствовать методику расчета прочности и армирования, а также усовершенствовать схемы армирования.

Методология диссертационных исследований заключалась в использовании общенаучных методов исследований: теоретических и практических. Практические методы с учетом специфики исследований включали в себя физическое моделирование и осуществление экспериментов. Теоретические методы, в том числе методы теории железобетона, строительной механики, сопротивления материалов, теории упругости, метод конечных элементов, применялись при разработке методики расчета.

Положения, выносимые на защиту, касающиеся железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен:

- результаты экспериментальных исследований при различных нагрузках и различных вариантах усиления конструкций;

- усовершенствованная методика расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях;

- усовершенствованная методика расчета напряженного состояния и прочности с учетом межблочных швов и вторичных напряжений;

- усовершенствованная методика численного моделирования (МКЭ) подпорных стен (в том числе с учетом анкерных тяг, межблочных швов, вторичных наклонных трещин, стержневого армирования и др.);

- результаты расчетов напряженно-деформированного состояния подпорных стен на основе конечно-элементных моделей;

- усовершенствованные схемы армирования;

- практические рекомендации по исследованиям и расчетам подпорных стен.

Степень достоверности и апробация результатов исследований.

Достоверность основных положений и выводов работы подтверждается применением проверенных экспериментальных методов исследования железобетонных конструкций ГТС; применением поверенной контрольно-измерительной аппаратуры; проверенных программных вычислительных комплексов; взаимным сопоставлением расчетных и экспериментальных данных.

Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Ш-м Всероссийском научно-практическом семинаре: «Современные проблемы гидравлики и гидротехнического строительства» ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (Москва, НИУ МГСУ, 20 мая 2020 г.); на научно-практической конференции с международным участием, посвященной 60-летию Российского Университета Дружбы Народов «Инженерные системы - 2020» (Москва, РУДН, 14-16 октября 2020 г.); на международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 155-летию РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева (Москва, РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 2-4 декабря 2020 г.); на научно-технических советах кафедры Гидротехнических сооружений РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева.

Апробация методики расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях проводилась применительно к низовым подпорным стенам водоприемника Загорской ГАЭС с учетом результатов определения фактических напряжений в лицевой арматуре методом «разгрузки арматуры».

Основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором, а также определены цели, задачи, основные направления исследования и разработаны его этапы и направления. Соискатель принимал непосредственное участие в экспериментальных исследованиях (в разработке плана экспериментов, в проведении, обработке и анализе данных), а также в расчетных и теоретических разработках.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ, из них четыре работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах, состоит из введения, основной части, содержащей 142 рисунка, 22 таблицы, заключения, списка литературы (включает 112 наименования) и 2 приложений.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА, МЕТОДИК РАСЧЕТА И СХЕМ АРМИРОВАНИЯ

1.1 Анализ конструктивных особенностей железобетонных гидротехнических подпорных стен уголкового типа

Подпорные стены - это конструкции, удерживающие грунтовые массы и воспринимающие расположенные на его поверхности нагрузки [6-10, 15, 21, 24-26, 64].

Наиболее распространены подпорные стены уголкового типа.

Шлюзовые камеры также относятся к подпорным сооружениям

Основными конструкциями подпорных стен являются вертикальная консольная часть и горизонтальная фундаментная плита (рис. 1.1.1).

Рисунок 1.1.1 - Подпорная стена уголкового типа (^Г) - горизонтальные межблочные швы

В конструкциях подпорных стен одним из основных несущих элементов является арматура. При этом продольная рабочая вертикальная (слабонаклонная) арматура устанавливается у тыловой грани подпорных стен;

вертикальная конструктивная арматура устанавливается у лицевой грани подпорных стен. Важное значение имеет горизонтальная поперечная арматура, которая из-за несовершенства действующих нормативных документов зачастую устанавливается в недостаточном количестве.

К характерным особенностям железобетонных конструкций ГТС (включая

подпорные стены) относятся:

- массивность (значительные габариты);

- применяемые бетон и арматура, как правило, невысоких классов прочности (бетон В10-В30), арматура (А-П, А-Ш), в последнее время нашла применение арматура А500С;

- невысокие коэффициенты армирования (до 0,01);

- арматура диаметром до 60 мм - А-П, до 40 мм - А-Ш и А500С;

- наличие межблочных строительных швов;

- особый характер трещинообразования (в том числе, наличие вторичных наклонных трещин);

- наличие водной среды.

К особенностям характера действующих нагрузок относятся:

- гидравлическая нагрузка;

- необходимость учета противодавления в трещинах и раскрывшихся строительных швах;

- возможные знакопеременные нагрузки.

Ниже приводятся примеры характера действия нагрузок (в том числе гидравлических) на подпорные стены и стены камер шлюзов.

Так на рис. 1.1.2 показан уровень грунтовой воды на отм. 231,0 м в обратной засыпке низовой подпорной стены ЛН-1 водоприемника Загорской ГАЭС, давление которой действует на тыловую грань стены.

На рис. 1.1.3 показаны уровни воды, действующей на верховую подпорную стену ЛВ-3 водоприемника Загорской ГАЭС (верх стены на отм.240,5 м) со стороны тыловой и лицевой граней. При обычной эксплуатации верховая подпорная стена ЛВ-3 водоприемника Загорской ГАЭС полностью затоплена

водой при НПУ= 266,5 м (УМО=257,5 м при снижении уровня воды на 9 м в течение суток).

777 777 777 777 777 777 777

Рисунок 1.1.2 - Уровень грунтовой воды (на отм. 231,0 м) в обратной засыпке низовой подпорной стены ЛН-1 водоприемника Загорской ГАЭС

Однако, при аварийной сработке ВАБ до отм. 230,0 м уровень грунтовых вод в засыпке составляет 237,5 м. Таким образом, на тыловую грань стены действует давление воды при УГВ = 237,58 м в засыпке, на лицевую грань стены действует давление воды при УВ=230,0 м.

Рисунок 1.1.3 - Уровни воды в грунтовой засыпке верховой подпорной стены ЛВ-3 водоприемника Загорской ГАЭС на отм. 237,5 м и в ВАБ на отм. 230,0 м при

аварийной сработке ВАБ

На рис. 1.1.4 представлены уровни воды внутри и снаружи камеры Павловского шлюза при наполнении и опорожнении камеры шлюза (до минимального судоходного уровня). Так при наполненном шлюзе уровень воды внутри камеры НШ =140,0 м, уровень грунтовых вод в засыпке со стороны тыловой грани стены УГВ=130,0 м.

При понижении уровня воды внутри камеры до минимального судоходного уровня (107,1 м) УГВ составляет 113,0 м.

Рисунок 1.1.4 - Уровни воды внутри камеры и в обратной грунтовой засыпке Павловского шлюза при наполненной и осушенной камере На рис. 1.1.5 представлено действие противодавления воды в раскрывшемся горизонтальном межблочном шве.

Рисунок 1.1.5 - Действие противодавления воды в раскрывшемся горизонтальном

межблочном шве.

На рис. 1.1.6 представлено действие противодавления воды в раскрывшемся горизонтальном межблочном шве и в наклонной вторичной трещине.

Рисунок 1.1.6 - Действие противодавления воды в раскрывшемся горизонтальном межблочном шве и вторичной наклонной трещине

Как было отмечено выше, подпорные стенки являются одними из наиболее распространенных сооружений гидроузлов. Большинство из них длительное время находится в эксплуатации. По разным причинам (в том числе из-за неполного учета всех особенностей таких сооружений при их проектировании, строительстве и эксплуатации), зафиксированы отклонения в их поведении [5, 17, 28, 31, 37, 38, 52, 66, 67, 91, 93, 97, 99, 108, 109, 110, 112]. Поэтому в ряде случаев потребовалось их усиление [51, 53, 66, 67, 86, 90]. Одним из способов усиления подпорных стен является устройство анкерных тяг, удерживающих верх стен от смещения в направлении от грунтовой засыпки [4, 5, 53, 55, 66, 67, 86].

Усиление подпорных конструкций анкерными тягами показано на рис. 1.1.7 и 1.1.8.

За счет влияния анкерных тяг происходит изменение схем работы подпорных стен. Если при проектной консольной работе стен, тыловая грань (а также рабочая арматура у тыловой грани) повсеместно растянута, то за счет анкерных тяг растянута лицевая грань стен и конструктивная арматура, расположенная у лицевой грани. Конструктивная арматура не предусмотрена для восприятия непроектного растяжения. Во многих случаях требуется усиление подпорных стен со стороны лицевой грани.

Контур обратной

Анкерная стенка

Ри

Рисунок 1.1.7 - Схема усиления анкерными тягами конструкций подпорных стен

147,89

чГ

130,45

127,95

Рисунок 1.1.8

- Схема усиления анкерными тягами и нагелями конструкций

шлюза

1.1.1. Компоновка и конструктивные особенности подпорных сооружений Загорской ГАЭС

Сопряжение водоприемника с правобережной и левобережной ветвями дамбы верхнего бассейна осуществляется подпорными стенами, расположенными в двух ярусах по высоте [28, 52, 54, 66, 67]; в том числе интересующими нас стенами нижнего бьефа ЛН-1...6 и ПН-1...6, возведённые вдоль трассы напорных водоводов.

Подошва всех стен нижнего бьефа расположена горизонтально на отметке 228,80 м, при этом их верх расположен также горизонтально на отметке 244,15 м, а верх остальных стен имеет вдоль потока наклонное очертание, соответствующее заложению низового откоса дамбы верхнего бассейна.

Отметки верха низовых стен уменьшаются в сторону нижнего бьефа;

- стен ЛН-2 и ПН-2 - от 244,15 до 240,50 м;

- стен ЛН-3 и ПН-3 - от 240, 50 до 237,00 м;

- стен ЛН-4 и ПН-4 - от 237,00 до 231,90 м;

- стен ЛН-5 и ПН-5 - от 231,90 до 228,85 м;

- стен ЛН-6 и ПН-6 - от 228,85 до 226,30 м.

В качестве примера схемы первых и вторых стен показаны на рис. 1.1.9 и рис. 1.1.10.

Рисунок 1.1.9 - Конструкция первых стен

Рисунок 1.1.10 - Конструкция вторых стен

Уровень грунтовых вод в засыпке находится на отметке 231,40 м; полезная нагрузка сверху на поверхность засыпки составляет 1 т/м2; поверхность засыпки возле тыловой грани на длине 10 м - горизонтальная, а далее повышается под углом 12°.

Подпорные стены по высоте разбиты на блоки бетонирования; наличие межблочных швов обусловливает их раскрытие; сужение сжатой зоны и вероятность образования вторичных трещин.

Межблочные швы расположены:

- в первых стенах - на отметках 240,50; 235,30 и 226,30 м;

- во вторых стенах - на отметках 239,50; 234,30 и 226,30 м.

Рабочее армирование низовых стен выполнено армопакетами шириной 2,4 м из арматурных стержней класса А-11. Расчетное сопротивление арматурных стержней из арматуры класса А-11 составляет 300,0 МПа для рабочей арматуры и 230,0 МПа для поперечной арматуры.

Так, в корневом сечении подпорной стены ПН-1 (ЛН-1) на отметке 226,8 м установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 13 стержней диаметром 60 мм и по 13 стержней диаметром 50 мм.

В горизонтальном шве, организованном в процессе строительства на отметке 231,0 м, установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 19 стержней диаметром 50 мм и по 5 стержней диаметром 60 мм.

В горизонтальном шве, расположенном по проекту на отметке 235,15 м, установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 13 стержней диаметром 50 мм и по 3 стержня диаметром 60 мм.

В корневом сечении подпорной стены ПН-2 (ЛН-2) на отметке 226,8 м установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 7 стержней диаметром 50 мм и по 7 стержней диаметром 60 мм.

В горизонтальном шве, организованном в процессе строительства на отметке 231,0 м, установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 14 стержней диаметром 60 мм.

В горизонтальном шве, расположенном по проекту на отметке 235,15 м, установлены армопакеты шириной 2,4 м, включающие по 10 стержней диаметром 60 мм.

Поперечное армирование подпорных стен было запроектировано в виде конструктивного (не рабочего) армирования из арматурных стержней диаметром 12 мм А-11, установленных в горизонтальных рядах по высоте стен с шагом от 140 см (над корневым швом) до 80 см (в зоне межблочного шва, устроенного по проекту) и с несколько меньшим шагом выше этого шва.

1.1.2. Компоновка и конструктивные особенности подпорных сооружений Загорской ГАЭС-2

Конструкции подпорных сооружений (чертежи 1834-12-55, 1834-1256). представлены на рис. 1.1.11.

Рисунок 1.1.11 - Схемы подпорных сооружений

Особенности армирования

Продольное (вертикальное) армирование у лицевой грани первых стен выполнено из арматуры 0 20 мм класса А500С, которая установлена с шагом 400 мм (7,854 см /пог.м).

Рабочее продольное (вертикальное) армирование у тыловой грани вторых стен выполнено неравномерно по высоте стены и имеет следующие особенности: в блоках бетонирования I-I и I-4 в пределах отметок 227,87 м и 235,65 м установлена арматура 0 28 мм класса А500С с шагом 200 мм, а также спаренная

л

арматура 20 28 мм класса А500С с шагом 200 мм (As=92,3 см /пог.м); в блоке бетонирования I-7 установлена арматура 0 28 мм класса А500С с шагом 200 мм (As=30,77 см /пог.м); в блоке бетонирования I-10 установлена арматура 0 20 мм

л

класса А500С с шагом 200 мм (As=15,7 см /пог.м);

Армирование в горизонтальном направлении представлено арматурой 016 мм класса А-I (А240) с шагом 800x800 мм в шахматном порядке, то есть

л

фактически 1600мм*800 мм (Asw=4,71 см /пог.м).

Схема армирования ЛН-1 представлена на рис. 1.1.12.

Рисунок 1.1.12 - Схема армирования ЛН-1

Материалы конструкций имеют следующие физико-механические характеристики:

Характеристики бетона:

- бетон класса В20;

- нормативное сопротивление сжатию - 15,0 МПа;

- прочность бетона на сжатие для предельного состояния первой группы - 11,5 МПа;

-прочность бетона на растяжение для предельного состояния первой группы - 0,9 МПа;

- плотность бетона у=2,3 т/м3;

- модуль упругости бетона Е=27000 МПа. Характеристики арматуры:

- продольная растянутая и сжатая арматура - класса А-500С;

- расчетное сопротивление арматуры растяжению и сжатию Rs = Я8с = 435 МПа;

- поперечная арматура - класса А-I (A240); Rsw=175 МПа;

- модуль упругости арматуры Es= 200000 МПа.

1.1.3. Нарушения в работе гидротехнических подпорных

сооружений

Вследствие недостатка горизонтальной арматуры зафиксированы явления [4, 5, 17, 27, 28], подобные показанным на рис. 1.1.13, 1.1.14 и 1.1.15.

Рис. 1.1.13 - Состояние конструкций шлюза им. Москвы 1 - трещины по строительным швам; 2 - продольная растянутая арматура; 3 - наклонная трещина, выклинившаяся из шва

доЗ

\

Рис. 1.1.14 - Состояние стен лотка Кашхатау ГЭС

Рис. 1.1.15 - Разрушение бетона и пустоты в зонах выхода вторичных наклонных трещин с протечками воды на лицевой грани правой стенки секции №1 камеры

Павловского шлюза

Следует обратить особое внимание, что практически во всех подпорных стенах и стенах камер шлюзов арматура в горизонтальном направлении устанавливалось не по расчету, а конструктивно, в первую очередь,

из соображений монтажа армокаркасов. В результате имело место недостаточное поперечное армирование.

1.2. Анализ полученных ранее опытных данных о гидротехнических подпорных сооружениях

1.2.1. Опытные данные НИСа Гидропроекта

В 1985-1986 гг. в НИСе Гидропроекта проводились экспериментальные исследования для определения фактического состояния подпорных сооружений, а также для обоснования вариантов усиления [51, 53].

Конструкция моделей подпорных стен, схем их усиления, исходные данные для исследований

Экспериментальные исследования проводились на основе модели стенки секции №2 камеры шлюза №6 канала им. Москвы в масштабе М 1:8 (рис. 1.2.1.1). В ходе испытаний модель была доведена до исчерпания несущей способности, то есть до такого состояния, которое было зафиксировано в ходе натурных наблюдений на ряде подпорных сооружений.

Армирование модели выполнялось в виде двух плоских каркасов, состоящих из стержней 06 и 08 А-I, объединенных в пространственный каркас посредством хомутов. Схема армирования модели была принята подобно стенке секции №2 камеры шлюза №6.

В модели воспроизводились 3 горизонтальных межблочных шва по ее

высоте.

Количество и диаметры стержней продольной арматуры со стороны тыловой грани в сечении по шву первого яруса бетонирования были приняты

Л

следующими: (206+308)A-I с общей площадью AS = 2,072 см ; второго и

Л

последующих ярусов бетонирования - 206 А-I с площадью AS = 0,565 см . Со стороны лицевой грани по всей высоте модели стены была установлена

Л

продольная арматура 206 А-I с площадью AS = 0,565 см .

Дальнейшие экспериментальные исследования относительно испытаний, проведенных в соответствии с рисунком 1.2.1.1, производились после

устройства наклонных хомутов (2х208 А-I под углом 17°30" к горизонтали (рисунок 1.2.1.2), причем нагрузка повышалась до предельно допустимой величины из условия дальнейшей эксплуатации модели для оценки работоспособности различных схем усиления. Затем была разработана и испытана схема усиления малоармированной бетонной стенки шлюза с дополнительной стенкой и элементами, передающими от нее нагрузку на бетонную стенку под углом а1=12о12" (рисунок 1.2.1.3) и а2=38о12" (рисунок 1.2.1.4) к горизонтали при наличии двух ветвей наклонных хомутов 2х2 08 А-I. Следует отметить, что испытания с дополнительной стенкой проводились и при наличии одной ветви укороченных наклонных хомутов 1х208 А-I, пересекающих (рисунок 1.2.1.5) и не пересекающих (рисунок 1.2.1.6) шов второго яруса бетонирования, с ослабленной заделкой хомутов у тыловой грани.

Дополнительная стенка была изготовлена из двух сваренных между собой швеллеров №10 и двух пластин толщиной 5 = 10 мм, приваренных к полкам.

Рис. 1.2.1.1

- Схема испытания модели стены шлюза (М 1:8): 1 - рабочая арматура

ф206

2x208

ТГГ—777-777-777-777-ТП

Рис. 1.2.1.2- Схема усиления наклонными хомутами и испытания модели стены шлюза (М 1:8): 1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты

Рис. 1.2.1.3 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с усилением наклонными хомутами и устройством дополнительной стенки с передачей усилия под углом

(Х1=12012":

1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты, 3 - дополнительная стенка

Рис. 1.2.1.4 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с усилением наклонными хомутами и устройством дополнительной стенки с передачей усилия под углом

а2=38°12":

1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты, 3 - дополнительная стенка

Рис. 1.2.1.5 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с дополнительной стенкой (с передачей усилия под углом а2=38°12") при наличии одной ветви укороченных наклонных хомутов 1x208 А-1, пересекающих шов второго яруса бетонирования: 1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты, 3 - дополнительная стенка

Рис. 1.2.1.6 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с дополнительной стенкой (с передачей усилия под углом

а2=38°12") при наличии одной ветви укороченных наклонных хомутов 1x208 A-I, не пересекающих шов второго яруса бетонирования: 1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты, 3 - дополнительная стенка

Рис. 1.2.1.7 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с

усилением путем устройства дополнительной (наклонной под углом 8°30" к вертикали) арматуры

1016 А-Ш у тыловой грани: 1 - рабочая арматура, 4 - дополнительная арматура

Рис. 1.2.1.8 - Схема модели стены шлюза (М 1:8) с усилением путем устройства дополнительной (наклонной под углом 8°30" к вертикали) арматуры 1016 A-III у тыловой грани и наклонных хомутов 2x208 A-I: 1 - рабочая арматура, 2 - наклонные хомуты, 4 - дополнительная арматура

швеллеров, к которым прикреплялись элементы (4016 А-I), передающие нагрузку

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пащенко Федор Александрович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ашкинадзе, Г.Н. Железобетонные стены сейсмостойких зданий / Г.Н. Ашкинадзе, М.Е. Соколов, Л.Д. Мартынова [и др.]. - М.: Стройиздат, 1988. - 504 с.

2. Беккер, А.Т. Применение базальтопластиковой арматуры в конструкциях морских гидротехнических сооружений / А.Т. Беккер, А.М. Уманский // Изв. ВНИИГ. - 2016. - т. 282. - С. 61-75.

3. Беллендир, Е.Н. Экспериментальные исследования потерь предварительного напряжения базальтокомпозитной арматуры в составе бетонного элемента / Е.Н. Беллендир, О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин [и др.] // Гидротехническое строительство. - 2020. - №7. - С. 2-6.

4. Бочаров, В.В. Повышение надежности шлюзов / В.В. Бочаров, В.Е. Ни // Гидротехническое строительство. - 1982. - №9. - С. 35-38.

5. Бочаров, В.В. Канал имени Москвы. 50 лет эксплуатации / В.В. Бочаров, Л.С. Быков, Ю.С. Даценко [и др.]; под ред. Л.С. Быкова и А.С. Матросова. - М.: Стройиздат, 1987. - 240 с.

6. Будин, А.Я. Тонкие подпорные стенки / А.Я. Будин. - Л.: Стройиздат, 1974. - 192 с.

7. Волосухин, В.А. Расчет и проектирование подпорных стен гидротехнических сооружений / В.А. Волосухин, В.П. Дыба, С.И. Евтушенко. -М.: АСВ, 2015. - 96 с.

8. Волосухин, В.А., Дыба, В.П., Евтушенко, С.И. Расчет и проектирование подпорных стен гидротехнических сооружений. - М.: Изд-во АСВ, 2008. - 97 с.

9. Волосухин, В.А. Расчет подпорных стен гидротехнических сооружений (Учебное пособие) / В.А. Волосухин, В.И. Воропаев, Л.В. Яицкий. -Новочеркасск, 2000. - 81 с.

10. Гольцман, В.Х. О расчете доковых конструкций камер шлюзов с учетом натурных наблюдений / В.Х. Гольцман, Л.Б Шейман // Гидротехническое строительство. - 1976. - №10. - С. 29-34.

11. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. - М.: Стандартинформ, 1980. -14 с.

12. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. - М.: Стандартинформ, 2013. - 31 с.

13. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. - М.: Стандартинформ, 2016. - 19 с.

14. Гутковский, В.А. Прочность и деформативность контакта в предварительно напряженных тонкостенных сборно-монолитных балочных конструкциях, работающих в условиях однократных статических загружений: дисс. ... канд.техн.наук: 05.23.01 / Виталий Антонович Гутковский. - Минск, 1984. 156 с.

15. Емельянов, Л.М. Расчет подпорных сооружений: справочное пособие / Л.М. Емельянов. - М.: Стройиздат, 1987. - 288 с.

16. Залесов, А.С. Оценка прочности массивных конструкций на основе вторичных полей напряжений / А.С. Залесов, С.Е. Лисичкин // Гидротехническое строительство. - 1990. - № 3. - С. 46-49.

17. Залесов, А.С. Характер и причина трещинообразования в стенах шлюзов канала им. Москвы / А.С. Залесов, О.Д. Рубин // Энергетическое строительство. - 1990. - № 11. - С. 54-56.

18. Зюзина, О.В. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, усиленных предварительно напряжённой поперечной арматурой / О.В. Зюзина // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2020. - № 6. -С. 504-512.

19. Катин, Н.И. Работа закладных деталей при сдвиге и совместном действии сдвигающих сил и изгибающих моментов. Стыки в сборных железобетонных конструкциях / Н.И. Катин, А.Н. Стульчиков. - М.: НИИЖБ, 1970. - С. 118-161.

20. Кириллов, А.П. Прочность бетонных массивных сооружений по горизонтальным строительным швам / А.П. Кириллов, Е.А. Коган, Е.А. Ульянова. - М.: Информэнерго, 1987. - 56 с.

21. Клейн, Г.К. Расчет подпорных стен / Г.К. Клейн. - М.: Высшая школа, 1964. - 196 с.

22. Климов, Ю.А. Теория и расчет прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных элементов при действии поперечных сил: дисс. ... докт.техн.наук: 05.23.01 / Климов Юлий Анатольевич. - Киев, 1992. - 502 с.

23. Ксенофонтова, Т.К. Железобетонные подпорные стены: Учебное пособие / Т.К. Ксенофонтова, М.М. Чумичева. - М.: МГУП, 2010. -153 с.

24. Ксенофонтова, Т.К. Железобетонные подпорные стены, выбор расстояния между контрфорсами / Т.К. Ксенофонтова, Ню Фудун // Сб. материалов Международной научно-практической конференции «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения. Ч. III: Безопасность гидротехнических сооружений. - М.: МГУП, 2011. - С. 106-111.

25. Ксенофонтова, Т.К. Исследование работы причальных сооружений шлюзов, выполненных из контрфорсных подпорных стен / Т.К. Ксенофонтова, А.Г. Журавлева, Сюй Чуньцзян // Международный научный журнал «ЕУОШГЮ. Технические и прикладные науки. Отрасли экономики». - 2016. - № 2.

26. Ксенофонтова, Т.К. Эффективность использования консольных и контрфорсных подпорных стен направляющих и причальных сооружений шлюзов на основе расхода материалов / Т.К. Ксенофонтова, А.Г. Журавлева, Сюй Чуньцзян // Природообустройство. - 2016. - №5. - С. 19-25.

27. Лисичкин, С.Е. Напряженное состояние и прочность железобетонных балочных элементов с учетом образования и развития вторичных

трещин: дисс. ... канд.техн.наук: 05.23.01 / Лисичкин Сергей Евгеньевич. - М., 1989. - 239 с.

28. Лисичкин, С.Е. Расчетные исследования устойчивости и прочности подпорных стен первого яруса водоприемника Загорской ГАЭС / С.Е. Лисичкин, О.Д. Рубин, И.Ж. Атабиев и др. // Природообустройство. - 2012. - № 2. - С. 44-48.

29. Лисичкин, С.Е. Оценка состояния автодорожного моста Павловской ГЭС и расчетно-экспериментальное обоснование мероприятий по его усилению / С.Е. Лисичкин, О.Д. Рубин, И.Б. Захаров // Энергетическое строительство. - №9. - 1994. - С.47-50.

30. Лисичкин, С.Е. Экспериментальное обоснование узла распределителя к напорному водоводу здания ГЭС гидроузла Аль Вахда / Лисичкин С.Е., Рубин О.Д., Камнев Н.М. // Гидротехническое строительство. -1998. - № 6. - С. 52-56.

31. Лисичкин, С.Е. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния подпорной стенки первого яруса ЛВ-1 водоприемника Загорской ГАЭС, в том числе с учетом данных синхронных замеров при суточном изменении уровня верхнего аккумулирующего бассейна / С.Е. Лисичкин, О.Д. Рубин, А.В. Нефедов и др. // Сб. «Безопасность гидротехнических сооружений». М., ОАО «НИИЭС». - 2013. - вып. 18. - С. 38-50.

32. Лисичкин, С.Е. Совершенствование методики расчета напряженного состояния и прочности железобетонных конструкций гидротехнических уголковых подпорных стен с межблочными швами с учетом вторичных напряжений / С.Е. Лисичкин, О.Д. Рубин, Ф.А. Пащенко [и др.] // Природообустройство. - 2021. - №3. - С. 62-63.

33. Лисичкин, С.Е. Повышение безопасности массивных железобетонных конструкций с контактными строительными швами / С.Е. Лисичкин, А.Г. Скворцов // Гидротехническое строительство. - 2000. - №6. -С. 17-21.

34. Лисичкин, С.Е. Совершенствование методов расчета массивных железобетонных конструкций с учетом контактных швов и вторичных трещин на основе блочной модели / С.Е. Лисичкин // Гидротехническое строительство. -2003.- №9. -С. 45-49.

35. Лисичкин, С.Е. Численное моделирование сталежелезобетонных гидротехнических сооружений / С.Е. Лисичкин // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2011. - № 4. - С. 50-56.

36. Методические рекомендации по расчету сборно-монолитных конструкций по предельным состояниям. - М.: НИИСК, 1983. - 75 с.

37. Ни, В.Е. Результаты наблюдений за состоянием гидротехнических сооружений канала имени Москвы / В.Е. Ни // Гидротехническое строительство. - 1977. - №12. - С. 28-33.

38. Ни, В.Е. О прочности стен камер шлюзов / В.Е. Ни // Гидротехническое строительство. - 1982. - №9. - С. 35-38.

39. Пащенко, Ф.А. Экспериментально-теоретические исследования гидротехнических подпорных стенок уголкового типа / Ф.А. Пащенко // Известия ВУЗов. Строительство. - 2020. - №3. - С.68-75.

40. Пащенко, Ф.А. Экспериментальные исследования влияния характера нагрузок на напряженно-деформированное состояние подпорных стенок // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2021. - №17(1). - С.82-91.

41. Петров, А.Н. Экспериментальные исследования бетона при нагружении сжатием и срезом / А.Н. Петров // Бетон и железобетон. - 1965. - № 11. - С. 34-37.

42. Пособие по проектированию жилых зданий. - ЦНИИЭП жилища, 1989. - 304 с.

43. «Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкции гидротехнических сооружений (без предварительного напряжения)» к СНиП 2.06.08-87, П-46-89. - Л.: ВНИИГ, 1991. - 276 с.

44. Пособие по проектированию железобетонных сборно-монолитных конструкций. - М.: НИИЖБ, 1988. - 121 с.

45. П-864-88 (Гидропроект) «Пособие по проектированию судоходных шлюзов к СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения». Москва, 1988. - 352 с.

46. Рекомендации по расчету и конструированию сейсмостойких зданий из монолитного бетона. ЦНИИПИ монолит, 1989. - 117 с.

47. Рекомендации по расчету и конструированию сборно-монолитных железобетонных элементов стен и перекрытий сооружений АЭС. МО Атомэнергопроект, 1988. - 49 с.

48. Рекомендации по учету строительных швов в массивных железобетонных конструкциях. - М .: Гидропроект, 1982. - 26 с.

49. Рекомендации по расчету массивных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений на действие поперечных сил. П-871-88. М., Гидропроект. 1989. - 32 с.

50. Рекомендации по назначению поперечной арматуры в конструктивных зонах балочных элементах, имеющих продольные строительные швы. П-851-87. М., Гидропроект, 1987. - 40 с.

51. Рубин, О.Д. Усиление стен шлюзов докового типа и контроль за эксплуатацией / О.Д. Рубин // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике (ПРЕДСО-90). С-Пб., Энерогоатомиздат, 1991. - С. 73-75.

52. Рубин, О.Д. Инструментальные и расчетные исследования низовых подпорных стен Загорской ГАЭС / О.Д. Рубин, И.В. Баклыков, А.С. Антонов и др. // Природообустройство. - 2019. - №2. - С.80-88.

53. Рубин, О.Д. Усиление эксплуатируемых подпорных сооружений / О.Д. Рубин, О.Б. Ляпин, В.Е. Ни // Гидротехническое строительство. - 1989. - № 12. - С. 42-45.

54. Рубин, О.Д. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния подпорных стен первого яруса водоприемника

Загорской ГАЭС / О.Д. Рубин, Д.И. Пономарев, Н.И. Мельникова // Природообустройство. - 2011. - №5. - С. 51-55.

55. Рубин, О.Д. Анализ работы и усиление доковых стен шлюзов / О.Д. Рубин, Р.В. Умнова, В.Е. Ни // Гидротехническое строительство. - 1988. - № 8. - С.47-49.

56. Рубин, О.Д. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил / О.Д. Рубин, Р.В. Умнова // Сборник научных трудов Гидропроекта. - 1991. -Вып. 145. - С. 83-95.

57. Рубин, О.Д. Результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций ГТС, имеющих межблочные строительные швы, усиленных внешним армированием из углеродного волокна/ О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, К.Е. Фролов // Вестник МГСУ. - 2018. - т.13. - вып. 9. - С. 1067-1079.

58. Рубин, О.Д. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений с блочными швами, усиленных системой внешнего армирования / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, К.Е. Фролов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2018. - № 3. -С. 198-204.

59. Рубин, О.Д. Разработка методики расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях гидротехнических подпорных стен уголкового типа / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, Ф.А. Пащенко // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2019. - Т. 15. - № 5. - С. 339-344.

60. Рубин, О.Д. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций подпорных стен / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, К.Е.Фролов [и др.] // Природообустройство. - 2020. - №1. - С.72-79.

61. Рубин, О.Д. Результаты экспериментальных исследований железобетонных подпорных стен / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, Ф.А. Пащенко // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2020. -№16(2). - С. 152-160.

62. Рубин, О.Д. Экспериментальное обоснование усиления подпорных стен / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, Ф.А. Пащенко // Сборник трудов конференции "Инженерные системы - 2020". Москва, 14 - 16 октября. 2020 г. -С.15-21.

63. Рубин, О.Д. Результаты исследований усиления подпорных стен композитными материалами / О.Д. Рубин, С.Е. Лисичкин, Ф.А. Пащенко // Гидротехническое строительство. - 2021. - №4. - С. 41-48.

64. Семенюк, С.Д. Железобетонные подпорные стены / С.Д. Семенюк, Ю.Н. Котов // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2018. -№ 4(61). - С.86-101.

65. Сердюк, А.И. Опыт усиления строительных конструкций композиционными материалами при реконструкции Баксанской ГЭС / А.И. Сердюк, В.Л. Чернявский // Гидротехника. - 2013. - № 3(32). - С. 115-117.

66. Серебрянников, Н.И. Гидроаккумулирующие электростанции. Строительство и эксплуатация Загорской ГАЭС / Н.И. Серебрянников, В.Г. Родионов, А.П. Кулешов [и др.]. // М.: Изд-во «НЦ ЭНАС», 2000. - 355с.

67. Синюгин, В.Ю. Гидроаккумулирующие электростанции в современной электроэнергетике / В.Ю. Синюгин, В.И. Магрук, В.Г. Родионов // М.: Изд-во «НЦ ЭНАС,» 2008. - 352 с.

68. Скворцов, А.Г. Сопротивление контактных швов железобетонных конструкций при действии сдвигающих сил: диссертация ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Скворцов Александр Георгиевич. М.. 2000. - 137 с.

69. СН 55-59 «Нормы и технические условия и проектирования бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений». Гос. ком-т Совета Министров СССР по делам строительства. - Москва: Госстройиздат, 1959. - 63 с.

70. СНиП П-И.14-69 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений». Издательство литературы по строительству, 1970. - 47 с.

71. СНиП П-И.10-65 «Подпорные стены гидротехнических сооружений». Издательство литературы по строительству, 1966. - 30 с.

72. СНиП II-56-77 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений». Госстрой СССР, Москва: Стройиздат, 1977. - 32 с.

73. СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения». - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 40 с.

74. СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, Минэнерго СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 32 с.

75. СНиП II-11-77. Защитные сооружения гражданской обороны, М., 1978. - 60 с.

76. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1985. - 79 с.

77. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. - М. - 2011. - 80 с.

78. СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» Актуализированная редакция СНИП 33-01-2003. Москва, 2012. - 39 с.

79. СП 41.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений». Актуализированная редакция СНиП 2.06.08-87, Москва, 2012. - 67 с.

80. СП 101.133320.2012 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения». Актуализированная редакция СНиП 2.06.07-87. - М.: Минрегион России, 2012. - 79 с.

81. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. - М. -2012. - 161 с.

82. СП 295.1325800.2017. Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования. - М.: Стандартинформ. - 2017. - 55 с.

83. СП 164.1325800.2014. Свод правил. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования - М.: Стандартинформ. - 2014. - 63 с.

84. СТО 17330282.27.140.002-2008. Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования. Приложения. Книга 3. Приложение Г. - М.: РАО «ЕЭС России». - 2008. - 35 с.

85. СТО НИИЭС 002-2016. Гидротехнические сооружения. Усиление железобетонных конструкций системой внешнего армирования из композитных материалов на основе углеродных волокон» - М.: «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (АО «НИИЭС»). -2016. - 158 с.

86. Федорова, Т.С. Напряженно-деформированное состояние стен камер шлюзов канала имени Москвы: дисс. ... канд.техн.наук: 05.23.07 / Федорова Татьяна Сергеевна. - М., 2017. - 145 с.

87. Чернявский, В.Л. Экономическая эффективность применения технологии внешнего армирования композитными материалами для усиления строительных конструкций / В.Л. Чернявский, А.И. Сердюк. - М.: Инженерно -производственный центр «ИнтерАква». - 2006. - С. 2.

88. Чернявский, В.Л. Система ремонта и усиления строительных конструкций / В.Л. Чернявский // Гидротехника. - 2010-2011. - №4-№5. - С. 6063.

89. Шилин, А.А. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами / А.А. Шилин, В.А. Пшеничный, Д.В. Картузов. - М.: Стройиздат. - 2004. - 139 с.

90. Щербина, В.И., Рубин, О.Д., Ни, В.Е. Эксплуатация, оценка состояния и разработка мероприятий по повышению надежности шлюзов канала им. Москвы / В.И. Щербина, О.Д. Рубин, В.Е. Ни // Серия «Гидроэлектростанции» М.: Информэнерго, 1989. - вып.7. - 56 с.

91. Abhishek, S.V., Tarachand, V., Satyanarayana, Reddy C.N.V. Case study of failure of retaining Wall at Dwarakanagar, Visakhapatham / 48th Indian

Geotechnical Conference. Indian Institute of Technology (IIT), December 22-24, 2013. Roorkee, India. pp. 1-4.

92. Ahmadi-Nedushan, B., Varaee, H. Optimal Design of Reinforced Concrete Retaining Walls using a Swarm Intelligence Technique // Civil-Comp Press, Paper 26, 2009.

93. Antony, T.C.Goh. (1993). Behavior of cantilever retaining walls, Journal of Geotechnical Engineering. 1993, 1751-1770.

94. Behzad Nematollahi, Yen Lei Voo, Jay Sanjayan «Design and Construction of a Precast Ultra-High Performance Concrete Cantilever Retaining Wall» Conference: First International Interactive Symposium on UHPC - 2016.

95. Behzad Nematollahi, M.R. Raizal Saifulnaz, Yen Lei Voo «Sustainability Assessment of Precast Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) Cantilever Retaining Walls» Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 7(19): 3971-3977, 2014.

96. Boonchai Ukritchon, Sophea Chea, Suraparb Keawsawasvong. Optimal Design of Reinforced Concrete Cantilever Retaining Walls Considering the Requirement of Slope Stability // KSCE Journal of Civil Engineering. 2017. 21 (7). Pp. 2673-2682.

97. Chauhan, V.B., Dasaka, S.M., Gade, V.K. Investigation of failure of a rigid retaining wall with relief shelves // Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2016. Pp.2492-2497.

98. Chauhan, V.B., Dasaka, S.M. Behaviour of rigid retaining wall with relief shelves with cohesive backfill // 5th International Conference on Forensic Geotechnical Engineering. December 8 - 10, 2016. Bengaluru, India. Pp. 350-357.

99. Garg, K.G. Retaining wall with reinforced backfill - a case study // Geotextiles and Geomembranes. 1998. №. 16. Pp. 135-149. https://doi.org/10.1016/S0266-1144(98)00003.

100. Kloukinas, P., Penna, A., Scotto, di Santolo A. and others. Experimental Investigation of Dynamic Behavior of Cantilever Retaining Walls // Seismic Evaluation and Rehabilitation of Structures. 2014. Pp. 477-493.

101. Lisichkin, S.E., Zalesov, A.S. Evalution of the Strength of Reinforced-Concrete Members on the Basis of Secondary Stress Fields // Hydrotechnical Construction Consultants bureau. New York. 1990. Vol.24., No. 3. Pp.221-226.

102. Lisichkin, S.E., Kamnev, N.M., Rubin, O.D. Calculation of the Strength of a Fragment of a Turbine Block with a Scroll Casing at the Al Wahda Hydro Development // Hydrotechnical Construction Consultants bureau. New York. 1996. Vol. 29. No. 12. Pp.721-727.

103. Lisichkin, S.E., Rubin, O.D., Shakars, I.E., Novikov, S.P. Assesment of the Stress-Strain State of the Left Block of the Plavinas Hydroelectric Station Powerhouse with Consideration of the Data of On-Site Observations // Hydrotechnical Construction Consultants bureau. New York. 1998. Vol.32. No. 2. Pp.104-112.

104. Lisichkin, S.E., Rubin, O.D., Lyapin, O.B., Nefedov, A.V. Research of concrete and reinforced-concrete power-generating structures // Hydrotechnical Construction Consultants bureau. New York. 1999. Vol.33., No. 8-9. Pp.459- 466.

105. Lisichkin, S.E., Skvortsov, A.G. Improving the safety of massive reinforced-concrete structures with contact construction joints // Hydrotechnical Construction Consultants bureau. New York. 2001. Vol.35., No. 6. Pp.279- 284.

106. Nikolaev, V.B., Gun, S.Ya., Lisichkin, S.E., Lyapin, O.B.. Strength of reinforced-concrete retaining walls // Hydrotechnical Construction, October 1988, Vol. 22, Is. 10. Pp. 616-621.

107. S. Shrestha, N. Ravichandran, M. Raveendra, J.A. Attenhofer «Design and analysis of retaining wall backfilled with shredded tire and subjected to earthquake shaking» Soil Dynamics and Earthquake Engineering 90(2016) 227-239.

108. G.L. Sivakumar Babu, Raghuveer Rao Pallepati. Forensic analysis of failure of retaining wall. The 15th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (2016). Pp. 2514-2519.

109. Vinay B. Chauhan, Dasaka Murty, Vinil K. Gade. Investigation of failure of a rigid retaining wall with relief shelves. The 15th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016. Pp. 2492-2497.

110. Vinay, B. Chauhan, Dasaka, Murty. Behaviour of rigid retaining wall with relief shelves with cohesive backfill // 5th International Conference on Forensic Geotechnical Engineering, Dec 8 to 10, 2016, Bangalore.

111. Yaoyao, Pei, Yuanyou, Xia «Design of Reinforced Cantilever Retaining Walls using Heuristic Optimization Algorithms» 2012 International Conference on Structural Computation and Geotechnical Mechanics, Procedia Earth and Planetary Science 5 (2012) 32-36.

112. Wu, Y., He, S., Li, X. Failure mechanism and seismic design of retaining wall in earthquake. Environmental Earth Sciences. 2012. Pp. 1013-1019.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ И РАСЧЕТАМ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПОДПОРНЫХ

СТЕН УГОЛКОВОГО ТИПА

Основные положения

Настоящие рекомендации распространяются на гидротехнические железобетонные подпорные стены уголкового типа (имеющие межблочные строительные швы), изготовленные из бетона классов В10-В30; с процентом армирования до 1%.

Подготовка исходных данных

В соответствии с положениями разработанной методики на предварительной стадии выполняется анализ конструктивных особенностей (включая расположение межблочных строительных швов и схемы армирования конструкций) гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа.

Производится подготовка исходных данных для расчетов гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа, в том числе физико-механических характеристик бетона и арматуры (полученных на основе инструментальных обследований; при отсутствии натурных данных принимаются проектные характеристики).

Выполняется анализ данных натурных наблюдений за состоянием изучаемых подпорных стен.

В гидротехнических железобетонных подпорных стенах уголкового типа выделяются характерные сечения, в том числе с учетом расположения межблочных строительных швов.

Определяются усилия в принимаемых для расчетов характерных сечениях (на основе методов строительной механики или численными методами (в том числе методом конечных элементов)), включая противодавление в раскрывшихся межблочных швах и трещинах.

1 Проведение обследований гидротехнических

железобетонных подпорных стенах уголкового типа

Проведение подготовительных работ:

- анализ конструктивных особенностей исследуемых гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа;

- анализ данных натурных наблюдений и выполненных ранее обследований исследуемых гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа;

- составление программы обследований гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа;

- разработка проекта производства работ по обследованию гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа.

Проведение визуальных обследований:

- проводятся визуальные обследования гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа с выявлением дефектов и повреждений (в том числе трещинообразования) с необходимыми замерами и фиксацией их мест и характера;

- составляются схемы трещин и дефектов.

Проведение инструментальных обследований неразрушающими

методами:

- работы по обмеру гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа, их элементов и узлов;

- инструментальное определение параметров дефектов и повреждений (трещин, отколов и разрушений, оголений арматуры), месторасположения, характера трещин и ширины раскрытия трещин;

- определение фактических прочностных характеристик бетона гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа неразрушающими методами (методом упругого отскока и ультразвуковыми методами).

Проведение инструментальных обследований разрушающими

методами:

- определение мест отбора бетонных кернов для последующих

лабораторных испытаний;

- выбуривание бетонных кернов и последующие испытания в лабораторных условиях;

- определение фактических напряжений в стержневой арматуре наиболее напряженных участков гидротехнических конструкций из железобетона методом «разгрузки арматуры» (см. п. 5.4 настоящей Главы);

- установка (при необходимости) приборов ПСАС на разрезанную арматуру для последующего контроля изменений напряжений в арматуре.

2 Порядок проведения расчетов гидротехнических железобетонных подпорных стен уголкового типа.

Проводится определение расчетных значений сопротивления материалов элементов железобетонных конструкций. Для бетона и стальной арматуры расчетные значения сопротивления бетона и арматуры и модулей упругости определяются по таблицам 3, 10, 12, 17 СП 41.13330.2012.

Проводится определение горизонтальных расчетных сечений в подпорных стенах, для которых будут выполняться расчеты напряженного состояния и прочности.

Проводится определение действующих усилий (изгибающий момент М, продольная N и поперечная Q силы) в выбранных расчетных сечениях, в том числе на уровне горизонтальных межблочных строительных швов.

3 Проведение расчетов напряженного состояния в нормальных сечениях железобетонных конструкций гидротехнических уголковых подпорных стен

Условие равновесия при действии вертикальных сил: Nb+Nrs +Nw = N+ ^ (5.1.1)

где N - вертикальная сжимающая сила в сечении; Ыъ -равнодействующее усилие в бетоне сжатой зоны; - растягивающее усилие в тыловой рабочей арматуре; Ы/ - сжимающее усилие в лицевой конструктивной арматуре; N^7 усилие от противодавления воды в трещине р™

Условие равновесия при действии изгибающих моментов (относительно равнодействующей вертикальных сжимающих напряжений в бетоне сжатой зоны):

где И - высота горизонтального сечения от лицевой до тыловой граней стенки; Ио - рабочая высота сечения (от лицевой грани до тыловой растянутой арматуры); ео - эксцентриситет приложения вертикальной силы N относительно центра сечения; л* - высота сжатой зоны; а - защитный слой бетона сжатой

арматуры; а - защитный слой арматуры растянутой зоны.

На основе зависимости (5.1.11) определяем величину параметра Э. На основе зависимости (5.1.12) определяем величину растягивающих напряжений о3 в тыловой растянутой рабочей арматуре, в том числе с учетом противодавления воды в трещине (шве):

С учетом зависимостей (5.1.9) и (5.1.10) определяем другие параметры напряженного состояния в горизонтальном сечении конструкции, такие как

максимальные сжимающие напряжения оъ в бетоне на сжатой грани подпорной

стенки и сжимающие напряжения о'5 в сжатой арматуре.

4 Проведение расчетов напряженного состояния и прочности железобетонных конструкций гидротехнических уголковых подпорных стен с межблочными швами с учетом вторичных напряжений

Определяется сопротивление контактного шва сдвигу при действии сжимающих сил Я-ъ^и на основе зависимости (5.2.1.6).

Определяется сопротивление тыловой рабочей арматуры Т на основе зависимости (5.2.2.2).

Величина вторичных растягивающих напряжений в вершине трещины по горизонтальному шву определяется по формуле (5.2.3.6):

где Х - высота сжатой зоны (определяется по формуле 197 (200) Пособия к СНиП 2.06.08-87), В - ширина конструкции.

Проводится проверка прочности бетона на действие вторичных

напряжений; при этом вторичные растягивающие напряжения о sec в вершине

горизонтальной трещины по шву не должны превышать прочность бетона на

растяжение Rbt: из условия (5.2.3.7):

asec < Rbt

В том случае, если вторичные растягивающие напряжения asec в вершине горизонтальной трещины начинают превосходить прочность бетона на

растяжение R^t, образуется вторичная наклонная трещина, которая выклинивается

из вершины трещины в направлении лицевой грани стенки.

Выполняется проверка условия прочности при наличии вторичной наклонной трещины из условия (5.2.3.8):

При этом усилие Tsec, вызванное вторичными растягивающими

напряжениями, передается на поперечную горизонтальную арматуру, пересекающую вторичную наклонную трещину (рис. П 5.3.1) в соответствии с зависимостью (5.2.3.9):

Рисунок П 5.3.1 - Схема работы горизонтальной поперечной арматуры

где - расчетное сопротивление поперечной арматуры; А^± -

площадь сечения одного поперечного арматурного стержня; п - количество поперечных стержней.

Определяем требуемое количество стержней поперечной арматуры п с учетом усилия Tw от противодавления воды из зависимостей (5.2.3.12) и

(5.2.3.9)

Усилие равняется:

(5.2.3.13):

п = <ТЖ + ГиО/Я^, ■ >1

(5.2.3.12)

Или из зависимости (5.2.3.13): п = СО - Тя + ■ А^)

(5.2.3.13)

5 Примеры расчета

Апробация методики расчета напряженного состояния в горизонтальных сечениях железобетонных конструкций подпорных сооружений

проводилась на примере низовых левосторонних подпорных стен Загорской ГАЭС с учетом результатов определения фактических напряжений в арматурных стержнях методом «разгрузки арматуры». При этом из компонентов напряженного состояния в горизонтальных сечениях известными являются сжимающие напряжения в лицевой конструктивной арматуре подпорных стен.

Использовались данные о прочности и модуле упругости бетона низовых левосторонних (ЛН-1, ЛН-2, ЛН-3) подпорных стен водоприемника Загорской ГАЭС, которые были получены путем натурных инструментальных исследований (табл. П 5.1).

Таблица П 5.1 - Данные о параметрах расчетных сечений, призменной прочности и модуле упругости бетона низовых левосторонних подпорных стен

водоприемника Загорской ГАЭС

Центр штрабы от корневого сечения Призменная прочность, Rb (МПа) Модуль упругости, ЕЬ (МПа) Высота сечения, Н (м) Рабочая высота сечения, ^ (м) Процент армирования, ц%

ЛН-1

(Штраба 1)

1,8 м 23,05 28030 3,61 3,46 0,751

ЛН-1

(Штраба 2)

1,8 м 28,2 30600 3,61 3,46 0,751

ЛН-2

(Штраба 1)

1,8 м 21,75 27380 3,18 3,03 0,664

ЛН-2

(Штраба 2)

1,8 м 23,55 28270 3,18 3,03 0,664

ЛН-3

(Штраба 1)

1,8 м 26,5 29650 2,68 2,53 0,518

Результаты апробации методики расчета напряженного состояния железобетонных подпорных сооружений в горизонтальных сечениях низовых

левосторонних подпорных стен водоприемника Загорской ГАЭС приведены в таблице П 5.2.

Таблица П 5.2 - Результаты апробации методики расчета для низовых

левосторонних стен водоприемника Загорской ГАЭС

Центр штрабы от корневого сечения Напряжения ас, МПа в сжатой арматуре Напряжения аs, МПа в растянутой арматуре Напряжения аЬ, МПа в сжатом бетоне

ЛН-1

(Штраба 1)

1,8 м -90,2 217,6 -14,6

ЛН-1

(Штраба 2)

1,8 м -120,9 291,7 -21,3

ЛН-2 (Штраба 1)

1,8 м -60,1 143,5 -9,7

ЛН-2 (Штраба 2)

1,8 м -100,6 173,6 -19,1

ЛН-3

(Штраба 1)

1,8 м -58,6 178,9 -11,6

Результаты расчетов напряжений в тыловой арматуре низовых подпорных стен водоприемника Загорской ГАЭС показали, что в левосторонней подпорной стене ЛН-1 (штраба 2) напряжения (291,7 МПа) вплотную приблизились к значению предела текучести, равного 300 МПа для арматуры класса А-11.

Необходимо проведение регулярных наблюдений за напряженным состоянием низовых подпорных стен водоприемника. В случае ухудшения напряженного состояния может потребоваться усиление железобетонных конструкций низовых подпорных стен водоприемника Загорской ГАЭС.

6 Методика определения фактических напряжений в арматурных стержнях методом «разгрузки арматуры»

Определение фактических напряжений в арматуре методом «разгрузки арматуры» проводилось на выделенных участках конструкций в зонах наиболее характерных трещин набольшего раскрытия.

Схемы проведения «разгрузки арматуры» представлены на рис. П 6.1-

6.5.

Указанная методика «разгрузки арматурного стержня» с использованием преобразователя линейных деформаций ПЛДС-150 предназначена для определения начальных напряжений (как правило, растяжения) в рабочей арматуре эксплуатируемых железобетонных конструкций.

Последовательность выполнения операций при определении начальных напряжений включает:

- в намеченном месте вырубается штраба в бетоне; внутри штрабы оголяется участок исследуемого арматурного стержня (рис. 6.1);

Рисунок П 6.1

- на очищенном от бетона участке арматурного стержня зачищаются две параллельные площадки для приварки анкеров ПЛДС-150; на подготовленные площадки устанавливается оправка с анкерами и производится приварка анкера к арматурному стержню; после остывания мест сварки оправка снимается с приваренных анкеров;

в приваренные к арматурному стержню анкера устанавливается преобразователь ПЛДС-150 (рис. 6.2);

Устанобка

/ПЛДС-150

Рисунок П 6.2

- к выводам ПЛДС-150 подключается специализированный периодомер;

- замеряется значение начальной деформации ПЛДС-150;

- шлифовальной машиной разрезается арматурный стержень за пределами установки ПЛДС-150; место разреза должно остыть (рис. 6.3);

Рисунок П 6.3

- замеряется значение деформации разгруженного арматурного стержня;

- искомые напряжения в арматурном стержне определяются как разность значения деформации разгруженного стержня и значения начальной деформации;

- после проведения всех замеров датчик деформации ПЛДС-150 демонтируется;

- разрезанный участок арматуры восстанавливается путем вварки накладок (либо в вырез в арматуре вваривается прибор ПСАС для последующего контроля изменения напряжений в арматурном стержне) (рис. 6.4);

Установка

Рисунок П 6.4

- оголенный участок бетонируется с использованием бетона класса не ниже прочности окружающего бетона (рис. 6.5).

Рисунок П 6.5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

Институт Гидропроект

нииэс

Филиал АО «Институт Гидропроект» - «НИИЭС»

Волоколамское шоссе, д.2, Москва, Российская Федерация, 125993

т.: [phone] [phone]

[e-mail] www.mhp.rushydro.ru

на №

. от .

СПРАВКА

о внедрении

Настоящим удостоверяю, что материалы диссертационной работы Пащенко Федора Александровича, посвященной совершенствованию методики расчета прочности железобетонных гидротехнических уголковых подпорных стен с учетом межблочных швов и схем их армирования (опубликованные в статьях Пащенко Ф.А.: «Экспериментально-теоретические исследования гидротехнических подпорных стенок уголкового типа»/Известия ВУЗов. Строительство, №2, 2020 и «Экспериментальные исследования влияния характера нагрузок на напряженно-деформированное состояние подпорных стенок»/Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, №1, 2021), использованы при определении напряженного состояния низовых подпорных стен водоприемника Загорской I АЭС с учетом результатов определения фактических напряжений в лицевой арматуре методом «разгрузки арматуры»; а также при разработке варианта усиления лицевой грани подпорных стен ЛН-2 и ЛН-3 (закрепленных посредством анкерных тяг) углеродными тканями.

Заместитель директора филиала АО «Институт Гидропроект»-«НИИЭС»

Ю.А.Ильин