Нагрузки и воздействия на гравитационные плотины
ЛЕКЦИЯ 7
На ГТС действуют следующие нагрузки и воздействия:
· постоянные;
· временно длительнодействующие;
· кратковременные;
· особые.
К постоянным относят:
1. Собственный вес сооружения:
,
где — материала тела плотины;
— объем тела плотины;
— ускорение свободного падения, м/с2;
2. Вес постоянного оборудования, местоположение которого не меняется в процессе эксплуатации сооружения (затворы, подъемные механизмы и т. п.).
3. Вес воды над плотиной или ее элементами, работающими совместно с сооружением (например, над понуром).
4. Гидростатическое давление воды на верховую и низовую грани плотины:
,
где у — глубина погружения расчетной точки.
5. Взвешивающее давление воды:
,
где у — глубина погружения точки под уровнем нижнего бьефа.
6. Фильтрационное противодавление;
7. Вес грунта над сооружением;
8. Боковое давление грунта со стороны верхнего и нижнего бьефов; определяется в случае заглубления флютбета сооружения ниже дна, причем поскольку плотина не перемещается выполняется расчет давления покоя.
К временно длительнодействующим нагрузкам относят:
1. Давление наносов, отложившихся перед плотиной для песчаных грунтов:
,
где — плотность наносов:
,
— плотность скелета грунта;
— плотность воды;
— пористость наносов.
ун — толщина слоя наносов;
— угол внутреннего трения.
2. Температурные воздействия.
Определяются для года со средней амплитудой колебаний среднемесячных температур. Эти воздействия заключаются в определении напряжений в теле плотины вследствие колебаний температуры наружного воздуха.
К кратковременным нагрузкам относят:
1. Силовое динамическое воздействие воды при уровнях в верхнем и нижнем бьефах, соответствующих пропуску через сооружения расходов основного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП 33-01-2003 и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств:
,
где — средневзвешенное значение динамического давления:
,
где — коэффициент давления (определяемый эмпирическим путем);
— пульсационная составляющая гидродинамического давления:
,
— коэффициент пульсации.
Динамические нагрузки при осуществлении сбросов воды следует определять для плотин I и II классов по результатам расчетов и экспериментальных исследований, для плотин III и IV классов — по результатам расчетов или аналогам.
2. Давление льда (СНиП 2.06.04-82*) при его среднемноголетней толщине
При прорезании льда отдельно стоящей опорой:
,
где — коэффициент формы опоры; =0,9 при полуциркульной форме или многогранной; 1,0 — при прямоугольной форме; 0,54 — при заостренной форме с углом α=45о;
— расчетное сопротивление льда раздроблению;
— ширина опоры;
hл – толщина льда.
При ударе льдины о плоскую грань сооружения большой протяженностью:
,
где — расчетное сопротивления льда на сжатие = 0,15÷0,45 МПа;
— ширина фронта сопротивления;
3. Волновое воздействие (СНиП 2.06.04-82*).
4. Нагрузки от подъемных, перегрузочных, транспортных и других конструкций и механизмов, которые перемещаются по сооружению.
5. Нагрузки от судов (СНиП 2.06.04-82*)
К особым относят следующие нагрузки:
1. Силовое действие воды при ФПУ ВБ и УНБ, соответствующих пропуску воды через сооружение расхода поверочного расчетного случая и нормальной работе дренажных устройств:
· гидростатическое давление воды;
· взвешивающее давление воды;
· фильтрационное давление воды;
· пригрузка основания со стороны ВБ и НБ;
· динамические нагрузки.
2. Силовое действие воды при НПУ ВБ и УНБ, соответствующее минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу при нарушении одного из дренажных или противофильтрационных устройств.
3. Температурные воздействия для года с максимальной амплитудой колебаний среднемесячных температур и для года с максимально низкой среднемесячной температурой.
4. Давление льда при максимальной многолетней толщине льда обеспеченностью 1 %.
5. Волновое воздействие при максимальной многолетней скорости ветра обеспеченностью 2 % для I и II класса сооружений и 4 % – для сооружений III и IV классов.
6. Сейсмическое воздействие учитывается в сейсмических районах
(см. СНиП II-7-81*).
Сочетания нагрузок
При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:
· постоянные нагрузки и воздействия;
· временно длительнодействующие;
· кратковременные, которые могут воздействовать одновременно.
При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:
· постоянные;
· временные длительнодействующие;
· кратковременные нагрузки;
· одну из особых нагрузок и воздействий.
При определении коэффициентов сочетания нагрузок следует руководствоваться СНиП 33-01-2003.
Расчетные случаи
Расчеты плотин, их оснований и отдельных элементов на прочность и устойчивость следует производить для наиболее неблагоприятных расчетных случаев эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и нагружения плотины.
В проекте должна предусматриваться очередность возведения плотины и ее отдельных элементов, при которой усилия, возникающие в строительный период, не вызывают необходимости в дополнительном армировании или другом утяжелении сооружения.