Статическая работа плотин из укатанного бетона с учетом ослабленных строительных швов
Все это делает строительство плотин из УБ экономичным, технологичным и конкурентоспособным. Вместе с тем это определяет необходимость углубленного и всестороннего изучения их напряженно-деформированного состояния (НДС), в том числе, устойчивости и прочности в отдельных частях. Для этой цели широко применяются методы физического и математического моделирования, в том числе, метод конечных… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПЛОТИН ИЗ УКАТАННОГО БЕТОНА
- 1. 1. Некоторые сведения о строительстве плотин из укатанного бетона (УБ)
- 1. 2. Особенности физико-механических свойств УБ
- 1. 3. Современные технологии строительства плотин из УБ
- 1. 4. Современные конструкции плотин из УБ
- 1. 5. Современные методы расчета НДС плотин из УБ
- 1. 6. Выводы по главе. Цель и задачи исследования
- ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УБ
- 2. 1. Укатанный бетон как строительный материал
- 2. 2. Деформируемость и прочность УБ
- 2. 3. Ползучесть УБ
- 2. 4. Теплофизические свойства УБ
- 2. 5. Водопроницаемость УБ
Статическая работа плотин из укатанного бетона с учетом ослабленных строительных швов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность темы
диссертации. В настоящее время во многих странах мира установилась тенденция строительства плотин из укатанного бетона (УБ), отличающегося низким содержанием цемента, высоким содержанием пуццоланы (золы уноса) и крупнозернистых фракций (гравия). Технология строительства плотин из УБ проста, что позволяет строить плотины высокими тепами, сопоставимыми с темпами строи 1ельства грушовых плотин.
Все это делает строительство плотин из УБ экономичным, технологичным и конкурентоспособным. Вместе с тем это определяет необходимость углубленного и всестороннего изучения их напряженно-деформированного состояния (НДС), в том числе, устойчивости и прочности в отдельных частях. Для этой цели широко применяются методы физического и математического моделирования, в том числе, метод конечных элементов (МКЭ). Это особенно актуально в связи с тем, что УБ является новым строительным материалом, механические свойства которого изучены сравнительно мало. Математическое моделирование НДС (МКЭ) в решении этих проблем должны занимать доминирующее положение, как наиболее экономичные и эффективные.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является изучение и совершенствование методов математического (численного) моделирования НДС плотин из УБ с учетом ослабленной зоны, обусловленная низкими механическими свойствами слоев УБ и швов между ними для установления закономерностей формирования и трансформации НДС системы сооружение-основание и выявления механизма разрушения ослабленной зоны и устойчивости плотины в целом.
Для достижения этой цели ставились и решались ряд задач по оценке НДС системы сооружение-основание МКЭ и анализировались результат решений этих задач, с учетом особенностей влияния различных факторов.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
— анализ современного состояния строительства плотин из УБ и возникающие в связи с этим проблемы;
— обзор существующих методов изучения и описания физико-механических свойств УБ, в том числе на основе моделей упруго-пластических сред;
— обоснование и выбор расчетной схемы взаимодействия системы плотина-основание с учетом ослабленной зоны в плотине;
— обоснование и выбор расчетной упруго-пластической модели УБ, слоев УБ и швов между слоями на основе теории прочности Мора-Кулона;
— обоснование и выбор расчетных характеристик упруго-пластической модели У Б и швов;
— обоснование и выбор метода математического моделирования НДС системы плотина-основание, т. е. МКЭ;
— постановка и решение задач по количественной оценке НДС системы плотина-основание с учетом ослабленной зоны в плотине;
— анализ результатов математического моделирования НДС с системы плотина-основание, составление рекомендаций для использования результатов исследований в практике.
Научная новизна работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Для описания механических свойств УБ использована модель упруго-пластической среды, основанная на теории прочности Мора-Кулона. Показано, что для сред, обладающих различным сопротивлением на сжатие и на растяжение, целесообразно использовать теорию прочности Мора-Кулона.
2. Поставлены и решены ряд задач по количественной оценке НДС плотины из УБ с учетом ослабленной зоны и другими факторами, в том числе: изменчивости свойств УБ в процессе нагружения, контактных элементов между слоями, дилатансии и др.
3. Выявлен механизм формирования и трансформирования НДС в плотине из УБ с учетом ослабленной зоны, в том числе механизм раскрытия швов между слоями УБ и разрушения слабого слоя.
4. Показано, что наличие слабою слоя в плотине локализует процесс разрушения внутри этого слоя и он не распространяется в соседние слои.
5. Показана возможность количественной оценки НДС системы плотина-основание на всех этапах нагружения, т. е. возможность одним расчетом дать оценку состояния плотины по двум группам предельных состояний.
Практическое значение работы.
Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты исследований позволяют:
— повысить достоверность и точность количественной оценки НДС системы плотина-основание с учетом ослабленной зоны, в том числе механизма раскрытия трещин и разрушения;
— учитывать влияние различных факторов на НДС системы плотина-основание, в том числе: особенности свойств слоев УБ и швов между ними, изменчивость этих свойств в процессе нагружения, дилатансии и др.
— разработать экономически эффективные конструкции плотин из УБ, в том числе комбинированные.
Реализация работы. Результаты выполненных работ будут использованы в НИР кафедры МГСУ, а также автором диссертационной работы в своей научной и практической деятельности в Армении.
На защиту выносятся.
Результаты теоретических исследований НДС системы плотина-основание с учетом ослабленной зоны, в том числе:
— постановка и решение задач по количественной оценке НДС системы плотина-основание с учетом различных особенностей строения и свойств УБ в ослабленной зоне;
— анализ результатов математического моделирования НДС системы плотина-основание с учетом различных факторов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре гидротехнических сооружений МГСУ в период обучения в аспирантуре в 2003;2006 годах.
Автор выражает искреннюю бла1 одарность своему научному руководителю, доценту, кандидату технических наук Толстикову В. В. за постоянное внимание и большую помощь при выполнении настоящей диссертационной работы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
1. В настоящее время строительство плотин из УБ развивается высокими темпами, что определяет необходимость углубленного и всестороннего изучения их НДС, в том числе устойчивости и прочности в отдельных частях.
2. Математическое моделирование НДС системы плотина-основание численным методом (МКЭ), является эффективным и экономичным по сравнению с физическими методами моделирования.
3. Физико-механические свойства укатанною бетона существенно зависят от его состава, количества вяжущих и могут меняться в широких пределах. Это позволяет проектировать различные конструкции плотин, в том числе гравитационных, арочных и комбинированных.
4. Упруго-пластическая модель, построенная на основе теории прочности Кулона-Мора в достаточной степени точности описывае! механические свойства УБ.
5. Ослабленная зона в плотинах из УБ, состоящая из слоев УБ и швов между ними оказывает сущес! венное влияние на НДС плотин в процессе возрастания гидростатической нагрузки вплоть до ее разрушения.
6. Разрушение плотин из УБ с ослабленной зоной происходит вследствие возникновения растягивающих напряжений со стороны верхнего бьефа и раскрытия швов между слоями. По мере роста нагрузки концентрация точек пластического течения смещается в сторону нижнего бьефа и локализуется в ослабленной зоне.
7. Учет переменности прочностных свойств разупрочнения УБ в процессе нагружения плотины приводит к росту интенсивного разрушения плотины.
8 Устройство зонирования плотины из УБ и в частности противофильт-рационного элемента из обычного вибрируемого бетона существенно повышает устойчивость плогипы в целом, и снижает вероятность получения трещин между слоями из УБ.
9. Коэффициенты устойчивости рассчитаны на основе формулы плоского сдвига и по результатам расчета НДС МКЭ не всегда совпадают, что свидетельс1вует о сложном механизме разрушения плотин с горизонтальными швами.
10.Устройство обратного наклона швов в плотине из УБ до 6° (10%) не оказывает существенного влияния на коэффициент устойчивости плотины, что обусловлено особым механизмом разрушения ослабленной зоны.
11.Учет дилатансии в слоях УБ и швах между иими приводит к существенному изменению коэффициента устойчивости плотин из УБ.
12.Противофильтрационный элемент в плотинах из УБ оказывает существенное влияние на НДС плотины, в том числе на механизм ею разрушения.
Список литературы
- Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия (с учетом ползучести). -М: Стройиздат, 1966.
- Александровский C.B., Багрий В. Я. Ползучесть бетона при периодических воздействиях. М: Сфойиздат, 1970.
- Александровский C.B., Попкова О. М. 11елинейные деформации бетона при сложных режимах нагружения. Бетон и железобетон. № 1, 1971.
- Александровский СВ. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести. Изд. 2-ое переработанное и дополненное, М: Стройиздат, 1973.
- Анискин H.A., Кириллов Ю. В. Применение локально-вариационного метода конечных элемешов в решении задач теории упругости. Изв. ВУЗов, сер. «Строительство и архитектура», 1986, № 7.
- Антипов A.A. Напряженно-деформированное состояние горного массива вокруг подземных машинных залов ГЭС /с учетом поэтапности их разработки, трещиноватости пород и фактора времени/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук, М., 1988, 213 с.
- Антонов С. С, Коган J1.E. Исследования напряженного состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Л.: Энергия, Известия ВНИИГ, 1971, т. 96, с 211−220.
- Антонов С. С, Коган J1.E., Корсакова J1.B. Оценка напряженного состояния арочной плотины. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике, J1: Энергоатомиздат, 1987, с. 20−24.
- Арутюнян Н.Х., Александровский C.B. Современное состояние развития теории ползучести бетона. В сб. «Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. Состояние проблемы и перспективы развития». — М.: Стройиздат, 1976, с. 5−96.
- Бердичевский Г. Ю., Бронштейн В. И., Мгалобелов Ю. Б. и др. Двухароч-ная плотина некоторые особенности статической работы.
- Зерцалов М.Г. Инженерная модель деформирования и разрушения горных пород и бетонов в условиях сжатия (после начала микротрещино-образования) М.: Гидротехническое строительство, № 4, 1990, с. 3337.
- Берг О.Я., Соломенцев Г. Г. Исследование напряженного и деформированного состояния бетона при трехосном сжатии. В кн. Исследование деформаций, прочности и устойчивости беюна транспортных сооружений. Тр. ЦНИИС, М.: Транспорт, 1969, № 70.
- Бердичевский Г. Ю., Бронштейн В. И., Мгалобелов Ю. Б. и др. Двухароч-ная плотина некоторые особенности статической работы
- Бронштейн В.И. Укатанный бетон составы и свойства, технология применения. — Энергетическое строительство, № 2, 1984, с. 22−29.
- Гениев Г. А., Киссюк В. Н., Тюпин Г. А. Теория пластичности бетона и железобетон М.: Стройиздат, 1974, 316 с.
- Гинзбург Ц Г. Определение коэффициента теплопроводности бетона. -Известия ВНИИГ, т. 47, 1952.
- ГОСТ 24 452–80. Бетоны Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. — М.: Издательство стандартов, 1981.
- ГОСТ 10 180–78*. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение. М.: Издательство стандартов, 1985.
- ГОСТ 26 633–91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. М: Издательство стандартов, 1986.
- Гудман Р. Механика скальных пород. М.- Стройиздаг, 1987, 232 с.
- Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975, 541 с.
- Зенкевич О. С, Морган И. Конечные элементы и аппроксимация. -М.: Мир, 1986,318 с.
- Зерцалов М.Г., Иванов В. А., Степанова JI.C, Толстиков В. В. Исследование разрушения системы ипамп-основание в условиях сдвига с использованием МКЭ. Межвузовский сб. Приложение численных методов к задачам геомеханики, М.: 1986, с. 49−61.
- Зерцалов М.Г. Инженерная модель деформирования и разрушения горных пород и бетонов в условиях сжатия (до начала микротрещино-образования). М.: Гидротехническое строительство, № 3, 1990, с. 2227
- Зерцалов М.Г. Инженерная модель деформирования и разрушения горных пород и бетонов в условиях сжатия (после начала микрогрещино-образования) М.: Гидротехническое строительство, № 4, 1990, с. 3337.
- Зерцалов М.Г., Толстиков В.В. Учет упруго-пластической работы бетонных плотин и скальных оснований в расчетах с использованием
- Зерцалов М.Г. Инженерная модель деформирования и разрушения горных пород и бетонов в условиях сжатия (стадия разупрочнения). М.:
- Кириллов А.П., Коган Е. А., Ульянова Е. А. Прочность бетонных массивных сооружений по горизонтальным строительным швам. Обзорная информация, серия 2 «Гидроэлектростанции», вып. 2, М.: Информ-энерго, 1987, 60 с.
- Коган Е.А., Ульянова Е. А. К вопросу о прочности на сдвиг по горизонтальным блочным швам в бетонных плотинах. Сб. научных трудов Гидропроекта, вып. 123, М.: Гидропроект, 1987, с. 137−144.
- Koi ан Е.А., Мгалобелов Ю. Б., Ульянова Е. А. Конструкции плотин из укатанного бетона. Энергетическое строительство, № 1, 1988, с. 3−7.
- Коган Е.А., Ульянова Е. А. Конструкции плотин из укатанного бетона. -Обзорная информация, серия «Гидроэлектростанции», вып. 3, М.: Ин-формэнерго, 1990, 56 с.
- Коган Е А., Соломатина Л. С. Экспериментальные исследования прочности на сдвиг по строительным швам в обычном и укатанном бетонах. Энергетическое строительство, № 1, 1991, с. 45−47.
- Коган Е.А. Ползучесть укатанного бетона. Гидро1ехническое строительство, № 3, 1991, с. 32−35.
- Коган Е.А. Строительство плотин из укатанного бетона. Анализ состояния и перспективы развития. Гидротехническое строительство, № 5, 2000, с. 30−40.
- Коган Е.А. Плотины из укатанного бетона. Анализ зарубежных данных о трещинообразовании и рекомендации по обеспечению термической трещиностойкости. Научно-технический и производственный сборник
- Безопасность энергетических сооружений", Вып. 6, АО «НИИЭС», М.: 2000, с. 157−183.
- Ляпичев Ю.П. Проектирование современных высоких плотин. М., изд. РУДН, 273 с.
- Ляпичев Ю. П. Новые конструкции плотин из укатанного бетона и камня. Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях: Сб. научн. трудов. M.: АСВ, 1998, с. 39−43.
- МарчукАН Статическая paooia бсюпных плотин M Энерюи}да1, 19X3, 241 с
- М1алобелов Ю Б Прочность и усюйчивость скальных оснований беюнных плотин -М Энерия, 1979,216 с
- Орехов В.Г. Напряженное состояние, прочность и устойчивость бетонных плотин на скальном основании. Диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук МИСИ им. В. В. Куйбышева, М., 1982.
- Орехов В.Г. Расчет несущей способности бетонных плотин на скальных основаниях. Материалы конференций и совещаний гидротехнике, Л.: Энергоатомиздат, 1984, с. 42−49.
- Орехов В.Г., Захаров В. Ф., Зерцалов М. Г., Толстиков В. В., Шимельмиц Г.И Напряженно-деформированное состояние плотины Бурейской ГЭС с учетом очередности ее возведения. Материалы
- СНиП 2.06.06−85, Плотины бетонные и железобетонные М.: Стройиз-дат, 1986,37 с.
- СНиП 2.06.06−85. Плотины бетонные и железобетонные. М.: ЦИГ1Т Госстроя СССР, 1986.
- СНиП 2.06.08−87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. М.: Стройиздат, 1987.
- Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: «Наука», 1975.
- Толкачев Л.А., Судаков В. Б. Токтогульский метод бетонирования массивных сооружений. М.: Энергия, 1973,
- Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра. 1987, 221 с.
- Гаспарян А.П. Напряженно-деформированное состояние плотины из укатанного бетона с учетом переменной прочности ослабленной зоны, ж. Естественные и технические науки, № 3, 2006, с.252−259
- Статическая работа плотины из укатанного бетона с учетом ослабленной зоны с горизонтальными швами, ж. Естественные и технические науки, № 3, 2006, с.260−268
- Andriolo R.F. RCC properties. Proceeding international Symposium
- Roller Compacted Concrete Dams", vol.1. Santander, Spain, October 1995.
- Finite Elements in Geomechanics / G. Gudehus ed. Chichester John1. Wilev&Sons, 1977,574 p.