РАСЧЕТЫ ПЛОТИН НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ
5.4. Расчеты на общую прочность и устойчивость, по деформациям и по раскрытию трещин, а также расчеты по раскрытию строительных швов с учетом очередности возведения плотины следует выполнять для всей плотины в целом или для отдельных ее секций (или отдельных столбов).
5.5. Расчеты на местную прочность и по образованию трещин следует производить для отдельных конструктивных элементов сооружения; для бетонных конструкций расчеты по образованию трещин следует выполнять только для элементов, ограниченных строительными и конструктивными швами.
5.6. 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.
5.7. Расчет прочности и устойчивости части плотин (пусковой профиль) всех классов в случае, когда проектом предусмотрены возведение и сдача в эксплуатацию гидроузла отдельными очередями, следует выполнять на все нагрузки и воздействия, установленные для рассматриваемого этапа строительства, при этом условия прочности плотин и устойчивости для периода временной эксплуатации следует принимать такими же, как и для периода постоянной эксплуатации.
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.
5.8. Расчеты на прочность плотин I и II классов, возводимых на скальных основаниях, следует выполнять с применением вычислительных методов геотехники и теории упругости с учетом возможного раскрытия строительных швов в сооружении и трещин в скальном основании.
Расчеты на прочность плотин I и II классов, возводимых на нескальных основаниях, необходимо выполнять с учетом пространственной работы фундаментной плиты и других несущих элементов конструкции. При этом внутренние усилия следует определять с учетом неупругого поведения конструкций, вызванного трещинообразованием в бетоне, принимая жесткости сечений в соответствии со СНиП II-56-77.
Расчеты на прочность плотин III и IV классов, а также предварительные расчеты плотин I и II классов следует выполнять, как правило, упрощенными методами строительной механики.
5.9. Расчеты на прочность плотин, которые отнесены к I или II классу только в зависимости от последствий нарушения эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений, допускается производить упрощенными методами строительной механики.
5.10. При определении напряженно-деформированного состояния плотины и основания методами теории упругости допускается рассматривать бетон как изотропный материал, при этом следует учитывать:
наличие ориентированных вдоль оси плотины полостей (продольные галереи, помещения машинного зала гидроэлектростанций и т.д.) в случае, если максимальный из габаритных размеров поперечного сечения полости составляет более 10 % ширины подошвы плотины;
наличие ориентированных в вертикальном направлении или вдоль потока полостей (расширенные швы, турбинные водоводы, поперечные галереи и т.д.) в случае, если площадь горизонтального сечения полости составляет более 5 % площади горизонтального расчетного сечения плотины;
различие прочностных и деформационных характеристик материала плотины и основания;
неоднородность основания и наличие в нем трещин и разломов;
возможность раскрытия строительных швов и нарушения сплошности основания в растянутых зонах с обязательным расчетом на прочность образовавшейся при этом вторичной системы;
очередность возведения, а также способы и сроки омоноличивания плотины.
5.11. Зоны и величина раскрытия межстолбчатых и межблочных швов со стороны низовой грани плотины, а также межсекционных швов в неразрезных плотинах определяются с учетом собственного веса сооружения, гидростатического давления и температурных воздействий строительного и эксплуатационного периодов, учитывая начальный режим твердения бетона, температуру замыкания строительных швов, полное остывание кладки до среднемноголетней эксплуатационной температуры плотины и сезонные колебания температуры наружного воздуха и воды в водохранилище.
5.12. Расчеты бетонных плотин на сейсмические воздействия следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП II-7-81 и разд. 7, 8, 9.
Расчеты плотин всех классов следует производить в рамках линейно-спектральной теории.
Для плотин, расположенных в районах сейсмичностью свыше 7 баллов, относящихся к I классу, допускается производить расчеты с использованием инструментальных записей ускорений основания, а также синтезированных акселерограмм; в этом случае следует учитывать возможность развития неупругих деформаций в сооружении и использовать полученные экспериментально значения нормативных сопротивлений бетона при динамических воздействиях.
5.13. При расчетах бетонных и железобетонных плотин необходимо вводить следующие коэффициенты:
коэффициент надежности по назначению сооружения и коэффициент сочетаний нагрузок , принимаемые согласно СНиП II-50-74;
коэффициент условий работы , принимаемый по табл. 6.
Таблица 6
Виды расчетов плотин и факторы, обуславливающие введение коэффициентов условий работы | Коэффициент условий работы |
1. Расчеты устойчивости бетонных и железобетонных плотин на полускальных и нескальных основаниях | 1 |
2. Расчеты устойчивости гравитационных и контрфорсных плотин на скальных основаниях: |
|
а) для поверхностей сдвига, проходящих по трещинам в массиве основания | 1 |
б) для поверхностей сдвига, проходящих по контакту бетон - скала и в массиве основания частично по трещинам, частично по монолиту | 0,95 |
3. Расчеты устойчивости береговых упоров арочных плотин | 0,75 |
4. Расчеты обшей и местной прочности бетонных и железобетонных плотин и их элементов для случаев, когда определяющей является прочность бетона в конструкциях: |
|
а) бетонных: для основного сочетания нагрузок и воздействий для особых сочетаний нагрузок и воздействий без учета сейсмических |
0,9
1 |
то же, с учетом сейсмических | 1,1 |
б) железобетонных - плитных и ребристых при толщине плиты (ребра) 60 см и более | 1,15 |
в) железобетонных - плитных и ребристых при толщине плиты (ребра) менее 60 см | 1 |
5. То же, для случаев, когда определяющей является прочность ненапрягаемой арматуры: |
|
а) железобетонных элементов б) сталежелезобетонных конструкций | 1,1 0,8 |
Примечания: 1. При расчетах прочности и устойчивости арочных и арочно-гравитационных плотин коэффициенты условий работы, приведенные в табл. 6, следует умножать на коэффициент значения которого приведены в п. 9.19. 2. При расчетах общей и местной прочности бетонных и железобетонных плотин всех видов для случаев, когда определяющей является прочность напрягаемой арматуры, а также при учете многократно повторяющихся нагрузок на элементы плотин коэффициенты условий работы принимаются в соответствии со СНиП II-56-77. |
5.14. При расчетах общей прочности и устойчивости плотины, а также местной прочности отдельных элементов должно соблюдаться одно из следующих условий:
F £ R;
где ,, ‑ коэффициенты, принимаемые согласно п. 5.13;
F, R ‑ соответственно расчетные значения обобщенного силового воздействия и обобщенной несущей способности сооружения;
‑ расчетное значение напряжения;
Ф ‑ функция, вид которой определяется в зависимости от характера напряженно-деформированного состояния плотины;
‑ соответственно расчетные сопротивления арматуры и бетона, определяемые в соответствии со СНиП II-56-77.
Для расчетного случая, определяющего объем сооружения или его стоимость, правая часть неравенства должна превышать его левую часть не более чем на 10%.
5.15. В расчетах бетонных плотин на общую прочность, а также по деформациям в случаях, когда в расчете наличие швов не учитывается, расчетное значение модуля деформации бетонной кладки плотины Ebd, МПа, следует принимать:
для плотин, возведенных столбчатыми массивами или с перевязкой блоков бетонирования
Ebd = Eb [1 - 0,04 (nj - nji)]; (3)
для плотин, возведенных послойным методом бетонирования
Ebd = 0,75 Eb [1 - 0,04 ] (4)
где Eb - начальный модуль упругости бетона, МПа;
nj - число вертикальных швов бетонирования на подошве плотины;
nji - число межстолбчатых или межсекционных швов, для которых применены меры их технологического обжатия;
hbl - высота блока бетонирования, м.
При этом в статических расчетах расчетный модуль деформации Еbd, МПа, должен быть в пределах 0,65 Eb £ Еbd £ 30 000.
Для динамических расчетов модуль деформации бетонной кладки должен назначаться с учетом указаний СНиП II-7-81; при этом значение Еbd должно быть ограничено величиной 40 000 МПа.
5.16. В расчетах бетонных плотин на общую прочность, а также по деформациям в случаях, когда наличие швов учитывается в расчете, в расчетах термонапряженного состояния бетонных плотин, по раскрытию трещин и строительных швов и при анализе данных натурных наблюдений о напряженном состоянии сооружения расчетное значение модуля деформации бетонной кладки следует принимать Еbd = Еb или по данным его определения в самом сооружении.
5.17. В расчетах прочности железобетонных элементов плотин расчетное значение модуля деформации Еbd следует принимать равным начальному модулю упругости бетона Еb, принимаемому в соответствии со СНиП II-56-77.
5.18. Начальный модуль упругости бетона бетонных плотин Еb, МПа, в возрасте t менее 180 сут. следует определять по формуле
(5)
где а - безразмерный параметр, принимаемый по табл. 7.
Таблица 7
Осадка конуса бетонной смеси, см | Максимальный размер крупного заполнителя |
Параметр a при проектном классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||
| Dmax, мм | В5 | B7,5 | В10 | B12,5 | B15 | B20 | В25 | B30 | |
< 4 | 40 80 120 | 27 32 37 | 37 44 52 | 45 56 66 | 54 66 77 | 62 77 90 | 77 98 116 | 90 116 139 | 106 133 162 | |
4-8 | 40 80 120 | 20 25 29 | 28 37 40 | 35 42 50 | 41 50 60 | 47 58 68 | 58 71 86 | 68 86 102 | 80 102 116 | |
> 8 | 40 80 120 | 12 14 17 | 15 19 23 | 18 24 29 | 22 29 35 | 26 33 40 | 35 42 50 | 42 52 60 | 50 60 68 | |
При возрасте бетона 180 сут. и более начальный модуль упругости бетона бетонных плотин допускается принимать по табл. 8.
Таблица 8
Осадка конуса бетонной смеси, | Максимальный размер крупного заполнителя | Начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении Eb 10-3, МПа при проектном классе бетона по прочности на сжатие | |||||||
см | Dmax, мм | В5 | B7,5 | В10 | B12,5 | B15 | B20 | В25 | B30 |
< 4 | 40 80 120 | 23,5 26,0 28,0 | 28,0 30,5 33,0 | 31,0 34,0 36,5 | 33,5 36,5 38,5 | 35,5 38,5 40,5 | 38,5 41,5 43,5 | 40,5 43,5 45,5 | 42,5 45,0 47,0 |
4 - 8 | 40 80 120 | 19,5 22,5 24,5 | 24,0 28,0 29,0 | 27,0 30,0 32,5 | 29,5 32,5 35,0 | 31,5 34,5 37,0 | 34,5 37,5 40,0 | 37,0 40,0 42,0 | 39,0 42,0 43,5 |
> 8 | 40 80 120 | 13,0 15,0 17,5 | 16,0 19,0 21,5 | 18,0 22,0 24,5 | 21,0 24,5 27,0 | 23,0 26,5 29,0 | 27,0 30,0 32,5 | 30,0 33,0 35,0 | 32,5 35,0 37,0 |
5.19. Расчетные сопротивления бетона для зон сооружения, где материал испытывает объемное сжатие, следует назначать в соответствии со СНиП II.56-77.
В случае плоского напряженного состояния при действии напряжений одного знака расчетные сопротивления бетона следует принимать как при одноосном нагружении.
В зонах сооружения, где материал находится в условиях плоского или объемного напряженных состояний при действии напряжений разного знака расчетные сопротивления бетона сжатию и растяжению допускается определять как при одноосном нагружении.
5.20. При определении прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов оснований бетонных и железобетонных плотин и при выборе расчетных схем следует обращать особое внимание на наличие в грунтовых массивах различных зон ослабления:
в основаниях из нескальных грунтов - областей из просадочных грунтов, из грунтов мягкопластичной или текучей консистенции, из заторфованных грунтов, из грунтов рыхлого сложения;
в основаниях из скальных грунтов - систем мелких и средних трещин, единичных крупных трещин и разломов, выветрелых и сильно выветрелых областей и зон разгрузки.