Способ моделирования гидротехнического сооружения Б.А.Наторхина Советский патент 1984 года по МПК E02B1/02 

Изобретение относится к моделированию гидротехнических сооружений на хрупких моделях, в частности бетонных плотин, и может быть использовано также при моделировании других сооружений, на которые действуют горизонтальные и вертикальные усилия или любые другие, приводимые к горизонтальным и вертикальным. Известен способ моделирования, согласно которому гидростатическое давление воспроизводится на модели в виде точечных сил, прикладываемых к напорной грани от внешних источников нагрузки, а силы собственного веса материала плотины - закладными элементами, размещаемыми в центрах тяжести расчетных объемов модели, соединенных натяжными устройствами со средствами нагрузки 1. Недостаток указанного способа - искажение напряженно-деформативного состояния модели, так как закладные элементы в теле модели являются на обширных участках концентраторами напряжений, что может привести к преждевременному разрушению модели. Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий изготовление модели плотины и основания, нагружение модели плотины по площадкам напорной грани сосредоточенными силами и регистрацию показаний датчиков. При этом силы собственного веса моделируются как составляющие равнодействующих, прикладываемых к площадкам напорной грани 2. Недостатками известного способа является то, что при обратном уклоне напорной грани или отдельных участков, а также при относительно большом значении вертикальной составляющей, представляющей собой сумму значений вертикальной составляющей от гидростатического давления и от значений сил собственного веса, равнодействующая сил направлена полого к нагружаемой поверхности, вследствие чего такие силы или вообще невозможно приложить или они дают значительные касательные составляющие по нагружаемой поверхности, что приводит к снижению достоверности исследований. Цель изобретения - повышение достоверности исследований путем улучшения условий приложения нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно осуществляют нагружение модели по площадкам низовой грани плотины сосредоточенными силами на отметках, соответствующих площадкам приложения нагрузок со стороны напорной грани, так, чтобы векторная сумма нагрузок по смежным площадкам напорной и низовой граней была равна равнодействующей по этим площадкам модельных нагрузок, воспроизводящих действующие на плотину силы. Кроме того, приложение нагрузок к смежным площадкам напорной и низовой граней плотины осуществляют так, чтобы величины составляющих сил от собственного веса равнялись половине величины модельной нагрузки от собственного веса заключенного между площадками элемента плотины. На фиг. 1 показана модель арочной плотины с действующими на нее основными эксплуатационными нагрузками, вертикальное сечение; на фиг. 2 - эпюры действующих эксплуатационных нагрузок; на фиг. 3 - модель арочной плотины с двумя системами равнодействующих по напорной и по низовой граням, равными по векторной сумме основным эксплуатационным нагрузкам в смежных расчетных сечениях, вертикальное сечение; на фиг. 4 - эпюры нагрузок, указанных на фиг. 3. Нагрузки 1 гидростатического давления действуют нормально к поверхности напорной грани и рассчитаны как единичные поверхностные, гравитационные силы от собственного веса плотины 2, рассчитаны как объемные, приведенные к центрам тяжести расчетных отдельных объемов. Равнодействующие 3 гидростатических нагрузок и нагрузок от сил собственного веса приложены в расчетных точках на напорной грани (фиг. 1). По изобретению равнодействующие основных эксплуатационных нагрузок 3 заменяют двумя другими равнодействующими, приложенными в смежных площадках как на напорной, так и на низовой гранях, причем их векторная сумма равна соответствующим основных эксплуатационных сил (фиг. 2). Каждая из новых равнодействующих, приложенных к напорной и низовой граням, состоит из вертикальной составляющей 4 и 5 и горизонтальной составляющей 6 и 7 (соответственно по низовой и нанорной граням). Равнодействующая 8, приложенная к низовой грани, имеет вертикальную составляющую, равную половине значения сил собственного веса для расчетного сечения модели, а равнодействующая 9, приложенная к напорной грани, имеет вертикальную составляющую, равную алгебраической сумме половины значения сил собственного веса для расчетного сечения модели и значения вертикальной составляющей гидростатического давления для выбранного сечения. Значения горизонтальных составляющих для равнодействующих 8 и 9 назначают из условий равенства их алгебраической суммы значению горизонтальной составляющей гидростатического давления и условию физической возможности моделирования с точки зрения величины касательных усилий в площадках приложения равнодействующих при допустимых напряжениях в теле модели. Расчет модельных нагрузок осуществляют в соответствии с законами моделирования и реализуют следующим образом. Для гидростатического давления на напорную грань строят треугольник распределения давления по высоте модели, нижняя плоскость которого соответствует максимальному гидростатическому давлению, приведенному к модельному. Для сил собственного веса можно, например, разделить РУЛ вертикальных сечений модели на элементы, имеющие одинаковую площадь сечения и, определив их центры тяжести, найти величины усилий, моделирующих вес этих элементов. Равнодействующие гидростатического давления и сил собственного веса для каждого сечения будут построены в виде векторной суммы, приведены к сосредоточенным усилиям по напорной грани модели и заменены в соответствии с вышеизложенСPuz.2. / ным двумя системами равнодействующих на напорной и низовой гранях. Аналогичным образом рассчитывают и загрузку модели гидротехнического сооружения и для тех случаев, когда распределение нагрузки на напорную грань отличается от треугольного распределения или когда имеют место нагрузки на низовую грань, например при обратном сейсме. Применение изобретения позволяет исследовать модели таких гидротехнических сооружений, которые по конфигурации или по характеру действующих нагрузок очень сложно исследовать или невозможно известными способами. г.З

1. Способ моделирования гидротехнического сооружения, включаюш.ий изготовление модели плотины и основания, нагружение модели плотины по плошадкам напорной грани сосредоточенными силами и регистрацию показании датчиков, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности исследований путем улучшения условий приложения нагрузок, дополнительно осуществляют нагружение модели по площадкам низовой грани плотины сосредоточенными силами на отметках, соответствующих площадкам приложения нагрузок со стороны напорной грани, так чтобы векторная сумма нагрузок по смежным площадкам напорной и низовой граней была равна равнодействующей по этим площадкам модельных нагрузок, воспроизводящих действующие на плотину силы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приложение нагрузок к смежным площадкам напорной и низовой граней плотины осуi ществляют так, чтобы величины составляющих от сил собственного веса равнялись (Л половине величины модельной нагрузки от собственного веса заключенного между площадками элемента плотины. О5 ел ел