Бетонная гравитационная плотина для сейсмических районов Советский патент 1989 года по МПК E02B7/10 

ел

ND

00

Фиг.г

Изобретение относится к области гидротехнического строительства.

Цель изобретения - упрощение конструкции сейсмостойкой плотины и тех- нологии производства работ, а также повышение надежности ее в эксплуатации.

На фиг. 1 изображена бетонная гравитационная плотина предлагаемой конструкции, поперечный разрез , на фиг. 2 - график, показьгоающий влияние сейсмоизолирующего слоя на распределение сейсмических ускорений по высоте плотины,- на фиг. 3 - система дей- ствующих на плотину сил; на фиг. 4 - схема определения угла о графоаналитическим методом, на фиг. 5 - значения вертикальных напряжений у напорной грани плотины в сечениях А-А и Б-Б (фиг. 1).

Плотина состоит по длине из секций (не показано), каждая из которых вы- (Полнена из верхнего блока 1, нижнего блока 2, сейсмоизоизолирующего слоя 3, например, из песчано-гравий- ного грунта. В верхнем блоке выпол-. иена потерна 4 для устройства цементационной завесы 5. Верхний блок и слой опираются на основание. Слой 3 ориентирован перпендикулярно равнодействующей статических и сейсмических нагрузок (фиг. 3 и 4). Угол наклона к горизонтали определяется по формуле:

tgoi

с t к

1 + К

J

Jy

Н

де С - коэффшщент, характеризующий

геометрию профиля сооружения, 45 значение которого возрастает с уменьшением заложения низовой грани плотины; У о- объемный вес бетона плотины,

т/ ЗТ/м ,50

Н - высота плотины, м; В - ширина плотины по подошве, м; К - среднее горизонтальное сейсмическое ускорение, действующее на плотину, в долях, gi К - то же, для вертикального ускорения;

g ускорение свободного падения, м/с.

о 5 0

5 0 5

0

5

0

Слой 3 располагается в нижней части на мииима;1ьном расстоянии b от напорной грани, позволяющем разнес- т тить между ними потерну 4.

Наличие ориентированного и расположенного указанным рбразом сейсмоизолирующего слоя приводит к расчленению секций плотины на два взаимодействующих через материал слоя блока: верховой и низовой, каждый из которых опирается на основание. Так как большая масса сооружения заключена в верховом блоке,-а площадь его опирания на основание меньше, нежели у низового блока, то верховой блок передает на основание большую удельную нагрузку (на единицу контактной поверхности), что приводит к благоприятному перераспределению статических сжимающих напряжений в основании, нх увеличению в основании под .верховым блоком по сравнению с таковым под блоком низовым.

Как показывают исследования, сжимающие напряжения в основнии под . верховым блоком при наклоне сейсмоизолирующего елся под углом об АО в 3 раза выше, чем под низовым блоком (фиг. 5). Повышенный уровень сжимающих статических напряжений в основании под верховой гранью препятствует образованию трещин в цементационной завесе при землетрясенин. Ориентация слоя перпендикулярно равнодействующей всех сил обеспечивает постоянное сжатие материала слоя и передачу только сжимающих усилий на низовой блок плотины.

Работа конструкции.

При сейсмическом воздействии сооружение благодаря сейсмоизолирующему слою из материсша большей, нежели бетон, деформативности совершает сложные колебания: верховой блок плотины колеблется аналогично маятнику, покачиваясь на опоре малой площади, причем его колебания ограничиваются сильно демпфируюш 1М материалом изолирующего слоя. За счет этих двух факторов: колебаний .большой массы с малой площадью опирания и наличия демпфера существенно изменяется спектр свободных колебаний плотины - периоды колеба.ний значительно возрастают (как показывают исследования для 100 м плотины с В/Н 0,7 такое возрастание составляет около четырех раз), что приводит к резкому

5

снижению сейсмической нагрузки на сооружение. Низовой блок плотины играет при этом роль упорного массива, воспринимакхчего через материал изолирующего слоя инерционную нагрузку, передаваемую верховым блоком. Существенное различие деформатив- ности бетона и материала сейсмоизо- лирующегг слоя обуславливает возможность несовпадения фаз колебаний обеих блоков, существенные (на порядок) различия амплитуд их колебаний, что приводит к снижению сдвигающей сейсмической нагрузки, т.е. к повышению устойчивости сооружения при землетрясении.

Формула изобретения

Бетонная гравитационная плотина для сейсмических районов, каждая секция которой выполнена из блоков, разделенных наклонным в сторону верхнего бьефа сейсмоизолирующим слоем из материала, акустическая жесткость которого отличается от акустической

273706

жесткости бетона, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и технологии производства работ и повышения надежности ее в эксплуатации, верхний блок и слой, отделяющий его от нижнего блока, сопряжены с основанием, при этом угол наклона слоя об к горизонту определяется по формуле

10

tgo

С ± К

IF

5

0

5

1 ± TF IT

где С - коэффициент, характеризующий геометрию профиля сооружения ;

К - то же, для вертикального ускорения;

Н - высота ппотин, м, В - ширина плотины по подошве,м g - объемный вес бетона плотины, г т/м ;

К - среднее горизонтальное сейсмическое ускорение, действующее на плотину,в долях gj g - ускорение свободного падения, м/с .

Изобретение относится к гидротехническому строительству. Цель изобретения - упрощение конструкции сейсмостойкости плотины и технологии производства работ, а также повышение надежности ее в эксплуатации. Каждая секция плотины выполнена из верхнего и нижнего блоков 1 и 2 и разделяющего их сейсмоизолирующего слоя 3. Слой 3 выполнен из материала, акустическая жесткость которого отличается от акустической жесткости бетона, например из песчано-гравийного грунта. Верхний блок 1 и слой 3 опираются на основание, при этом слой 3 расположен перпендикулярно равнодействующей статических и сейсмических сил, действующих на плотину. При таком расположении сейсмоизолирующий слой всегда сжат и не воспринимает сдвигающей нагрузки. Кроме того, так как сейсмоизолирующий слой не имеет выхода на напорную грань, отпадает необходимость в устройстве специальных водонепроницаемых уплотнений. 5 ил.

W

сриг.З

Обозна ения

fi-tudpocmamu4ecKoe давление на плотину 0,5Н G-вес плотины 0,5гл ГдН

./T/.//

.O.Z5 K-rs-m-H Принимая для 9 баллов

Iff.n 9

Гдеп,.-2.,7 получаем dt anason угла,, о при роЗли н. напрабл. PC

Фиг.