Проектирование гидротехнических сооружений

 

                Эпюры напряжений представлены  в приложении 2.

 

Оценка  прочности  плотины

 

                 После расчета напряжений  в  контактном сечении необходимо  проверить сооружение на соблюдение  ряда условий.

 

     1)   В плотине  отсутствуют растягивающие напряжения:

 

- с учетом того, что сжимающие  напряжения приняты со знаком  «+».

 

     2) Для горизонтальных  сечений плотины у верховой  грани:

 

                                                   

 

1. Оценка общей прочности из условия недопущения наступления

предельных  состояний:

              

 

где к_н – коэффициент надежности по ответственности, учитывающий класс сооружения, для сооружений второго класса к_н=1,2;

       n_с – коэффициент сочетания нагрузок,

       n_с = 1 – для расчетов по первому предельному состоянию и основному сочетанию нагрузок;

       n_с = 0,9 – для расчетов по первому предельному состоянию и особому сочетанию нагрузок;

       σ_max – максимальное главное напряжение;

       R_пр – расчетное сопротивление бетона сжатию, которое определяем по СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений»;

      Принимаем класс  бетона В5, для которого R_пр = 2,8 МПа.

      m – коэффициент условия работы;

      m=0,9 – для основного сочетания нагрузок;

      m=1,0 – для особого сочетания нагрузок.

 

Проверку плотины на прочность  проведем в таблице 4.2.

 

                                                                                                                                    Табл. 4.2

Расчет прочности плотины

Основное сочетание  нагрузок	Особое сочетание  нагрузок
1)
-593,9≤ 0	-576,6≤ 0
2)
593,9 ≥ 0,25·103·9,81·25 = 61,31	224,2 ≥ 0,25·103·9,81·26,5 = 64,99
3)
кн· nс · N1’’= 1,2 · 1 · 988.06 = 1185,67(кПа);   Rпр· m = 2,8 · 106 · 0,9 = 2520 (кПа);   1185,67< 2520	кн · nс · N1’’= 1,2 · 0,9 · 988,06 =1067,10 кПа;   Rпр · m = 2,8 · 106 · 1,0 = 2800 кПа;   1067,10 < 2800

 

             Таким образом, условия прочности  плотины соблюдаются.

 

5. Расчет устойчивости плотины

 

                   Потеря устойчивости плотины  на нескальном основании может  происходить по контакту подошвы  плотины и основания – плоский  сдвиг, или по некоторой иной  поверхности в основании достаточно  сложного очертания. Исследованиями  установлено, что если нормальное  контактное напряжение, действующее  по горизонтальным площадкам  не превосходит критического, то  сдвиг будет плоским, если условие  не соблюдается – глубинным.

                  Определим вид сдвига.

                  Критическое значение нормального  контактного напряжения по горизонтальным  площадкам:

 

                                            

 

где А=2,5 – экспериментальный коэффициент;

γ_вз – удельный вес грунта основания во взвешенном состоянии,          

γ_вз = 10,6 кН/м (п. 3.12);

φ – угол внутреннего трения грунта основания , φ =45⁰;

С – удельное сцепление, С=0 кП;

в – ширина подошвы по основанию, в =34,52 м.

 

 

                  Условие плоского сдвига выполняется:

 

                                                                                                    (5.1)

                                                       

                                                  

 

                  Расчет плотины на устойчивость при плоском сдвиге заключается в определении коэффициента надежности по ответственности:

 

                                            (5.2)

 

где R – сумма удерживающих сил;

       N – сумма сдвигающих сил;

       m – коэффициент условия работы;

       m=0,9 – при основном сочетании нагрузок;

       m=1,0 – при особом сочетании нагрузок;

       n_с – коэффициент сочетания нагрузок,

       n_с=1 – для расчетов по первому предельному состоянию и основному сочетанию нагрузок;

       n_с=0,9 – для расчетов по первому предельному состоянию и особому сочетанию нагрузок;

      

        V – сумма сил, действующих вертикально вниз;

         F – площадь подошвы;

        - сумма сдвигающих сил.

    

          Полученный  по (5.2) коэффициент надежности должен быть больше нормативного значения (для второго класса сооружений к_н = 1,2).

 

Основное сочетание нагрузок.

 

                           

 

 

Расчетный коэффициент  надежности 2,86 > 1,2.

 

Особое  сочетание нагрузок.

 

 

 

Расчетный коэффициент надежности 2,23 > 1,2

6. Компоновка гидроузла

 

             Проектируемый гидроузел имеет  пойменную компоновку, что позволяет  вести строительство основных  сооружений (водосливной плотины,  станционной части) насухо. При пойменной компоновке гидроузлов среднего напора бетонные водосбросные сооружения, здания ГЭС, шлюзы и другие сооружения строятся на низкой и широкой пойме, а русло реки перегораживает глухая плотина, выполняемая чаще из грунтовых материалов.

 

              В связи с тем, что  рассматриваемый  гидротехнический узел имеет  еще и  энергетическое назначение, то в него входит помимо  водосливной плотины  гидроэлектростанция.  Определим основные габариты  здания ГЭС:

 

Длину здания ГЭС определим как:

 

                                                

 

где n – количество агрегатов, примем равным 6;

       Б – ширина агрегатного блока, для металлической спиральной камеры круглого сечения Б=(4-4,5)D_рк;

       М-длина монтажной площадки, принимается равной (1,5-2)Б

 

 

        D_рк – диаметр рабочего колеса турбины.

 

     Примем к установке  турбину ПЛ20-В-400, выбираем по H_max:

 

Н_max =ÑНПУ-ÑУНБmax1= 78-62,9 =15,1(м).

 

Длина агрегатного блока:

 

                                               

 

     Тогда длина здания  ГЭС:

 

                                              

 

Принимаем длину  здания ГЭС, равную 120 м.

 

 

 

 

 

7. Пропуск строительных расходов

        В начальный  период разрабатывается котлован под бетонные сооружения подводящего и отводящего каналов. Грунт используется для строительства перемычек, ограждающих котлованы, и береговых участков глухой плотины. Пропуск строительных расходов воды, льда, леса и судов производится по реке. Короткие участки каналов, примыкающие к реке, оставляются неразработанными.

       На втором этапе строится глухая русловая плотина, а строительные расходы воды пропускаются через водосбросные сооружения, ГЭС, шлюзы, специально приспособленные для пропуска строительных расходов методом гребенки. Перед этим участки каналов, примыкающие к реке, разрабатываются подводным способом земснарядами или взрывом. Рост глухой плотины по высоте должен опережать подъем уровня верхнего бьефа при заделывании гребенки.

 

Данный строительный расход:

 

Пропуск расходов первой очереди строительства.

Определим площадь сечения без  сжатия потока:

 

Определим площадь сечения с  сжатием, после устройства перемычки  первой очереди:

 

Определим скорость потока без сжатия:

 

Скорость потока воды со сжатием  потока, после устройства перемычки:

 

Принимаем данную скорость за конечную, так как она не является размывающей для основания, которая была принята выше.

Определим значение перепада:

 

 

где определяем по графику зависимости Q = f(H) при

 

 

 

 

 

 

Пропуск расходов второй очереди  через гребенку.

Шаг гребенки:

 

где к – число ступеней гребенки.

Определим высоту затвора:

 

Принимаем z = 0 и считаем:

 

Определим ширину в сжатом сечении:

 

Ширина гребенки определяется следующим  образом:

 

Определим высоту воды на пороге гребенки:

 

где

 

Отметка порога гребенки:

 

Полный напор на пороге:

 

Расход через гребенку:

 

где

       m – коэффициент расхода гребенки, принимаемый как для водослива с широким порогом, m=0,35;

       – ширина гребенки;

       σ_п – коэффициент подтопления, принимаемый равным 1.

       Н – полный  напор на отметке временного  порога гребенки.

 

Аналогично производим расчет при 

Глубина нижнего бьефа при 

 

Скорость потока:

 

 

 

 Отметка порога гребенки:

 

Вывод:

Следовательно, гребенка обеспечивает пропуск расходов в строительный период и так как  была принята не трехступенчатая  гребенка, двухступенчатая, то скорость строительства значительно увеличится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

             В данном курсовом проекте  была запроектирована водосливная плотина на нескальном основании. Плотина отвечает основным расчетным требованиям и стандартным параметрам.

             При отметке гребня водослива ÑГВ = 81,4 м и отметке гребня бычка

  ÑГБ = 71 м, ширина подошвы плотины по основанию 34,52 м.

             В качестве гасителя энергии потока был применен водобойный колодец.

             Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины – бетон В5).

             Условие устойчивости плотины  на сдвиг  выполняется с  большим запасом (коэффициенты  устойчивости при основном сочетании  нагрузок к_н = 2,86 при особом сочетании нагрузок  - к_н = 2,23; нормативное значение коэффициента запаса к_н = 1,2). В связи с тем, что превышение расчетных коэффициентов устойчивости над нормативными более 10% (т.е. имеется большой запас по устойчивости), необходимо сделать профиль плотины более экономичным. Экономии бетона можно достичь путем устройства внутренних полостей у подошвы плотины, заполненных мелкозернистым грунтом, а так же уменьшением размера консоли, возможно выполнение ныряющих сопрягающих устоев. Меньшее заглубление флютбета плотины также позволит сэкономить бетон.

                     

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Гришин М.М. Гидротехнические  сооружения (в двух частях). Ч.1: Учебник  для студентов вузов – М.: Высшая  школа, 1979. – 615 с.

 

2. Тернов А.Ф. Методические указания  к выполнению курсовой работы: Гидравлический расчет водосливной  плотины. СШФ КГТУ, Саяногорск, 2004.

 

3. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для ВУЗов. – Л:. Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982.

 

4. Рассказов Л.Н. Гидротехнические  сооружения (в двух частях). Ч.1: Учебник  для студентов вузов – М.: Стройиздат, 1996. – 440 с. 

 

5. СниП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения/ Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. – 24 с.

 

6. СниП 2.06.04 – 82* Нагрузки и воздействия  на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)/Госстрой  России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. – 46с. 

 

7. СниП 2.06.05 – 84** Плотины из грунтовых материалов / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1998. – 56с.

 

8. Гидротехнические сооружения. Г.В.Железняков, П.Л. Иванов. – М.: Стройиздат,1983. –  543с., ил. – (Справочник проектировщика)