Тема: определение расчетных гидротехнических характеристик

Лекция №26

Гидротехнические сооружения, их конструк­ции и основания следует рассчитывать по методу предельных состояний.

Расчеты необходимо производить по двум группам предельных состояний:

по первой (полная непригодность сооружений, их конструкций и оснований к эксплуатации) - расчеты общей прочности и устойчивости системы сооружение - основание, общей фильтрационной прочности оснований и грунтовых сооружений, прочности отдельных элементов сооружений, разру­шение которых приводит к прекращению эксплуа­тации сооружений; расчеты перемещении конструк­ций, от которых зависит прочность или устойчи­вость сооружений в целом, и др.;

по второй (непригодность к нормальной эксплуа­тации) - расчеты оснований на местную прочность; расчеты по ограничению перемещений и деформа­ций, образованию или раскрытию трещин и строи­тельных швов, нарушению местной фильтрационной прочности или прочности отдельных элементов сооружений, не рассматриваемой по предельным состояниям первой группы.

При расчетах гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований надлежит соблюдать следующее условие, обеспечивающее недопущение наступления предельных состояний:

где - коэффициент сочетаний нагрузок, при­нимаемый равным:

при расчетах по предельным состояниям первой группы - для основного сочетания на­грузок и воздействий в период нормальной эксплуатации 1,0

то же, для периода строитель­ства и ремонта 0,96

для особого сочетания нагру­зок и воздействий 0,90

при расчетах по предельным состояниям второй группы 1,0

F - расчетное значение обобщенного сило­вого воздействия (сила, момент, напря­жение), деформации или другого пара­метра, по которому производится оценка предельного состояния;

R - расчетов значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра, устанавливаемого нормами проектирования;

- коэффициент условий работы, учитываю­щий тип сооружения, конструкции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем, вид предельного состояния и другие факторы и устанавли­ваемый действующими нормативными документами на проектирование отдель­ных видов гидротехнических сооруже­ний, их конструкций и оснований;

- коэффициент надежности по ответствен­ности (назначению) сооружения, учиты­вающий капитальность и значимость последствий при наступлении тех или иных предельных состояний;

при расчетах по предельным состоя­ниям первой группы принимается для класса сооружения:

I.................. 1,25

II.................. 1,20

III................. 1,15

IV................. 1.10

при расчетах по предельным состоя­ниям второй группы следует принимать равным 1,0;

при расчете устойчивости естествен­ных склонов следует принимать как для класса рядом расположен­ного проектируемого сооружения.

Значения коэффициентов надежности по материалам и грунтам применяемых для определения расчетных сопротивлений материалов и характеристик грунтов, устанавливаются по СНиП на проектирование отдельных видов гидро­технических сооружений, их конструкций и осно­ваний.

В некоторых случаях расчетные сопротивления материалов и грунтов определяются после статис­тической обработки результатов эксперименталь­ных исследований.

Расчетное значение нагрузки определяется умножением нормативного значения нагрузки на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке .

Нормативные значения нагрузок следует опре­делять по СНиП на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструк­ций и оснований.

Значения коэффициентов надежности по на­грузке при расчетах по предельным состояниям первой группы следует принимать в соответствии с обязательным приложением 3.

Расчеты гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований по предельным состояниям второй группы следует производить с коэф­фициентом надежности по нагрузке , а также с коэффициентами надежности по материалам , и грунтам , равными 1,0, за исключением случаев, которые установлены в СНиП на проекти­рование отдельных видов гидротехнических со­оружений, их конструкций и оснований.

Методы расчета гидротехнических сооружений устанавливаются соответствующими норматив­ными документами по проектированию отдельных видов конструкций и сооружений.

Расчет конструкций и сооружений в необходи­мых случаях следует производить с учетом нели­нейных и неупругих деформаций, влияния трещин и неоднородности материалов.

Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения подразделяются на постоянные и вре­менные (длительные, кратков­ре­менные и особые).

В необходимых случаях дополнительно следует учитывать нагрузки и воздействия, указанные в СТ СЭВ 1407-78. Перечень нагрузок и воздействий и их сочетаний, подлежащих учету при расчетах отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований, следует принимать по соответствующим строительным нормам и правилам.

Гидротехнические сооружения следует рассчитывать на основные и особые сочетания нагрузок и воздействий.

Основные сочетания включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия. Особые сочетания включают постоянные, временные длительные, кратковременные и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий.

Нагрузки и воздействия необходимо принимать в наиболее неблагоприятных, но реально для рассматриваемого расчетного случая сочетания отдельно для строительного и эксплуатационного периодов и расчетного ремонтного случая.

При проектировании постоянных речных гидротехнических сооружений расчетные максимальные расходы воды надлежит принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случаев - основного и поверочного - по таблице 7. При этом расчетные гидрологические характеристики следует определять по СНиП 2.01.14-83.

Таблица 7

Расчетные случаи	Ежегодная вероятность превышения Р, %, расчетных максимальных расходов воды в зависимости от класса сооружения
	I	II	III	IV
Основной	0,1	1,0	3,0	5,0
Поверочный	0,01	0,1	0,5	1,0

* С учетом гарантированной поправки , %, в соответствии со СНиП 2.01.14-83.

Расчетный расход воды, подлежащий про­пуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода, с учетом трансформации его проектируемыми для данного гидротехнического сооружения или дей­ствующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного хозяй­ственной деятельностью в бассейне реки.

Пропуск расчетного расхода воды для ос­новного расчетного случая должен обеспечиваться, как правило, при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа через:

эксплуатационные водосбросные устройства при полном их открытии;

все гидротурбины ГЭС;

другие водопропускные сооружения при нор­мальном режиме их эксплуатации.

Пропуск расходов воды основного расчетного случая, в том числе через нерегулируемые водосбросы (без затворов), допускается осуществлять и при уровнях верхнего бьефа, отличающихся от НПУ. Нагрузки и воздействия, соответствующие уровням выше НПУ, следует учитывать в составе основного сочетания нагрузок и воздействий, а для сооружений, предназначенных для борьбы с наводнениями, - при соответствующем обосновании в составе особого сочетания нагрузок и воздействий.

Пропуск расчетного расхода воды для поверочного расчетного случая надлежит обеспечивать при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, гидротурбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы. При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускаются:

уменьшение выработки электроэнергии ГЭС;

нарушение нормальной работы водозаборных сооружений, не приводящее к созданию аварийных ситуаций на объектах - потребителях воды;

повреждение резервных водосбросов, не снижающее надежности основных сооружений;

пропуск воды через водоводы замкнутого поперечного сечения при переменных режимах, не приводящий к разрушению водоводов;

размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, последствия которого могут быть устранены после пропуска паводка.

На реках с каскадным расположением гид­роузлов расчетный максимальный расход воды для проектируемого гидроузла следует определять с учетом его класса, расположения в каскаде, про­пускной способности вышерасположенного гидроуз­ла при НПУ и ФПУ, а также с учетом правил эксплуатации гидросооружений и водохранилищ каскада, величины боковой приточности на примы­кающих к гидроузлу участках верхнего бьефа, при­нимая при этом расчетные расходы в соответствии с классом проектируемого гидроузла.

Независимо от класса сооружений гидроузлов, расположенных в каскаде, пропуск расхода воды основного расчетного случая не должен приводить к нарушению нормальной эксплуатации основных гидротехни­чес­ких сооружений нижерасположенных гидроузлов в случае, если класс основных гидротехнических сооружений проекти­ру­емого гидроузла ниже класса сооружений вышерасположенного гидроузла, допус­кается пропуск расчетного расхода воды повероч­ного расчетного случая через проектируемый гидроузел обеспечивать путем увеличения его водопро­пускной способности без повышения класса.

Для постоянных гидротехнических сооруже­ний I-III классов в период их временной эксплуата­ции в ходе строительства ежегодные вероятности превышения расчетных максимальных расходов во­ды следует принимать по таблице 7 в зависимости от класса сооружений пускового комплекса.

Учитывая ограниченную длительность временной эксплуатации гидротехнических сооружений, расчет­ные максимальные расходы воды, принятые для пускового комплекса, при надлежащем обоснова­нии допускается понижать, при этом расчет вероят­ности превышения максимального расхода воды для этого периода можно выполнять в соответст­вии со СНИП.

Для временных гидротехнических сооруже­ний максимальные расчетные расходы воды необхо­димо принимать по основному расчетному случаю при ежегодной вероятности превышения, равной 5 %. Для временных сооружений, отнесенных к III классу, ежегодную вероятность превышения необходимо принимать равной 3 %, а для временных сооружений, обеспечивающих строительство и ре­монт постоянных сооружений III и IV классов, допускается при соответствующем обосновании уменьшать расчетные расходы воды, принимая еже­годную вероятность превышения свыше 5 %.

В строительный период следует учитывать возможность повышения уровня воды против рас­четного из-за возникновения заторных или зажорных явлений.

Вопросы для самоконтроля

1.Водные ресурсы. Источники загрязнения воды.

2.Что изучает наука гидротехника и гидрология.

3.Круговорот воды в природе и водный баланс земного шара.

4.Классификация подземных вод по условиям залегания.

5.Речная система и её характеристика.

6.Факторы речного стока.

7.Влияние формы профиля речного бассейна на количество и качество речного стока.

8.Фазы режима рек.

9.Источники питания рек.

10.Основные элементы поперечного профиля речной долины.

11.Уровень воды в водоёме и измерение его глубины.

12.Годовой сток и способы его определения.

13.Определение водного баланса речного бассейна.

14.Цель регулирования речного стока.

15.Характеристика водохранилища.

16.Определение полезного объёма водохранилища.

17.Наносы и их характеристика.

18.Задача водохозяйственного расчета водохранилища.

19.По каким параметрам производится расчет гидротехнического сооружения.

20.Основные факторы потерь воды из водохранилища.

21.Факторы, влияющие на испарение из водохранилища.

22.Факторы, влияющие на фильтрацию.

23.Основные виды фильтрации из водохранилища.

24.Причины заиления водохранилища.

25.Приборы для измерения скорости течения реки.

26.Классификация гидротехнических сооружений по назначению.

27. Классификация гидротехнических сооружений по основаниям.

28. Классификация гидротехнических сооружений по конфигурации.

29. Классификация гидротехнических сооружений по материалам.

30.Особенности и условия работы гидротехнических сооружений.

31.Основания и их классификация.

32.Плотина, основные требования, предъявляемые к плотинам.

33.Силы, действующие на тело плотины.

34.Составные части плотины.

35.Назначение понура, определение его размеров.

36.Что такое водобой, рисберма и их назначение.

37.Противофильтрационные мероприятия в теле плотины.

38.Назначение гравитационных плотин.

39.Бетонные плотины, назначение, требования предъявляемые к ним.

40.Водосбросные и водопропускные сооружения и их классификация.

41.Плотины из грунтовых материалов и их классификация.

42.Достоинства и недостатки арочных плотин.

43.Затворы, их назначение и классификация.

44.Требования, предъявляемые к затворам.

45.Основные элементы затворов.

46.Правила эксплуатации затворов.

47.Причины нарушения нормальной работы гидротехнических сооружений.

48.Достоинства и недостатки деревянных плотин.

49.Достоинства и недостатки контрфорсных плотин.

50.Объяснить графически устройство плотины.