• RU
  • icon На проверке: 13
Меню

Сейсмический расчет гравитационной плотины на скальном основании

  • Добавлен: 17.05.2021
  • Размер: 1 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Предмет: Сейсмика (МГСУ, ИГЭС, 6 курс)

Состав проекта

icon Расчетно-графическая работа СЕЙСМИКА.docx
icon Расчёт.xlsx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Расчетно-графическая работа СЕЙСМИКА.docx

Расчетно-графическая работа
Тема: сейсмический расчет гравитационной плотины на скальном основании
Формы собственных колебаний приведены в приложении 1 табл.1.
Пересчет форм собственных колебаний для центров тяжести элементов плотины:
Для определения смещения элемента по ФСК необходимо найти среднее значение перемещений узлов этого элемента. Расчет представлен в приложении 1 табл.2. Перемещение по 1-ой форме собственных колебаний – X1. X2 и X3 перемещения соответственно по 2-ой и 3-ей форме собственных колебаний.
Построение эпюры смещений ФСК:
Для построения эпюр смещения ФСК для срединной линии плотины возьмем среднее смещение узлов находящихся на каждом ее уровне. Расчет значений эпюры представлен в приложении 1 табл.1.
Формы колебаний представлены в нормированном виде.
Максимальное смещение получено на гребне плотины для всех форм колебаний
Наличие упругого основания проявляется в виде конечных значений смещений подошвы плотины на контакте с грунтовым основанием составляющих от 10 до 25% от максимального смещения гребня плотины.
Наибольшей полнотой характеризуется эпюра по 1ФСК
Рис.1. Эпюры смещений ФСК
Расчет сейсмических сил:
Все расчеты приведены в приложении 1 табл.3.
Алгоритм расчета сейсмического расчета:
Определяем объем каждого элемента графически в AutoCAD.
Определяем вес элемента:
Для элементов напорной грани имеющих контакт с водой необходимо найти присоединенный вес воды Qв кН
Получаем вес Q с учетом присоединенного веса воды:
Находим периоды собственных колебаний Тi для каждой формы собственных колебаний:
Тi* - период собственных колебаний объекта аналога
H* - высота объекта аналога
H – высота нашей плотины
V* - скорость распространения поперечных волн в бетоне объекта аналога
V - скорость распространения поперечных волн в бетоне нашей плотины
Е – модуль упругости бетона
ρ – плотность бетона
С учетом того что бетон используемый для возведения плотины аналога такой же как и тот что был применен в нашей плотине:
Для учета присоединенной массы воды:
М – вес сооружения на 1 п.м. длины;
- присоединенный вес воды по
Определение категории грунта по сейсмическим свойствам:
Vо - скорость распространения поперечных волн в основании
Ео – модуль упругости основания
ρо – плотность основания
Используя табл. 4.1 СП 358.1325800.2017 по полученной скорости можем определить категорию грунта по сейсмическим свойствам.
Скорости мc соответствует категория грунта по сейсмическим свойствам I.
Определение расчетной балльности площадки строительства Ides и сейсмического ускорения основания U0:
Используя табл. 8.1 8.2 СП 358.1325800.2017 по полученной ранее категории грунта.
Определяем сейсмические силы в элементах плотины отдельно для каждой формы колебаний:
kf - коэффициент зависящий от степени повреждений допускаемых в сооружении при землетрясении. Для бетонных и железобетонных ГТС – 0.45.
k2 - коэффициент учитывающий влияние высоты сооружения на значение узловых инерционных сил. Для ГТС высотой более 100 м – 1.0.
k - коэффициент учитывающий демпфирующие свойства конструкций. Для водоподпорных бетонных и железобетонных ГТС – 0.9.
mk - масса элемента сооружения отнесенного к узлу k (с учетом присоединенной массы воды) считается как Qg кН(мс2)
U0 – сейсмическое ускорение основания мс2
i - коэффициент динамичности соответствующий периоду собственных колебаний сооруженияTiпоi-й форме колебаний. Определяем по графикам на рис. 6.1 СП 358.1325800.2017.
ijk - коэффициент формы собственных колебаний сооружения поi-й форме колебаний определяемый по формуле:
Uijk - проекции по направлениям j смещений узла k по i-й форме собственных колебаний сооружения
сos(Uijk U0) – косинусы углов между направлениями вектора U0сейсмического воздействия и перемещениямиUijk.
mk - масса элемента сооружения отнесенного к узлуs(с учетом присоединенной массы воды)
Определяем максимальные сейсмические силы в элементах плотины при сочетаниях ФСК с учетом того что в данной работе принимаем в расчет только первые три горизонтальные ФСК:
Значения полученных сил отражены на рис.2.
Находим величину относительного ускорения обобщенную для всей массы плотины (в долях от ускорения свободного падения) что соответствует понятию коэффициента сейсмичности в методе «коэффициента сейсмичности»:
Коэффициент динамичности для всей массы плотины в результате спектрального анализа по линейно-спектральной методике можно определить по обобщенной сейсмической силе полученной с учетом трех ФСК как отношение сейсмического ускорения всей массы плотины (для ее центра тяжести) к максимальному ускорению основания:
Сейсмические силы принимают свои максимальные значение в элементах расположенных в основании плотины (не считая фундамента) и уменьшаются к гребню так как масса элементов увеличивается к основанию.
Максимальная сейсмическая сила по всем 3-ом ФСК в основании сооружения больше на 1.3-9.8% чем сейсмическая сила по 1-ой ФСК или на 1-6.7% по первым двум ФСК далее при движении к гребню в середине плотины разница составляет 0-5.5% и 0-5.0% соответственно на гребне отличие между силами возрастает и составляет 9-19% и 8-17%.
Коэффициент Кс равен 0.1633 это означает что значение суммарной сейсмической силы равно 16% от общего веса сооружения с учетом присоединенного веса воды. При значениях коэффициента равных 0.1 – 0.15 происходит отрыв от основания и разрушение. В данном случае мы получили значение более 0.15 в связи с высокой фоновой балльностью основания – 9 баллов.
Ускорения элементов плотины по высоте от основания к гребню возрастает это связано с тем что и смещения по ФСК возрастают по высоте плотины и принимают свои максимальные значения на гребне по всем трем ФСК.
Коэффициент динамичности элементов вслед за ускорениями элементов по высоте от основания к гребню возрастает от 0.364 до 2.035. Это означает что верхние точки плотины приобретают ускорения в 2 раза большие чем максимальное ускорение основания.
Коэффициент динамичности для всей массы плотины меньше коэффициентов динамичности в 3.6 раза по периодам ФСК Так происходит в связи с тем что основная масса сооружения расположена в его нижней части где ускорения принимают меньшие значения.
Значение сейсмического ускорения основания в долях от ускорения свободного падения в 1.4 раза больше чем ускорение в долях от ускорения свободного падения полученного для всей массы плотины. А0Апл=1.47
Рис.2. Эпюры сейсмических сил кН
Рис.3. Эпюры коэффициента Ак
Рис.4. Эпюры коэффициента к
Расчет устойчивости на сдвиг:
– сумма вертикальных сил
–угол внутреннего трения
– удельное сцепление скалы с = 350 кПа
– площадь подошвы плотины (т.к. на 1 п.м то
– ширина подошвы плотины
– сумма горизонтальных сил
– нормативный коэффициент устойчивости который равен:
– коэффициент надежности для сооружения I класса
– коэффициент сочетания нагрузок для основного для особого
– коэффициент условий работы для ручного счета
Коэффициенты принимаем по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
Класс сооружения принимаем по постановлению правительства РФ №986 «О классификации гидротехнических сооружений».
Нормативный коэффициент устойчивости для основного сочетания нагрузок:
Нормативный коэффициент устойчивости для особого сочетания нагрузок:
Произведем расчет на основное сочетание нагрузок. При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные нагрузки и воздействия. Гидростатическое давление учитываем в т.ч. на фундаментную плиту.
Падение действующего напора на цем. завесе и дренаже:
Нормальные вертикальные сжимающие и растягивающие напряжения в четырёх сечениях по высоте:
– момент сопротивления
– нормальное вертикальное напряжение на низовой грани
– нормальное вертикальное на верховой грани
Рис.5. Схема расчета. Сечение II-II. Основное сочетание нагрузок
- Силы направленные вниз(сжимающие) со знаком –
- Силы направленные слева направо со знаком минус –
- Моменты направленные по часовой стрелке со знаком –
- Силы и моменты направленные противоположно со знаком +
Коэффициент устойчивости:
– коэффициент устойчивости для основного сочетания нагрузок
Нормальные вертикальные напряжения в сечении II-II:
- Коэффициент устойчивости больше нормативного 2.1 > 1.316 условие выполняется.
- В сечение II-II (основание плотины) 0 растягивающих напряжений на контакте плотины с основанием нет.
Произведем расчет на особое сочетание нагрузок. При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные временные длительные кратковременные нагрузки и воздействия и одну из особых нагрузок и воздействий (сейсмическую силу). Гидростатическое давление учитываем в т.ч. на фундаментную плиту.
Принимаем следующий расчетный случай: силовое воздействие воды обусловленное нарушением дренажных или противофильтрационных устройств при НПУ в верхнем бьефе и уровне в нижнем бьефе соответствующем минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу.
Рис.6. Схема расчета. Cечение II-II. Особое сочетание нагрузок.
Коэффициент устойчивости:
– коэффициент устойчивости для особого сочетания нагрузок
- Коэффициент устойчивости больше нормативного 1.38 > 1.186 условие выполняется.
Рис.7. Схема расчета. Cечение I-I. Основное сочетание нагрузок.
Минимальное расстояние до оси дренажа а=ΔHIcr = 34.910=3.49 м
Icr – критический градиент напора Icr = 10 при марке бетона по водонепроницаемости W4. Примем а = 3.5 м.
Нормальные вертикальные напряжения в сечении I-I:
- В сечение I-I (на расстоянии H3 от гребня) 0 растягивающих напряжений нет при расчете на основное сочетание нагрузок.
Рис.8. Схема расчета. Cечение I-I. Особое сочетание нагрузок.
- В сечение I-I (на расстоянии H3 от гребня) > 0 на напорной грани есть небольшое растягивающее напряжение длина эпюры растяжения 2.28 м это меньше максимально допустимого значения
2b = 0.20 * 31.41 = 6.28 м по табл. 9б СП 40.13330.2012.
- Данный профиль с заложением низового откоса m1=0.9 имеет значения коэффициентов устойчивости больше нормативных.
-Длина эпюры растяжения не превышает допустимых значений.
-Коэф. Кс = 0.16 > 0.05 – 0.1 возникает отрыв сооружения от основания.
up Наверх