О нормах проектирования бетонных и железобетонных конструкций гидросооружений
Увеличение объемов гидроэнергетического, воднотранспортного и мелиоративного строительства требует постоянного повышения экономичности бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, что в значительной мере определяется постоянным совершенствованием норм проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции гидросооружений с 1970 г. проектируются в соответствии с указаниями главы СНиП Н-И. 14-69. В настоящее время на основе обобщения современного опыта проектирования я строительства гидросооружений, а также использования результатов научных исследований ряд положений действующих норм должен быть пересмотрен.
Новые нормы проектирования (СНиП II-56) разрабатывают взамен действующей главы СНиП Н-ИЛ4-69 в.о ВНИИГ им. Веденеева совместно с институтами Гидропроект им. Жукова Гипроречтранс при участии НИИЖБ и других научно- исследовательских и проектных организаций.
Одним из основных вопросов совершенствования норм проектирования конструкций гидротехнических сооружений является реализация новых положений расчета конструкций по предельным состояниям регламентированных в основополагающей главе СНиП П.-АЛ0-71. Особенно важно распространение метода расчета по предельным состояниям на все виды конструкций и сооружений, (включая и такие сооружения, как плотины.
В соответствии с установленной в главе СНиП II-АЛ0-71 классификацией в проекте новых норм введены две группы предельных состояний: I группа— по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации, II — по непригодности к нормальной эксплуатации. При этом для конструкций гидросооружений важно рассматривать предельное состояние, вызванное совместным действием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды, которое обусловлено развитием микроразрушений в бетоне, снижающих долговечность сооружений. Исследования влияния напряженного состояния бетона на его технические свойства (водонепроницаемость, морозостойкость и т. п.) позволяют уточнить и расширить расчетные и конструктивные рекомендации, обеспечивающие долговечность конструкций. Предполагается, что для ответственных сооружений расчетные сопротивления бетона будуг определяться на основе его долговременной прочности, получаемой с учетом изменений структуры бетона под действием напряжений и внешней среды.
В проекте норм будут уточнены требования к назначению нормативных сопротивлений бетона и арматурной стали с заданной обеспеченностью и соответствующие расчетные коэффициенты безопасности. При этом требуемая надежность конструкций определяется коэффициентом надежности, принимаемым в зависимости от класса капитальности и сочетаний нагрузок, а также коэффициентами перегрузки и условий работы. Принципиально новым в таком подходе является учет зависимости расчетных сопротивлений бетона как от статистических, так и от нестатистиче- ских факторов.
Использование новой методики определения нормативных сопротивлений и внедрение статистических методов контроля однородности и прочности гидротехнического бетона позволяет повысить качество бетона при снижении расхода цемента. Это особенно важно в связи с большими объемами бетонных работ на отдельных гидроузлах и необходимостью уменьшения термических напряжений в бетоне.
Методы расчета конструкций гидротехнических сооружений должны полностью учитывать действительные условия их работы в период строительства и эксплуатации. В проекте новых норм будут развиты и конкретизированы указания по учету факторов, влияющих на несущую способность и условия нормальной эксплуатации конструкций. К таким факторам в первую очередь относятся: противодавление воды в бетоне, пространственный характер работы конструкции, длительность приложения нагрузок и воздействий и режим изменения их во времени, образование трещин в элементах конструкций, нелинейная деформируемость материала и т. д.
Значительное внимание в проекте главы СНиП И-56 уделяется способам определения и учета противодавления воды в бетоне. Распределение противодавления по сечению конструкции и эффективная площадь его действия устанавливаются в зависимости от вида напряженного состояния бетона конструкции и наличия в нем трещин.
Приводятся указания по учету сложного напряженного состояния бетона, необходимость которых определяется тем, что бетон многих сооружений находится в условиях плоского или объемного напряженного состояния (например, арочные, арочно-гравитационные плотины). Учет сложного напряженного состояния бетона позволит более правильно выбирать расчетную схему работы конструкции и в ряде случаев будет способствовать экономии цемента благодаря повышению прочности бего- на при трехосном сжатии. Выполненные во ВНИИГ исследования позволили обосновать формулы для определения прочности бетона, в том числе долговременной при объемном сжатии и других видах напряженного состояния.
В новых нормах предполагается конкретизировать положения о необходимых исследованиях при проектировании новых или недостаточно апробированных строительной практикой конструкций, а также в случаях сложной работы сооружений.
Методы расчета конструкций гидротехнических сооружений в ряде случаев основываются н:а единых принципах современной теории железобетона, поэтому отдельные расчетные положения будут унифицированы с принятыми в главе СНиП Л-21-74 для железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений. Такая унификация может быть выполнена в отношении к бетону и арматурной стали при сохранении общей методики назначения нормативных и расчетных сопротивлений. При разработке нормативных требований должны учитываться особенности гидротехнического бетона: масштабный фактор, фактическая вариация бетона и перспективы улучшения этого показателя в гидротехническом строительстве, условия контроля прочности бетона в возрасте 180 сут, требования по назначению марок бетона по водонепроницаемости и морозостойкости, Для расчета нормальных сечений по предельным состояниям I “группы намечается использовать методику, разработанную и соответствии с новой главой СНиП П-21-74.
Определение прочности железобетонных элементов при изгибе с поперечной силой предполагается -нормировать на основе известного метода расчета по предельному равновесию наклонных сечений.
Условия нормальной эксплуатации и долговечности железобетонных гидросооружений в значительной мере определяются трещино-стойкостью конструкций и ограничением ширины раскрытия в них трещин.
Исследования, выполненные на крупномасштабных элементах высотой сечения до 2,5 м, показали, что трещиностойкость массивных малоармированных конструкций зависит от процента армирования, дисперсности размещения продольной растянутой арматуры, высоты сечения.
Разработанная методика расчета трещиностойкости массивного железобетона приближает расчетные результаты к опытным, практически не усложняя расчет конструкции. Эта методика будет положена в -основу расчета конструкций по II группе предельных состояний.
Так как ширина раскрытия трещин зависит от напряжений >в растянутой арматуре, диаметра арматуры и процента Армирования, то возможности использования арматурных сталей повышенной прочности при малых процентах армирования и больших диаметрах арматуры -в конструкциях Гидросооружений часто определяются (расчетной шириной -раскрытия трещин. Это вызывает необходимость совершенствования расчета ширины раскрытия трещин.
Институтом совместно с НИИЖБ и Гидропроектом разработана новая методика определения ширины раскрытия трещин в армированной зоне, нормальных оси рабочей растянутой арматуры, аналогичная принятой в главе СНиП n-ai-74.
Практическое использование данной методики приближает расчетные результаты к опытным, позволяет упростить методику расчета и, как показали результаты опытного проектирования, выполненного в институте Гидропроект, способствует применению арматурной стали повышенной прочности ((Класса А-Ш) при расширении сортамента арматуры по диаметру до 60 мм. Результаты выполненных -исследований и разработанная методика расчета будут положены в основу новых нормативных требований по расчету ширины раскрытия трещин.
B массивных железобетонных конструкциях наблюдается специфический характер трещинообразования: по длине элемента возникают редко расположенные, так называемые «веретенообразные» трещины. Они имеют большую протяженность в момент образования, занимая в ряде случаев при эксплуатационных нагрузках 80—90% высоты сечения. При этом относительно малая по высоте сечения сжатая зо-на -сказывается перенапряженной уже при эксплуатационных нагрузках. «Веретенообразные» трещины имеют максимальное раскрытие, достигающее 1 м.м и более, не на уровне армированной зоны, а примерна в одной трети сечения, т. е. в неармирсиванной части растянутой зоны. Образование «веретенообразных» трещин приводит к резкому уменьшению жесткости массивных элементов на не трещиностойких участках. В связи с этим указания главы СНиП Н-ИЛ4-69 по расчету жесткости нуждаются в уточнении. На основе учета специфики трещинообразования в массивном железобетоне создана методика расчета жесткости элементов гидросооружений, которая будет положена в основу расчета конструкций по II группе предельных состояний. Использование этой методики, в частности, при расчете балочных конструкций на упругом основании позволяет в ряде случаев добиться существенной экономии стоимости сооружений.
При разработке новых норм проектирования должны быть уточнены также рекомендации по расчету элементов массивных железобетонных конструкций гидросооружений на многократно повторяющиеся нагрузки и рекомендации по расчету на температурные и влажностные воздействия.
В проекте новых норм будут развиты и уточнены конструктивные требования по армированию элементов гидросооружений. В частности, предполагается пересмотреть указания по установке конструктивной арматуры в элементах, подверженных температурно-усадочным воздействиям, в сторону существенного уменьшения этой арматуры.
Разработка новых норм проектирования будет способствовать снижению материалоемкости и стоимости, а также повышению технического уровня гидротехнического строительства.