Контрфорсные плотины с плоским перекрытием
1. Основные положения проектирования. Контрфорсные плотины с плоским перекрытием существенно отличаются от массивно контрфорсных плотин следующим: между контрфорсами рассматриваемых плотин имеется перекрытие в виде железобетонных плит, опирающихся на небольшие выступы — консоли, имеющиеся у контрфорсов (см. рис. 8.10); контрфорсы этих плотин в горизонтальном сечении имеют прямоугольный вид, а не тавровый (см. рис. 8.4 и 8.6).
Основным вопросом, возникающим при проектировании контр форсной плотины, является установление следующих ее размеров (для заданной высоты плотины): а) расстояний I между осями контрфорсов (шага контрфорсов) и их толщины d; б) уклонов верховой и низовой граней контрфорсов и ширины их b понизу.
Параметры контрфорсной плотины d и Ь взаимосвязаны. Они должны быть подобраны с соблюдением условий (7.19)... (7.21), а также условия, аналогичного (8.22):
Эту задачу приходится решать методом сравнения вариантов рассматриваемой плотины, используя при этом сведения об имеющихся аналогах. Дополнительно здесь можно пользоваться, как и в случае массивной плотины, понятием теоретического треугольного профиля плотины (в данном случае профиля контрфорса).
Теоретический треугольный профиль контрфорса. Учитывая, что горизонтальное сечение контрфорса имеет прямоугольный вид, для вывода теоретического треугольного профиля контрфорса могут быть использованы зависимости, приведенные в § 7.7 применительно к случаю массивной плотины (которая имеет тоже прямоугольное горизонтальное сечение).
Чтобы воспользоваться этими зависимостями, достаточно ввести следующие допущения: 1) пренебречь упомянутыми выше небольшими выступамиконсолями; 2) пренебречь весом железобетонных плит перекрытия по сравнению с вертикальным давлением воды; 3) полагать, что расчетный контрфорс не утоньшается кверху, а имеет толщину, одинаковую по высоте и равную толщине действительного контрфорса йи понизу.
Переменную толщину контрфорса d по его высоте с некоторым приближением можно учесть, уменьшив несколько удельный вес бетона, приняв его ориентировочно равным
Найденный теоретический профиль контрфорса должен быть соответствующим образом обращен в практический профиль, который в дальнейшем необходимо подвергнуть поверочному расчету. Из приведенных выше уравнений видно, что уклоны верховой и низовой граней контрфорса должны зависеть от отношения lid. Меняя шаг контрфорса или его толщину d, мы должны изменять и уклоны его граней.
2. Основные размеры плотины: балки и ребра жесткости (рис. 8.8-8.10). При предварительном проектировании плотины размеры отдельных элементов назначают на основании данных практики (пользуясь методом аналогов).
Контрфорсы (бетонные) часто принимают следующих размеров: минимальное расстояние между осями контрфорсов 4,5...5,5 м; угол наклона верховой грани контрфорса к горизонту срв = 45...60о; угол наклона низовой грани контрфорса к горизонту; ширину контрфорса ~ 1,0 м (при суровых климатических условиях эту толщину увеличивают); толщину контрфорсов понизу определяют расчетом;
Плиты перекрытия (железобетонные) принимают: толщину верхних плит (расположенных у гребня плотины) 0,2...0,3 м (в суровых климатических условиях ев увеличивают до 1,0 м).
Балки и ребра жесткости. Контрфорс является относительно тонкой стенкой, подверженной действию поперечных нагрузок (при сейсме, при пропуске строительных расходов между контрфорсами) и действию продольных сжимающих сил (рис. 8.11, а, б). В связи с этим не исключается возможность (при ///6>15) возникновения продольного изгиба контрфорсов. Чтобы увеличить как поперечную устойчивость, так и устойчивость формы контрфорса и исключить продольный изгиб, ранее рекомендовали устраивать балки жесткости. Расстояния (см. рис. 8.11, а) 5...12 м. В настоящее время не рекомендуют устраивать такие балки. Для увеличения устойчивости формы контрфорса иногда утолщают низовой край его (рис. 8.11,6, пунктирные линии).
3. Дополнительные сведения о конструкции плотины. Железобетонные плиты перекрытия в отличие от контрфорсов (как правило, бетонных) работают как балки на двух опорах (см. рис. 8.10) и армируются (рис. 8.12). Сопряжение плит с контрфорсом осуществляют с помощью шва с штрабами (различного вида), который заполняют битумной мастикой; мастикой же покрывают поверхность плеча контрфорса, на которую опирается плита. С помощью такого уплотнения шва достигается его водонепроницаемость.
В случае плотины высотой более 15...25 м плиту перекрытия (бетонируемую на месте) разрезают горизонтальными температурными швами с соответствующим противофильтрационным уплотнением. Такие горизонтальные швы намечают через 15...25 м. Верховую грань плотины часто покрывают слоем торкрета или битума.
В практике встречаются схемы конструктивного сопряжения плит с контрфорсами и отличные от приведенной на рис. 8.12 (например, неотрезные плиты). Иногда перекрытия выполняют двойными плоскими или двойными сводчатыми плитами (расположенными одна над другой с прокладкой между ними соответствующего изоляционного слоя). Такие плиты не рекомендуют использовать при строительстве в сейсмических районах, а также при наличии значительных неравномерных осадок контрфорсов.
Сопряжение контрфорсной плотины со скальным основанием, а также конструктивное оформление ее гребня выполняются так же, как и в случае гравитационных плотин.
4. Замечания о расчете. При выполнении расчета устойчивости плотины на сдвиг и расчета прочности контрфорсов (носящих поверочный характер), рассматривают не плоскую задачу, как в случае массивных плотин, а пространственную, относящуюся к выделенной конструктивной секции плотины. В основном эти расчеты выполняют так, как было описано в гл. 7. При этом строят изостаты и траектории главных напряжений для контрфорсов.
При расчете плит перекрытия плотины выделяют горизонтальные полосы этих плит шириной 1,0 м, расположенные на разных глубинах. Такие полосы рассматриваются как балки, свободно лежащие на двух опорах, с пролетом (см. рис. 8.10). Пролет устанавливают с учетом треугольной формы эпюры реакции G. Собственный вес G плиты учитывают силой N = G cos фи (см. рис. 8.9). Толщину плит и арматуру устанавливают в соответствии с правилами проектирования железобетонных конструкций.
Плечи контрфорсов рассматривают как консольные балки (см. рис. 8.10), нагруженные силами R, распределенными по треугольной эпюре. Исходя из такой нагрузки, устанавливают изгибающие моменты и перерезывающие силы для ряда сечений т—п, причем проверяют прочность намеченного плеча. В ответственных случаях верховые оголовки контрфорсов или рассчитывают методами теории упругости, или напряженное состояние их выявляют экспериментальным путем.