2. Расчет прочности плотины

Расчет прочности бетонной плотины следует производить по методу предельных состояний первой группы (по непригодности к эксплуатации). Для оценки прочности плотины вводятся критерии прочности. Таким образом, в результате расчета прочности определяют напряжения в плотине, которые затем сравниваются с критериями прочности.

Составим таблицу, в которую вносим все нагрузки, умноженные на коэффициент надежности по нагрузке . Сжимающие силы принимаем со знаком минус, а растягивающие со знаком плюс.

Таблица 3

Основные нагрузки на плотину

Нагрузки	f		Основное сочетание			Особое сочетание
			Сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм	Сила, кН	Плечо, м	Момент, кНм
Гидростатическое давление ВБ	1		1418,0	5,67	8040,1	1589,0	6,00	9534,0
Гидростатическое давление НБ	1		169,0	1,96	-331,2	376,0	2,92	-1097,9
Пригруз воды с ВБ	1		132,0	7,75	-1023,0	142,0	7,75	-1100,5
Пригруз воды с НБ	1		113,0	6,02	680,3	306,0	5,26	1609,6
Вес плотины	0,95		1749,1	1,58	-2761,3	1749,1	1,58	-2761,3
Вес бычка	0,95		2494,7	1,84	-4590,2	2494,7	1,84	-4590,2
Вес затвора	0,95		274,6	5,87	-1611,6	274,6	5,87	-1611,6
Вес подъемного механизма	1,2		23,6	5,87	-138,8	23,6	5,87	-138,8
Давление наносов	1,2		9,2	3,67	33,7	9,2	3,67	33,7
Активное давление грунта	1,2		0,3	0,08	0,02	0,3	0,08	0,02
Пассивное давление грунта	0,8		111,8	1,0	111,8	111,8	1,0	111,8
Волновое давление	1		89,5	13,16	1177,3	6,7	17,06	113,6
Фильтрационное давление	1	­	655,3	1,25	821,4	852,4	0,47	397,0
Взвешивающее давление	1	­	878,0	0	0	1645,0	0	0
ΣW	­		3253,7			2492,5
ΣW			1347,9			1229,1
	
ΣM			408,5			499,4

Расчет прочности производим по методу предельных состояний первой группы (предельное состояние первой группы – состояние, при достижении которого сооружение становится не пригодным к эксплуатации, в результате разрушения материала).

Расчет прочности состоит в определении нормальных, касательных и главных напряжений со стороны напорной и низовой граней по контактному сечению.

ОСНОВНОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Нормальные напряжения на контакте основание–бетон σ_у рассчитываем методом сопротивления материалов по формуле внецентренного сжатия: ,

где – сумма вертикальных сил, действующих на плотину; – сумма моментов всех сил, действующих на плотину; – ширина подошвы плотины.

Нормальные напряжения по горизонтальным площадкам по контактному сечению:

– для верховой грани:

–для низовой грани:

Нормальные напряжения по вертикальным площадкам по контактному сечению:

– для верховой грани:

,

где – удельный вес воды, – заглубление сечения от НПУ,

, – угол между напорной гранью и вертикалью, ._.

–для низовой грани:

где , – угол между низовой гранью и вертикалью.

Касательные напряжения по горизонтальным и вертикальным площадкам:

– для верховой грани:

–для низовой грани:

Определим главные напряжения со стороны верховой и низовой граней плотины:

Главное напряжение, действующее нормально к напорной грани:

Второе главное напряжение у напорной грани:

Главное напряжение, действующее нормально низовой грани:

Второе главное напряжение у низовой грани:

Нормальное напряжение на площадках контактного сечения у верховой грани:

ОСОБОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Аналогично основному случаю проводим расчет для особого сочетания нагрузок, пользуясь всеми написанными выше формулами.

Расчет напряжения для верховой грани:

Расчет напряжения для низовой грани:

Сводим все результаты расчетов в Таблицу 4:

Таблица 4

Напряжения, возникающие в теле плотины

Напорная грань			Низовая грань
Напряжение	Основное сочетание нагрузок	Особое сочетание нагрузок	Напряжение	Основное сочетание нагрузок	Особое сочетание нагрузок
	кПа	кПа		кПа	кПа
	-188,3	-140,1		-206,6	-162,4
	-166,8	-176,6		-121,6	-109,3
	0	0		67,6	42,3
	-188,3	-140,1		-84,2	-85,9
	-166,8	-176,6		-243,9	-185,7

Эпюры напряжений представлены в Приложении 1.

В приведенных формулах изгибающий момент по часовой стрелке принят со знаком «+», против часовой стрелки со знаком « ».