4. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. Определение их нормативных и расчетных значений. Расчетные сочетания нагрузок и воздействий.

Нагрузки и воздействия делят на постоянные и временные. Основное сочетание нагрузок соответствуют средним по водности и температуре воздуха условиям, включает в себя: постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия.

Особое сочетание относятся к экстремальным условиям; включает в себя: постоянные, временные длительные, кратковременные и одна из особых нагрузок и воздействий

К постоянным нагрузкам, действующим при строительстве и эксплуатации сооружений постоянно, относятся:

- собственный вес конструкций и сооружений, а также вес постоянного технологического оборудования (затворов, ГА, Тр-р и др.), местоположение которого не меняется в процессе эксплуатации;

- давление воды на поверхность сооружений и силовое воздействие фильтрующейся воды при НПУ воды и нормальной работе противофильтрационных и дренажных устройств;

- вес грунта и его боковое давление, горное давление;

- нагрузки от предварительного напряжения конструкции, пригрузка основания в ВБ и НБ.

Временными считают нагрузки и воздействия, которые в отдельные периоды эксплуатации могут отсутствовать. Они разделяются на временные длительные, кратковременные и особые.

К временным длительным относятся:

- давление грунта;

- давление наносов;

- поровое давление в водонасыщенных грунтах при НПУ и нормальной работе противофильтрационных и дренажных устройств;

- температурные воздействия в периоды строительства и эксплуатации, определяемые для расчетного года со средней амплитудой колебаний среднемесячных температур наружного воздуха;

- нагрузки от транспортных средств.

К кратковременным относятся:

- давление волны при средней многолетней скорости ветра;

- давление льда при его средней многолетней толщине;

- снеговые и ветровые нагрузки;

- нагрузки от подъемных механизмов, судов и плавающих тел;

- давление при гидравлическом ударе в условиях нормальной эксплуатации;

- гидродинамические нагрузки при пропуске расходов по водоводам при НПУ.

Особые нагрузки по длительности воздействия относятся к кратковременным, но отличаются от них случайным характером проявления.

-давление воды на поверхность сооружения при ФПУ;

-силовое воздействие фильтрующейся воды и поровое давление в водонасыщенных грунтах при ФПУ или при НПУ, но при нарушении нормальной работы противофильтрационных или дренажных устройств;

-температурные воздействия определяемые для года с наибольшей амплитудой колебания среднемесячных температур наружного воздуха;

-ледовые нагрузки при максимальной многолетней толщине льда и прорыве заторов зимой в НБ.

-сейсмические воздействия;

-давление от гидравлического удара при полном сбросе нагрузки;

-давление волны при максимальной расчетной скорости ветра;

-динамические нагрузки от промышленных взрывов;

Вес конструкций и сооружений: где g- удельный вес бетона; F- площадь поперечного сечения; L-длина сооружения.

Гидростатическое давление:

Силы раскладывают на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальная составляющая , где γ₀ — удельный вес воды; Н₁ — глубина воды в ВБ; b — ширина сооружения. Вертикальная составляющая W₃ (пригруз воды) равна весу воды в объеме тела давления:

• где m=b/H₁-уклон верховой грани плотины.

Эпюра взвешивающего давления строится по значениям давления р=g₀∙y,где y-глубина погружения рассматриваемой точки подошвы плотины сооружения относительно уровня воды в нижнем бьефе, и определяет взвешивающую силу W_взв=, направленную вверх.

Эпюра фильтрационного давления зависит от напора Н, и от конфигурации подошвы (подземного контура) плотины:

Нагонные явления: действие ветра на водную поверхность приводит к ветровому нагону к образованию волн и течений.

Ветровой нагон: ∆h=kv²L/gH, где k — коэффициент, принимаемый при скорости ветра v = 20 м/с равным 2,1 • 10^-6, а при v = 50 м/с — 4,8 • 10^-6; L — длина водоема в направлении ветра; Н — глубина водоема. За расчетную скорость ветра n принимают скорость на высоте 10 м над поверхностью земли обеспеченностью 2% для сооружений I и II классов и 4%-для сооружений III и IV классов.

Расчетные параметры ветровых волн. Величина ветровых нагрузок зависит от вида и параметров волн: высоты h, периода τ, длины λ, которые в свою очередь определяются волнообразующими факторами: скоростью ветра v, его направлением по отношению к сооружению; продолжительностью непрерывного действия ветра t; размерами, конфигурацией и глубиной Н водоема; длиной разгона волны L.

Давление наносов. При слое наносов h_H горизонтальная составляющая давления наносов на сооружение .

Где — удельный вес взвешенных водой отложений (здесь γ₁ и γ₀ — удельные веса частиц наносов в сухом виде и воды; п — пористость наносов); ξ_н — коэффициент бокового давления грунта.

При отсутствии сцепления грунта с вертикальной стенкой: где φ — угол внутреннего трения грунта.

Эпюра горизонтального давления наносов имеет вид треугольника с основанием р_н.