10415
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Н.П. Сидоров, И.С. Соболь
СООРУЖЕНИЯ ВЫСОКОНАПОРНОГО ГИДРОУЗЛА. РАЗДЕЛ 1
Учебно-методическое пособие по выполнению комплексного курсового проекта (ККП)
раздела 1 «Гидротехнические сооружения высокой ответственности» по дисциплине «Гидротехнические сооружения высокой ответственности» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Н.П. Сидоров, И.С. Соболь
СООРУЖЕНИЯ ВЫСОКОНАПОРНОГО ГИДРОУЗЛА. РАЗДЕЛ 1
Учебно-методическое пособие по выполнению комплексного курсового проекта (ККП)
раздела 1 «Гидротехнические сооружения высокой ответственности» по дисциплине «Гидротехнические сооружения высокой ответственности» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
УДК 627.83 (075)
Сидоров Н.П. Сооружения высоконапорного гидроузла. Раздел 1 – Гидротехническиесооружениявысокойответственности[Электронныйресурс]: учеб.- метод. пос. / Н.П. Сидоров, И.С. Соболь; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 70 с; – 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Описаны основные принципы проектирования глухой массивной и мас- сивно-контрфорсной плотины –конструированиепрофиля,конструктивных элементов и сопряжения с основанием. Изложена методика выполнения расчётов бетонной плотины на прочность и устойчивость и подбора бетона. Также рассмотрены вопросы: компоновки гидроузла с учётом организации строительства и размещения здания ГЭС; гидравлического расчёта водослива с носком-трам- плином; приведены требования к оформлению и защите проекта.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения комплексного курсового проекта (ККП) «Сооружения высоконапорного гидроузла» раздела 1 «Гидротехнические сооружения высокой ответственности» по дисциплине С.3.23. «Гидротехнические сооружения высокой ответственности», по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.
© Н.П. Сидоров, И.С. Соболь, 2016 © ННГАСУ, 2016.
3
Оглавление |
|
Введение................................................................................................................... |
6 |
1. Исходные данные................................................................................................ |
7 |
2. Массивная гравитационная плотина................................................................. |
8 |
2.1. Конструирование профиля..................................................................... |
8 |
2.2. Цементация основания......................................................................... |
11 |
2.3. Дренаж тела и основания плотины ..................................................... |
17 |
2.4. Разрезка плотины деформационными швами и их уплотнения....... |
19 |
2.5. Расчёты на прочность и устойчивость................................................ |
20 |
2.5.1. Предпосылки и метод расчёта..................................................... |
20 |
2.5.2. Нагрузки......................................................................................... |
21 |
2.5.3. Устойчивость на сдвиг................................................................. |
25 |
2.5.4. Напряжения в основании плотины............................................. |
28 |
2.5.5. Расчёт напряжённого состояния плотины треугольного |
|
профиля.......................................................................................... |
29 |
2.5.6. Численное моделирование плотины........................................... |
33 |
2.6. Назначение класса и марок бетона...................................................... |
36 |
2.7. Выводы по проектированию гравитационной плотины................... |
38 |
3. Массивно-контрфорсная плотина ................................................................... |
39 |
3.1. Конструирование профиля и контрфорсов........................................ |
39 |
3.2. Сопряжение контрфорсов с основанием............................................ |
43 |
3.3. Дренаж и галереи в плотине................................................................ |
46 |
3.4. Расчёты на прочность и устойчивость................................................ |
46 |
3.4.1. Предпосылки, метод расчёта и нагрузки.................................... |
46 |
3.4.2. Характеристики сечения расчётной секции............................... |
48 |
3.4.3. Устойчивость против сдвига ....................................................... |
49 |
3.4.4. Напряжения в основании плотины............................................. |
50 |
3.4.5. Расчёт напряжённого состояния плотины.................................. |
50 |
3.4.6. Численное моделирование контрфорсной плотины................. |
50 |
4
|
3.5. Назначение класса и марок бетона...................................................... |
51 |
4. |
Водосбросные сооружения .............................................................................. |
52 |
|
4.1. Выбор типа водосбросного сооружения............................................. |
52 |
|
4.2. Расчётные и сбросные расходы........................................................... |
52 |
|
4.3. Гидравлический расчёт водосливной плотины ................................. |
53 |
|
4.3.1. Расчёт водослива........................................................................... |
53 |
|
4.3.2. Расчёт сопряжения бьефов в донном режиме............................ |
55 |
|
4.3.3. Расчёт сопряжения бьефов отброшенной струёй...................... |
56 |
|
4.3.4. Конструкция водосливной плотины........................................... |
60 |
5. |
Здание ГЭС ........................................................................................................ |
61 |
6. |
Контрольно-измерительная аппаратура ......................................................... |
62 |
7. |
Организация строительства гидроузла........................................................... |
63 |
8. |
Компоновка гидроузла...................................................................................... |
64 |
9. |
Состав курсового проекта и его защита.......................................................... |
65 |
Состав пояснительной записки к проекту (пример).......................................... |
66 |
|
Литература ............................................................................................................. |
67 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Обучающиеся в ННГАСУ по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооруженийповышеннойответственностипроходятдисциплинуС.3.23.«Гидротехнические сооружения высокой ответственности» по которой предусмотрено выполнение раздела 1 комплексного курсового проекта (ККП) «Сооружения высоконапорного гидроузла». Настоящие методические указания имеют целью послужить руководством при выполнении этого проекта.
Основным сооружением, проектируемым в разделе 1 ККП является высокая бетонная плотина. Поэтому в методических указаниях приводится методика проектирования двух видов глухих бетонных плотин – массивной и контрфорсной. Рассматривается конструирование профиля плотины, её конструктивных элементов и сопряжения с основанием. Изложена методика выполнения расчётов на прочность и устойчивость плотины, подбора бетона.
Раздел1ККПявляетсябазовымдляпоследующихразделов,внёмрассматривается компоновка всех гидротехнических сооружений, составляющих проектируемый гидроузел. Поэтому в разделе 1 ККП и в методических указаниях также рассматриваются вопросы: компоновки гидроузла с учётом организации строительства;размещениязданияГЭСиопределенияегоосновныхпараметров; проектирования водосбросных сооружений, приведён гидравлический расчёт водослива с носком-трамплином.
В завершении методических указаний приведены требования к оформлению и защите проекта.
Данный раздел ККП выполняется на основе общего задания, выдаваемого на весь ККП.
При составлении учебно-методического пособия использованы материалы
[31].
6
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные представлены значениями, приведёнными в бланке задания на ККП «Сооружение высоконапорного гидроузла» и виде прилагаемого графического материала: топографического плана площадки строительства,кривой расходов, инженерно-геологического разреза, хронологических графиков расходов и уровней верхнего бьефа.
В данной главе проекта необходим перечислить имеющиеся по заданию исходные данные и выполнить их анализ.
7
2. МАССИВНАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛОТИНА
2.1.Конструирование профиля
Бетонные плотины проектируются в соответствии с [2].
Плотина проектируется определённого класса. Класс бетонных и железобетонных плотин следует [2, п. 4.6] устанавливать в соответствии с [1, п. 8.1 – 8.6, прил. Б] (в курсовом проекте для определения класса сооружения как правило достаточно высоты плотины и типа грунтов основания). Высота плотины определяется по разности отметок гребня и подошвы сооружения под верховой гранью [2, п. 4.6].
Одна из первых задач при проектировании профиля плотины это получить минимальный объём бетона при том, что должна обеспечиваться устойчивость плотины против сдвига, а её тело и основание должны обладать необходимой прочностью.
Согласно требованиям [2, п. 10.2] исходный поперечный профиль гравитационной плотины должен иметь форму треугольника с вершиной на отметке нормального подпорного уровня воды (Рис. 2.1).
Рис. 2.1. К выбору профиля плотины
8
Напорная (верховая) грань гравитационных и контрфорсных плотин должна иметь уклон в сторону верхнего бьефа плотины [2, п. 6.11], в большин-
ствеслучаев[25,с.257],[8,с.278],[9,с.97],[10,с.148],[13,с.242]вертикальная,
т.е. mв = 0; заложение низовой грани назначается в пределах mн = 0,65 ÷ 0,85 [25,
с. 158].
Для получения реального профиля плотины к исходному дополняется гребень, ширина которого назначается в зависимости от условий производства работ и использования гребня для проезда.
Превышение «а»гребня глухой плотины «Гр»над уровнемводы в верхнем бьефе при ФПУ следует принимать: для плотин I класса – 0,8 м; II класса – 0,7 м; III и IV классов – 0,4 м [2. п. 6.2]. При этом уровень воды при ФПУ определяется с учётом наибольшего значения отметки возвышения волновой поверхности у стены ηmax [4, прил. Г.1] или высоты наката на откос hrun1% [4, прил. Д], и ветрового нагона воды в верхнем бьефе hset [4, прил. Б]. В итоге отметка гребня плотины Гр с вертикальной напорной гранью определится следующим образом
Гр ФПУ hset max a, м. |
(2.1) |
где ФПУ – форсированный подпорный уровень, м, если не задан, то в первом приближении принимается на один метр выше нормального подпорного уровня (НПУ), и уточняется при гидравлических расчётах сооружений гидроузла на пропуск поверочного расчётного расхода воды;
hset – ветровой нагон воды в верхнем бьефе, м, определяется по [4, прил.
Б]
hset kw |
Vw2L |
|
cos w, м. |
(2.2) |
g(d 0,5 h |
) |
|||
|
set |
|
|
|
w – угол между продольной осью водоёма и направлением ветра, град;
Vw – расчётная скорость ветра, м2/с; L – длина разгона волны, м;
kw – коэффициент, принимаемый по формуле
9
|
|
|
|
Vw |
|
|
|
|
|
k |
w |
3 1 |
0,0138 |
|
10 7 |
, м |
(2.3) |
||
|
|
||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
gv |
|
|
v – коэффициент кинематической вязкости воздуха; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
d – глубина воды перед плотиной, м;
a–превышение гребня глухой плотинынад уровнемводы вверхнембьефе
[2. п. 6.2];
ηmax – наибольшее значение отметки возвышения волновой поверхности у стены [4, прил. Г.1]
max k 1 h, м; |
(1.4) |
kη1 – коэффициент, определяющийся по графикам рис. Г.1 [4, прил. Г.1]; h = h1% – высота волны принимаемая при определении наката волн обеспе-
ченностью 1% [4, п. 5.7].
Определение параметров волнения используемых при вычислениях по формуле (4.4) таких как высота средней волны hd , длина средней волны , вы-
сота волны i%-ной обеспеченности hdi, период средней волны T возможно выполнять [4, п. 5.6] по [4, прил. А] и его номограммам.
Средняя высота hd , м, и средний период волн T , с, в глубоководной зоне должны определяться по расчётной скорости ветра Vw по верхней огибающей кривой [4, рис. А.1]. По значениям безразмерных параметров gt/Vw и gt/Vw2 и
верхней огибающей кривой следует определять значения ghd /Vw2 и gT /Vw2 , и по меньшему из них выразив принять среднюю высоту hd и средний период волн
T . Время расчётного шторма [4, п. 5.2] в ККП принимается равным t = 6 ч.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Среднюю длину волн d , м, при известном значении T |
следует определять |
||||||||||
по формуле A1 [4, п. A6] |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
gT |
, м. |
(2.4) |
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
d |
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10