Нагрузки. Напряжения, которые испытывают элементы конструкции арочной плотины, иногда рассчитывают, рассматривая плотину как сегмент кругового цилиндра с распределенной радиальной нагрузкой. При этом вид формулы довольно прост: S = 41,9RH/T, где S – напряжение, R – радиус кругового цилиндра, H – высота водяного столба, расположенного выше уровня рассматриваемого элемента конструкции плотины, T – толщина арки плотины на этом уровне. В результате получается, что толщина должна быть постоянна на одном и том же уровне и увеличиваться от гребня к основанию плотины. Поскольку при этом не учитываются напряжения, возникающие из-за температурных изменений, усадки материала и укорачивания ребра арки, модель простого цилиндра нуждается в уточнении и, принимая во внимание размеры плотин, необходимо проводить расчеты по всей последовательности горизонтальных сечений тела плотины, рассматривая каждое из них как упругую арку, заделанную концами в береговые устои. Процедура расчетов подобна той, которая используется при конструировании арочных мостов.

Поскольку поперечное сечение долины реки имеет V-образный профиль, дуга гребня арочной плотины оказывается гораздо длиннее дуги ее основания. Если в расчетах по горизонтальным сечениям от гребня до основания плотины брать за основу дуги одного и того же радиуса, то кривизна основания плотины окажется недостаточной, поэтому некоторые арочные плотины рассчитывают при условии постоянства центрального угла для всех горизонтальных поперечных сечений. Однако это условие иногда приводит к негладким контурам проектируемого сооружения, поэтому на практике обычно находят компромиссные подходы, пользуясь постоянством то радиуса, то центрального угла.

Многопролетные плотины. Относительно низкие плотины на реках с широким руслом в скальном ложе нередко строят из структурных узлов в виде непрерывных пролетов между опорами, контрфорсами или фермами. Напорные перекрытия, формирующие напорную грань плотины, могут представлять собой бетонные цилиндрические арки, армированные бетонные плиты либо конструкции листовой стали или толстых деревянных досок. Угол наклона напорной поверхности плотины относительно направления течения реки обычно выбирают близким к 45°, поэтому составляющая веса воды, действующая на плотину, способствует повышению ее устойчивости.

Многоарочная плотина компонуется из бетонных полуцилиндров, опирающихся краями на контрфорсы, расположенные через каждые 15 м. Низкие плотины на широких реках со скальным грунтом выгодно делать из таких многоарочных конструкций, так как арки работают в основном на сжатие, благодаря чему при строительстве достигается экономия материалов. Нижние края полуцилиндров обычно снабжаются бетонным анкерным зубом, заглубляемым в скальный грунт. В те места арок, где могут возникать растягивающие напряжения из-за температурных колебаний, вводится стальная арматура; в районах с холодным климатом бетонные арки следует делать толще, чтобы уберечь арматуру от низкотемпературной коррозии. Перекрытия могут выполняться и в виде сегментов купола.

(25.63 Кб)

В плотинах с перекрытиями из железобетонных плит опорами служат треугольные контрфорсы, а каждая плита изготавливается так, что заполняет собой пролет между смежными опорами и стыкуется с зубом плотины. В районах с холодным климатом тонкие плиты непригодны для такого типа плотин, так как быстро теряют эксплуатационные характеристики.

Плотин с напорными перекрытиями из листовой стали строилось немного; обычно они рассчитываются на малый напор. В типичной конструкции такого сооружения листы стали, наклоненные под углом 45° к потоку, перекрывают относительно небольшие пролеты стальных рам с анкерным креплением в скальном грунте. Однако листовая сталь прогибается между опорами и испытывает напряжения на растяжение, а не на сжатие (как арка). Для предотвращения просачивания воды под плотину листы у основания сооружения заделываются в зуб плотины. Листовая сталь применяется также в мембранах каменных плотин.

назад