Разработка и обоснование проектных решений наплавных железобетонных блоков для Северной приливной электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ НАПЛАВНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БЛОКОВ ДЛЯ СЕВЕРНОЙ ПЭС

С.Е. Лисичкин - д-р техн. наук

ЗАО «Инженерный центр сооружений, конструкций и

технологий в энергетике», г. Москва, Россия

Б.Л. Историк - д-р техн. наук;

Д.Н. Олимпие - канд. техн. наук;

В.К. Ксенофонтов - инженер; С.П. Новиков - инженер

ОАО «Научно-исследовательский институт

энергетических сооружений», г. Москва, Россия

Статья посвящена актуальному вопросу обоснования проектных решений железобетонных конструкций наплавных блоков, применяемых в гидротехническом строительстве. Предложена установка наплавных блоков на основания без его предварительной подготовки, что позволяет избежать трудоемкую и дорогостоящую подготовку основания.

Для перекрытия створов в процессе строительства приливных электростанций (ПЭС) предложено использование наплавных железобетонных блоков. При этом значительную трудоемкость представляет дорогостоящая подготовка основания, например, в виде подводного котлована. Разработано предложение по установке наплавных блоков на основании без его предварительной подготовки.

Предлагаемый подход представляется возможным для реализации при проектировании Северной ПЭС в Баренцевом море.

железобетонный наплавной гидротехнический строительство

Конструкции наплавных блоков

В целях обоснования предложенных проектных решений были выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) и прочности железобетонных конструкций наплавных блоков (секций) глухой части плотины, совмещённой с основанием (рисунок).

Разработанный в проекте Северной ПЭС наплавной блок представляет собой доковую конструкцию. Внешняя стенка блока имеет толщину 50 см, внутренняя стенка - 30 см, внутренние переборки толщиной 30 см располагаются с шагом 5 м. В верхней части конструкции предусмотрены поперечные ригели высотой сечения 5 м и шириной 30 см, располагаемые также с шагом 5 м. Верх блока перекрыт монолитной плитой толщиной 22 см, а шахты - плитами размером 5х5 м по периметру блока. Железобетонные ригели и перекрытие обеспечивают жёсткость конструкции, а также проезд строительной техники и автомобильного транспорта при балластировке блока. В эксплуатационный период проезд используется для обслуживания станционного хозяйства.

Внутри блоков предусмотрена ячеистая конструкция размером 5 х 5 м при толщине стенок 10 см, достигающая отметки - 12.00 м. Данная конструкция предназначена для посадки блока в створе, чтобы во время заполнения внутренней части блока водой исключить скатывание воды на одну из сторон блока и обеспечить возможность регулировать равномерность посадки на основание. Имеется также килевая переборка по оси блока между внешним и внутренним контуром, служащая тем же целям. Объём воды, поступивший в центральную часть блока при его посадке, в дальнейшем не откачивается и служит балластом в эксплуатационный период. Для предотвращения формирования стационарного ледового покрытия на внутреннем бассейне блока предусмотрено отверстие в каркасе блока диаметром 1 м, расположенное на отметке - 3.00 м в средней части каждого из блоков.

Железобетонная конструкция наплавных блоков глухой части плотины выполняется из гидротехнического бетона класса В40 с начальным модулем деформации Е = 36000 МПа и коэффициентом Пуассона н = 0,20.

Донная плита по форме вписывается в осреднённый макрорельеф дна в виде обратного сглаженного отображения этого рельефа в месте установки блока.

Напряженно-деформированное состояние (НДС) железобетонной конструкции наплавного блока при действии статических нагрузок и сейсмических воздействий определялось методом конечных элементов с использованием линейно деформируемой модели конструкции и грунтового основания в рамках лицензионной версии вычислительного комплекса «ADINA».

В состав конечно-элементных моделей включалась непосредственно железобетонная конструкция, а также материал балластировки пазух блока (в виде песчано-гравийной смеси и «тощего» бетона) и фрагмент основания наплавного блока.

В настоящих исследованиях использовалась методика определения активной сжимаемой толщи грунтов, регламентированная нормативными документами [1, 2]. Физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов основания отличаются незначительно. Поэтому при построении геомеханической модели использовалась квазиоднородной модель с приведенными физико-механическими характеристиками: модуль деформации Е = 42 МПа и коэффициент Пуассона н = 0,24.

Расчеты на действие сейсмических нагрузок проводились методом конечных элементов с применением линейной спектральной теории (ЛСТ) решения динамических задач [3].

Сейсмоактивность района строительства соответствует возможности реализации 7-ми бального землетрясения (карта ОСР-97-С 1% Европейская часть РФ).

Учитывая, что в основании сооружений створа залегают водонасыщенные грунты, которые относятся к III категории по сейсмическим свойствам, в соответствии с [3] сейсмичность района строительства увеличивается на балл. Таким образом, расчетная сейсмичность района строительства соответствует 8-бальному землетрясению.

Результаты расчетов НДС при действии статических нагрузок для основного эксплуатационного расчетного случая показали, что вертикальные перемещения (Uz) и нормальные напряжения (z) в основании сооружения составляют, соответственно, Uz = 15,16 см и z = 0,256 МПа.

Для определения динамических характеристик рассматриваемого сооружения предварительно были найдены 10 первых модальных значений. Из анализа расчётов следует:

колебания по оси Y реализуются на первой и третьей собственных частотах, а колебания по оси Z - на второй собственной частоте;

при расчете на действие заданного спектра ускорений в расчетной схеме достаточно учитывать первые три модальных значения.

Подбор площади продольной и поперечной арматуры осуществлялся с помощью модифицированной версии программы «КРЭК» [4…6], разработанной под руководством д.т.н В.Б. Николаева. Базовая версия программы «КРЭК» аттестована в НТЦ концерна «Росатомнадзор».

На основании результатов расчетов НДС методом конечных элементов с помощью программы «КРЭК» было определено требуемое армирование железобетонных сечений конструкции блока и ширина раскрытия трещин.

Из анализа представленных результатов расчета следует:

наиболее напряженными элементами железобетонной конструкции наплавного блока являются контурные переборки (ребра жесткости), процент армирования которых в сжатой и растянутой зонах сечений имеет максимальное значение - 1,88%;

наибольший расход арматуры (кг) на единицу объема бетона элемента конструкции (м3) отмечается в днище, контурных переборках и палубе наплавного блока, равный, соответственно, 118,49; 61,18 и 60,57 кг/м3;

максимальное значение ширины раскрытия трещин отмечается в конструкции внешних стен бортов и днища блока, равное, соответственно, 0,20 и 0,21 мм.

Таким образом, было выполнено расчетное обоснование разработанной железобетонной конструкции наплавного блока с учётом сейсмических воздействий, в том числе в условиях его установки без предварительной подготовки основания.

Библиографический список

1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1995.

2. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1998.

3. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. - М.: ГУП ЦПП, 2001.

4. СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.

5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (без предварительного напряжения) к СНиП 2.06.08-87 (П46-89/ВНИИГ). - Л., ВНИИГ, 1991.

6. РД ЭО 0462-03. Методика по обоснованию срока службы строительных конструкций, зданий и сооружений АС с РБМК. - М.: Концерн «РОСЭНЕРГОАТОМ», 2003.

Размещено на Allbest.ru