Становление плотин, затворов из гибких наполняемых оболочек
Составлен исторический обзор опыта применения плотин из гибких наполняемых оболочек в 1950-1980-е годы. Для составления обзора были использованы отечественные и иностранные источники. Первая плотина (затвор) из резинотканевой оболочки, заполненной водой.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.12.2024 |
| Размер файла | 2,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Становление плотин, затворов из гибких наполняемых оболочек
Саинов Михаил Петрович
ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет", Москва, Россия Профессор кафедры "Гидравлики и гидротехнического строительства" Доктор технических наук, доцент
Аннотация
К настоящему времени в мире построено несколько тысяч плотин, затворов из гибких наполняемых оболочек. Эти конструкции стали применять относительно недавно - с середины XX в. Чтобы понимать принципы применения конструкций из гибких оболочек, необходимо знать историю их становления. С этой целью был составлен исторический обзор опыта применения плотин из гибких наполняемых оболочек в 1950-1980-е годы.
Для составления обзора были использованы отечественные и иностранные источники.
Первая плотина (затвор) из резинотканевой оболочки, заполненной водой, была построена в США в 1959 г. по проекту инженера N.M. Imbertson. Он запатентовал несколько вариантов технических решений. Уже в 1960-е годы подобные плотины были применены в странах Европы, Азии и в СССР. Однако при этом был выявлен ряд технических проблем, в частности проблема вибрации при переливе воды и проблема появления локального прогиба. С 1970-х годов стали применять оболочки, заполненные не водой, а воздухом, однако это привело к возникновению новых технических проблем. В этот период конструкция затворов была дополнена дефлектором для минимизации колебаний оболочки и разработан новый синтетический материал. Благодаря усовершенствованиям на рубеже XIX и XX вв. были достигнуты новые технические рекорды в строительстве резинотканевых плотин. плотина вода затвор
В России плотины из наполняемых гибких оболочек распространения не получили, однако отечественные учёные внесли весомой вклад в развитие этих конструкций - именно советскими инженерами и учёными были разработаны конструкции для применения на деформируемом основании.
Таким образом, в первые два десятилетия с момента появления плотин из гибких наполняемых оболочек, были решены ключевые технические проблемы их проектирования и сформированы основные технические решения.
Ключевые слова: резиновая плотина; наполняемая (надувная) плотина; гибкие конструкции; синтетические материалы; повреждение; заполненная воздухом плотина
Sainov Mikhail Petrovich
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Moscow, Russia
Formation of inflatable rubber dams and flexible weirs
Abstract. By present, several inflatable rubber dams and flexible weirs have been constructed in the world. These structures began to be used relatively not long ago: from the middle of the XXth century. In order to understand the principles of using structures made of flexible shells it is necessary to know the history of their formation. With this purpose there was prepared a historical survey of using inflatable dams of flexible membranes over the period from 1950-1980ies years.
National and foreign sources were used for preparation of the survey.
The first dam (weir) made of rubber-textile membrane filled with water was constructed in USA in 1959 by the design of the engineer N.M. Imbertson. He patented several alternatives of technical solutions. Already in 1960-ies similar dams were used in the countries of Europe, Asia and the USSR. However, a number of technical problems was revealed, namely, the problem of vibration at water overflow and the problem of appearance of local deflection. From 1970-ies there started to be used the dams filled with water and air, however, this resulted in appearance of new technical problems. During this period the gate design was complimented with a deflector for minimization of the shell fluctuations and a new synthetic material was developed. Due to refinements made at the end of the XIXth century in the XXth century the new technical records in construction of rubber-textile dams were achieved.
In Russia the inflatable flexible dams were not widespread, however, Russian scientists made a considerable contribution in development of these structures: it was Soviet engineers and scientists developed the structures for using on the deformed foundation.
Thus, during the first two decades from the moment of appearance of inflatable flexible dams the key technical problems of their designing were solved and main technical solutions were set.
Keywords: rubber dam; Inflatable dam; Flexible structures; Synthetic materials; failure; air-filled dam
Введение
Во второй половине XX в. был разработан новый тип плотин и затворов, который представляет собой конструкцию из гибких ("мягких") замкнутых оболочек, заполненных воздухом или водой. Оболочки закрепляют к порогу (дну) сооружения. Регулируя давление внутри оболочки, можно изменять её высоту, в этом случае она играет роль затвора. Плотины (затворы) из оболочек допускают перелив через них воды.
Возникновение плотин из гибких полотнищ стало возможным благодаря появлению в начале XX в. промышленных технологий изготовления резины, синтетических каучуков и волокон. В этот период были получены резинотканевые материалы, которые обладают высокой эластичностью, необходимой прочностью и изностойкостью.
К настоящему времени в мире построено несколько тысяч малых плотин этого типа, в основном в странах Азии и Европы [1]. Однако в России воздухо-, водонаполняемые оболочки редко используют как плотины и затворы, в основном они применяются в качестве мобильных дамб для защиты от наводнений и мелиоративных систем [2].
В современной литературе мало информации об истории становления плотин (затворов) из гибких заполняемых оболочек. В СССР в 1970-е годы были подготовлены издания [3; 4], но в настоящее время они довольно труднодоступны и не содержат информации о проблемах эксплуатации плотин этого типа.
В связи с этим представляют интерес ответы на следующие вопросы:
• Когда и как появились плотины из гибких оболочек, заполненных воздухом или водой?
• С какими проблемами сталкивались при использовании плотин данного типа?
• Как трансформировались, совершенствовались их конструкции?
Для ответа на данные вопросы был составлен исторический обзор начального этапа применения плотин из оболочек, заполненных воздухом или водой, с примерами плотин и фактами их эксплуатации. Он охватывает период 1950-1970-х годов.
Материалы
Для составления обзора были использованы отечественные и зарубежные монографии [1; 3-4], учебник 1, а также статьи в журналах [5-7]. Также были использованы труды N.M. Imbertson [7]2, основоположника плотин из гибких оболочек.
Результаты
Первые плотины из водонаполняемых оболочек.
Обычно в научных публикациях и литературе указывают, что первым применить гибкую оболочку для устройства плотины предложил в 1950-х гг. американский инженер Norman M. Imbertson. Однако в [8] со ссылкой на [9] сообщает, что в 1955 г. такую конструкцию предложил также французский инженер Mesnager.
Однако N. Imbertson довёл проект до практической реализации - в 1959 г. на реке Los Angeles была устроена плотина из замкнутой гибкой оболочки. Перед этим в 1957-1958 гг. была построена и испытана часть этой плотины [3; 7]. Преимущество плотины из оболочки по сравнению с ранее использовавшейся деревянной состояло в том, что она позволяла легко очищать водоём от наносов путём открытия водопропускного отверстия. По российской классификации такая оболочка является затвором [10].
В плотине на реке Los Angeles замкнутая оболочка перекрывала отверстие пролётом 39,6 м и высотой 1,83 м [5; 7]. Каплевидная оболочка была выполнена из неопрена (хлоропренового каучука), армированного нейлоном, толщиной 3,18 мм (производитель - фирма Dupon) [4]. Она была закреплена к бетонному порогу и боковым стенкам. Оболочка заполнялась водой с помощью двух наносов общей производительностью 500 м 3/ч, а её опорожнение осуществлялось автоматически с помощью сифона. Наполнение длилось 25 минут, опорожнение - 10 минут.
В 1961 г. N. Imbertson представил уже опробованные и вновь разработанные им конструкции для получения патента [7]. Основной конструкцией является каплевидная оболочка, закреплённая на пороге и боковых стенках (рис. 1, 2).
Наполненная оболочка перекрывает пролёт (рис. 2 а), а опорожнённая - ложится на порог (рис. 2 б). N. Imbertson называл плотины нового типа тканевыми ("Fabridam") и складными ("Collapsible").
В качестве материала оболочки он предлагал использовать полотнища неопрена (хлоропренового каучука) или нейлона, прорезиненного или обработанного пластиком, а также каучукового латекса.
N. Imbertson также запатентовал две гидравлические системы автоматического действия для наполнения и опорожнения оболочки - самотёчную и принудительную [7]. В самотёчной системе давление воды в оболочке и, следовательно, высота оболочки контролируются подводящим трубопроводом и отводящим сифоном (рис. 3). В принудительной системе подача воды в оболочку осуществляется из напорного бака, а опорожнение - гидравлическим насосом (рис. 4), автоматизация действия системы достигается датчиком уровня.
1 - гибкая оболочка в пролёте, заполненная водой; 2 - часть гибкой оболочки, на боковых стенках; 3 - бетонная стенка; 4 - прижимная планка; 5 - канал; 6 - напорный трубопровод; 7 - задвижка
Рисунок 1. Устройство плотины с гибкой водонаполняемой оболочкой по патенту N. Imbertson [7]
1 - оболочка в пролёте; 2 - часть гибкой оболочки на боковых стенках; 3 - бетонное сооружение; 4 - прижимная планка; 5 - крепёж
Рисунок 2. Устройство гибкой оболочки по патенту N. Imbertson: а - наполненная оболочка в продольном разрезе; б - наполненная оболочка в поперечном разрезе; в - опорожнённая оболочка в продольном разрезе [7]
гибкая оболочка, заполненная водой; 2 - бетонный порог; 3 - обратный фильтр; 4 - труба; 5 - сифон
Рисунок 3. Самотёчная система автоматического действия для наполнения и опорожнения водонаполняемой оболочки по патенту N. Imbertson [7] в разрезе вдоль потока
1 - гибкая оболочка, заполненная водой; 2 - бетонный порог; 3 - вертикальные стенки водопропускного отверстия; 4 - резервуар; 5 - трубопровод; 6 - электромагнитная задвижка; 7 - гидравлический насос с электрическим приводом; 8 - электрическая цепь; 9 - измеритель уровня; 10 - водомерные трубы
Рисунок 4. Принудительная система автоматического действия для наполнения и опорожнения водонаполняемой оболочки по патенту N. Imbertson [7] в разрезе поперёк потока
Позже в США был построен ещё ряд плотин с затворами из гибких оболочек. Например, в 1962 г. была построена на реке San Joaquin длиной 50 м и высотой 3,65 м [3].
В 1966 г. была впервые применена оболочка, наполняемая не только водой, но и воздухом [3]. Эта плотина на реке Colorado имела длину 70 м и высоту 4 м. Подача воды осуществлялась насосами, а воздуха - вентиляторами.
В 1966 г. была построена ещё более крупная плотина с затвором из гибких оболочек - плотина Sunbury на реке Susquehanna. Она предназначена только для работы в летний период, когда она образует водохранилище Augusta площадью 1 200 га. Плотина Sunbury включает 7 оболочек, разделённых бетонными бычками [1]. Шесть оболочек имеют длину 91,44 м и ширину 2,44 м, а седьмая оболочка - имеет длину 53,34 м. Высота оболочек - 2,3 м, они заполняются водой (на высоту 1,08 м) и воздухом [3]. На правом берегу построена бетонная переливная секция длиной 274 м. Плотина (ныне Adam T. Bower Memorial) до сих пор является самой протяжённой в мире плотиной из гибких оболочек.
Плотины из гибкой оболочки показали свои преимущества применения при малых напорах, они дешевле, могут перекрывать большие пролёты, пропускать воду переливом и не требуют грузоподъёмного оборудования. Благодаря этим преимуществам уже в 1960-х годах плотины нового типа стали применять в других странах.
В 1961 г. впервые гибкая оболочка была применена в Европе. Она была использована в качестве затвора на французской плотине Оба на реке Везер [4]. Она имеет длину 46 м и высоту 1,4 м. В затворе была использована оболочка толщиной 4,5 мм из хлоропренового каучука, армированного нейлоном. Сопряжение оболочки с быком было осуществлено иначе, чем у N. Imbertson, - с помощью конусных завершений, закреплённых в быке. В настоящее время это самый распространённый тип сопряжения оболочки с сооружением.
В 1965 г. затвор из гибкой оболочки был установлен на бетонной плотине Koombooloomba в Австралии. Затвор высотой 1,65 м перекрыл шириной 66 м [4].
В 1965 г. оболочка была применена для устройства временной перемычки при строительстве плотины Mangla в Пакистане. Временная дамба состояла из трёх секций оболочек длиной 76,20 м, 63,70 м и 74,40 м высотой 3,0 м [1]. Оболочка заполнялась водой и воздухом.
В 1969 г. был достигнут рекорд по высоте плотин из оболочек. В Нидерландах на канале Weespertrekvaart в Амстердаме (район Omval) была установлена оболочка, которая предназначена для защиты земель от затопления при наводнениях. Она должна была перекрывать канал при подъёме уровня в реке Amstel. Плотина из водонаполняемой оболочки имела высоту 7 м и пролёт 28 м.1
Т. к. наводнения случаются редко, оболочка практически всё время находилась на дне канала в опорожненном положении. Для защиты расположенной под водой плотины была применена специальная конструкция оболочки, которую называют "мидия", т. к. её форма напоминает этот моллюск (рис. 5). Она состоит из двух шарнирно закреплённых полых металлических полотнищ, соединённых мембраной. Эти полотнища выполняют двойную функцию. Во-первых, они являются створками контейнера, в которой помещена оболочка (рис. 5 а). Во-вторых, они являются поплавками, которые помогают затвору быстрее раскрыться. Для установки плотины в рабочее положение необходимо подача воды в камеру (рис. 5 б). Для закрытия створок из камеры выкачивается вода (рис. 5 б в). Время наполнения и раскрытия оболочки составляет около 15 минут.
1 - мембрана оболочки; 2 - камера давления; 3 - контейнер; 4 - полые металлические створки; 5 - патрубки системы наполнения
Рисунок 5. Принципиальная схема работы затвора -плотины Omval типа "мидия": а - затвор сложен; б - затвор закрыт; в - затвор в начальной стадии закрытия [1]
В Японии первая плотина из гибкой оболочки была установлена в 1964 г. В 1968 г. японская фирма Sumitomo Electric Industries Incorporated приобрела технологию строительства дамб из гибких оболочек у американской компании Firestone, лидера в этой области. Японская фирма в 1977 г. установила первую дамбу из оболочек на территории Китая - в Тайване.
Проблемы эксплуатации первых плотин из водонаполняемых оболочек.
Первые плотины-затворы из мягких оболочек изначально воспринимались как сооружения с ограниченным сроком службы. Компания Firestone гарантировала срок службы резинотканевых оболочек 15 лет [4]. Это было обусловлено малой изученностью долговечности резинотканевых материалов и отсутствием опыта эксплуатации выполненных из них плотин, затворов.
Уже в первые годы применения плотин нового типа проявились проблемы их эксплуатации.
На плотине Sunbury проблемы проявились уже вскоре после завершения работ. Были замечены потёртости на боковых поверхностях оболочек [1]. В июне 1972 г. во время сильного наводнения были разрушены 6 из 7 оболочек. При ремонте 1972-1974 гг. вместо однослойных были применены трёхслойные оболочки, однако это не позволило решить проблему надёжности плотины - требовался постоянный ремонт оболочек.
На временной водосливной перемычке Mangla были выявлены несколько проблем. Было выявлено, что из-за боковых складок не обеспечивается полное опорожнение оболочки. Через несколько месяцев работы были обнаружены повреждения (потёртости) оболочек, а также раскрытие технологических швов [1].
В феврале 1966 г. при пропуске больших расходов наблюдалось нестабильное состояние оболочки. Во-первых, оболочка прогибалась на отдельном участке, местоположение которого постоянно менялось. Этот эффект получил наименование "V-образный прогиб". Во-вторых, происходили значительные продольные и поперечные колебания оболочки. Эти колебания вызваны гидродинамическим действием потока при его сопряжении с нижним бьефом. Колебания оболочки вызывали трение между оболочками и бетонным порогом и в итоге в оболочках образовались разрывы.
Таким образом, опыт первых плотин показал, что:
• При переливе воды гибкие оболочки могут испытывать колебания и истирающее воздействие, которое может привести к их разрушению.
• При неполном заполнении оболочки возникает эффект местного прогиба оболочки.
• Толщина оболочек недостаточна для того, чтобы обеспечить её долговечность. В качестве основной меры по обеспечения стабильного положения оболочки рассматривали повышения давление в оболочке. Между тем, увеличение давления требует использования более толстых, более дорогих оболочек. Для повышения надёжности вместо однослойных стали применять многослойные оболочки.
Опыт применения гибких водонаполняемых оболочек в Советском Союзе
Первая попытка устроить дамбу из гибкой водонаполняемой оболочки была предпринята в СССР в 1963 г. [4]. В качестве материала был использован брезент, покрытый битумной мастикой. Хотя эксперимент оказался неудачным, он позволил показать возможность возведения плотины не только на бетонном, но и на мягком (деформируемом) основании. Для этого из гибкой мембраны устраивались понур и рисберма, покрывающие грунты.
В 1966 г. под руководством О.Г. Затворницкого на мягком основании была построена плотина на р. Китерне в Тюменской области [4]. В качестве материала использовалась ткань на капроне. Плотина имела длину 15 м и высоту 1 м, большую высоту создать не удалось из-за фильтрации швов. В 1967 г. была выполнена плотина высотой 2,5 м, которая смогла проработать не только в летний, но и зимний период. Зимой вода в оболочке замёрзла, замёрзшая плотина смогла выдержать ледоход.
В Чехословакии в 1963-1964 гг. по проекту советских инженеров были построены две плотины из гибких оболочек [4].
В 1970 г. коллективом под руководством Б.И. Сергеева (г. Новочеркасск) были устроены две плотины из мягких оболочек на мягком основании [4]. Одна плотина высотой 3 м и пролётом 22 м была установлена на канале Р-2 Марьяно-Чербургольской оросительной системы в Краснодарском крае. Её водонаполняемая оболочка состояла из двух слоёв резинотканевого материала. Другая плотина - это временная плотина на р. Белой (рис. 6). Высота плотины 1,5-2 м, длина - 24 м. Эта водосбросная плотина была устроена по схеме быстротока.
Новации в конструкциях плотин из оболочек в 1970-1980-х годах.
Основным новшеством 1970-х годов стало использование для заполнения оболочки не воды, а воздуха. Такие плотины называют надувными.
В литературе [5; 6] упоминается, что первая плотина, заполненная воздухом, была построена корпорацией Bridgestone в 1978 г. в Японии. Однако известно, оболочка плотина Penig (Muldewehr Penig), построенной ещё в 1969 г. в ГДР [4], была заполнена воздухом. Заполнение воздухом было выбрано потому, что плотине предстояло работать зимой. В процессе работы оболочка испытывала ледовые воздействия, толщина ледяного покрова достигала 0,5 м.
Надувные оболочки имеют ряд преимуществ в сравнении с водонаполняемыми:
• Пневматические системы заполнения оболочки проще, чем гидравлические, в частности, не требуется очистка воды.
• Заполнение воздухом осуществляется быстрее, чем водой. Например, на плотине Sunbury переход системы наполнения с воды на воздух позволило ускорить процесс наполнения в 44 раза [1].
• Использование воздуха вместо воды исключает образование льда внутри оболочки, коррозию трубопроводной арматуры.
• Давление воздуха внутри оболочке равномерно распределено по высоте, в отличие от давления воды, поэтому заполненная воздухом оболочка имеет меньший объём и другую форму. У надувной оболочки форма - круговая, а у водонаполняемой - приземистая. Благодаря компактности оболочки уменьшалась длина и требуемая толщина полотнищ, что уменьшало стоимость конструкции.
Однако применение воздухонаполняемых оболочек создавало новые технические сложности. Одна из сложностей состоит в том, что надувные оболочки имеют меньшую массу, соответственно, её устойчивость не может быть обеспечена за счёт собственного веса (как у водонаполняемых), а только за счёт крепления. При повреждении надувная оболочка полностью опорожнится быстрее, чем заполненная водой.
Оригинальное решение конструктивное решение надувной оболочки было принято на плотине Penig. Оболочка этой плотины имела высоту 1,10 м [1; 4]. Оболочка состояла из 6 секций шириной по 8 м, воздух к каждой из которых подводился индивидуальной компрессорной установкой.
Оболочка плотины Penig состояла из трёх элементов: внутренней оболочки, заполненной воздухом под давлением выше атмосферного, фиксирующей и защитной оболочек (рис. 7). Фиксирующие и защитное полотнища прикреплены к порогу с верховой стороны с помощью зажима на анкерных болтах, образуя наклонную верховую грань плотины. По замыслу, наличие наклона должно был пригрузить плотину давлением верхнего бьефа, а также придать плотине более обтекаемую форму.
1 - надувная внутренняя оболочка; 2 - внешняя фиксирующая оболочка; 3 - защитная мембрана; 4 - водосливной порог; 5 - анкерное крепление; 6 - бык; 7 - планка крепления мембраны к быку; 8 - воздуховод
Рисунок 7. Схема конструкции плотины Penig [1; 4]
Внутренняя и фиксирующая оболочка были выполнены из однослойной ткани на основе хлоропрена [4]. Защитное полотнище предназначено для защиты от истирания плавающим мусором и льдом, оно было выполнено из семислойного полотна полиамидной ткани с покрытием резиной.
Однако у надувных оболочек остро проявилась вторая проблема - колебания оболочки. Надувные оболочки, имея меньшую массу, чем водонаполняемые, подвержены ещё большим колебаниям.
Этот эффект проявился на плотине Hollerich в ФРГ, на которой в 1975 г. были установлены затворы из гибких оболочек [1]. Оболочки плотины имели высоту 2,05 м, длину 17,6 м, они были выполнены из прорезиненной ткани полиэстера толщиной 4-5 мм. Оболочки крепились только к порогу. В конструкции была предусмотрена дополнительная оболочка для защиты основной оболочки от повреждений.
Уже вскоре после пуска в эксплуатацию одна из оболочек была разорвана, а другая - сильно повреждена. Причиной аварии было признано повреждение плавающим ветками деревьев. При этом специалисты пришли к выводам, что повреждениям способствовали значительные колебания оболочек, не закреплённых по быкам, и что многослойное строение оболочек усиливает негативный эффект колебаний [1]. Была установлена необходимость закрепления оболочки к быкам (устоям).
Таким образом, опыт показал, что использование многослойных оболочек не придаёт оболочке большей надёжности, более эффективно применять более толстые однослойные оболочки.
Третья проблема состоит в том, что надувные оболочки более деформируемые, поэтому в них больше проявляется эффект V-образного прогиба.
Для решения проблемы колебаний в конструкции плотин из гибких оболочек были внесены усовершенствования. Было доказано, что противодействовать колебаниям оболочки можно путём устройства дефлектора или шипов на водосливной поверхности оболочки. Они позволяют оторвать водный поток от поверхности плотины.
В частности, дефлектор был применён на плотине канала Р-2 Марьяно-Чербургольской оросительной системы [4].
Ещё одним новшеством стало применение для оболочек новых материалов. Помимо резинотканевых оболочек стали применяться оболочки из синтетических материалов. В 1970 г. для оболочек фирмы Bridgestone был разработан новый синтетический материал - этилен-пропиленовый диеновый мономер [1]. Он более устойчив к старению, солнечному свету, озону, окислению и другим атмосферным воздействиям.
Новый материал был использован для оболочек плотины Sunbury при ремонте в 1984-1988 гг. [1]. Многослойные оболочки были заменены на однослойную толщину 13,5 мм, что позволило продлить срок эксплуатации без ремонта.
К настоящему времени подавляющее большинство замкнутых оболочек заполняются воздухом, а не водой. Водонаполняемые оболочки применяются в основном в более крупных плотинах, которые испытывают большие нагрузки. К таким плотинам относятся плотины систем защиты территорий от морских наводнений. При этом используют оболочки, заполняемые как водой, так и воздухом, т. к. это позволяет ускорить наполнение оболочки.
Достижения в строительстве плотин из гибких замкнутых оболочек.
Благодаря усовершенствованию конструкций на рубеже XX и XXI веков были достигнуты новые рекорды в строительстве плотин из гибких оболочек.
В 1998 г. была построена плотина с самой длинной оболочкой. Это плотина Las Virgenes в Мексике, которая имеет две оболочки высотой 3 м, один длиной 112 м, другой - 148 м [1].
В 2002 г. была введена в действие самая высокая плотина из гибких оболочек. Это плотина Ramspol в Нидерландах, которая предназначена для защиты территорий от наводнений со стороны внутреннего морского залива. Плотина состоит из трёх секций оболочек, разделённых быками. Полная высота оболочки составляет 8,35 м, но над нормой уровня воды в Амстердаме - 3,55 м (рис. 8). Длина пролёта оболочки снизу составляет 60 м, сверху - 80 м. Ширина оболочки по точкам закрепления - 13 м.
Оболочка наполняется водой и воздухом. Для заполнения оболочки необходимы 3 500 м 3 воды и 3 500 м 3 воды. Максимальное время установки оболочки в рабочее составляет 60 мин, укладки на порог - 180 мин.
Толщина мембраны составляет 16 мм, её плотность (по площади) составляет 19,5 кг/м 2 [5]. Вес оболочки составляет 33 т. В рабочем положении её ширина составляет 15,4 м. При опорожнении оболочки мембрана укладывается на стойки, расположенные в специальной нише (рис. 8).
1 - положение оболочки, когда она заполнена; 2 - положение оболочки, когда она опорожнена; 3 - часть оболочки, заполненная воздухом; 4 - часть оболочки, заполненная водой; 5 - бетонная плита; 6 - металлические стойки; 7 - сваи; 8 - крепление
Рисунок 8. Схема конструкции плотины Ramspol в поперечном сечении [1]
Заключение
1. Становление нового типа плотин - плотин из замкнутых заполненных гибких оболочек происходило в течение двух десятилетий. За это время сформировались основные технические решения этих плотин, были выявлены проблемы строительства и эксплуатации их плотин, а также найдены пути их решения. Основные рекорды плотин из наполняемых гибких оболочек (по длине, высоте плотины) были достигнуты на рубеже XX и XXI веков, т. е. примерно через 40 лет после возникновения плотин этого типа.
2. Среди важных изменений в конструкциях плотин из оболочек следует выделить переход от заполнения оболочек водой наполнению воздухом. Однако это привело к появлению новых технических проблем и новых конструктивных решений плотин, позволяющих решать эти проблемы.
3. Одной из технических проблем, характерных для плотины из гибких оболочек, является её нестабильное состояние. При переливе воды поверх оболочки возникают колебания, для их минимизации на оболочке устраивают дефлектор или шипы. При недостаточном внутреннем давлении в оболочке происходит неравномерный прогиб оболочки с образованием локального участка перелива воды.
4. В России из-за холодного климата плотины из наполняемых гибких оболочек не получили широко распространения, однако именно в России были разработаны оригинальные технические решения этих плотин. Они позволяют применять эти плотины на мягком основании.
5. Наличие целого ряда преимуществ предопределят дальнейший рост случаев применения плотин наполняемых гибких оболочек.
Литература
1. Gebhardt M. Hydraulische and statische Bemessung von Schlauchwehren. - Karlsruhe, 2006. - 278 c.
2. Волосухин В.А., Чижов А.Е., Новиков С.Г. Наводнения: проблемы снижения ущербов. обоснование защиты // Гидротехника. 2011. № 2. С. 46-50.
3. Мягкие конструкции - новый вид гидротехнических сооружений / Б.И. Сергеев, П.М. Степанов, Б.Б. Шумаков. - М.: Колос, 1971. - 88 с.
4. Затворницкий О.Г. Конструкции из мягких оболочек в гидротехническом строительстве / О.Г. Затворницкий. - М.: Энергия, 1975. - 144 с.
5. Gebhardt M. Stand der Schlauchwehrtechnik, Anwendungsbeispiele und Betriebserfahrungen // Mitteilungsblatt der Bundesanstalt fur Wasserbau. 2007. 91. С. 9-22
6. Zhang X. Flexible structures // International Water Power and Dam Construction. 2007. 59(2). 2007. C. 32-37.
7. Imbertson N.M. Automatic Rubber Diversion Dam in the Los Angeles River // Journal American Water Works Association. 1960. 52(11). C. 1373-1378.
8. Erbisti P.C.F. Design of Hydraulic Gates. CRC Press, 2014. - 442 с.
9. Leviel C. French Experience of inflatable dam // The International Journal on Hydropower & Dams. 1994. 9.
10. Губанов, Р.С. Эксплуатация гидротехнических сооружений и трансформация сооружений, и трансформация прибрежного фаунистического комплекса (Tetrapoda) озера Лысый Лиман / Р.С. Губанов // Геология и геофизика Юга России. - 2022. - Т. 12, № 2. - С. 103-116. - DOI 10.46698/VNC.2022.30.68.008. - EDN RFFLJM.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение видов и эффективности применяемых современных строительных конструкций. Определение и классификация жестких оболочек. Своды и купола, как разновидности изогнутых железобетонных оболочек. Оболочки положительной и отрицательной гауссовой кривизны.
реферат [15,2 K], добавлен 31.05.2013История использования в архитектурной практике оболочки - строительной конструкции перекрытий зданий и сооружений. Эксплуатация архитектурных оболочек в условиях российского климата. Основные виды оболочек и характеристика особенностей их конструкции.
презентация [5,1 M], добавлен 07.10.2015Современное состояние теории расчета сводчатых оболочек с учетом неупругого деформирования железобетона. Конструкция модели, изготовление полигональных сводов оболочки. Расчет сводов оболочек с учетом деформированного состояния опорного контура.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 10.07.2015Водоподпорные сооружения. Классификация плотин: из грунтовых материалов, бетонные, а также железобетонные. Воздействия водного потока на гидротехнические сооружения. Расчет и целесообразность построения эпюры избыточного давления на бетонную плотину.
курсовая работа [456,8 K], добавлен 09.01.2014Жилые дома на основе малопролётных оболочек. ArchiCAD: библиотечные элементы, простые фигуры и трехмерное пространство. Календарный план разработки автоматизированной системы. Основные требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 07.07.2012Основные достоинства и недостатки конструкции плоского затвора и характеристика его элементов. Генеральные размеры и компоновка балочной клетки затвора. Опорно-ходовые устройства и уплотнения плоских затворов, конструирование их стрингеров и ригелей.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.01.2014Анализ Хай-тек стиля в архитектуре, зародившегося в недрах позднего модернизма в 1970-х и нашедшего широкое применение в 1980-х годах. Описания сооружений в стиле Хай-тек. Выдающиеся архитекторы и их здания. Обзор творческой деятельности Нормана Фостера.
презентация [3,1 M], добавлен 27.12.2014Характеристика района строительства водосливной плотины, сущность ее гидравлических расчетов. Выбор удельного расхода на рисберме и определение сопряжения бьефов при маневрировании затворами. Фильтрационные расчеты и конструирование подземного контура.
курсовая работа [304,2 K], добавлен 29.07.2012Компоновка пролетного строения пирса. Выбор сетки свай оболочек и разбивка пирса на секции. Определение воздействий на эстакаду. Расчет на образование трещин, нормальных к продольной оси. Уточнение высоты сечения ригеля. Построение эпюры арматуры.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 23.02.2014Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, дренажа, противофильтрационных устройств. Расчет устойчивости откосов, экрана, защитного слоя. Гидравлический расчёт водосбросного сооружения. Схема пропуска строительных расходов.
курсовая работа [502,5 K], добавлен 05.01.2013Проектирование причального фронта, определение размеров акватории порта для разработки оградительных сооружений. Расчет разворотного круга, расположение и размеры входа в порт. Оценка волнового режима порта. Основные габариты оградительных сооружений.
курсовая работа [626,1 K], добавлен 29.07.2012Определение класса капитальности сооружения и основных размеров глухой плотины. Гидравлический расчет водосливной плотины, сопряжения бьефов, основных размеров элементов подземного контура. Определение параметров гидравлического прыжка за плотиной.
курсовая работа [151,7 K], добавлен 01.11.2012Понятия водопоглощения и коэффициента насыщения пор водой. Экспериментальные методы определения адгезии и когезии. Условия формирования известняков, их минералогический состав, свойства и области применения. Способы защиты природного камня от коррозии.
контрольная работа [884,2 K], добавлен 12.09.2012Технические характеристики, виды и особенности применения щебня, песка, гравия. Аналитический обзор цен на исследуемые строительные материалы. Последовательность и технология производства отделочных работ в квартире, калькулирование их стоимости.
курсовая работа [72,4 K], добавлен 06.08.2013Характеристика места строительства кафе. Расчет объемов работ, на основе которого составлен календарный план. Выбор методов производства, машин, механизмов, их обоснование. Калькуляция трудозатрат и машиносмен. Оценка экономической эффективности проекта.
курсовая работа [61,6 K], добавлен 25.05.2015Предпосылки развития современной архитектуры на рубеже XIX-XX веков. Новые эстетические концепции конструктивизма. Становление и формирование архитектуры Нижнего Новгорода в предвоенные годы. Формирование нового типа многофункционального сооружения.
реферат [33,4 K], добавлен 27.11.2014Исторический обзор садово-паркового искусства. Основные стили в композиции парковых ансамблей. Английский пейзажный стиль в садово-парковом искусстве. Расширение стилевых направлений: супрематизма, авангардизма. Тенденции развития ландшафтной архитектуры.
курсовая работа [8,9 M], добавлен 29.11.2015Создание эскиз-проекта реконструкции здания с целью соединения природных и искусственных компонентов среды в композицию, обладающую определенным художественным образом. Исторический обзор развития дизайна. Тенденции развития процесса благоустройства.
дипломная работа [68,6 K], добавлен 26.01.2011Исследование способов изменения и перевоплощения интерьера помещения. Особенности составления дизайнерского проекта. Свойства цветовых оттенков и их влияние на эмоциональную сферу человека. Обзор основных приемов декорирования. Правило золотого сечения.
контрольная работа [23,7 K], добавлен 23.02.2013Широкое строительство в древней столице в послевоенные годы. Архитектурные идеи и мастерство московских архитекторов. Кризис русской архитектуры в 30-50-е годы. Творчество представителей русского классицизма. Формирование строгого монументализма.
реферат [28,1 K], добавлен 28.07.2009