Обоснование продления срока эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин
Протяженность речной сети на территории Российской Федерации (РФ) более 2,37 млн. км включающая в себя свыше 125 тыс. рек которые могут быть использованы для судоходства. Длина внутренних судоходных путей всей РФ составляет более 100 тыс. км, наиболее важные на юге РФ включают в себя шлюзованные участки водной системы р. Дон и его притока p Северский Донец.
При шлюзовании наибольшее распространение нашли в качестве регулирующего органа управления сооружения водосливы низконапорных щитовых плотин с металлическими поворотными фермами, предложенными французским инженером - В. П. Поаре в качестве несущих конструкции [1]. Отдельные сооружения, построенные еще в конце XIX века для судоходства, используются при шлюзовании для обеспечения технической судоходной глубины на подпертых участках рек по настоящее время. Например, только в водном бассейне Нижнего Дона построено в середине XX века 8 гидроузлов. Наиболее крупные из них, для поднятия уровня воды для судоходства - Кочетовский, Апаринский, Николаевский, Краснодонецкий.
С середины XX века конструктивная схема данной низконапорной щитовой плотины с металлическими поворотными фермами получила большое применение сначала не только на судоходных, но и затем ее стали активно применять на малых реках с максимальным расходом около 1% обеспеченности до 400 м3/с. Такое распространение обусловлено простотой монтажа и дальнейшей эксплуатацией, что очень важно, так как большинство объектов находятся далеко от индустриальных центров, а также надежностью конструкционных элементов. Быстрота технологической выполняемости разборки-сборки, возможность мобильного регулирования расходов стока в широком диапазоне, а также высокий уровень безопасности в случае катастрофического паводка и экономическая целесообразность применения плотины, являются одними из главных достоинствами ее использования. Учитывая возможность выполнения быстрой разборки и сборки металлических ферм с освобождением всего сечения русла реки для пропуска ледохода и продолжительный срок эксплуатации, применение их и в дальнейшем целесообразно, особенно применимо для мобильной ликвидации возникающих чрезвычайных ситуаций, для рек с высокой сезонной вероятностью схода катастрофических паводков на юге РФ [2].
Наибольшее распространение, при оценке остаточного ресурса несущих элементов конструкций водопроводящих сооружений, имеет интегральная оценка риска аварии [3]:
Она позволяет установить безопасный срок продолжительности их технической эксплуатации, либо применить различные технические ограничения как к самому сооружению либо к его отдельным элементам [4].
Остаточный ресурс для безопасной технической эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин устанавливается как функции системного анализа с последующей разработкой структурно-аналоговой схемы статической и динамической систем с выделением отдельно подсистем от различных сочетаний усилий на конструкционную схему. Производится классификация ресурса системы, является надежность ее элементов, а именно безотказность эксплуатации во времени. Данные технические условия определяются, когда каждый элемент системы может безопасно производит эксплуатацию в работоспособном состоянии, избегая критического состояния или отказа [5].
Коэффициент надежности подсистемы, характеризующий работоспособность Rn. c.:
Где - физический износ или отказ элементов системы или подсистемы, который определяется по формуле:
- физический износ сооружений подсистемы различного характера;
- коэффициенты влияния различного характера сооружений на состояние других;
M - количество видов элементов в сооружений.
Произведя последующее моделирования эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин на ЭВМ можем, получит критерии физического износа отдельных элементов [6, 7]. Одной из главных проблем определения остаточного ресурса является определение физического износа сооружения в целом во времени. Была разработана модель плотины (рис. 1) с различными сочетаниями, как с нагружениями, так и с дефектами от долгой эксплуатации.
Рис. 1. Общий вид модели на ЭВМ сборной водоподъемной низконапорной щитовой плотины
Физический износ сооружений [8, 9]:
Где - физический износ элементов сооружения;
Рi - размеры (площадь или длина) поврежденного участка, м2 или м;
Pk - размеры всей конструкции, м2 или м;
N - число поврежденных участков.
В ходе проделанного расчета получены эпюры различных сочетаний усилий (рис. 2 - 6) от комбинаций сочетаний, как нагрузок, так и различных дефектов плотины.
Рис. 2. Эпюра растягивающих и сжимающих усилий
По эпюрам усилий (рис 2 - 6) можно классифицировать техническое состояние каждого элемента, например как стержней, так и пластин, при различных как небольших дефектах, так и опасных повреждениях элементов, входящих в конструкцию [10, 11].
Рис. 3. Эпюра перерезывающих усилий
Рис. 4. Эпюра крутящего момента
Рис. 5. Эпюра изгибающего момента вокруг по горизонтали сооружения
Рис. 6. Эпюра изгибающего момента вокруг по вертикали сооружения
В ходе моделирования получены изополя напряжений (рис. 7 - 8) несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин для последующего прогнозирования обоснования продления срока надежной их эксплуатации [12].
Рис. 7. Эпюра изополей напряжений по горизонтали сооружения
Рис. 8. Эпюра изополей напряжений по вертикали сооружения
Конструкция несущая плотина щитовой
Эпюра изополей перемещений (рис. 9) отвечает за надежность сооружения, зависящую от жесткости, как отдельных элементов, так и всей конструкции в целом [13, 14].
Рис. 9. Эпюра изополей перемещений элементов
Разработана концепция обоснования продления срока эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин, на примере несущих отдельных конструкций-элементов, сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин, основанная на моделировании процесса нагружения от различных дефектов и повреждений вследствие длительной эксплуатации. Данное обоснование основано на моделировании, учитывающем различные характеры изменения во времени различных силовых нагрузок на сооружение в целом.
Допустимое обоснование продления срока эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин устанавливается на основании установленного порядка расчетно-экспериментальных исследований.
Литература
- 1. Wright A. G. International team to plug leaky dam with secant pile wall / ENR. 2002. V. 248. № 24. P. 14. 2. Бандурин М. А. Совершенствование методов проведения эксплуатационного мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений [Текст] // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2013. № 1. С. 68-79. 3. Бандурина И. П. Социальный капитал и социальный контроль в экономике России: роль экологических организаций [Текст] // Вестник Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Серия: Социально-экономические науки. 2011. № 3. С. 293-299. 4. Бандурин В. А. Численное моделирование объемного противофильтрационного геотекстильного покрытия с изменяемой высотой ребра [Электронный ресурс] / В. А. Бандурин, М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2013, №4. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n4y2013/1911 (доступ свободный) -
Загл. с экрана. - Яз. рус.
- 5. Бандурин М. А. Проблемы оценки остаточного ресурса длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2012, №3. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n3y2012/891 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 6. Бандурин М. А. Особенности технической диагностики длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2012, № 2. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n2y2012/861 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 7. Бандурин М. А. Мониторинг и расчет остаточного ресурса аварийных мостовых переездов через водопроводящие сооружения [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2012, № 4. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n4p1y2012/1260 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 8. Fairbairn E. M. Numerical simulation of dam construction using low-CO2-emission concrete / E. M. Fairbairn, I. A. Ferreira // Materials and Structures Materiaux et Constructions. 2010. V. 43. № 8. P. 1061-1074. 8. Бандурин М. А. Мониторинг напряженно-деформированного состояния мостовых переездов на водопроводящих каналах [Текст] // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2012. № 4. С. 110-124. 9. Дьяченко В. Б. Мониторинг длительно эксплуатируемых мелиоративных систем с помощью неразрушающих методов диагностики [Текст] / В. Б. Дьяченко, М. А. Бандурин. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2009. Т. 1. № 21. С. 169-171. 10. Бандурин В. А. Методы моделирования напряженно-деформированного состояния для определения остаточного ресурса железобетонного консольного водосброса при различных граничных условиях [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин, В. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2013, №4. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n4y2013/2039 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 11. Бандурин М. А. Совершенствование методов продления жизненного цикла технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2013, №1. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n1y2013/1510 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 12. Бандурин М. А.Применение программно-технического комплекса для решения задачи проведения эксплуатационного мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2012, №4. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n4p1y2012/1200 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 13. Бандурин М. А. Конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния Ташлинского дюкера на Право-Егорлыкском канале [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2012, №3. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n3y2012/889 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус. 14. Бандурин М. А. Проблемы определения остаточного ресурса технического состояния закрытых водосбросов низконапорных гидроузлов [Электронный ресурс] / М. А. Бандурин // "Инженерный вестник Дона", 2014, №1. - Режим доступа: http://www. ivdon. ru/magazine/archive/n1y2014/2279 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
Похожие статьи
-
ВВЕДЕНИЕ - Конструкция грунтовой плотины
Гидротехническое сооружение -- сооружение для использования водных ресурсов, а также для борьбы с вредным воздействием вод. Гидротехнические сооружения...
-
Продолжительность строительства регламентируется нормами продолжительности строительства и задела в строительстве предприятий зданий и сооружений...
-
В выпускной квалификационной работе был разработан проект ландшафтной организации территории "Якорного парка" в г. Петрозаводск. Было проведено натурное...
-
Оценка технического состояния - это установление степени повреждения и категорий технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений в...
-
Содержание технический обслуживание здание Нормативный срок службы здания обеспечивается в том случае, если в плановом порядке выполняются необходимые...
-
Расчет общего износа здания - Оценка технического состояния здания и его конструкций
Здания состоят из отдельных конструктивных элементов (конструкций) - фундаментов, несущие стен, перекрытий, крыши, которые выполняют различные функции....
-
Введение - Задачи главных операторов аэропортов по содержанию и эксплуатации зданий и сооружений
В настоящее время воздушный транспорт превратился в крупную производственную отрасль. Для того чтобы обеспечить регулярность и безопасность такого...
-
Заделка стыков начинается после окончательной выверки конструкций и включает следующие простые процессы и операции: 1) вварка закладных деталей...
-
Конструктивные меры защиты древесины от гниения: Основными конструктивными мерами против гниения древесины являются: применение здорового и сухого леса,...
-
Определение максимальных расходов воды Для обеспечения наиболее благоприятных условий пропуска максимальных расходов без повышения уровней в верхнем...
-
Термины и определения. Общее понятие Подъемник строительный - грузоподъемная машина циклического действия со стационарно установленным на ней...
-
Разработка курсового проекта начинается с компоновочных работ, включающих в себя: План здания с разбивкой сетки колонн (схематический продольный и...
-
Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению, поэтому включение стальной арматуры в растянутую зону...
-
Введение - Несущие и ограждающие конструкции
При возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого, особо тяжелого, на пористых заполнителях, жаростойкого и щелочестойкого...
-
Монтаж сборных железобетонных и бетонных несущих конструкций - Несущие и ограждающие конструкции
Предварительное складирование конструкций на приобъектных складах допускается только при соответствующем обосновании. Приобъектный склад должен быть...
-
Исходные данные: - Размеры в плане L1 Ч L2 , м - 20,8 Ч 63 - Сетка колонн l1 Ч l2 , м - 5,2 Ч 7,0 - Временная нагрузка, Н/м2 - 7000 - Количество этажей,...
-
В выпускной квалификационной работе был разработан проект ландшафтной организации территории "Якорного парка" в г. Петрозаводск. Было проведено натурное...
-
Анализ результатов обследований - Паспортизация мостовых сооружений
Итоговым, конечным результатом обследования является оценка технического состояния мостового сооружения. Оценка состояния мостового сооружения...
-
Подъем, установка и выверка конструкций - Проведение стропально-монтажных работ
Конструкции поднимают и устанавливают различными способами. При вертикальном подъеме конструкцию устанавливают на ранее смонтированные и закрепленные...
-
Введение - Проектирование железобетонных конструкций для 5-ти этажного жилого дома в г. Толочине
Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон - это искусственный каменный...
-
Подбор сечения связей Рис. 10. Связь между прогонами и основными несущими элементами: 1 - арка; 2 - прогоны Прогоны расположены на арке через 1,25м, и...
-
Обследование деревянных конструкций - Реконструкция деревянных зданий
Решение по восстановлению деревянных конструкций принимается после проведения детального инженерно-технического обследования всех строительных...
-
Срок службы конструктивных элементов зданий гостиниц - Здания и инженерные системы гостиниц
Под сроком службы здания понимают продолжительность его безотказного функционирования при условии осуществления мероприятий технического обслуживания и...
-
Стабилизационные меры на стадии эксплуатации - Строительство тоннелей
Расположенный в водоносных грунтах ниже уровня грунтовых вод тоннель в зависимости от его длины представляет собой локальную или протяженную преграду для...
-
Обследование деревянных конструкций - Обследование деревянных конструкций
При обследовании жилья по группе капитальности "Обыкновенные" особое внимание следует уделить деревянным конструкциям. Кроме традиционного заполнения...
-
При обследовании бетонных и железобетонных конструкций реконструируемых зданий и сооружении следует учитывать требования СНиП 2.03.01--84 "Бетонные и...
-
Корпусные листовые конструкции - Сварные корпусные конструкции
Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать: - по способу получения заготовок...
-
Колизей, Рим - Сводчатые конструкции, особенности работы. Древние и современные решения
Конструктивную основу составляют 80 радиально направленных стен и столбов, несущих своды перекрытий. Наружная стена сложена из травертиновых квадров; в...
-
При приемке законченных бетонных и железобетонных конструкций или частей сооружений следует проверять: Соответствие конструкций рабочим чертежам;...
-
Определение срока службы сравниваемых конструкций Согласно нормативным документам срок службы конструкций сравниваемых вариантов одинаков и составляет...
-
Монолитное строительство - основная технология возведения зданий. Технология, позволяющая возвести монолитные многоэтажные здания, коттеджи, сооружения...
-
В современном строительстве применяется огромное количество различных материалов, каждое из которых имеет свои достоинства и недостатки. Сталь - один из...
-
Одной из ведущих отраслей народного хозяйства государства является строительство. Мерой развития строительства определяется развитие государства в целом....
-
Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения между внутренней средой и плоскостью возможной...
-
Технические средства испытания материалов конструкций - Несущие и ограждающие конструкции
Для получения объективной информации о качестве материала и состоянии основных несущих конструкций при обследовании зданий нашли применение технические...
-
Защита древесины от возгорания Сделать древесину негорючей в современных условиях возможно, но неэкономично, поэтому в строительстве ограничиваются...
-
Электропрогрев бетонных смесей Производство бетонных работ в зимних условиях будем вести по методу электродного прогрева. Способ электропрогрева бетона в...
-
Выбор транспортных средств производится с учетом их грузоподъемности и габаритов, а также массы, количества и ассортимента перевозимых деталей и...
-
Здание запроектировано как типовое с максимальным использованием унифицированных конструкций, что снижает общую стоимость постройки. Несущие элементы...
-
Эксплуатация деревянных конструкций - Реконструкция деревянных зданий
Надежная длительная работа деревянных конструкций в значительной мере зависит от правильной их эксплуатации. При эксплуатации деревянных конструкций...
Обоснование продления срока эксплуатации несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин