Описываются конструктивные и компоновочные мероприятия, применяемые для повышения сейсмостойкости бетонных плотин различных типов. Приводятся критерии сейсмостойкости плотин, используемые при статическом и динамическом задании сейсмического воздействия. Описываются результаты анализа технико-экономической эффективности рассматриваемых инженерных решений и даются рекомендации по их практическому применению. Для инженеров-гидротехников: проектировщиков, строителей, исследователей, а также может быть полезна студентам гидротехнических специальностей вузов.

Предисловие

Глава 1. Особенности поведения бетонных плотин при землетрясениях
1. Материалы для изучения поведения бетонных плотин при землетрясениях различной интенсивности
2. Особенности поведения гравитационных плотин
3. Особенности поведения арочных плотин
4. Особенности поведения контрфорсных плотин и плотин с расширенными швами
5. Характерные деформации и повреждения бетонных плотин при землетрясениях

Глава 2. Факторы, влияющие на сейсмостойкость бетонных плотин
6. Классификация факторов
7. Внешние (природные) факторы, связанные с сейсмическим воздействием
8. Природные факторы, не связанные с сейсмическим воздействием
9. Техногенные факторы, связанные с типом сооружения
10. Техногенные факторы, связанные с конструктивными особенностями сооружения и особенностями его эксплуатации
11. Критерии сейсмостойкости бетонных плотин

Глава 3. Конструктивные мероприятия для повышения сейсмостойкости плотин
12. Классификация мероприятий
13. Мероприятия для изменения параметров сейсмического воздействия или его вторичных эффектов
14. Мероприятия, обеспечивающие повышение сейсмостойкости без изменения динамических характеристик сооружения
15. Мероприятия, повышающие сейсмостойкость сооружения путем изменения его динамических характеристик
16. Новые конструктивные и компоновочные мероприятия для повышения сейсмостойкости плотин

Глава 4. Эффективность некоторых конструктивных мероприятий для повышения сейсмостойкости бетонных плотин
17. Выбор мероприятий и методы исследований их эффективности
18. Результаты исследований эффективности мероприятий I группы
19. Результаты исследований эффективности мероприятий II группы
20. Результаты исследований эффективности мероприятий III группы

Глава 5. Инженерные рекомендации по повышению сейсмостойкости бетонных плотин
21. Общие положения
22. Рекомендации для гравитационных плотин
23. Рекомендации для арочных плотин
24. Рекомендации для контрфорсных и многоарочных плотин

Список литературы

Предисловие

В настоящее время в СССР и за рубежом в сейсмически активных районах проектируется и возводится большое число бетонных плотин различных типов и разной высоты. В СССР возведены и успешно эксплуатируются такие бетонные гравитационные плотины, как Курпсайская высотой 112 м, Токтогульская высотой 215 м, арочные — Чиркейская высотой 232,5 м, крупнейшая в мире Ингурская высотой 271,5 м, контрфорсные — Кировская высотой 83 м, Андижанская высотой 115 м.

Большие плотины различных типов возводятся также в сейсмических районах стран социалистического содружества, например арочная плотина Видрару в СРР высотой 166 м, гравитационная плотина Антонивановцы в НРБ высотой более 100 м и др.

В сейсмических районах ряда других стран также возведены бетонные плотины значительной высоты. В качестве примера можно привести гравитационную плотину Койна в Индии высотой 103 м, гравитационную плотину с расширенными швами Итайпу высотой 186 м в Бразилии, гравитационную плотину Пайн Флэт высотой 122 м в США и др.

Большинство построенных в разное время плотин в сейсмических районах хорошо перенесли землетрясения различной, в том числе и высокой, интенсивности. Однако есть примеры, когда бетонные плотины получили в результате землетрясения существенные повреждения, вызвавшие необходимость проведения значительных работ по усилению конструкций этих сооружений.

Учитывая, что в сейсмически активных районах СССР проживает более 60 млн. чел., а также принимая во внимание необходимость ускоренного развития гидроэнергетического строительства в районах средней и высокой сейсмичности, повышение сейсмостойкости плотин является исключительно актуальной задачей.

Вопросам повышения надежности плотин в сейсмических районах в последние годы уделяется повышенное внимание на различных международных конференциях. Эта тематика отражена и в работах последнего, XV Международного конгресса по большим плотинам в 1985 г. Отмечается, что плотины являются такими сооружениями, опасность последствий аварий на которых постоянно возрастает в силу следующих обстоятельств: постоянного роста населения и числа промышленных предприятий в зонах, расположенных ниже сооружения, и неизбежного старения материалов — бетона и арматуры.

Поэтому в настоящее время усилены поиски оптимальных конструктивных решений, способных значительно повысить прочность и устойчивость плотин в сейсмических районах. В процессе проектирования и строительства подпорных сооружений найдено немало удачных конструктивных и компоновочных решений. Однако большинство этих решений применимы лишь для данных конкретных условий и не имеют необходимой общности и поэтому не могут использоваться для оптимизации конструкций по обеспечению максимума надежности при минимуме затрат.

Только в последнее десятилетие появилась реальная возможность научного анализа эффективности различных конструктивных решений для повышения сейсмостойкости бетонных плотин. Такая возможность возникла в результате накопления и анализа огромного фактического материала физического и математического моделирования работы сооружений при действии сейсмической нагрузки и данных натурных исследований. Эти данные позволили выявить ряд особенностей поведения бетонных плотин при землетрясениях, определяющих в значительной степени набор возможных конструктивных решений для повышения сейсмостойкости сооружения. В качестве примера можно указать на зависимость динамических характеристик бетонных гравитационных плотин — частот и форм свободных колебаний от интенсивности сейсмического воздействия. Такая зависимость объясняется тем, что интенсивность воздействия определяет характер работы сооружения. При малой интенсивности имеет место его пространственная работа, когда вся плотина колеблется как единое целое. При большой интенсивности сейсмического воздействия отдельные секции плотины работают самостоятельно, каждая колеблется со своей частотой в силу того, что инерционные динамические силы, действующие на каждую секцию, превосходят силы трения между ними. Для бетонных плотин влияние таких факторов, как водная среда и деформативность основания, проявляется в большей степени, чем для плотин из грунтовых материалов. Эти факторы в большей мере изменяют динамические характеристики бетонных плотин. Важным отличием бетонных плотин от плотин из грунтовых материалов является также и то, что они работают преимущественно в упругой стадии, что позволяет материалу воспринимать определенные растягивающие динамические напряжения. Эти и другие особенности динамической работы бетонных плотин должны быть учтены при разработке мероприятий для повышения их сейсмостойкости.

При всей очевидной важности и актуальности разработки и исследования мероприятий для повышения сейсмостойкости бетонных плотин, особенно мероприятий, позволяющих получить желаемый эффект без увеличения стоимости сооружения, обращает на себя внимание тот факт, что по данному вопросу опубликовано мало работ, нет соответствующих рекомендаций и в строительных нормах.

Основная задача настоящей работы — восполнить существующий пробел и дать возможность широкому кругу специалистов познакомиться с мировым опытом использования конструктивных мероприятий для повышения сейсмостойкости бетонных плотин, рассказать о новых идеях в этой области, дать инженерную оценку эффективности некоторых перспективных мероприятий и предложить соответствующие рекомендации для включения в нормы и пособия к ним.

Работа написана на основании обобщения практики проектирования, строительства и эксплуатации бетонных плотин в сейсмических районах и анализа результатов специальных исследований эффективности различных конструктивных мероприятий для повышения сейсмостойкости бетонных плотин.

Такие исследования выполняются различными организациями.

В частности, подобные работы выполняются в институте «Гидропроект» им. С.Я. Жука в Москве, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева в Ленинграде, ГрузНИИЭГС в Тбилиси и в ряде учебных институтов: МИСИ им. В.В. Куйбышева и МГМИ в Москве, ЛПИ им. М.И. Калинина в Ленинграде, ГПИ им. В.И. Ленина в Тбилиси, а также в некоторых республиканских специализированных научно-исследовательских институтах. В работе использованы также некоторые результаты исследований зарубежных специалистов.

Некоторые из описываемых в работе конструктивных мероприятий по повышению сейсмостойкости бетонных плотин уже реализованы на различных объектах, другие же включены в качестве рекомендуемых в пособие к разд. 5 «Гидротехнические сооружения» СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и предложены для включения в разрабатываемые в рамках СЭВ инженерные рекомендации по повышению сейсмостойкости бетонных плотин, а также использованы в работах по созданию новых конструкций бетонных плотин повышенной сейсмостойкости.

Настоящая книга является первой обобщающей работой по данной тематике и поэтому в ней не нашли отражение все аспекты рассматриваемой проблемы.

Автор выражает признательность рецензенту канд. техн. наук Г.Э. Шаблинскому и редактору канд. техн. наук В.И. Бронштейну за ценные замечания и советы, способствовавшие улучшению книги.