Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
pdf

Студенческий документ № 046146 из МГСУ НИУ (МГСУ-МИСИ)

Огл авление

Введение

На характер работы бетонных гидротехнических сооружений, как при статических, так и динамических нагруз ках: влитт многочисленныефакторы, полное моделирование которьБ< в общей трехмернои постановке задачи: при достаточно яснои возможности их математического описания, приводит в настоящее время к техническим з атрудненижч1 при составлении вычислительных программ_

Вместе с тем расчет многих конструкций сооружений: например, бетонньх гравитационных плотин и контрфорсных платин: сводится к решению задачи в плоской постановке, что позволяет с большей полнотой отобразить в расчетах реальные условия работы сооружения. В данной курсовой работе мы будет рассчитывать бетонную плотину на скальном основании: 2-мя методами: элементарным методом Мора и методом конечньи элементов используя программныи комплекс СТАСК.

При расчете напржкенко•деформированного состояния бетонных плотин будем учитывать действие следующих факторов:

- структуру скального основания, его разномодульность, натичке ослабленньи зон трещин;

- упругопластическое поведение материала сооружения н скатьного основания в запредельнои области их деформнр•ванњя;

- наличие теле сооружения ослабленньт строительньт unoz;

Проследим за поведением плотины н основания при расчете задачи в упругой постановке и при уаёте трещинообразования

1. Расчёт НДС злементарным методом

1.1 Начальные данные

Вариант № 18:

Высота плотины: нпп = 100 + - 1) 5 = 100 + (1Г - 1) 5 = 1Б5 м,

Принимаем коэффициент уклона низовой и верховой грани соответственно: = 0.76, = 0.1:

ширина выступа в левой части плотны: Ь; = нм 14 ти = 46,25 * 041 = 4,625 м; общая ширина основания плотины: Впл = Нпл * 185 0.76 +4.625 = 145.2м; отметка уровня воды в нижнембьефе НБ =hHE отметка уровня воды в верхнем бьефе: НПУ = НЕ = Н 180м; напор на сооружењие: Н = НПУ - НБ = 180 - 5 = 175 м; удельный вес бетона и коды соответственно: 24 хн,'м2. к 10 кН/м2 ; ширина и высота верхнего оголовка плотины соответственно: = 12 M,hD = 15.8 м; расстояние от самой нижней левой точки до оси инъеционной завесы: Ь 21.09 м; расстояние между осью инъекционнон завесы н осью дренажа: Ь АР

Расположение всех величин представлено на Рис. Т

4 1.2. Расчет напряжений на середине плотины

отметка середины плотины: Нпл/2 = На = 13512 = 92,5 м; ширина отсеченной части плотины: В а = На mt = 92.5 0.76 = 70.3 м; уровень воды в отсеченной части: НЕ = Н. - S = 92.5 - 5 = 87.5 м; момент сопротивления отсеченной части: = Bd 70.3'/6 = 823.7м';

плотины без учета оголовка -

Все размеры и действуюмще силы представлены на Рис_2

Рис _2 185,0

табличной форме в виде таблиц Таб_1 и Таб_2

Таб_1 Таб_2

Расчет напряжений

-972 кн,'ма 0.972 мпа:

-1313кн,'м2 -1313 мПа:

-875 кн,'м2 = -0.Е75 мпа;

-1.313 0.762 = -0,758 мпа; = 1.313 0.76 = 0.998мПа; ot = а мПа;

05 (1 -4- mt2) -1313 (1 +0.762) -2.071 мПа Расчет касателькьт напрхкений

а Расчет эпюры касательных напряженжЙ Значение

Значение касате.љквјх вапр.тженжй, о, 000 21,0 Ь 10,2ggg 42,12 т; -0,0554 56,24 -242 -533 755 Эпюры напряжений оу,ом тку, представлена ка Рис_3

Рис_3

1.3. Расчет напряжений на основ анни плотины Расчет производиться с учетом фильтрациокньж сил

отметка основания плотины: Н, = Н 165 м:

ширина основания тлотикьтбе выступа Bd = Hd * mt = 185 • 0.76 = 140.6 м; уровень ВОДЫ: НЕ = 185 М:

• момент сопротивленияатсеченнойчастн: =Bd'/6 = 140,6216 = 32947 ма; действующие силы: горизонтальное давление воды с верхнего и нижнего бьефов - Q1, Ч: , вес оголовка плотины - Go, вес выступа - G6, вес плотины без учета оголовка н выступа пригрузка водой в верхнем и нижнем бьефе - Щ, VV2vVV;. взвешенное и фильтрационное давление под плотиной -

Все действующие силы представлены на Рис. 4

Рис А 185,0

Расчет сил и моментов относительно точки О выполнен ь программе Ехсе1 и представлен в табличной форме в виде таблиц Таб_З н Таб_4

Tao.1.3 PacueT geZc-IEYE0L1_u-rx Ha coopyxeHHe C 3Haa. 3Hax bepr. YW*He2/2 162000. o 125.0 BepTHEa.-IbHbae 312132.0 1/2 2275.2 2566,9 6417,2 1/2 1069.5 wg AutoCAD 7261.3 w? 2sggs.g 2625.0 1/2. 0.2 20848.6 267%S.7 Tau.4

Pacae•T MO MeHTO ELl_vxx Ha coo erme oTHOCMTe.TbHO TO'IKEI O Cna Ilzeao 3Haq_ MOMeHTa E.a. BidaK

@opuyzx 3Haq. HE/3 gnooo o.o 2083 - Bd/3 - 21.1 6592488,0 136483.6 178472.7 - bE/2 70.3 451128.3 71.1 76012.5 wg AutoCAD 71.5 6792.3 w? AutoCAD 63.6 1643121.9 w? AutoCAD 129412,5 KH8 w? AutoCAD 141770.7 KH8 M Cyw,lapnb.lu 4206304,3 KH M -569 кн /м2 -0.569 мпа;

3122кн,'ма - 3.122 мпа:

= -(1800 - (1800 + 569) *0.12) -1.7В8 мпа;

-237кН/м' = - 0.237мПа;

мПа; 1.803 мПа:

4925 мПа

Рас:чет вторы касательных напряжении Значение

Значение касатеаьнык налр,тжемпй, кН/м 237 42.19 ь 14.9637 84.36 т: 0,0256 112,48 пов 1770 Эпюры напрњкеннй представлена на Рис_5

Рис.S 50 2373

Pacqel Harl?KeHHn Me10AOM cao;KeHHH 3rn-op

Pacqer B aporpaNNe Excel upe.acraB.ae.E B

Ta6.TIH1/4Hoz

Tao.T1_6 Pacqer M0MeeH10E Ha

Illega O

3HaE eopMyaa 60.0 9720000.0 1.7 208.3 KH M 21.1 6392488.0 KH M 60.0 136483.6 69.5 178472.7 70.3 451128.3 KH M 71.1 76012.5 KH * M w, AutoCAD 71.5 6792.3 2361678.2 KH Pactrez

-1518xH,'M2 -1.518 Mila:

-2952xH/M2 2.952

BsraHTAHLe HaPHC_o

Puc.6 3aaaeMCH KlaccoM CeroHa 320

Rbn 8.05 repot rvy11TIE1, Torna

8.05 4.925 - 6.44 Mna.

1.25

VCJ10BEe BsnoZHsercx

ycroutnrsocTH aa can•rr 2.16.

11 2. Расчет НДС

2.1. Введение в МКЭ

Метод конечньи элементов, сокращенно УЖЭ, является численным методом механики сплошньг•: сред и основан на вариационньж пркнципах_ Особенностью МЖЭ является то, что моделируемњко&ласть разбивается на заданное число подобластей, которые связанны между в узлах не имеют разрывов на границах смежнъи элементах. А между перемещениюж узлов и приложенными в силах устанавливается связь, которая определяется жесткостью элементов, которая : свою очередь, зависит от геометрии и физических свойств материата_

В сле дствии всего этото основное уравнение ПЭ в матричной форме , при решении задачи в перемещению; можно записать следующим выражением:

[кии) = где:

[Ю - глобальная матрица жесткости; Ки) - глобальный вектор перемещений; kF) - глобальный вектор узловьж усилий.

Решая систему уравнений для линеиноЙ среды, с помощью известньж перемещений удастся определить значения деформаций и напржкений в каждом элементе_ Но точность решения будет зависеть непосредственно от точности аппроксимации, а так же от того, как точно функция будет отображать истинное поведение материиа_ Особенности:

позволяет построить расчетныи аппарат для моделирования поведения системы сооружение-основание при учете почти всех особенностей их работы на уровне имеющихся экспериментатьньп данных; представим•сть в пределах расчетной схемы МКЭ с необходимой подробностью геометрической формы сооружения, его конструктивньи особенностей и стру_луры массива горных пород основания; возможность численного моделирования в жвно•м виде нарушении сплошности расчетнои области (трещины, технологические и конструктивные швы, зоны контактов, разломы и т. д.) обеспечение расчетов ка температурные и сейсмичесте воздействия; достижимость требуемой точности в определении деформаций и напряжений, что особенно важно при решении задач с учетом нелинейньи деформационных свойств среды.

2.2. Постановка задачи в МКЭ

Так- как вычисление методом "о нечнмх з.тементюв лилетсл на ибо лее то чмьш вмчисленнем, то , следовательно, разработка решений зтнм мето дом иллется наиболее необхо димоЙ_ Мы поставили свои задачей автоматизиро&агь вмчисле:нил с помощью Э ВМ_

Данн ал задача была разбита на тр и этапа или шага : Разбиение о бласти на злементм; Вычисление;.

ВНЕО д "о нечнмх результатов

Разбиение области на элементы пр едстаьтлет собой первый шаг на пути к решению задачи методом конечных злементов_ В большинстве случки конструирование сети элементов производится вручную и тредстаытлет собой счень трудоемую опер алщю_

12 2.3. Программный комплекс CRACK и его особенности.

Программа СТАСК предназначенњ для решения плосьмх задач, для решения линейных и физически нелиненных задач :

сучётсьщупныхнарушениисттсшнсстив виде ТЕСЕ, трещин, рамсмов, контактсвит_д_ позвюллет гроизводтв расчет статичестле температурные и впзиднамичесме тгру•зхи

и во здеиствил

сплошная Феда тиоляет псиную диаграмму поведения материхтов

(бетен, сжала) Е мши.

по хлет решать задачи: ко гда не выпо лнлется закон Гука программа ломоллет учесть фњтвтрацию церез сплошную среду и по треищнам_ реинет сьж.ат-ую задачу статики и фњтьтрачии (эти процессы зависят чруг от до стабњтвации действия другна друга.

2.4. Исходные данные ддя расчета НДС плотины

Разобьем профиль плотины и основание на 1686 элементов ( из которьж 23 элемента контакт бетон - основание) и 1792 узловые точки. Сам участок основания имеет размер 5Нпл х 2Н

Даннаярасчетная схема создавалась с помощью программы "Mesh"

Зададимся следуъощими характеристиками материалов:

Наименование величины Бетон плотины Основ анне Мо ль ости Е, мпа 5250 Коз ициент П ассона O_lS 0.22 Прочность на растюкение R2 Прочность на сжатие

11_s 6.25 Объемный в ь:ЊмЗ 24 Прочностные характеристики по предполагаемой поверхности сдвига на контакте плотины с основанием принималось :

• сцепление - С = 0.4 МПа ;

• трение - tg420 = 0.899

• прочность на рас ение контактак 1 МПа.

13 Cxex?a Harpy3KH

j???????????????? ????????????????? i????????????????? ?????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? ??????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? ??????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? ••••••••••••••••?????????????????????? 14

2.5. Результаты расчёта в упругой постановке

Максимальное горизонтальное перемещение гребня плотины VHW = 180 м при моделировании раскрытий: подвижек и разуплотнения: составило 11 см (Ир = 185 м) Вертикальные перемещения ( осадка подошвы плотины ) - см. Раскрытия кантатного шва не произошло: только небольшие сдвиговые смещения. Видны сдвиговые нарушения, которые распрос хранились на 1, = 2 м в зоне контакта напорной грани с основанием н L = З м в зоне контакта безнапорной грани с основанием

По результатом упругого расчета глубина "зоны растњжения по эпюре" составляла 2 метра, при перемещении гребня [1 см, т_е_ не превышала 1 З расстояния до оси цементационной: завесы. Следовательно, условие прочности контактного сечения формально выполняется, так как рассто яние до оси завесы принят равным 21.1 метров. На рис. 7+10, приведен характер распределения напрњжений в теле плотины и примыкающей области основания

Растягивающие напряжение в плотине со стороны напорной есть и достигает 0.86 МПа.

Напрюкения оу в бетоне со стороны напорной грани изменяются от оу = -0.23 МПа на V180 -4,47 МПа в сечении 72.5 м. На верхних отметках эпюры линейные, а в нижней части профиля, где сказывается влияние основания - эпюры криволинейные с небольшими зонами концентрации у граней: за счет податливости основания (рнс1О_)_ Максимальное сжатие в плотине сост авляет су. -7f6 мпа:ох -766 мпа: -15.11 МПа. Так нет запаса по сжатию в плотине нужно испольвовать бетон большего класса с лучшими характеристиками. например ВЗО_ Эпюра напрюкений ох имеет заметное увеличение напряженкй в сечении на 72.5 м на участке сдвиговых нарушений (рис. так как здесь нарушено сцепление с основаниемх а затем значения напртении резко уменьшаются за сче ремами основания ка горизонта,тьнум нагрузку.

Напряжения в скале под плотиной со стороны верховой грани (в зоне сдвиговых нарушений) вертикальные сжимающие напрюженил достигают оу (0,31 + 0,78) МПа ; горизонтальные ох = (1.98 + 1.07) МПа Под низовым носком уровень вертикальньж сжимающих напрюкений достигает оу (4.21 + 4.9) МПа ; горизонтахьньи (4.69 + 7,73) МПа . Максимальные сжимающие напртженил составляют о; 10.27 МПа (рис. 13, 14)_ Коэффициент устойчивости определяется как:

- деиствуюпще касательные напрякення в элементах; с - оу * tgp - предельные касательные напряжения в тех же элементах_

Коэффицненх устойчњв•стн плотњны на сдвиг составил 1.84 при прочносжьи характеристиках: сцепление - С = 0.4 МПА, тангенс утла внутреннего терния tg42' = 0.899_

Таким образам, при действии статических нагрузок основного сочетания н выбранной схеме повтапного возведения полученный оптимальный профиль плотины удовлетворяет критериям прочности и устойчивости, регламентируемым СНиП 2.0606-85

рис. 7

Вектора главньж напряжений о, и о 2

15 Рис. S

Эпюра оу

Рис. 9

Эпюра ох

Рис. 10 Эпюра тку

Рис. 11 Вектора главных напряжений о, и 02

Рис. 12

Эпюра оу Рис. 13

Эпюра ох

Рис. 14 Эпюра т.ку

16 2.6. Результаты расчёта учётом трещинообразования

Максимальное горизонтальное перемещение гребня плотины Х7НПУ = 180 м при моделировании раскрытий, подвижек разуплотнения: составило 11 см (ГГ р = 185 м) Вертикальные перемещения ( осадка подошвы плотины ) - б см_ Раскрытия кантатного не произошло, только небольшие сдвиговые смещения. Вины сдвиговые нарушения, которые распространились на L = б м пне контакта напорной грани с основанием и: L = м зоне контакта безнапорнрй грани с основанием.

По результатом расчета глубина "зоны растткения по эпюре" составляла б метров, при перемещении гребня 11 см: т_е_ ке превышала 1'3 расстояния до оси цементационной завесы. Следовательно, условие прочностн контактного сечения формально вьшолнлетсж, так как расстожне до оси завесы принято равньп1 21.1 метров. Т_к_ никаких образований трещин не происходит, и зон разуплотнения не наблюдается, то прочность плотины удовлетворяет условиям устойчивости. На рнс_ 13-17: приведен характер распределения напрюкений в теле плотины н примыкающей области основания

Растягивающие напряжение в плотине есть и достигает 0.43 МПа , так как не произошло раскрытие контакта, в результате чего ке было разгрузки. Характер поведения эпюр в сравнении с упругой постановкой особо не меняется; лишь в зоне сдвигивьи усилњй разуплотнени эпюры напрњкений близки у нулю.

Коэффициент устойчивости плотины на сдвиг составил 1.84 при прочњостньж характеристиках: сцепление - С = 0.4 МПа , тангенс утла внутреннего терния tg42D = 0.899 _

Заключение.

По данным расчета элементарным методом мы полу-жли, что напрхження на гран." контакта плотины с основанием не приводят к трещионообразованиям и прочим деформационным последствиям, приводящим к снижению прочностиьи свойств плотины. Сравнивњч эпюры вертикальньг,: напряжений в элементарном методе с МКЭ в середине плотины получили расхождение не имеющего принципиального для нас значения 2 0,6_ В зоне контакта с основанием в МКЭ с учетом основания получили сжимающие напряжения оу - 4.0 МПа , в элементарном методе в способе сложения эпюр получили растягивающие наприењия, т_к_ там кет учёта основания и результаты полвлнсь завьппенньпш бу = 0.262 МПа. В итоге получаем что расче МКЭ более близок к расчету элементарным методом с учетом фильтрацњонньи сил без сложения эпюр, в обоих случаях мы получили сжимающие усилия. Прн расчете НДС в МКЭ получнлн, что условие прочности контактного сечения формально выполняется: так как расстояние до оси завесы прикпо равньгч: 21.1 метров. Имеются разуплотняющая зона основании, имеющая глубину проникновмтя 6 метров. Она не доходит до оси цементационнои завесы, СНиПом не регламентируется а показывает нам лишь то, что основание упругое и воспринимает на себя часть напржкений_ Сравнивая МКЭ с упругой постановкой задачи с возможным возюжновением Ерещин мы получаем, общее поведение эпюр напряжений не меняется, трещины не образуются и плотина в обоих случат удовлетворяет условиям прочности. Таким образом, при действии статических нагрузок основного сочетания нагрузок оптимиьный про&иль плотины: удовлетворяет критериям прочности и устойчивости, регламентируемым СНиП 206=06-85 в 3-х рассчитанньи случат.

Показать полностью…
Рекомендуемые документы в приложении