Оценка устойчивости гравитационных бетонных конструкций

Рассматривается оценка устойчивости гравитационных бетонных конструкций, таких как плотины, подпорные стены, вызванная различными причинами, а также методы и процедуры оценки устойчивости.

Оценка устойчивости гравитационных бетонных конструкций, таких как плотины и подпорные стены, может потребоваться в связи с изменениями в проекте, изменениями в условиях объекта, расширением знаний о данных объекта или изменениями в критериях устойчивости.
Под устойчивостью понимается сопротивление скольжению, всплытию, ограничение эксцентриситета результирующей приложенной нагрузки и ограничение несущей способности материалов основания.
Поскольку изменения, направленные на повышение устойчивости существующих гравитационных бетонных конструкций, например, плотин, подпорных стен, защитных стен и насосных станций, являются дорогостоящими и затратными. Поэтому необходимо использовать систематический и поэтапный процесс оценки, чтобы определить, нуждается ли конструкция в улучшении устойчивости или нет.
Для предотвращения модификаций, которые могут и не потребоваться, следует рассмотреть все виды сопротивляющихся воздействий, таких как вертикальное трение, боковое трение или трехмерные эффекты.
Если устойчивость существующей конструкции из гравитационного бетона не соответствует техническим требованиям нового строительства, возможно, не потребуется улучшать ее устойчивость, если конструкция не имеет проблем с устойчивостью или срок ее службы невелик.
Процедуры оценки устойчивости и улучшения существующих гравитационных бетонных конструкций рассматриваются в следующих разделах.

Гравитационное бетонное сооружение – плотина Гувера

Методы и процедуры оценки устойчивости гравитационных бетонных конструкций

Ниже приведены процедуры оценки устойчивости существующих гравитационных бетонных конструкций:

Фаза I: Предварительный анализ и оценка
Этап II: Изучение, расследование и всесторонний анализ
Этап III: Расширенные аналитические исследования и анализ надежности

Представленные процедуры применяются для оценки устойчивости гравитационной бетонной конструкции и определения необходимости принятия необходимых мер для решения проблем устойчивости.
Рекомендуется, чтобы производитель оценки устойчивости использовался в качестве руководства и не заменял инженерное суждение.
Пересмотр оценки устойчивости требуется при значительных изменениях условий нагружения, серьезных повреждениях в результате аварий, износа, старения и обнаруженных недостатках конструкции, пересмотре критериев устойчивости с целью повышения безопасности.

Фаза I: Предварительный анализ и оценка гравитационных бетонных конструкций

Предварительный анализ должен проводиться в зависимости не только от имеющихся данных, но и от фактического состояния рассматриваемого сооружения.
Данные о фундаменте, геологические данные и вся имеющаяся информация о здании, проектные планы, планы строительства, отчеты о повреждениях, отчеты о периодических осмотрах, планы предыдущих модификаций здания, данные КИП, записи о перемещениях и вся другая соответствующая информация должны быть собраны и изучены должным образом до проведения анализа.
Может потребоваться осмотр и обследование сооружения для оценки его текущего состояния. Проведение предварительного двухмерного анализа является первым шагом в оценке устойчивости существующего сооружения.
Влияние давления при подъеме, угла внутреннего трения и когезии на коэффициент безопасности должно быть оценено с помощью параметрического исследования.
Если результаты первого этапа не являются приемлемыми, и конструкция отвечает требованиям устойчивости и эксплуатационных характеристик, необходимо изучить различные варианты для достижения необходимых требований безопасности и эксплуатационных характеристик.

Этап II: Изучение, исследование и комплексный анализ гравитационных бетонных конструкций

План работ по детальной оценке устойчивости гравитационных конструкций должен быть составлен после того, как результаты предварительного анализа покажут, что конструкция не отвечает требованиям безопасности и эксплуатационным характеристикам.
Размер программы исследований и испытаний, необходимых для определения параметров фундамента, аналитическая программа, необходимая для определения условий нагружения, метод улучшения, который будет изучен, и размер любого дополнительного параметрического исследования должны быть тщательно изложены в плане.
При необходимости следует разработать программу исследований, отбора проб, испытаний и контрольно-измерительных приборов для определения величины и допустимых пределов отклонений для параметров, которые существенно влияют на безопасность и эксплуатационные характеристики конструкции, определенные в результате параметрического исследования.
Наибольший практический объем данных по прочности на сдвиг для фундамента и материала засыпки должен быть получен в результате испытаний в лаборатории. Для проведения полного анализа устойчивости используются как данные о прочности материала, так и данные о прочности, полученные в результате отбора образцов и программы испытаний.
Если параметрическое исследование, проведенное на этапе II, показало, что конструкция отвечает условиям безопасности и работоспособности, то меры по устранению последствий не рассматриваются.

Фаза III: Расширенные аналитические исследования и анализ надежности гравитационных бетонных конструкций

Эта фаза включает в себя следующее:

A) Расширенное аналитическое исследование

Если после проведения предварительного и полного или хотя бы приблизительного анализа безопасность конструкции вызывает сомнения, то необходимо провести углубленное аналитическое исследование.
В данном исследовании используется двух- и трехмерный метод конечных элементов для понимания и уточнения взаимодействия между фундаментом, засыпкой и конструкцией. Он также используется для определения способности структурной системы распределять нагрузки на соседние опоры и монолиты.
Лишь в особых случаях анализ механики разрушения может быть использован для оценки трещин и прогрессивного развития давления при подъеме вдоль потенциальных плоскостей разрушения. Это связано с тем, что ни нелинейный анализ не является простым в проведении, ни программы механики разрушения не являются доступными для использования.

B) Анализ надежности

Анализ надежности используется как альтернативный инструмент для оценки устойчивости существующих гравитационных бетонных конструкций. В этом анализе инженеры оценивают потенциал нарушения устойчивости с помощью как известной информации о конструкции, так и приемлемых диапазонов неизвестных.
Несмотря на то, что этот метод обычно используется для принятия инвестиционных решений по проектам, претендующим на получение средств на восстановление, он может применяться для оценки опасностей, связанных с конструкциями, которые при анализе с помощью обычных детерминистических процедур показывают потенциал нарушения устойчивости.

C) Вертикальный сдвиг

Существует множество гравитационных бетонных конструкций, которые не достигли условий устойчивости, но удовлетворительно работали в течение многих лет. Сообщается, что в жестких гравитационных стенах, построенных на скале, возникает вертикальная сдвиговая сила из-за оседания материала засыпки.
Эта вертикальная сдвигающая сила способствует стабилизации гравитационной подпорной стены, построенной на скале, и ее необходимо учитывать при оценке устойчивости существующей конструкции. Вертикальная сдвигающая сила может быть рассчитана с помощью нелинейных конечных программ, например, SoilStruct, как часть анализа фазы III.
Читать далее: Гравитационные плотины: Причины разрушения гравитационной плотины

Читайте далее: