Полная версия

Главная arrow Строительство

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

СТЕРЖНЕВЫЕ СИСТЕМЫ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Понятие «гидротехника» включает науку и область техники, ориентированные на использование и охрану водных ресурсов для различных народнохозяйственных целей (электроэнергетики, черной и цветной металлургии, машиностроения и металлообработки, химической и нефтехимической, легкой, пищевой, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, топливной промышленности, производства строительных материалов, сельского хозяйства, жилищно-коммунального хозяйства), а также на борьбу с вредными проявлениями водной стихии при помощи специальных инженерных сооружений и устройств, называемых гидротехническими. Под гидротехническими сооружениями (ГТС) понимают сооружения, подвергающиеся воздействию водной среды, предназначенные для использования и охраны водных ресурсов, предотвращения вредного воздействия вод [18].

В 2013 г. общий забор свежей воды составил 53,6 млрд м3, из них промышленность использовала 31,5 млрд м3 свежей воды, забранной из природных водных объектов; жилищно-коммунальное хозяйство — 8,7 млрд м3; сельское хозяйство — 7,0 млрд м3. Водоотведение (сброс) в поверхностные природные источники в 2013 г. составил 42,9 млрд м3.

По назначению ГТС классифицируются на гидроэнергетические, коммунальные, водно-транспортные, мелиоративные, комбинированные и т.д. По местоположению ГТС могут быть речные, морские, озерные, внутрисистемные. ГТС подразделяются на постоянные и временные. К временным относятся сооружения, используемые только в период строительства и ремонта постоянных сооружений.

С позиций строительной механики ГТС представляют собой тело или систему соединенных между собой тел, предназначенных для восприятия внешних силовых или других воздействий и передачи их на основание. В зависимости от соотношения геометрических размеров элементов, составляющих сооружение, различают:

  • - стержни, у которых один размер (длина) значительно превышает два других;
  • -пластины и оболочки, у которых размеры по двум направлениям больше третьего (толщины);
  • - массивные тела, у которых все три размера одного порядка.

Системы, состоящие из стержней, называют стержневыми

системами. Эти системы разделяют на плоские, пространственные и плоскопространственные. Если оси всех стержней вместе с нагрузкой расположены в одной плоскости, то сооружение называют плоским. В пространственной стержневой системе оси стержней не лежат в одной плоскости. В плоскопространственных сооружениях оси стержней лежат в одной плоскости, а нагрузка не лежит в ней.

В действительности все стержневые ГТС представляют собой пространственные системы, однако в некоторых случаях взаимное расположение частей сооружения и характер действующих на него сил позволяют расчленить пространственную систему на ряд плоских, что значительно упрощает расчет.

Плоской фермой называется система, состоящая из стержней, продольные оси которых расположены в одной плоскости. Система остается геометрически неизменяемой после замены в расчетной схеме жестких узлов идеальными, лишенными трения шарнирами. В этой же плоскости лежит внешняя нагрузка. Так как нагрузка прикладывается в узлах, а стержни прямолинейны, в стержнях фермы возникают только сжимающие или растягивающие усилия. Это позволяет максимально использовать прочностные свойства материала стержней фермы.

Фермы имеют очень широкое применение в гидротехническом строительстве. В качестве примера можно привести использование поворотных ферм на крупных и малых реках. Пролет отверстий, перекрываемых поворотными фермами, составляет от 20 до 200 м при высоте отверстий от 3,0 до 7,0 м и шаге между фермами от 3,0 до 5,0 м. Поворотные фермы в гидротехническом строительстве России эксплуатируются уже более 100 лет на Москве — реке, на р. Дон и многих других [19]. Фермы широко используются в конструкциях затворов — плоских, сегментных, вальцовых, крышевидных, секторных, клапанных и др. Широкое распространение, особенно на Каспийском море, получили фермы в виде эстакад при глубинах до 35 м, глубоководных платформ сквозного типа при глубинах от 150 до 500 м.

Рамой называется стержневая система, стержни которой во всех или в некоторых узлах жестко связаны между собой и которая теряет геометрическую неизменяемость, если все узлы заменить шарнирами. Изгибающие моменты в ригеле однопролетной рамы значительно меньше, чем в простой балке, что снижает расход материала на изготовление такого типа конструкций. В гидротехническом строительстве рамы получили широкое распространение в виде элементов затворов, опор консольных перепадов, акведуков, лотков, мостовых переездов на оросительных и осушительных системах и многих других сооружений.

Ценным качеством многопролетных балок является возможность перекрывать большие пролеты благодаря разгружающему действию консолей, что очень актуально для ГТС на пересечениях с руслами рек и водотоков. Многопролетные балки нашли широкое применение ГТС в виде элементов ледозащитных сооружений, рыбозащитных сооружений, мостов-водоводов, селепроводов, мостовых переездов и других сооружений.

Объем водопотребления из природных водных объектов в нашей стране наибольший в Южном и в Северо-Кавказском федеральных округах — 23,4 млрд м3, что составляет 33,2% от всего российского водопотребления. Для сравнения, в Центральном федеральном округе — 12,3 млрд м3; Северо-Западном — 9,9 млрд; Приволжском —- 9,6 млрд; Сибирском — 8,4 млрд; Уральском — 4,3 млрд; Дальневосточном — 2 млрд.

Однако за прошедший 20-летний период перестройки в России в Южном федеральном округе, где наиболее высока плотность длительно эксплуатируемых гидротехнических сооружений на 1 км2, сдан в опытную эксплуатацию всего один гидроузел комплексного назначения (охрана водных ресурсов, рыбное хозяйство, водоснабжение, орошение, судоходство) — Тиховский на 117-м км от устья р. Кубань. На этом гидроузле имеются все перечисленные ранее стержневые системы: фермы, рамы, неразрезные балки.

Очень важной народнохозяйственной задачей является обеспечение безопасности эксплуатируемых ГТС [15] согласно Федеральному закону «О безопасности гидротехнических сооружений» (№ 117-ФЗ от 21.07.1997, в ред. № 233-ФЗ от 13.07.2015). Таких сооружений только в Южном федеральном округе насчитывается около 500 тысяч. Автоматизация расчетов стержневых систем ГТС позволяет ускорить определение значений количественных диагностических показателей состояния ГТС при различных сочетаниях постоянных, временных, кратковременных и особых нагрузок, а также выработать конкретные пути продления их жизненного цикла.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>