Расчеты сооружений на прочность и устойчивость
6.10. Конструкции сооружений и их основания следует рассчитывать на силовые воздействия по методу предельных состояний, подразделяющихся на две группы:
первую – полная непригодность в эксплуатации вследствие: обшей потери устойчивости формы, потери устойчивости положения (сдвиг, опрокидывание, всплывание, поворот); хрупкого, вязкого, усталостного или иного характера разрушений; качественного изменения конфигурации; резонансных колебаний; текучести материалов, сдвигов в соединениях, ползучести и чрезмерного раскрытия трещин;
вторую – непригодность к нормальной эксплуатации вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворотов); колебаний, трещин и т.д.
Примечания. 1. Расчет обшей устойчивости против опрокидывания, как правило, следует выполнять для сооружений на скальных основаниях.
2. Величину деформаций основания необходимо определять для сооружений:
на глинистых основаниях – от всех нагрузок (без учета коэффициентов перегрузки);
на крупнообломочных и песчаных – только от временных нагрузок эксплуатационного периода.
6.11. Расчет гидротехнических сооружений, их оснований и отдельных элементов на прочность и устойчивость должны производиться с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и загружения сооружения (собственный вес и внешние воздействия).
При этом необходимо предусматривать такую последовательность возведения сооружения и его отдельных элементов, которая исключила бы ухудшение напряженно-деформированного состояния их в строительный период (по сравнению с эксплуатационным) и не требовала бы дополнительного расхода строительных материалов на обеспечение несущей способности конструкции и оснований.
6.12. Расчеты на прочность и устойчивость гидротехнических сооружений III и IV классов, а также предварительные расчеты сооружений I и II классов должны выполняться, как правило, упрощенными методами строительной механики.
Расчеты основных сооружений I и II классов должны выполняться методами теории упругости (на скальных основаниях) или с учетом пространственной работы фундаментных плит и других несущих элементов конструкций (на нескальных основаниях).
6.13. В процессе проектирования гидротехнических сооружений должна быть проверена устойчивость сооружений на сдвиг, опрокидывание и на всплывание.
На сдвиг должны быть проверены все гидротехнические сооружения при наличии сдвигающей силы, в том числе при сейсмическом воздействии, а также при наклоне подошвы сооружения, набухании или неравномерной просадке нескального основания (при изменении пространственного положения подошвы сооружений).
На опрокидывание должны быть проверены все гидротехнические сооружения, особенно высокие сооружения на скальном основании, при наличии опрокидывающей силы, в том числе при сейсмическом воздействии.
На всплывание должны быть проверены полузаглубленные и блочные здания насосных станций, водоприемные и сбросные сооружения, колодцы, доки и другие сооружения, фундаменты которых расположены ниже уровня воды.
6.14. При проектировании гидротехнических сооружений насосных станций необходимо, как правило, рассматривать следующие расчетные случаи:
в строительный период:
расчет прочности (при необходимости и устойчивости) каждого яруса бетонирования на основное сочетание нагрузок (первый ярус бетонирования рассчитывается на воздействие собственного веса и веса свежеуложенного бетона второго яруса, укладываемого поблочно). При этом в качестве расчетных нагрузок следует принимать собственный вес ранее уложенных конструкций плюс вес свежеуложенного бетона последующего яруса и, при необходимости, массу бетоноукладочных механизмов. В проекте должны быть указаны расчетные схемы и порядок укладки бетона;
расчет устойчивости и прочности сооружения, законченного строительством, с учетом всех видов засыпок и реальных уровней грунтовых вод со стороны основания и обратных засыпок, но без затопления аванкамеры. Гидротехническое сооружение в данном случае рассчитывается только на основное сочетание нагрузок;
в эксплуатационный период:
расчет устойчивости и прочности гидротехнических сооружений при незаконченном строительстве. Минимальный объем строительно-монтажных работ, при котором возможна эксплуатация сооружения по временной схеме, определяется проектом (обычно объем строительно-монтажных работ диктуется уровнем воды в источнике и конструкцией основного оборудования). Расчеты следует выполнять для основного сочетания нагрузок, если продолжительность временной эксплуатации не превышает одного года (при большей продолжительности расчет вести как для постоянной эксплуатации);
расчет устойчивости и прочности гидротехнических сооружений, законченных строительством. Расчеты сооружений мелких и средних насосных станций (обычно IV класса) необходимо выполнять на основное сочетание нагрузок; сооружения крупных насосных станций, а также сооружения I, II и II классов – рассчитывать на основные и особые сочетания нагрузок;
в ремонтный период:
расчет устойчивости и прочности сооружений, расположенных ниже уровня воды, при частично или полностью отключенных секциях (опорожнены водоприемные камеры и всасывающие трубы насосов, частично снята обратная засыпка и пригрузка, частично или полностью отключены дренажные устройства и т.д.).
Рекомендуемые схемы производства ремонтных работ должны быть предусмотрены в проектах гидротехнических сооружений.
6.15. Напряженное состояние в каждом сечении конструкции определяется суммой напряжений, полученных из расчетов на общую и местную прочность.
6.16. Температурные и влажностные воздействия на бетонные и железобетонные конструкции сооружений необходимо учитывать в следующих случаях:
при расчете конструкций, свобода перемещений которых обеспечена в любых случаях;
при расчете несущей способности статически неопределимых железобетонных конструкций;
при расчете напорных элементов, находящихся в зоне переменного уровня воды и подвергающихся периодическому замораживанию и оттаиванию, а также элементов, к которым предъявлено требование водонепроницаемости (расчет раскрытия трещин);
при определении деформаций и перемещений элементов сооружений для назначения конструкций температурно-усадочных швов и противофильтрационных уплотнений.
6.17. С целью снижения влияния объемных деформаций на напряженное состояние сооружения необходимо предусматривать конструктивные и технологические мероприятия, к которым относятся:
разрезка сооружения постоянными и временными швами;
применение теплоизоляции на наружных бетонных поверхностях, особенно в зонах переменного уровня воды;
применение низкотермичных марок цемента, уменьшение расхода цемента за счет использования пластифицирующих добавок;
регулирование температурного и влажностного режимов поверхностей бетонных массивов, регулирование температуры бетонной смеси, повышение однородности бетона;
замыкание статически неопределенных конструкций, а также омоноличивание массивных конструкций при температурах бетона, близких к его минимальным эксплуатационным температурам.
6.18. Расчетная схема сооружения должна отвечать следующим основным требованиям:
отражать с целесообразной степенью точности действительные условия работы сооружения;
упрощения и допущения, вводимые в расчетную схему, не должны искажать действительных величин несущей способности и деформаций, поскольку занижение расчетных величин может вести к разрушению сооружения, а завышение – к неоправданно высоким коэффициентам запаса;
учитывать последовательность возведения сооружения и его загружения, если это существенно отражается на напряженном состоянии основания и возводимых конструкций.
Расчетные схемы необходимо составлять таким образом, чтобы была возможность использовать ЭВМ. При отсутствии надежных теоретических методов расчета или проверенных ранее аналогичных решений для сооружений I и II классов следует выполнять специальные теоретические и экспериментальные (модельные и натурные) исследования напряженного состояния сооружения.
6.19. Расчетную схему следует приводить к стержневой системе, как правило, балочной, рамной или к плитам с различными схемами опирания. Расчет таких схем следует проводить методами строительной механики.
6.20. При расчете гидротехнических сооружений на общую прочность расчетная схема должна быть принята в зависимости от показателя гибкости t:
при t < 1 сооружение с достаточной степенью точности может быть рассчитано как абсолютно жесткая балка или полоса;
при 1 ≤ t ≤ 10 сооружение рассчитывается как короткая полоса, имеющая конечную жесткость;
при t > 10 сооружение с достаточной степенью точности может быть рассчитано как бесконечно длинная полоса.
При этом ширина полосы может быть принята равной:
1 м, если сечение плиты и нагрузки по ширине практически неизменно;
ширине агрегатного блока (секции);
полной ширине сооружения, если нельзя выделить отдельные полосы с одинаковыми нагрузками и сечениями.