Продольная галерея-потерна бетонной плотины
Владельцы патента RU 2608066:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к конструкциям продольных галерей-потерн бетонных плотин. Продольная галерея-потерна 5 бетонной плотины 1 выполнена в поперечном сечении в виде треугольника Рело. Причем один из углов треугольника Рело направлен в верхнюю часть плотины 1. Технический результат - повышение прочности и устойчивости потерны. 1 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к конструкциям продольных галерей-потерн бетонных плотин.
Известна продольная галерея-потерна бетонной плотины, имеющая поперечное сечение в виде прямоугольника (см. Гришин М.М., Слисский С.М., Антипов А.И., Воробьев Г.А., Иванищев В.Ф., Орехов В.Г., Пашков Н.Н., Поспелов В.Н., Рассказов Л.Н. Гидротехнические сооружения. Часть 1, М.: Высшая школа, 1979, стр. 220-221).
Основным недостатком указанной продольной галереи-потерны является относительная сложность обеспечения ее прочности и устойчивости из-за высокой концентрации напряжений, особенно в угловых зонах.
Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) к заявляемому техническому решению является продольная галерея-потерна бетонной плотины, имеющая поперечное сечение в виде круга (см. Гришин М.М., Слисский С.М., Антипов А.И., Воробьев Г.А., Иванищев В.Ф., Орехов В.Г., Пашков Н.Н., Поспелов В.Н., Рассказов Л.Н. Гидротехнические сооружения. Часть 1, М.: Высшая школа, 1979, стр. 220-221).
Основными недостатками продольной галереи(потерны)-прототипа являются относительно ограниченная прочность и устойчивость, а также относительно повышенная криволинейность образованной внутренней поверхности, что осложняет ее использование в различных технологических процедурах.
Задачей изобретения является повышение прочности и устойчивости потерны.
Для решения поставленной задачи в продольной галерее-потерне бетонной плотины, выполненной в поперечном сечении в виде фигуры постоянной ширины, поперечное сечение продольной галереи-потерны выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло направлен в верхнюю часть плотины.
Сущность изобретения заключается в том, что поперечное сечение продольной галереи-потерны выполнено в виде треугольника Релло, а один из углов треугольника Релло направлен в верхнюю часть плотины.
Такой новый признак, как выполнение поперечного сечения потерны в виде треугольника Релло, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что у потерны в виде треугольника Релло при одинаковых площадях сечения с потерной в виде круга повышается поверхность, которая относится к оригинальной циклоидной форме, что придает потерне более высокую устойчивость и прочность по отношению к внешним статическим и динамическим нагрузкам. Второй новый признак, как ориентация одного из трех углов реллообразной потерны в сторону верхней части бетонной плотины, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что одна из наиболее жестких зон (угловая зона) треугольника Релло располагается в наиболее напряженной части бетонной плотины.
Вышеуказанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть положительного эффекта, заключающегося в повышении прочности и устойчивости потерны бетонной плотины. Все это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".
На фиг. 1 показано поперечное сечение бетонной плотины с продольной галереей-потерной.
Бетонная плотина 1, установленная на грунтовое основание 2, перегораживает, например, русло реки, образуя водохранилище с нормально подпортым уровнем (НПУ). Таким образом плотина формирует верхний бьеф 3 и нижний бьеф 4. В теле бетонной плотины имеется продольная галерея-потерна 5, выполненная в поперечном сечении в виде треугольника Релло.
Продольная галерея 5 в теле бетонной плотины 1 устраивается с целью: 1) перехвата и отвода фильтрационной воды; 2) осмотра состояния бетонной кладки; 3) цементации бетонной кладки плотины у ее верхней грани для ликвидации появившихся трещин; 4) контроля и очистки дренажных скважин, имеющихся в теле плотины и грунтовом основании; 5) служебного сообщения между берегами и прокладки коммуникационных линий; 6) закладки контрольно-измерительной аппаратуры (пьезометров, щелемеров, термометров и др.) и выполнения измерений по установленной аппаратуре.
Треугольник Релло представляет собой фигуру постоянной ширины, образованную пересечением трех дуг радиуса а, центры которого находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной а.
Из всех фигур заданной постоянной ширины треугольник Релло обладает наименьшей площадью. Если ширина его равна а, то его площадь равна Следовательно, при равных площадях, треугольник Релло имеет большую ширину по сравнению с кругом. По сравнению с продольной галереей-потерной бетонной плотины, имеющей круглое поперечное сечение, продольная галерея-потерна бетонной плотины, имеющая поперечное сечение в виде треугольника Релло имеет больший периметр, а следовательно, большую поверхность, что имеет существенное значение для более эффективного рассеяния поверхностных напряжений и повышения трещиностойкости.
Внутренняя поверхность у потерны бетонной плотины с поперечным сечением в виде треугольника Релло, по сравнению с потерной бетонной плотины с круглым поперечным сечением, увеличивается более чем на 5%.
У треугольника Релло, по сравнению с кругом той же площади, диаметр почти во всех направлениях, проходящих через центр тяжести фигуры, больше на 5%, за исключением нескольких направлений, где они равны. Следовательно, жесткость потерны увеличивается.
Наиболее жесткие участки в реллообразной потерне формируются в угловых зонах. Поэтому наиболее рационально один из углов реллообразной потерны направить в верхнюю часть бетонной плотины, где формируется наиболее напряженная зона как при статических, так и при динамических нагрузках. Указанное теоретическое предположение было подтверждено проведенными модельными исследованиями. Свод, образованный в виде угла фигуры Релло, по результатам модельных исследований, оказался одним из наиболее устойчивых, в том числе и для бетонных массивов.
Углы при вершинах треугольника Релло равны 120°, т.е. сложности армирования угловых зон потерны не возникает.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, заключается в повышении прочности и устойчивости потерны по отношению к статическим, динамическим и сейсмическим нагрузкам. Кроме этого стенки реллообразной потерны менее искривлены, что создает больше удобства для их обслуживания.
Продольная галерея-потерна бетонной плотины, выполненная в поперечном сечении в виде фигуры постоянной ширины, отличающаяся тем, что поперечное сечение продольной галереи-потерны выполнено в виде треугольника Рело, причем один из углов треугольника Рело направлен в верхнюю часть плотины.
