Стальная плотина

Стальная плотина — это тип плотины (сооружения для задержания или замедления потока воды), изготовленная из стали , а не из более распространенных каменных , земляных , бетонных или деревянных строительных материалов.

Было построено сравнительно немного экземпляров. Из трех построенных в США сохранились две: стальная плотина Эшфорк-Бейнбридж , построенная в 1898 году в пустыне Аризоны для подачи локомотивной воды на железную дорогу Атчисон, Топика и Санта-Фе (ATSF), и стальная плотина Редридж , построенная в 1901 году. , на Верхнем полуострове Мичигана, для подачи воды на штамповочные заводы. Третья плотина на озере Хаузер в Монтане была завершена в 1907 году, но разрушилась в 1908 году.

стальные плотины оказались нерентабельными После Первой мировой войны , поскольку цена на сталь выросла во много раз по сравнению с ценами на цемент. ^[1] Их экономика очень благоприятна в 21 веке из-за более низких общих затрат на рабочую силу на объекте, более низких затрат на транспортировку сыпучих материалов, наличия большего времени строительства в год, а также гибкости в плане строительства в соответствии со скульптурными требованиями и т. д. ^{[ нужна ссылка ]}

Принципы работы

В стальных плотинах используется ряд опор, закрепленных в земле. Эти опоры удерживают стойки, которые, в свою очередь, удерживают ряд балок палубы, которые, в свою очередь, удерживают стальные пластины. Именно с этими пластинами контактирует вода. Балки и пластины расположены под углом вниз по течению, так что часть веса воды действует с силой вниз на стойки и опоры, удерживая их на месте. Если бы пластины были вертикальными, как в стальной перемычке , вся сила была бы горизонтальной, и для противодействия горизонтальной силе и изгибающему моменту потребовались бы гораздо более массивные стойки и анкеры.

Прямой напыщенный

В версии с прямыми стойками, показанной на рисунке слева, все стойки параллельны. Таким образом, в пластинчатых балках отсутствует растягивающая сила.

Консольная напыщенная

Поперечное сечение стальной плотины с консольными стойками

В версии с консольными стойками, показанной на рисунке слева, верхняя стойка (или стойки, в зависимости от конструкции) может быть преобразована в консольную ферму. Таким образом, из-за того, что все они установлены на одну и ту же опору, верхняя часть балок палубы находится в напряжении, и момент консольной секции компенсируется моментом воды, падающей на эту секцию.

зубчатый

В обоих типах конструкции пластины обычно имеют зубчатый вид, как это можно видеть на иллюстрации стальной плотины Красногорья выше. Это делается для того, чтобы обеспечить свободное расширение/сжатие стальных пластин при изменении температуры воды или окружающей среды.

Компромиссы в дизайне

Есть два конструктивных компромисса: угол балки и угол стойки. При увеличении угла балки/пластины по направлению к горизонтали нормальная составляющая силы будет увеличиваться по направлению к вертикали; это означает, что опорам не нужно противостоять такой большой горизонтальной силе, но требуется больше стали для данного напора вверх по потоку. Увеличение угла стойки по направлению к вертикали уменьшает горизонтальный момент на опорах, снижая риск скольжения.

Водосбросы и трубы

Стальные плотины могут иметь или не иметь водосброс. У Эшфорк-Бейнбридж его не было, но он был спроектирован так, чтобы вода могла литься прямо через гребень, в то время как у Красного хребта был как водосброс, так и водопровод для подачи воды на последующие штамповочные мельницы.

Преимущества и недостатки

Сторонники Steel Dam заявили о некоторых преимуществах:

Технологии изготовления стали даже на рубеже XIX века позволяли строить быстрее и дешевле, чем каменная кладка.
Конструкция является статически определенной, что позволяет точно рассчитать необходимую нагрузку и прочность элемента.
Поскольку сталь более гибкая, чем бетон, они более устойчивы к катастрофическим разрушениям из-за осадки грунта.
Мороз не действует на них так, как бетон или каменная кладка.
Некатастрофические утечки можно устранить с помощью сварки.

Были и известные недостатки:

Строительство хороших опор является ключом к успешному построению плотины, поскольку они должны выдерживать вес, не оседать слишком сильно и сопротивляться горизонтальному перемещению.
Долгосрочная прочность плотины неизвестна. Два экземпляра в США, которые все еще стоят, в настоящее время не испытывают значительной водной нагрузки.
Легкость конструкции означает, что она более уязвима к износу из-за колебаний воды, чем более массивные плотины.
Потребности в техническом обслуживании выше, необходимо устранить ржавчину и коррозию.
Напряжения могут быть весьма концентрированными, что может привести к растрескиванию под напряжением как виду разрушения.
Как и в случае с другими плотинами, возможным вариантом отказа является подрыв (считается, что именно поэтому разрушилась плотина на озере Хаузер).

Дальнейшее чтение

Джексон, Дональд К. Великие американские мосты и плотины, John Wiley & Sons, Нью-Йорк (США), ISBN 0-471-14385-5 , 1984 г.; стр. 210–211.
Ирригация и гидроэнергетика , книга, найденная в книгах Google. Один из немногих источников, упоминающих стальные плотины, сообщает, что в США их три, и дает некоторую информацию. В некоторых материалах этой статьи использованы материалы из этого текста.
Университет Квинсленда. Краткая история стальных плотин Юбера ШАНСОНА (вам нужно будет нажать кнопку ПРОДОЛЖИТЬ, чтобы продолжить статью после перехода по ссылке). Это указывает на то, что плотина озера Хаузер была построена между 1905-1907 годами и разрушилась в 1908 году, после SCHUYLER (1909).

Ссылки

^ Рейнольдс, Терри С. (1989). «Узкое окно возможностей: взлет и падение стационарных стальных плотин». IA, Журнал Общества промышленной археологии . 15 (1): 1–20. JSTOR 40968160 .

[1] Рейнольдс, Терри С. (1989). «Узкое окно возможностей: взлет и падение стационарных стальных плотин». IA, Журнал Общества промышленной археологии . 15 (1): 1–20. JSTOR 40968160 .

[1]