Арочная плотина
Арочная плотина представляет собой бетонную плотину , изогнутую в плане вверх по течению. [1] Арочная гидростатическое плотина спроектирована таким образом, что сила воды, действующая на нее, известная как давление , давит на арку, заставляя арку слегка выпрямляться и укрепляя конструкцию, когда она вдавливается в ее фундамент или опоры. Арочная плотина наиболее подходит для узких каньонов или ущелий с крутыми стенами из устойчивой скалы, поддерживающей структуру и напряжения. [2] Поскольку они тоньше, чем плотины любого другого типа, для них требуется гораздо меньше строительных материалов, что делает их экономичными и практичными в отдаленных районах.
Классификация
[ редактировать ]В целом арочные плотины классифицируются по соотношению толщины основания к высоте конструкции (b/h) как: [1]
- Тонкие, при ч/ч менее 0,2,
- Средней толщины, для b/h от 0,2 до 0,3 и
- Толстая, для соотношения b/h более 0,3.
Арочные плотины классифицируются по конструктивной высоте: [1]
- Низкие плотины до 100 футов (30 м),
- Плотины средней высоты от 100 до 300 футов (30–91 м),
- Высокие плотины более 300 футов (91 м).
История
[ редактировать ]
Развитие арочных плотин на протяжении всей истории началось римлянами в I веке до нашей эры, и после того, как было разработано несколько конструкций и технологий, относительное единообразие было достигнуто в 20 веке. Первая известная арочная плотина, плотина Гланум , также известная как плотина Валлон-де-Боме, была построена римлянами во Франции и датируется I веком до нашей эры. [3] [4] [5] Плотина была около 12 метров (39 футов) в высоту и 18 метров (59 футов) в длину. Его радиус составлял около 14 м (46 футов), и он состоял из двух каменных стен. Римляне построили его для снабжения близлежащего Гланума водой .
Плотина Монте-Ново в Португалии была еще одной ранней арочной плотиной, построенной римлянами в 300 году нашей эры. Его высота составляла 5,7 метра (19 футов), длина 52 м (171 фут) и радиус 19 м (62 фута). Изогнутые концы дамбы встречались с двумя крылатыми стенами, которые позже были поддержаны двумя контрфорсами. Плотина также имела два водовыпуска для привода мельниц вниз по течению. [6]
Плотина Дара была еще одной арочной плотиной, построенной римлянами, о конструкции которой историк Прокопий писал: «Этот барьер не был построен по прямой линии, а был изогнут в форме полумесяца, так что кривая, лежа против течения реки, возможно, сможет оказать еще большее сопротивление силе потока». [3]
Монголы . также построили арочные плотины на территории современного Ирана Их самой ранней была плотина Кебар , построенная около 1300 года, которая имела высоту 26 м (85 футов), длину 55 м (180 футов) и радиус 35 м (115 футов). Их вторая плотина была построена около 1350 года и называется Куритской плотиной . После того, как в 1850 году к плотине было пристроено 4 м (13 футов), она стала высотой 64 м (210 футов) и оставалась самой высокой плотиной в мире до начала 20 века. Куритская плотина имела каменную конструкцию и была построена в очень узком каньоне. Каньон был настолько узок, что длина его гребня составляла всего 44% высоты. Плотина все еще стоит, хотя часть ее нижней части ниже по течению обрушилась. [4]
Плотина Тиби в Тиби , Испания, представляла собой постсредневековую арочную плотину, построенную между 1579 и 1594 годами и первую в Европе со времен римлян. Плотина имела высоту 42,7 метра (140 футов) и длину 65 метров (213 футов). Эта арочная плотина опирается на склоны гор. [4]
В начале 20-го века первая в мире арочная плотина переменного радиуса была построена на ручье Салмон-Крик недалеко от Джуно , Аляска . Верхняя часть плотины Салмон-Крик выпирала вверх по течению, что уменьшало давление на более сильные изогнутые нижние арки возле устоев. У плотины также был больший носок, который компенсировал давление на верхнюю часть плотины, которая теперь больше изгибалась вниз по течению. Технологические и экономические преимущества плотины Салмон-Крик позволили построить плотину большего и более высокого размера. Таким образом, плотина была революционной, и подобные конструкции вскоре были приняты во всем мире, в частности, в Бюро мелиорации США . [4]
В 1920 году швейцарский инженер и проектировщик плотин Альфред Стуки разработал новые методы расчета арочных плотин. [7] внедрение концепции упругости при строительстве арочной плотины Монсальвенс в Швейцарии, тем самым улучшив профиль плотины в вертикальном направлении за счет использования формы параболической арки вместо круглой формы арки.
Плотина Пенсакола , построенная в штате Оклахома в 1940 году, считалась самой длинной многоарочной плотиной в США. Разработанный WR Holway , он имеет 51 арку. и максимальная высота 150 футов (46 м) над руслом реки. Общая длина плотины и ее секций составляет 6565 футов (2001 м), длина многоарочной секции - 4284 футов (1306 м), а ее комбинация с секциями водосброса - 5145 футов (1568 м). Каждая арка плотины имеет пролет в свету 60 футов (18 м), а каждая контрфорса имеет ширину 24 фута (7,3 м). [8]
В проектах арочных плотин будут продолжаться испытания новых ограничений и конструкций, таких как двойная и множественная кривая. Альфред Стаки и Бюро мелиорации США разработали метод распределения веса и напряжений в 1960-х годах, и тогда строительство арочных плотин в Соединенных Штатах пережило свой последний всплеск с такими плотинами, как 143-метровая плотина Морроу-Пойнт длиной 143 метра с двойной кривизной в Колорадо. завершено в 1968 году. [9] К концу 20 века конструкция арочных плотин достигла относительного единообразия во всем мире. [4] В настоящее время самой высокой арочной плотиной в мире является плотина Цзинпин-И высотой 305 метров (1001 фут) в Китае , строительство которой было завершено в 2013 году. [10] Самая длинная многоарочная плотина с контрфорсной плотиной в мире — плотина Дэниела-Джонсона в Квебеке , Канада . Его высота составляет 214 метров (702 фута), а длина по гребню — 1314 метров (4311 футов). Он был построен в 1968 году и принят на вооружение в 1970 году. [11]
Плотина Пенсакола была одной из последних арочных сооружений нескольких типов, построенных в Соединенных Штатах. В заявке NRHP говорится, что это произошло из-за того, что три плотины этого типа вышли из строя: (1) плотина Джем-Лейк, плотина Святого Франциска (Калифорния), плотина озера Ходжес (Калифорния). Ни одна из этих неисправностей не была по своей сути вызвана конструкцией с несколькими арками. [8]
Дизайн
[ редактировать ]Проектирование арочной плотины – очень сложный процесс. Все начинается с первоначальной компоновки плотины, которая постоянно совершенствуется до тех пор, пока цели проектирования не будут достигнуты в рамках критериев проектирования. [1] [12]
Нагрузки
[ редактировать ]Основными нагрузками, на которые рассчитана арочная плотина, являются: [1] [12]
- Мертвая нагрузка
- Гидростатическая нагрузка, создаваемая водохранилищем и нижнем бьефом
- Температурная нагрузка
- Сейсмическая нагрузка
Другие различные нагрузки, влияющие на плотину, включают: нагрузки от льда и ила, а также давление подъема. [1] [12]
Чаще всего арочную плотину изготавливают из бетона и размещают в V-образной ендове. Фундамент или устои арочной плотины должны быть очень устойчивыми и пропорциональными бетону. Существует две основные конструкции арочной плотины: плотины постоянного радиуса , которые имеют постоянный радиус кривизны, и плотины переменного радиуса , которые имеют кривые как вверх, так и вниз по течению, радиус которых систематически уменьшается ниже гребня. Плотину, имеющую двойную кривизну как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, можно назвать купольной плотиной . Арочные плотины с более чем одной смежной аркой или плоскостью называются многоарочными плотинами . Ранние примеры включают римскую плотину Эспаррагалехо, а также более поздние примеры, такие как плотина Дэниела-Джонсона (1968 г.) и плотина Итайпу (1982 г.). Однако из-за разрушения плотины Глено вскоре после ее строительства в 1923 году строительство новых многоарочных плотин стало менее популярным. [13]
Компенсационные швы обычно размещаются каждые 20 м в арочной плотине и позже заполняются раствором после того, как контрольный материал остынет и затвердеет. [14]
Типы
[ редактировать ]- Арочная плотина постоянного радиуса
- Верхняя поверхность плотины имеет постоянный радиус, что делает ее лицевой стороной линейной формы по всей высоте плотины. Но у внутренних кривых их радиус уменьшается по мере движения вниз от верхнего уровня к нижнему, и, таким образом, в поперечном сечении он принимает форму треугольника.
- Переменная арочная плотина
- радиус как внутренней, так и внешней грани арки плотины варьируется снизу вверх. Радиус арки наибольший вверху и наименьший на нижних отметках. Центральный угол арки также расширяется по мере движения вверх.
- Арочная плотина постоянного угла
- это самый экономичный в строительстве. Однако для третьего типа арочной плотины требуется более прочный фундамент, так как он предполагает выступы на участках устоя. Арочная плотина с постоянным углом - это плотина, в которой центральные углы горизонтальных арочных колец имеют одинаковую величину на всех высотах.
Примеры арочных плотин
[ редактировать ]
- Плотина Бьюкенен (пример многоарочного типа)
- Против плотины
- Плотина Дэниел-Джонсон
- Плотина Деринер
- Плотина Эль-Атазар
- Ингурская плотина
- Плотина Пылающего ущелья
- Плотина Глен-Каньон
- Плотина Хартбееспоорт
- Плотина Идукки
- Плотина Кариба
- Плотина Карун-3
- Плотина Луццоне
- Плотина Мовуазен
- Плотина Мратинье
- Плотина Нью-Буллардс-Бар
- Плотина Пенсакола
- Плотина Святого Франциска
- Плотина Виктория
- Плотина Ксилуоду
- Плотина Гувера
- Плотина Пумипон
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Проектирование арочных плотин - Руководство по проектированию бетонных арочных плотин , Денвер, Колорадо: Бюро мелиорации, 1977 г.
- ^ «Силы Арочной Плотины» . ПБС . Архивировано из оригинала 5 февраля 2007 года . Проверено 5 февраля 2007 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Смит, Норман (1971), История плотин , Лондон: Питер Дэвис, ISBN 0-432-15090-0
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и «Ключевые события в истории арочных плотин» . Взрыв плотин . СимСайенс. Архивировано из оригинала 28 июля 2012 года . Проверено 20 сентября 2018 г. с сайта archive.org
- ^ Патрик ДЖЕЙМС, Юбер ШАНСОН. «Историческое развитие арочных плотин. От арок из тесаного камня до современных бетонных конструкций» . Barrages.org . Проверено 18 июля 2010 г.
- ^ Чаасон, Хьюберт. «ЭКСТРЕМАЛЬНОЕ ЗАПАДАНИЕ РЕЗЕРВУАРОВ В АВСТРАЛИИ: ОБЗОР» (PDF) . Журнал ресурсов . п. 101 . Проверено 18 июля 2010 г.
- ^ Чен, Шэн-Хонг (9 июня 2015 г.). Гидравлические сооружения . Спрингер. ISBN 9783662473313 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Национальный реестр исторических мест. Плотина Пенсакола». Архивировано 26 июня 2010 г. на Wayback Machine, по состоянию на 3 января 2016 г.
- ^ «Концепции и критерии проектирования арочной плотины» . Даремский университет . Проверено 18 июля 2010 г.
- ^ «Первая производственная установка в Цзиньпине, самая высокая в мире арочная плотина» (на китайском языке). Сеть «Экономик Таймс». 2 сентября 2013 года. Архивировано из оригинала 9 сентября 2013 года . Проверено 9 сентября 2013 г.
- ^ Гимон, Андреанна (3 августа 2010 г.). «Маниакальный 5: колоссальный свидетель гения Квебека в области гидроэнергетики» . suite101.fr. Архивировано из оригинала 17 августа 2010 года . Проверено 30 сентября 2010 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Проектирование арочной плотины - Инженерное руководство EM 1110-2-2201 , Вашингтон, округ Колумбия: Инженерный корпус армии США, 1994 г.
- ^ Херцог, Макс AM (1999). Практический анализ плотин . Лондон: Издательство Томаса Телфорда. стр. 115, 119–126. ISBN 3-8041-2070-9 .
- ^ «Контрактные суставы» . Арочные плотины . Даремский университет . Проверено 18 июля 2010 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]