Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Усадочные и температурные деформации тела плотины

Напряженное состояние тела плотины обусловливается не только приложенными к ней внешними силами, но и его неравномерными объемными деформациями. Изменение объема бетона может происходить за счет усадки и изменения температуры.

1. Усадочные деформации бывают двух видов:

1) уменьшение (а иногда увеличение) объема бетона в результате физикохимических реакций при его твердении. Возникшая усадка (химическая или автогенная) равна изменению объема бетона, получающемуся при изменении его температуры на 5...6°С (как исключение до 11 °С). Поскольку при эксплуатации плотины температурные колебания составляют в наших условиях более 30 °С, то автогенной усадкой часто пренебрегают; при этом иногда условно увеличивают расчетный размах температурных колебаний на упомянутые 5...6°С;
2) уменьшение или увеличение объема бетона при уменьшении или увеличении его влажности в течение строительного периода и затем периода эксплуатации плотины. Усадка (физическая или экзотермическая) постоянно имеет место только в пределах поверхностного слоя (2...4 м) рассматриваемого бетонного массива. Внутри бетонного массива влажность бетона постоянна, поэтому внутренняя область плотины в период ее эксплуатации не подвергается экологической усадке. При экологической усадке в бетоне могут возникнуть трещины в связи с уменьшением объемов наружных слоев бетонного массива. Чтобы избавиться от этих трещин, бетонный массив разрезают на небольшую глубину несквозными поперечными деформационными швами.

2. Температурные деформации. Трещины, обусловленные температурными деформациями бетона, в течение года могут изменяться: зимой расширяться, летом сужаться. Соответственно будет меняться и расход воды, фильтрующейся через плотину. Часто температурные трещины появляются в зоне контакта тела плотины со скальным основанием; такие трещины развиваются по вертикали вверх.

Температурные трещины могут появляться, если в разных точках тела плотины температура бетона меняется во времени, причем возникают переменные во времени градиенты температурного поля. При таком положении температурные деформации соседних объемов бетона будут получаться различными, что и повлечет за собой появление трещин.

При рассмотрении температурного режима бетонной плотины необходимо различать два разных явления: 1) изменение температуры бетона только в период строительства и начальный период эксплуатации плотины; 2) изменение температуры бетона в течение всего периода эксплуатации плотины.

Рассмотрим вначале первое явление. Представим себе 1 м3 бетонной смеси, уложенной в блок бетонирования, располагающийся во внутренней области плотины (рис. 7.35). Химические реакции гидратации цемента, протекающие присхватывании бетонной смеси и твердении бетона, являются экзотермическими, т. е. они сопровождаются выделением теплоты, в связи с чем происходит саморазогрев бетона в начальный период. Последующее остывание наружных поверхностей массива обусловливает неравномерное распределение температуры в бетоне и вызывает большие термические напряжения.


Введем обозначения, оговоренные в подрисуночной подписи к рис. 7.35, и представим на этом рисунке кривые, выражающие изменение во времени t следующих величин.

Рассматривая схематический график на рис. 7.35, легко видеть характер изменения температуры 1 м3 бетона во времени. Интенсивность естественного охлаждения в других точках профиля плотины будет иная, а потому и кривые T=f(t) для разных точек профиля будут в общем случае разными. В связи с этим мы и получим упомянутые выше градиенты температурного поля.

По истечении времени в средней части поперечного профиля плотины 1 (рис. 7.36) должна устанавливаться постоянная среднемноголетняя температура 7ср, свойственная району строительства. Поэтому на рис. 7.35 кривая T=f(t) в правой своей части (в точке В) переходит в горизонтальную прямую с ординатой причем АТ имеет положительное значение. В районах с суровым климатом будет отрицательной. Постоянной в средней части профиля будет и влажность бетона.

Обратимся теперь к рассмотрению второго явления. В средней части плотины устанавливается среднемноголетняя температура. В наружной части бетонной массивной плотины 2 (рис. 7.36) температура будет колебаться в зависимости от температуры среды. Активная зона 2 имеет толщину d0 = 2...5 м. Раскрытие возникающих здесь трещин зимой увеличивается. Кривая T = f(t) правее точки В (см. рис. 7.35) для 1 м3 бетона, находящегося в пределах активной зоны, будет иметь вид волнистой линии.

Отметим еще следующие два положения.

1. Чтобы в начальный период улучшить температурный режим бетонного массива, прибегают к искусственному охлаждению: а) составляющих бетонной смеси — воды и заполнителей, причем уменьшают начальную температуру Тп—снижают начальную точку А кривой T=f(t) на рис. 7.35, в результате снижается вся кривая T=f(t) и В перемещается в некоторое положение; б) или уже уложенной в плотину бетонной смеси, а затем и бетона; при реализации этого метода в теле плотины устраивают систему труб, по которым пропускают холодную воду (или раствор соли); в этом случае точка А кривой T—f(t) остается на месте, но вся кривая снижается, причем точка В также перемещается в некоторую точку В1 (стабилизация температуры внутри плотины наступает раньше).
2. Если трещина зацементирована и в средней части 1 плотины (см. рис. 7.36) установится среднемноголетняя температура, а в наружных частях 2 температура будет самая низкая, то трещина уже не сможет раскрыться. При высоких температурах в окружающей плотину среде в районе этой трещины появятся только повышенные сжимающие напряжения, не являющиеся опасными.

Появившиеся трещины (или швынадрезы) стремятся цементировать при самых низких температурах; с появлением же трещин борются путем регулирования теплового режима бетона за счет: а) снижения количества цемента в бетонной смеси; б) использования низкотермичного цемента; в) применения искусственного охлаждения бетона или составляющих бетонной смеси; г) установления соответствующих темпов ведения бетонных работ; д) назначения надлежащих размеров блоков бетонирования и последовательности их возведения.

В процессе проектирования проводят специальные расчеты термонапряженного состояния плотины.

Гидротехнические сооружения. Учеб. пособие для студ. гидротехн. спец. вузов. В 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп. Ч. I. Глухие плотины. — М.: Агропромиздат, 1985. — 318 с.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????