МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНИИПРОЕКТ

ПОСОБИЕ

по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений

П—780—83 Гидропроект

МОСКВА -1984

Министерство энергетики и электрификация СССР

швниипкизт

Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Гидропроект" им. С.Я.Жука

УТЕИРШ»

Главный ишоне^дшетитута Т.П.Доценко

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гидротехники ии. Б.Е.Эедеяееза

УТВРЮТ)

Зам. директора института по научной работе, дун

<- - [ь ——И.Б.Ссколов

июня 1383 г.

ишя 1983 г .

ПОСОБИЕ

по проектировании оталеяелезобетоншгх конструкций гидротехнических сооружений

П - 780 - 83 Гидропроект

Зам, гд. инженера - нач. технического отдела

З.Д.Новоженин

Руководитель нормативной

группы    .

<-* *- i Л? .Осколков

Ответственный исполнитель КТН.

Зав. сектора нормативных документов КТН

А.П.Пак

Зав. комплексной лабораторией бетонных и жел. бет. сооружений А.В.Караваев Ответственные испслинители зам. зав. комплексной лабораторией бет. и кел. бет, сооружений А.М.Архипов

Москва 1984 Г.

Зав. группой

./V4

В.Н.Губарь

10

План разбил к и    Сечение    /-/

диафрагма    одопочка о * 80 мм    <Г' 30 мм

Напор 760м

Конструкция разбил к и применительно к параметрам Зарамагской ГЭС

Сечения

ЖмЯап.Ли З-Ъ

Конструкция разбилки применительно к параметрам ЧсрЬанекой ГЭС

Ряс.2. конструкция р-.ОВКЛОК.

12

облицовки, Зозиожпа приварка анкеров непосредственно к облицовке с помощью специального оборудования T3-I и на станке АДФ-200 ^?то рекомендациям НИИХБа, что позволяет избежать больших деформаций при сварке*

Б подземных конструкциях использование облицовки исключает постановку арматуры со стороны облицовки (рис.4), тая кая облицовка её заменяет* При расположении конструкций в прочных породах при наличии подземных вод следует рассматривать вариант с гнкерозкой облицовки к породе (рис.5)*

В затворах арматура* недостающая до расчётного количества с учётом облицовки, должна располагаться в непосредственной близости от облицовки.

2.9. Сталеяелезобетбнные эатворы могут быть как поверхностными, так и глубинными. В настоящем документе даются указания по проектированию наиболее распространенных плоских затворов.

На практике возможно использозаше сталекелезобатонных секторных _с сегментных, откатных батопортов и других типов затворов. Область применения стадожелезобетонных затворов и площадь перекрываемых иыи отверстий аналогичны ыеталличеоким затворам.

йонстрцкции спиральных камер

К то аьна я ' арматура
	Йсрадимшная рабочая артту-а спирали.
utj промодяи

Ряг.З. Конструкция спиральных капер.

в

Сечение а-а

\. XL aL х ^ iAi

А.
Л А А - у\ ч / ■ «1 р ;\ 1- ^ > А V к А / ■ \ А А \- л h к. А <_ О .К ЧП Ч X \"V‘ л “ Л	"ST у v v v v
ОьОМОЧКи Рис.Конструкция обделки, включающая стальную облицовку.

Сечение 6-6

«п

■‘-А* ш

* ч

£**

Г&а

k_

^k

4*

EEz^ t

ji fees

Г

Ш

Рис*5. конструкция ii риакке ренноЛ к породе стальной облицовки.

3. НАГРУЗКИ, В03ДШЙСТЕШ,ИХ СОЧЕТАНИЯ

3.1.    Нагрузки и воздействия на сталежелезобетонные конструкции принимаются в соответствии с главами СНйП П-50-74 "Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования" СНиП I1-57-83 "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения/волновые, ледовые и от судов/", ШиП

I1-6-74 "Нагрузки к воздействия".

3.2.    Нагрузками основного сочетания для сталежелезобетонных конструкций являются: внутреннее гидростатическое давление с учётом повышения давления при гидравлическом ударе в нормальных условиях эксплуатации, вес, давление подземных вод, горное давление, давление засыпки грунтом, давление с учетом пульсации потока, волновое давление и давление навала льда.

3.3.    К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические воздействия, внутреннее гидростатическое давление при формированном подпорном уровне или при действии гидравлического удара при полном сбросе нагрузки, усилия, возникающие вследствие изменения температуры, набухания и усадки бетона, ползучести породы, осадки опор.

Особое сочетание нагрузок включает нагрузки основного сочетания и одну из особых нагрузок.

3.4.    К нагрузкам строительного периода относятся: давление от свежеуложенного бетона, давление раствора при выполнении цементами, давление механизмов при производстве работ, монтажные нагрузки и др.

Необходимо предусматривать соответствующие мероприятия для исключения дополнительного армирования на нагрузки строительного периода.

Цементация шва между стальной и железобетонной оболочками должна быть специально обоснована и при удовлетворительном качестве работ не нужна. Если цементация необходима, то давление ее должно назначаться таким, чтобы не требовалось увеличения расхода металла.

Высота блоков бетонирования назначается такой, чтобы не требовалось усиления конструкщи, принятой по условиям эксплуатации. При необходимости могут быть предусмотрены инвентарные

16

раскрепления.

3.5,    Нагрузки при расчёта прочности должш приниматься

в наиболее неблагоприятных, но в возможных сочетаниях, отдельно для эксплуатационного и строительного случаев.

3.6,    При угле наклона оси трубопровода к горизонту более 70° или при величина отношения диаметра /2> / к капору /Н/

<: 0,1 дотаскается не учитывать изменение давления по сечению и вести расчёт по гидростатическому напору в центре тяжести сечения.

3.7,    При расчете трубопровода на действие внутреннего давления вес конструкции при наклоне трубопровода к горизонту более 70°, а также ка предварительных стадиях проектирования допускается не учитывать.

3,6. Для тонкостенных конструкций трубопроводов следует проводить расчёт на частичное заполнение трубопроводов.

3.9.    Горное давление рассчитывается в соответствии с С]] 233-73, давление от заенг/ки - со СпкП П-Д.7-G2*

3.10.    /СНиП П-56-77, п.5.3/. Климатические изменения температуры и влажность наружного воздуха должны приниматься по .данным метеорологических наблюдений в районе строительства. При отсутствии таких наблюдений данные о температуре и влажности наружного воздуха следует принимать ло главе СНиП

11-Л,6-72 "Строительная климатология и геофизика" и официальным документам, опубликосашллм ГУГМС.

Температура воды в водоемах и подземных трактах должна определяться на основе специальных расчётор и по аналогам.

З.П. Нагрузка от свежеуложеиного бетона принимается в соответствии со СНиП Ш-15-76 "Бетонные и железобетонные конструкции монолитный".

3.12.    Сейсмические нагрузки принимаются по СНиП П-7-31 "СтроитеЛиство в сейсмических районах" или по "Руководству по учёту сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений" /ЕНКИГ',1977 г./.

3.13.    Кооффицвэнты перегрузки приведены в таблице I.

Таблица I

т : Вид нагрузки : Коэффициент пп перегрузки, i. Вес конструкции для всех конструкций, креме обделок туннелей 1,05(0,95) для обделок туннелей 1.2 о Внутреннее гидростатическое давление воды с учётом гидравлического удара I 3. Гидростатическое давление подземных вод 1,1 /0,9/ 4. Давление пульсации потока 1.2 5. Горное давление: вертикальное/см.п.7,8 СН 238-73/ I.I - 1,5 горизонтальное 1.2 (0,8) 6. Давление раствора при цементации 1,2 7. Давление от механизмов 1.2

18

4. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1.    Расчет сталежелезобетонных гидротехнических конструкций следует производить по методу предельных состояний в соответствии с требованиями общесоюзных норм и правил на проектирование строительных конструкций СНиП П-50-74 и СНиП П-56-77.

4.2.    /СНиП П-50-74, 3.2/ Оценку наступления предельных состояний первой группы /устойчивости и прочности/ гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований надлежит производить исходя из условия:

^ Я2 £    /    I    /

коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый для основного сочетания нагрузок I, для особого сочетания нагрузок 0,9,

для сочетания нагрузок в период строительства 0,95 расчётное значение обобщенного силового воздействия, определяемое с учётом коэффициентов перегрузки, приведенных в п.3.13,

расчётное значение обобщенной несущей способности сооружения или его конструкций и оснований, определяемое с учётом коэффициента безопасности по материалам и грунтам К,

коэффициент условий работы, учитывающий вид предельного состояния, приближенность расчётных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала или другие факторы,

коэффициент надежности, учитывающий степень ответственности, капитальность и значимость последствий при наступлении тех или иных предельных состояний, принимаемый для сооружений:

I класса    -    1,25

П класса    -    1,20

где П_€

ч-

/С -

т -

*н-

19

Ы класса 1У класса

1,15

1,1

Величина коэффициентов и rrt устанавливается соответствующими нормативными документами на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований.

Для сталежелезобетонных конструкт^# согласно п.2.18 СПиП I1-56-77 с учетом изменений, утвержденных решением Госстроя СССР № 283 от 31 декабря 1981 г. для I и 11 классов П^= 1,15.0,8 = 0,92 для Ш и 1У классов >7)^= 1,10.0,8 = 0,83

Для листовой арматуры в зависимости от анкеровки допустимо вводить понижающий коэффициент, но не менее 0,5.

4.3. По второй группе предельных состояний при необходимости в отдельных случаях выполняется расчет раскрытия трещин. Расчет ведется на основное сочетание нормативных нагрузок (без коэфф.перегрузки).

Предельные значения величины раскрытия трещин приведены в таблице 2 /п.7.2/.

А К H О Т А Ц И Я

Настояцее Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкция гидротехнических сооружений содержит основные полозке-нид проектирования таки/ конструкций, особенности расчёта и конструирования, снабжено примерам расчёта и конструирования. Пособие предназначено для кнжекорно-тсхнических работал-коз, заняты/; проектированием гидротехнических сооружений. Оно выпущено взамен П-63Я-73 "Руководства. по проектированию

Гидропроект

сталезкелезобетонных трубопроводов и их фасонных частей".

20

5. РАСЧЁТНЫЕ СХЕМЫ КОНСТРУКЦИИ

5.1.    Сталежелезобетонные конструкции при выборе расчетных схем не имеют отличия от конструкции из других материалов: металла и железобетона.

5.2.    Конструкции трубопроводов, имеющие сплошное опирание в направлении образующей, допускается рассчитывать раздельно в кольцевом и в продольном направлении.

5.3.    Напорные трубопроводы, лежащие на упругом основании, в кольцевом направлении рассчитываются:

bj открытые - по схеме, приведенной на рис.6.

б/ засыпанные - по схеме, приведенной на рис.7

Сектор опирания трубопроводов рекомендуется принимать не менее 90°, во избежание появления значительных пиков изгибающих моментов у края опирания.

5.4.    Расчёт трубопроводов открытых и засыпанных должен быть выполнен на две схемы загружения:

а/ эксплуатационный случай /загружение внутренним давлением, весом трубопровода, давлением засыпки / п_с = ^т,

б/ ремонтный случай, когда трубопровод опорожнен

/загружение весом трубопровода, давлением засыпки и наружным давлением воды, если таковое может быть/

П - 0,95.

<>

Нужно иметь в виду, что при расчёте на сочетание нагрузок, включающее внутреннее давление (из-за наличия сквозных трещин в бетоне) следует включать в расчет жесткость арматурного сечения.

t/ij У* У* + ^'относительно центральной оси стального сечения_уЕ=Еа. Уо. **Уо-моменты инерции сечения арматуры и облицовки*

Это обычно исключает или сводит до минимума изгибающие моменты.

При расчёте опорожненного трубопровода следует учитывать жёсткость бетонного сечения при модуле упругости, равном 0,7£>

Коэффи1Ц4ент постели основания определяется по формуле:

/ 2 /

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последнее время в лрошшдецно-гражданском и гидротехническом строительстве зсе ш^ре применяются сталэжелезобетэнные конструкции* представляющие собой объединенную в одном ьдзмскте и совместно работающе зддо&обетонную конструкцию и внешнее армирование из листовой стали (облицовку)*

В гидротехническом строительство они оказались необходимы потому, что позволяют создавать конструкции турбинных водоводов и спиральных камер для агрегатов большой единичной мощности, когда произведение внутреннего давления (Р) на дианегр (Д)

?Д^ 1200 тс/и. В згой случае трудно обеспечить создание наложной стальной конструкции, тек как потребная по расчётам толщина оказывается больше 40 мм, а сварка истов толщиной более 40 мм т строительство недостаточно освоена,

Б настоящее время сооружены и работают сталежолозобетонные спиральные камеры на Курехской ГЭС (?Д ~ 1600 тс/u) йпгурской ГЭС £ РД * 1650 тс/м^Саяно-Шушенской ГЭС (РД « 1700 те/м), развилка турбинных водоводов на Чарзакекой ГЭС, трубопровода Саяно-Шушенской ГЭС* Проектируются и возводятся сталеяелеэобстоание спиральные камеры Рогунской (РД » 2280 тс/м) и Байпазинекой (РД = 800 тс/м; ГЭС, запроектированы и строятся водоводы Загорской ГАЭС (РД = 1250 тс/м).

Ранее также сооружались подобные конструкции, например, успешно работают турбинные водовода Красноярской Pv/*j у однако расход металла там примерно вдвое превышав! необходимый.

Другой тип конструкции* который целесообразно проектировать из сталежелеэобетона - это конструкции, имеющие стальную облицовку, поставленную по соображениям предотвращения фильтрации или по другим условиям, В этом случае целесообразно включать путем анкеровки облицовку в статическую работу конструкции. Подобный опыт широко практикуетоя в промышленных сооружениях, в гидротехнических - осуществлен на строительном туннеле Токтогульской ГЭС.

С точки зрения экономичности следует ожидать от применения сталежелезобетонных конструкций всегда положитель- его результата.

В случае осуществления конструкций с высоким PD помимо эффекта от применения агрегатоЕ большой единичной мощности, часть дорогостоящего листового прокатного металла заменяется более дешовой высок о прочной арттурой/^Ча;^^Окгс/см /,

Принимая во внимание дефицитность и высокую стоимость лис-тового проката, оказывается экономически выходным переход на сталежелезобетонную конструкцию даже и тогда, когда сна из условий прочности может быть выполнена в металле.

Кроме око ноши нужно учитывать большую надёжность сталежелезобетонной конструктда/йсклхчастся хрупкое разрущепие/,

Ь том случае, когда вводится в работу на прочность облицовка, поставленная по соображениям фильтрации, получается экономия арматуры, улучшаются условия производства работ и, соответственно, улучшается качество, что является также положительным фактором.

Основные требования по расчёту сталежелезобетонных конструкций приведены в главе СйкИ 11-66-77 "Бетонные к железобетонные конструкции пиротехнических сооружений. Нормы проектирования". Настоящее Пособие выпущено в развитие указанной главы СПиПа.

Текст из нормативных документов выделен чертой слева. Там же указывается из какого документа он взят, в скобках приводится соответствующий пункт первоисточника.

Настоящее Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкции гидротехнических сооружений составлено на основании результатов экспериментальных и теоретических исследованной, проведенных институтами "Гидропроект" им. С.Я. Жука, ВНИИГом им.

Б.Е. Веденеева, НИСом Гидропроекта, НИИЖБом, ПОАТ ХТЗ им.

С.М. Кирова, ЛМЗ им* XXII съезда КПСС,натурных наблюдений на оксплуатируеьоых ГЭС, а также на основании опыта проектирования института ^?Тидропроект". Учтён опыт практического использования "Руководства по проектированию сталежелезобетонных трубопроводов и их фасонных частей" П-632-73    .

Гидропроект

В 1 исобио вкличехн сталежелезобетонные' конструкции спиральных камер, напорных водоводов и туннельных облицовок, разработанные нститутем "Гидропроект"; конструкции стэлежелезо-бетонныу затворов разработаны ВНИЙПом Реденеева.

6

I. ОБЩЕ ПОЛОЖЕНИЯ

IЛ* Настоящее пособие распространяется на проектирование отадежеяезобетонных гидротехнических конструкций без предварительного напряжения*

1.2* Стахежелезобетоннзя конструкция состоит из дьух совместно работающих элементов: стелькой оболочки и железобетонной конструкции. Стальная оболочки выполняет протизофильтрационкые функции и воспринимает часть усилий*

Остальная часть усилий воспринимается железобетонной конструкцией *

1.3* Применение сталэжедезббетона обеспечивает подкую надежность и исключает катастрофический аварийны!! характер разрушения» имеющий место в стальных конструкциях» за счёт:

-    уменьшения концентрации напряжений от местного изгиба и других причин за счёт совместной работы стальной оболочки с железобетоном, который служит упругим основанием;

-    применения для стальной оболочки мягких пластичных, хорошо освоенных сталей оптимальной толщины;

-    малой вероятности совпадения возможных ослаблений в элементах конструкций, например, сварных швов облицовки и арматурных стыков.

1.4, Сталежелезобетоиные конструкции гидротехнических сооружений применяются при необходимости обеспечения их повышенной надежности, а также б тех случаях, когда они оказываются предпочтительными по экономическим соображениям.

Спиральные камеры с параметром РД (произведение давления на диаметр входногб сечения), большим 1200тс/ы, и турбинные водоводы с РД, большим 1700тс/м рекомендуется проектировать только в сталежелезобетонном исполнении.

1.5* При применении турбинных водоводов сталежелезобетонной конструкции на деривационных и приплотпнных ГЭС и ГАЭС не требуется возведения защитных сооружений от аварийного потока воды (п.7.8 СНиП 11-50-74).

х.б. В водоводах прямоугольного сечения, камерах затворов и других конструкциях подобной формы стальная облицовка, принятая по соображениям фильтрации или по другим условиям, должна

7

быть включена в статическую работу конструкции путем ее анкеровки и учитываться ³ работе на прочность в качестве внешней листовой арм гуры.

e

2. CT/UaTJl{yiE3QEETCHtiLE ВДРОТЕШЖШВ

КОНСТРУКЦИИ, ИХ СОЩИФ41ЯЕас:Е ОСОШ МОСТИ.

2.1. Сталежелезобетонные конструкции можно подразделить

а/ по назначения?: водоводы и их развилки, уравнительное резервуары, спиралыгые камеры, туннельные водосбросы, камеры затворов, затворы;

б/ по расположению: открытые, засыпные, забетонированные в подземных выработках.

в/ по производству работ: монолитные, сборные и сборно-монолитные «

2*2. Стаяекелезобетонкые напорные и безнапорные трубопровода, забетонированные в подземных выработках, следует проектировать в соответствии с СК 238-73” Указаниями по проектированию гидротехнических туннелей", Руководством по проектированию гидротехнических туннелей (Стройиздат, 1982 г.). Конструкции водоводов, возводимые в насыпях, должны проектироваться в соответствии с главой СгшШ-1>7-б2"^ость1 и трубы".

2.3.    Напорные трубопроводы следует проектировать, как правило, кругового поперечного сечения.(рисЛ.). Конические участки проектируются аналогично цилиндрическим. Колена турбинных водоводов, образованные из цилиндрических звеньев, конструируются и рассчитываются, как части торообразной оболочки.

2.4.    Конструкция развилки напорных трубопроводов кругового очертания может быть решена по двум схемам.

I. Развилка может быть запроектирована, как раздвоенные стале-железобетонные оболочки, замкнутые на стальную диафрагму/рис.2а/.

Такая конструкция возможна

при условии обеспечения надлежащего качества металла и сварки.

Следует иметь в виду, что конструкция является металлической, так как ключевой элемент стальной и, как практика показывает (промежуточный водозабор Цурекской ГЭС), имеет аварийный характер разрушения,а в технологическом отношении очень сложна.

2. Во втором варианте стальная оболочка разветвления напорного трубопровода располагается в обойме из железобетона е

9

кольцевой арматурой /рис.26/, Обойма пс длине делится на участки разного диаметра в соответствии с размерами конструкции с целью экономии материалов. Внутренняя стальная оболочка полностью учитывается е расчете на прочность вместе с кольцевой арматурой.

Такая конструкция может быть осуществлена при практически любом PJ> и разрушение ее не носит аварийного характера.

2.5. Сталежелеэобетонкая конструкция спиральной камеры состоит из стальной облицовки толщиной ко более 36 мм и каркаса арг.&туры, расположенного в непосредственной близости от нее. Кольцевая меридиональная арматура замыкается на ребра жесткости колец статора или на стальные облицавди шахты турбины и конуса отсасывающей трубы, сопряженные со статором турбины. Равнодействующая усилий, возникающих в стальной облицовке и кольцевой меридиональнсй арматуре, не должна вызывать в колоннах статора изгиба.

Я.6. Бысокснаперные сталежелезобетонные спиральные камеры могут иметь две разновидности:

а/ когда несущая конструкция спирали не отделяется от бетона блока спиральной камеры /рис.За/,

б/ когда несущая конструкция спирали отделяется в верхней части от бетона блока деформируемой прокладкой /рис.36/.

В первом случа.6 конструкция является более жесткой, что вызывает pabee трещинообразование во всем блоке. Такую конструкцию имеют Есе запроектированные и построенные сталсжолезо-бетонные спиральные камеры во ведениям тэхьич₄советов инстилугель Во втором случае обеспечивается более позднее появление трещин в блоке, но должна быть гарантирована гффектизная работа прокладки и хорошее качество проработки бетона тонкой железоОе-тонной облочки, что вызывает сомнение.

2,7, Стальные облицовки водосбросов, камер затворов^затворов и других аналогичны* конструкций, принятые по условиям исключения фильтрации, стойкости к истирзн**ю и кавитации, или по другим соображениям, должны в обязательном порядка использоваться в статической работе сталежелеэобетокиой конструкции , для чего их необходимо анкеровать с помощью стержней армг тарной стали. Ашсеры должны примериваться ;щгговой сваркой к ребрам