Научная статья на тему 'THE COMPLEX OF THE PROBABILITY ASSESSMENT OF THE RISK OF ACCIDENTS ON THE EXAMPLE OF CONCRETE DAM OF DNIEPER HYDROELECTRIC POWER'

THE COMPLEX OF THE PROBABILITY ASSESSMENT OF THE RISK OF ACCIDENTS ON THE EXAMPLE OF CONCRETE DAM OF DNIEPER HYDROELECTRIC POWER Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
29
6
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
CONCRETE DAM / RELIABILITY / ROCK BED / THE RISK OF AN ACCIDENT / БЕТОННА ГРЕБЛЯ / НАДіЙНіСТЬ / СКЕЛЬНА ОСНОВА / РИЗИК ВИНИКНЕННЯ АВАРії
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «THE COMPLEX OF THE PROBABILITY ASSESSMENT OF THE RISK OF ACCIDENTS ON THE EXAMPLE OF CONCRETE DAM OF DNIEPER HYDROELECTRIC POWER»

LH

0 0,45 m

Figure 2. Distribution of temperature of a SC plate to width In conclusion, it should be noted that the presented method of calculation and optimization of a technological process of hot water supply was applied for creation of the combined structure of SWH + wind-driven powerplant (WPP) for the purpose of improvement of sanitary-hygienic conditions of rural (dacha) population. One can use the method of calculation successfully also in

project organizations as well.

Literature

1. Absorber für enien Sonnen kollektor, Sonnen kollektor und verfahven zur Herstellung eines Absorber und eines Sonnen kollektors. №19857125 Germany. MPK7, F24C 2/48 Fischer Detlef, №198571259, №11.12.1998. 15.06.2000 (nem).

2. Salamov O.M., Salmanova F.A., Rzayev P.F. Calculation of solar water- warming plant for hot-water supply of a village family // International Scientific Journal for Alternativie Energy and Ecology-ISJAEE 2006 №10 (42). P. 30-36.

3. A new design of solar water heater / Sayed Z. Rehim A/Proc. Indian Acad. Sci-1998-110, №3, pp. 373-384 (England).

4. Alternative Energy http ://www. altenergy.org/

5. Karimov M.A., Salmanova F.A. Hot water supply of vural homes using solar power. Thermal power system analysis, M. "News Heating". The electronic version. http://www.rosteplo.ru/statn1-php2id=88poz-f110M, 2007.

6. Andreas Jungbauer: Windenergienutzung in einem regenerative Energiesystem, Analyse der Windkraftanlagen Eberschwang und Laussa. Diplomarbeit Technischen Universitat Graz, Institut fur Hochspannungstechnik, Elektrotechnik - Wirtschaft und Energiennovation. Craz 1998 (PDF).

7. Beck/ Killian, Chemie 3, Oldenburg - Verlag, München, 1996.

Mozgovuy A. O.

candidate of technical sciences, associate professor ofgidrotechnical technology, Kharkov National University of Construction and Architecture

Balabai O.O.

assistant of the department of gidrotechnical technology, Kharkov National University of Construction and Architecture

Мозговий А.О.

кандидат mexui4Hux наук, доцент кафедри гiдротехнiчного будiвництва, Харювський Нацюнальний ^верситет будiвництва та архтектури

Балабай Е.А.

науковий спiвробiтник кафедри гiдротеxнiчного будiвництва, Харювський Нацюнальний ymiверситет будiвництва та архтектури

THE COMPLEX OF THE PROBABILITY ASSESSMENT OF THE RISK OF ACCIDENTS ON THE EXAMPLE OF CONCRETE DAM OF DNIEPER HYDROELECTRIC POWER КОМПЛЕКСНА ЙМОВ1РН1СНА ОЦ1НКА РИЗИКУ ВИНИКНЕННЯ АВАР1Й НА ПРИКЛАД1 БЕТОННО ГРЕБЛ1 ДНIПРОВСЬКОÏ ГЕС

Summary:

Key words: concrete dam, reliability, rock bed, the risk of an accident.

Анотащя:

Ключовi слова: бетонна гребля, надшшсть, скельна основа, ризик виникнення аварп.

Постановка проблеми. Загальносвиового по-ширення зазнав розвиток ймовiрнiсних пiдходiв щодо оцiнки надшносп та безпеки будiвельних конструкцiй i споруд, як1 заснованi на системнш те-ори надiйностi складних техшчних систем. Норми проектування Укра!ни та шших кра!н рекоменду-ють застосовувати тд час розрахунку надiйностi п-дротехнiчних споруд цi пiдходи.

В сучасних нормах проектування та в техшч-нш лiтературi немае апробованих пiдходiв щодо комплексно! ймовГршсно! оцшки ризику виникнення аварiй на бетонних гравггацшних греблях. Тому розробка комплексно! ймовiрнiсно! оцiнки ризику виникнення аварш на бетонних гравггацш-них греблях е важливим та актуальним завданням [1].

Аналiз останнiх дослщжень i публiкацiй. Ряд

аварiй бетонних гравггацшних гребель на скельних основах тдштовхнули розглянути проблему надш-носп таких гребель.

У 21% випадшв для бетоних гребель чинником пошкоджень слугували внутршня ероз1я тiла греблi г недостатнiй отр стшкосп на зсув по основГ [2-3]. Найчаспше вгдмови вщбувалися на греблях заввишки до 30 м - приблизно 70%, заввишки вГд 30 м до 60 м - 22%, заввишки вГд 60 м до 100 м -4%, шш - 4% [4].

Статистичш дат [5] сввдчать, що 70% вГдмов великих гребель притаманш греблям заввишки не бшьше шж 30 м. Для гребель заввишки 15-20 м вь дсоток вгдмов складае 50%, 20-25 м - 16%, 25-30 м - 6%, 30-35 м - 16%, 40-45 м - 6%, 45-50 м - 12%, 55-60 м - 3%. БГльш 50% вГдмов таких гребель ви-никають унаслщок переповнення водосховищ тд час поветв Г паводков.

Первинними чинниками руйнувань бетонних гравггацшних гребель е помилки тд час проектування - 7%; недостатшсть дослщження властивос-тей та структури основи - 6%; недостатня стшшсть греблГ проти зсуву по основГ - 27%; надмрна фГль-тращя основи - 7%; внутршня ероз1я основи -20%; старшня бетону - 6%; переповнення водосхо-вища внаслгдок стихшних природних факторГв -7%; пошкодження усто!в стихшного характеру -20% [6-7].

Вторинш чинники пошкоджень - помилки при проектуванш становлять 7%; надмГрна фГльтратя основи - 7%; надтрш розтягуючГ напруження в ос-новГ верхового вгдкосу - 7%; недостатнш отр бетону циктчному заморожуванню - вгдтаванню -7%; надмГрна водопроникшсть бетону - 7%; надмь рш розтягуючГ напруження в бетош 14%; пору-шення структурно! мщносп грунпв основи аркових Г багатоаркових гребель - 7%; шшГ чинники - 44% [8-9].

Статистичним аналГзом аварш на греблях зай-малися М. Хиндерлендер (США, 1933 р.), А. Гель-фер (СРСР, 1936 р.), Дж. Шерард (США, 1963 р.), Е. Грунер (Швейцар1я, 1963, 1967, 1973 рр.), А.

Губе (Францiя, 1979 р.), Г. Маринье (Канада, 1982 р.), Х. Блайнд (Австралiя, 1983 р.), А.Ф. Сильвейра (Бразiлiя, 1983 р., 1990 р.), Ж.Л. Серафим (Бразшя, 1989 р.), М. Рациу (Румунiя, 1989 р.) та iншi [1013].

Оцiнювання надiйностi гiдротехнiчних споруд i каскащв гiдровузлiв з урахуванням кореляцiйних залежностей мiж природними факторами, статистичш методи аналiзу !х стану з урахуванням натурних даних розглянуто у роботах О.1. Вайн-берга [14], А.О. Мозгового [15-20], A. Gaspar [21], F. Lopez-Caballero [21], A. Modaressi-Farahmand-Ra-zavi [21], O. Morales-Nápoles [22], D. J. Delgado-Hernández [22], D. De-León-Escobedo [22], Y. Li [23], Y. Sun [23], B. Li [23], M. Calamak [24], A.M. Yanmaz [24], M. Alembagheri [25], M. Seyedkazemi [25] та ш-ших.

Видшення iiciuipiiiicinix ран1ше частин зага-льноТ проблеми. Для визначення поняття «ймовГр-нiсть руйнування» робиться припущення про те, що робота конструкци може бути описана за допомо-гою певного набору основних змшних, яш характе-ризують впливи, механiчнi властивосл, геометри-чнi параметри i невизначешсть даних, отриманих при моделюваннi. Крiм того, передбачаеться, що граничний стан конструкцп визначаеться за допо-могою функцп граничного стану.

Однiею з основних проблем, що виникають тд час ймовiрнiсно! оцiнки надiйностi та безпеки бетонних гравггацшних гребель, е отримання достовь рно! шформацп про вихiднi данi випадкових величин, що характеризують природш фактори.

Мета статт1. Виконання комплексно! ймовГр-нiсно! оцiнки ризику виникнення аварш на прик-ладi бетонно! греблi Днiпровсько! ГЕС.

Викладення основного матер1алу. Бетоннi гравiтацiйнi греблi на скельнш основi можна розг-лядати як структурно-складну систему, тому що аварй' на бетонних гравггацшних греблях виникають унаслщок досягнення граничного стану, який пов'язаний Гз: втратою стшкосп гребл проти зсуву Рс; вичерпанням мщносп бетону на стискання Рь; перевищенням межово! глибини зони розтягання у горизонтальних перерГзах тша греблГ у верхово! грат та в перерГзГ по контакту гребл з основою Ро; Гз втратою стшкосл греблГ проти перекидання Рм; вичерпанням мщносп контактного перерГзу Рр.

1нтегральш властивостГ надшносп i безпеки складного пдротехшчного об'екта, який розгляда-еться як система, залежать не лише вгд надшносп окремих елеменпв системи, а й вГд характеру взае-мозв'язку мГж ними. бетонна гравггацшна гребля на скельнш основГ представляе собою структурно-складну систему Гз послщовним з'еднанням елеменпв унаслщок того, що настання хоча б одного Гз вищевказаних граничних сташв приводить до !! не-придатносп до нормально! експлуатаци.

Визначальним фактором у процес визначення кожного Гз вищезазначених критерив виникнення

аварп, якии залежить не тiльки вiд властивостеи на-дiйностi та безпеки, е паводковi витрати водотоку, вiд яких залежить рiвень води у верхньому б'ефi. Тому ризик виникнення аварп за вказаними крите-рiями можна розглядати як систему iз залежними послвдовно з'еднаними елементами.

Оцiнюючи надшшсть та безпеку бетонних гра-вггацшних гребель на скельнiИ основi, потрiбно враховувати навантаження та впливи, яш регламе-нтуються дiючими нормами проектування.

Виконуючи комплексну Имовiрнiсну оцiнку ризику виникнення аварш на бетонних гравггацш-них греблях, доцiльно використовувати метод ста-

тистичних випробувань (Монте-Карло). У результата може бути отримано значення ризику (Имовiр-ностi) виникнення аварп на цих спорудах.

Комплексна ймовiрнiсна оцшка ризику виникнення аварш на бетонних гравгтацшних греблях проводилася на прикладi бетонно! гравпащИно! греблi на скельнiИ основi Дшпровського пдрову-зла.

ДшпровськиИ гiдровузол розташованиИ у ву-зьк1И каньИоноподiбнiИ долинi бшя м. Запорiжжя, на 341 км заввишки вiд гирла рiчки Дншро. Приз-начення пдровузла комплексне - енергетика, суд-ноплавство, водопостачання, зрошування, рекреа-щя. ПоздовжнiИ розрiз по осi споруд Днiпровського пдровузла наведениИ на рис. 1.

гран гго-гнейс и

Рис. 1. Поздовжтй перерез по споруд Днтровського гiдровузла

До складу споруд пдровузла входять: водозли-вна гребля; щитовi стiнки ГЕС-1 та ГЕС-11; будiвлi ГЕС-1 та ГЕС-11 iз монтажними маИданчиками; спрягаючi споруди; однокамерниИ та трикамерниИ судноплавш шлюзи; глухi греблi лiвого та правого берепв; ввдкритиИ розподiльниИ пристрш. Днш-ровськi ГЕС-1 та ГЕС-11 входять до складу пдровузла Дншровського каскаду та беруть участь у пок-ритп пiку добового графша навантажень енергоси-стеми Укра!ни. Потужнiсть Дшпровсько! ГЕС складае 1503.6 МВт.

Основою пдровузла слугуе Запорiзький блок Укра!нського щита. Корiннi породи представлеш

археИскими ультраметаморфiчними середньо-кру-пнозернистими грантами. РаИон розташування споруд пдровузла належить до зони глибинних ро-зломiв мерiдiального напрямку та характеризуемся невисоким ступенем тектошчно! активностi. Водо-сховище Дшпровсько! ГЕС - руслове, рiчкового типу, з тижневим, добовим регулюванням. Площа дзеркала водосховища - 400 км2. НаИб№ша ширина основи водозливно! греблi - 40.0 м, ширина бика - 44.0 м. НаИб№ша висота бика над основою - 62.0 м. Розрiз Дшпровсько! бетонно! гравггацшно! греблi наведено на рис. 2.

гратто-гнеиси

Рис. 2. Розрьз Днтровськог бетонно'1 гравтацтно! греблi

Зпдно з дшчими нормами проектування за методом граничного стану визначаються надiйнiсть та безпека бетонних граитадшних гребель за двома групами граничних станiв. Розрахунки викону-ються для основного та особливого сполучення на-вантажень та впливiв. Авари на бетонних грашта-цiйних греблях можуть бути викликанi iз досягнен-ням граничного стану першо! групи.

Виконано оцiнку надiйностi за детермшютич-ним методом та отриманi значення коефiцieнтiв стiйкостi проти зсуву кс, проти перекидання к0, втрати мiцностi на стискання кт. Для глухо! бетон-но! гравiтацiйно! греблi Дшпровського пдровузла для першого розрахункового випадку кс = 1.61; ко = 2.68; кт = 2.35. Для другого розрахункового випадку кс = 1.54; ко = 2.8; кт = 2.0. Для третього розрахункового випадку кс = 1.46; к0 = 1.6; кт = 1.6.

Ощнюючи надшшсть та безпеку пдротехшч-них споруд повинш враховуватися навантаження та

впливи, як! регламентуються дшчими нормами проектування [26]. Ймовiрнiсний метод розрахунку засновано на детермшстичному методi. Розраху-нок виконуеться у програмi MathCad за методом статистичних випробувань. Навантаження i впливи на бетоннi гравiтацiйнi гребл1 приймаються у рiзно-манiтних, але можливих сполученнях.

Детермiнiстичними величинами прийнято вва-жати: 1. геометричнi характеристики глухо! бетон-но! гравiтацiйно! гребл1 Днiпровського пдровузла: висота гребл1; ширина греблi по основi; ширина гребл1 поперек потоку; ширина гребеня греблц площа греблi по основi; закладання верхового ввд-косу гребл1 верхнього б'ефа; закладання нижнього б'ефа; висота ввд гребеня греблi до перелому з боку верхнього б'ефа; висота ввд гребеня греблi до перелому з боку нижнього б'ефа. 2. Щшьшсть бетону. 3. Щшьшсть води. 4. Вагу мосту. 5. Корисне навантаження. 6. Вщмггку гребеня гребл! 7. Ввдмггку

дна. 8. Довжину водосховища. 9. Рiвень мертвого общему РМО. 10. Вiдмiтку контактного перерiзу. 11. Межу мiцностi масиву скельного грунту на одноо-сьове стискання. 12. Розрахункове значення характеристики мщносп скельно! основи на зминання. 13. Щiльнiсть наносiв. 14. Призначений строк слу-жби для споруди класу СС3 - Т=100 рошв.

Далi за ймовiрнiсним методом реалiзуються основнi етапи розрахунку ймовiрностi ризику вини-кнення авари:

Максимальна швидшсть вiтру Уш, м/с, в райош розташування гiдровузла визначаеться за нормаль-ним законом розподiлу iз математичним очшуван-

1

ням т = 18 м/с та середньоквадратичним вщхилен-ням а = 4.7 м. Коефщент варiацi! для максимально! швидкосп вiтру прийнято Су = 0.26 [27]. Задаемось рiвномiрно розподшеною в iнтервалi ввд 0 до 1 ви-падковою ймовiрнiстю максимально! швидкосп вь тру. За знайденим значениям визначаеться квантиль - максимальна швидшсть виру. Крива розпо-дiлу максимально! швидкостi вiтру за призначений строк служби Т, роки (рис. 3, лшя 1), перерахову-еться у криву розподiлу щорiчно! максимально! швидкостi вiтру (рис. 3, лшя 2). Ординати лiнi! 2 отримаш шляхом зведення до ступеня 1/Т. Графiк розподiлу максимально! швидкосп вiтру наведено на рис. 3.

0.8 0.7 0.5 0.3 0.2

0

* * г +

ч П г *

* * * *

* * $ *

1 1 * *

_ * г * * *

0 6.7 13.3 20 26.7 33.3

Швидюсть Бггру= V

Рис. 3. Графж розподшу максимальноI швидкостi вiтру V, м/с: щорiчна швидюсть втру, м/с; швидюсть вiтру за призначений строк служби, м/с

40

Статичний рiвень води з боку верхнього б'ефа визначаеться залежно вщ максимальних витрат води в рiчцi. Цi витрати визначаються з урахуван-ням трансформацi! паводку у водосховищг Такий розподiл можливо отримати на основi пдролопч-них та водогосподарських розрахунк1в. При цьому для дек1лькох значень максимальних витрат рiзно! забезпеченостi визначаються значення витрат води iз врахуванням трансформацi! паводка у водосхо-вищi та вщповвдт статичнi рiвнi води перед греблею. Достовiрнiсть отриманого розподiлу не нижче достовiрностi визначення вiдмiтки форсованого т-дпiрного рiвня та вщповвдно! трансформовано! ви-

трати води. Статичний рiвень води з боку верхнього б'ефа знаходиться за нормальним законом розподшення [28] iз математичним очшуванням т = 635.81 м та середньоквадратичним ввдхиленням а = 1.77. Коефщент варiацi! для статичного рiвня води з боку верхнього б'ефа Су = 0.002. Статичний рiвень води з боку верхнього б'ефа представляе собою iмовiрнiсну величину максимального щорiч-ного рiвня води у водосховищi, при цьому, ввдмггка верхнього б'ефа при форсованому пiдпiрному рiвнi ^м^г = 641.8 м; при нормальному шдшрному рiвнi Тм>прг = 640 м. Графж розподiлу статичного рiвня води з боку верхнього б'ефа наведено на рис. 4.

^¡дштки ршнл води у Еерхньоыу Ь'еф! м

Рис. 4. Графж розподту статичного рiвня води з боку верхнього б 'ефа Zw, м

Мщшсть бетону на стискання PRb, Па, визнача-еться за нормальним законом розпод^ iз матема-тичним оч^ванням mRb, Па, та середньоквадрати-чним ввдхиленням оЯь, Па. Коефiцiент варiацi! для мiцностi бетону на стискання С = 0.135 [29]. Зада-емось рiвномiрно розподiленою в iнтервалi вiд 0 до 1 випадковою ймовiрнiстю мiцностi бетону на сти-скання. За знайденим значенням визначаеться квантиль - мщшсть бетону на стискання. Прийнято на-ступнi мщшсш характеристики бетону на стискання в залежносп вiд зон бетонування Яь = 8 МПа; Яь = 10 МПа; Яь = 12 МПа.

Довжина розгону хвилi Ь, м, визначена зале-жно ввд середньо! глибини води у водосховищi Н, м, а також його топографiчних характеристик.

Висоту впрового нагону йк, м, визначаемо за-лежно вiд довжини розгону хвил1 Ь, м, глибини води у водосховищi Н, м, i швидкосп вiтру V, м/с.

Пiд час виконання кожного статистичного ви-пробовування, враховуючи статистичну незалеж-шсть осередк1в землетрусiв, задаемося випадковою щорiчною ймовiрностю сейсмiчних впливiв рЗг, як1 розподiленi ввд 0 до 1.

За значенням р3г визначаемо квантилi - баль-нiсть землетруав Зг, бали. Здiйснюемо перерахунок бальносл землетрусiв для району розташування п-дровузла i обираемо найбiльше значення для даного пдровузла. Виконуемо уточнення бальностi земле-трусу з урахуванням мiкрорайонування мiсця розташування пдровузла.

Виконуемо перерахунок ординат криво! розпо-дiлу щорiчного максимального сейсмiчного впливу 3 у криву розподiлу максимального сейсмiчного впливу 3 за призначений строк експлуатацi!.

Будуемо ймовiрнiсну криву розпод^ розра-хунково! амплiтуди прискорення основи а0, (у час-тках g) ввд максимально! бальностi землетруав 3, бали за призначений строк служби.

Сейсмiчний вплив на бетонну гравiтацiйну греблю визначаемо у виглядi сукупностей таких на-вантажень: шерцшш сили розподiленi по об'ему споруди, сейсмiчний гiдродiнамiчний тиск води на

поверхню споруди, гiдродiнамiчний тиск ввд сейс-мiчних хвиль, як1 виникають на поверхнi водосхо-вища тд час землетрусiв.

Iнерцiйнi сейсмiчнi навантаження визначено за статичною теорiею сейсмостшкосп, згiдно з якою споруда вважаеться такою, що не деформу-еться, а тд час землетрусу коливаеться iз такими ж параметрами, що й грунти основи.

Iмовiрнiсна крива розподiлу горизонтального шерцшного сейсмiчного навантаження 5", кН, буду-еться залежно ввд розрахунково! амплiтуди прискорення основи ао, (у частках g).

Iмовiрнiсну криву розпод^ горизонтально! проекцi! сейсмiчно! гiдродiнамiчно!' сили тиску води ЕркН, будуемо залежно ввд розрахунково! амплпуди прискорення основи а0 (у частках g) i визначаемо сейсмiчний гiдродинамiчний тиск води.

Характеристики грунпв основи заданi випад-ковими величинами вщповщно до норм проекту-вання основ гiдротехнiчних споруд [28]. Коефщент внутрiшнього тертя tgр i питоме зчеплення с заданi за нормальним законом як випадковi корельоваш величини. Так1 корельованi величини тдпорядко-вуються нормальному закону, який визначаеться п'ятьма параметрами, визначеними нижче: матема-тичнi очiкування т^р = 1.19, тс = 300 кПа; серед-ньоквадратичнi ввдхилення а^р = 0.145, стс = 36.6; коефiцiент кореляци с = 0.9756. Визначаеться кореляцiйний момент Кtgр с = 0.184. Коефщент ва-рiацi!' прийнято Су = 0.122 [28].

Задаемося випадковою ймовiрнiстю величини коефщента внутршнього тертя ptgр, розподше-ною ввд 0 до 1. За нормальним законом розподшу iз наведеними вище параметрами mtgр, а%<р обчис-люемо квантиль - значення коефiцiента внутрш-нього тертя tgр. Визначаемо параметри умовного закону розподiлу mtgр с, ар с. За ведомою ймовiрнi-стю величини питомого зчеплення рс, iз викорис-танням умовного закону розподiлу визначаемо квантиль - значення величини питомого зчеплення с, кПа. Графш ймовiрностi розподiлу мiцностi скель-ного грунту тд час стискання наведено на рис. 5.

Ul

Рис. 5. Графт (moeipHocmi розподшу мщноат скелъного грунту nid час стискання, Rm, Па

Зпдно з методом Монте-Карло виконуеться N статистичних випробувань. Для кожного випробу-вання виконуються розрахунки зпдно з наступним алгоритмом:

1. Задаемося випадковими ймовiрностями роз-рахункових навантажень: горизонтальним пдрос-татичним тиском з боку верхнього бефа PWw, тис-ком наносiв PPng, хвильовим тиском PPw, фшьтра-цшним протитиском Pw/c, сейсмiчним впливом Ps.

2. Задаемося випадковими ймовiрностями мщносп бетону на стискання PRb, мiцностi скельно! ос-нови Ркт, параметрами опору зсуву контакту гребл1 з основою Ptgf та питомим зчепленням контакту греблi з основою Рс.

3. За вiдомими значеннями PWw, PPng, PPw, Ps, PW/c та за ввдомими законами розпод^ вiдповiдних випадкових величин знаходяться квантiлi - випад-ковi значення навантажень Ww, Png, P w, S , Epsg,t Epsn W/c.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. За вщомим значенням PPm, Ряь, Рс, PtSf та за вщомими законами розподiлу вщповвдних випадкових величин знаходяться квантилi - випадковi значення мiцностi бетону на стискання Rb, випад-кове значення мiцностi скельного грунту на зми-нання Rm, випадкове значення параметру опору зсуву контакту греблi з основою tgy, випадкове значення питомого зчеплення контакту греблi з основою с.

5. Виконуемо розрахунки з отримання оцшки мiцностi бетону тiла греблi.

5.1. За вщомими значеннями навантажень Ww,

=

M N '

(1)

Iмовiрнiсне значення максимальних нормаль-них напружень для кожного розрахункового пере-рiзу визначаються методом опору матерiалiв за формулою иозацентрового стискання.

Якгцо

ъ

d, тодi

ЪА ъ1

(2)

N 6-М

а = —h

7d

де bd - ширина розрахункового горизонталь ного nepepi3y, м.

1 , _ 1

Якгцо — ' Ь j 6 а

, тодi

(3)

Якгцо

, тодi

Png, Pw

S\ EpSg, EpSn визначаемо випадковi значення

зусиль N, M та ексцентриситету e0 у розрахункових перерiзах тiла греблi.

5.2. Визначаемо випадковi значення вертика-льних напружень а та головних стискаючих напру-жень а3 поблизу низово! гранi греблi за формулами: Визначаючи максимальнi нормальш напру-ження треба враховувати значення ексцентриситету:

> — 2 :

■7 = (4)

За знайденим значенням напруження а визначаеться iмовiрнiсне головне стискаюче напруження гтз на низовш граш грсбл1 за настуиною формулою:

де ти - закладання гранi з боку верхнього б' ефа, м.

5.3. За знайденими значеннями випадково! iмо-вiрностi РРь iз використанням закону розподiлу мь цностi бетону знаходиться квантиль - випадкова величина мщносп бетону Яь.

5.4. Перев1ряегься виконання умови мщносп

бетону за формулою ~ ^ 1 де - розраху-

нковий отр бетону на стискання.

6. Виконуються розрахунки з отримання оць нки мщносп контактного перерiзу та основи. 6.1. За вщомими значеннями навантажень

Pngi Pw

, S\ EpSg, EpSn, W/c та Rm визначаемо положення

та розмiри майданчика зминання, а також положения його центра ваги.

6.2. За вщомими значениями навантажень Рп& Рт, В", ЕрЕрШ, Шс визначаемо випадковi значення зусиль Ы, М та ексцентриситету е0 у контактному перерiзу гребл1.

6.3. Визначаемо випадковi значення вертика-льних напружень о та головних стискаючих напру-жень о3 у контактному перерiзi греблi поблизу ни-зово! гранi за формулами (2) - (5).

6.4. Перев1ряеться виконання умови мщносп

контактного перерпу за формулою

Я,

< 1.

Png? PW? S ,

EpSg, EpSn визначаеться значення сили

зсуву Г.

7.6. Перевiряеться виконання умови стшкосп

греблi проти зсуву за формулою Г < Я.

8. ПШсля виконання уах N статистичних випро-бувань виконуються наступнi розрахунки:

8.1. Визначаеться шльшсть випробувань пь,

при яких не виконуеться умова

< 1, i

визна-

чаеться ймов1ршсть втрати мщносп бетону тша

греб л 1 як вцщошення ^ N .

8.2. Визначаеться шлыасть випробувань пр,

при яких не виконуеться умова

1, i

визна-

чаеться имовфнють втрати мщносп контактного Р = ^

н

перер1зу як вцщошення Л'.

8.3. Визначаеться шлыасть випробувань ;?0,

при яких не виконуеться умова ■

R

,

i визна-

т

чаеться имовфнють втрати м1цносп основи як В1д-Р = ^

ношения

N

8.4. Визначаеться шлыасть випробувань пм

при яких не виконуеться умова

м*

, i ви-

6.5. Перев1ряеться виконання умови мщносп скельно! основи за формулою < 1.

7. Виконуються розрахунки щодо оцiнки стшкосп греблi проти перекидання.

7.1. Визначаеться значення моменпв що утри-мують греблю Мг та моменпв, що перекидають И Mt вiдносно центра ваги майданчика зминання.

7.2. Перевiряеться виконання умови стшкосп греб л i проти перекидання за формулою

Mt < мг

7.3. Виконуються розрахунки щодо оцiнки стшкосп греблi проти зсуву.

7.4. За вщомими значеннями навантажень ввд власно! ваги, фiльтрацiйного та важувального про-титиск1в знаходяться значення сили V, а також сили R iз урахуванням параметрiв tgy та с.

7.5. За вщомими значеннями навантажень Ww,

значаеться ймов1ршсть втрати стшкосп греб л i

проти перекидання як вцщошення ^ N .

8.5. Визначаеться шльшсть випробувань пс,

при яких не виконуеться умова F < R , i визнача-еться ймов1ршсть втрати стшкосп грсб.й проти

Р = ъ.

с

зсуву як вщношення N .

9. Визначаеться шльшсть випробувань n, при яких не виконуеться хоча б одна iз умов та визначаеться узагальнений ризик (узагальнена ймовiр-нiсть) виникнення авари на бетоннiй гравiтацiйнiй гребл1, яка пов'язана з настанням хоча б одного з межових сташв за наступною формулою:

Ри =

п

. (6) Необхвдно зазначити, що для отримання доста-тньо достовiрних ймовiрностей досягнення гранич-них станiв потрiбно виконати досить велику шль-к1сть статистичних випробувань, яка може скла-дати м№йони та десятки мiльйонiв випробувань.

Визначаемо щорiчний ризик настання аварп на бетоннш гравiтацiйнiй греблi на скельнш основi в результатi реалiзацi! подш, як1 вiдповiдають розг-лянутим граничним станам пов'язаним iз: втратою стшкосп гребл1 проти зсуву Рс, вичерпанням мщ-ностi бетону на стискання Рь, перевищенням межо-во! глибини зони розтягання у горизонтальних пе-рерiзах тiла гребл1 у верховш гранi та в перерiзi по контакту гребл1 з основою Ро, iз втратою стiйкостi гребл1 проти перекидання Рм, вичерпанням мщносп контактного перерiзу Рр за наступною формулою:

1

P = 1 - (1 - Pu )T

(7)

Необхвдну к1льк1сть випробувань визначаемо за наступною формулою:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

О 1 - Р Ып = 400• taz •■ и

Pi

u

(8)

де "а - аргумент функцii' нормального розпо-дiлу, значення якого вщповщае ймовiрностi

ta -

значен

05 •(! + а), ta = 1.960.

(( ......

де - значення довiрчоl ймовiрностi,

а = 0.95.

Визначаемо довiрчий iнтервал ймовiрностi виникнення аварп:

- верхня межа довiрчого iнтервалу:

рш = ри + ta •1ЩЕ51

(9)

нижня межа довiрчого iнтервалу:

Pub = Pu -ta- P '(1 -Puu

N

n

. (10)

Ul

У результат виконання розрахуншв цiе! греблi за нормативним детермшютичним методом грани-чних сташв для усiх розрахункових випадшв, як1 було розглянуто, отримано значення коефiцiентiв запасу мiцностi бетону тша греблi, мiцностi контактного перерiзу, мiцностi скельно! основи, емкости греблi проти перекидання та зсуву. Отримаш значення коефiцiентiв запасу перевищують необ-хiднi за нормами проектування значення для усiх розрахункових випадшв.

Зпдно з наведеним алгоритмом розроблено комп'ютерну програму «Визначення ризику (ймо-вiрностi) виникнення аварiй на висошй бетоннiй

гравiтацiйнiй греблi на скельнш основй>. Ця про-грама розроблена у рамках програмного комплексу MathCad.

З використанням розроблено! комп'ютерно! програми виконано розрахунок щодо визначення ризику (ймовiрностi) виникнення аварiй на бетон-нiй гравiтацiйнiй греблi Днiпровського пдровузла класу вiдповiдальностi СС3 [30]. Визначено необ-хвдну к1льк1сть статистичних випробовувань, а саме 0.9^106, за умовою забезпечення достовiрних зна-чень розрахункових ймовiрностей. Результати роз-рахунк1в наведено у табл. 1.

Таблиця 1

Значення ризику виникнення аварш на бетоннш гравгтацшнш греблi класу ввдповвдальносл

Вид аварй' Розрахунковi значення ймовiрностi виникнення аварй на греблi

за весь строк служби щорiчнi

Втрата мщносп контактного перерiзу Рр 4.9010-4 4.9010-6

Втрата стшкосп греблi проти зсуву Рс 0.9010-3 0.90 10-5

Втрата мщносп бетону тша греблi Рь 1.9010-5 1.90 10-7

Втрата мщносп основи Ро 1.5010-6 1.5010-8

Втрата стшкосп греблi проти перекидання Рм 1.60 10-6 1.60 10-8

Узагальнена ймовiрнiсть виникнення аварй' Р 0.9010-3 0.90 10-5

Висновки i мромозицм. Було виконано розра-хунки щодо оцiнки надшносп i безпеки високо! бе-тонно! гравiтацiйно! греблi на скельнiй основi Днш-ровського гiдровузла. Розрахунки були виконаш за нормативним детермiнiстичним методом гранич-них станiв та за допомогою ймовiрнiсного методу теорй надшносп складних технiчних систем. Визначено значення узагальненого щорiчного ризику (щорiчно! ймовiрностi) виникнення аварй' на цш греблi, який складае 0.9^10-5 1/рш при допустимому нормативному значеннi 5-10-5 1/рiк.

Запропонований метод може бути використа-ний пiд час розрахуншв шших бетонних гравггацш-них гребель на скельнш основа

Список лггератури:

1. Агафонова Л. М. Изучение скальных оснований ГТС / Л. М. Агафонова. // Труды Гидропроекта. - 1966. - №14 - С. 218-222.

2. ICOLD. Ageing of dams and appurtenant works. Bulletin. - Paris, France, 1994. - № 93. - 210 p.

3. ICOLD. Dam failures - Statistical Analysis. Bulletin. - Paris, France, 1995. - № 99. - 73 p.

4. ICOLD. Dams less than thirty metres high-cost savings and safety improvement. Bulletin - Paris, France, 1997. - № 109. - 171 р.

5. ICOLD. The use of risk analysis to support dam safety decisions and management. Trans. of the 20-th Int. Congress on Large Dams. - Beijing, China, 2000. - Vol. 1. - P. 19-22.

6. Kreuzer H. A. Probability based evalution of the safety and risk of existing dams / H. Kreuzer, K. A. Bury // Proc. Of the Int. Conf. on Safety Dams Coimbra. - 1984. - P. 61-67.

7. Kreuzer H. Uncertainty in the assessment of failure probabilities / H. Kreuzer. // Hydropower&Dams. - 2003. - Issue 6. - Р. 20-25.

8. Modarres M. Reliability engineering and risk analysis: a practical guide / M. Modarres, M. Kaminskiy, V. Krivtsov. - New York: Marcel Dekker, 1999. - 542 p.

9. Modarres M. What every engineer should know about reliability and risk analysis / M. Modarres. - New York: Marcel Dekker, 1993. - 350 p.

10. Стефанишин Д. В. Прогнозирование аварийности проектируемых и строящихся плотин на основе результатов статистического анализа произошедших аварий / Д. В. Стефанишин. // Изд-во «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева». - 2008. - Т.251. -С. 3-9.

11. Стефанишин Д. В. Статистичш ощнки аваршносп гребель / Д. В. Стефанишин // Вюник НУВГП. Зб. наук. Праць. - 2006. - Вип.3 (35). - С. 111-117.

12. Berga L. Dam safety: proceedings of the international symposium on new tends / L. Berga. -Rotterdam: Balkema. - 1998. - Vol. 2. - 1588 p.

13. Brown A. J. Interim guide to quantitave risk assessment for UK reservoirs / A. J. Brown, J. D. Gosden. - London: Thomas Telford Publishing, 2004. - 161 p.

14. Вайнберг А. И. Надежность и безопасность гидротехнических сооружений / А. И. Вайнберг. -Харьков Тяжпромавтоматика, 2008. - 304 с.

15. Мозговий А.О. Дослвдження кореляцшно! залежносп максимальних витрат р. Дшпро за ста-тистичними даними спостережень у створах пдро-вузлiв Дшпровського каскаду // Науковий вюник будiвництва, вип.65. Харшв: ХДТУБА, 2011. - С. 364-370.

16. Мозговий А.О. Iмовiрнiсна оцшка ризику втрати стiйкостi проти зсуву бетонних гребель пд-ровузлiв Дшпровського каскаду // Вюник Нацюна-льного унiверситету водного господарства та при-родокористування. Збiрник наукових праць. Техш-чнi науки. Випуск 2(62). - Рiвне: Вид-во НУВГП, 2013. С. 154-165.

17. Мозговий А.О. Оцшка надшносп гребель iз грунтових матерiалiв за критерiем переливу води через гребшь греблi // Вiсник Одесько! державно! академй' будiвництва та архггектури. Випуск № 49. Частина 2. - Одеса: Вид-во ОДАБА, 2013. С. 178184.

18. Мозговий А.О. Iмовiрнiсна оцшка надшносп монтажних майданчик1в будiвель пдроелектро-станцiй за критерiями втрати стiйкостi проти зсуву i спливання на прикладi гiдровузлiв Днiпровського каскаду // Збiрник наукових праць Укра!нського державного унiверситету залiзничного транспорту. Випуск № 161. - Харшв: Вид-во УкрДУЗТ, 2016. С. 90-101.

19. Мозговий А.О. Iмовiрнiсна оцшка надшносп шлюзiв на нескельовш основi за критерiями мь цностi i стiйкостi проти зсуву камер шлюзiв на при-клащ гiдровузлiв Днiпровського каскаду // Збiрник наукових праць Укра!нського державного ушвер-ситету залiзничного транспорту. Випуск № 165. -Харшв: Вид-во УкрДУЗТ, 2016. С. 99-109.

20. Мозговий А.О. Iмовiрнiсна оцшка надшносп греблi iз грунтових матерiалiв пдровузла ГЕС Тхакмо у В'етнамi за критерiем переливу води через гребж греблi // Науковий вюник будiвництва, том 86, № 4. Харшв: ХДТУБА, 2016. - С. 122-127.

21. Methodology for a probabilistic analysis of an RCC gravity dam construction. Modelling of temperature, hydration degree and ageing degree fields / A. Gaspar, F. Lopez-Caballero, A. Modaressi-Farahmand-Razavi [and others] // Engineering Structures. - 2014. - Vol. 65. - P. 99-110.

22. A continuous Bayesian network for earth dams' risk assessment: methodology and quantification / O. Morales-Nápoles, D. J. Delgado-Hernández, D.

De-Leon-Escobedo [ and others ] // Structure and Infrastructure Engineering. - 2014. - Vol. 10. - Issue 5. - P. 589-603.

23. Penalty function-based method for obtaining a reliability indicator of gravity dam stability / Y. Li, Y. Sun, B. Li [ and others ] // Computers and Geotechnics.

- 2016. -Vol. 81. - Р. 19-25.

24. Calamak М. Probabilistic assessment of slope stability for earth-fill dams having random soil parameters / M. Calamak, A.M. Yanmaz // 11th National Conference on Hydraulics in Civil Engineering & 5th International Symposium on Hydraulic Structures: Hydraulic Structures and Society-Engineering Challenges and Extremes. — Engineers Australia: 2014. - Р. 34.

25. Alembagheri М. Seismic performance sensitivity and uncertainty analysis of gravity dams / M. Alembagheri, M. Seyedkazemi // Earthquake Engineering & Structural Dynamics. - 2015. - Vol. 44.

- Issue 1. - Р. 41-58.

26. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / [В. Н. Гордеев, А. В. Перельмутер, С. Ф. Пичугин и др.]. - К.: Сталь, 2005. - 478 c.

27. Вероятностные методы оценки надёжности грунтовых ГТС / [Е. А. Беллендир, Д. А. Ивашинцов, Д. В. Стефанишин и др.]. - СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева», 2003. - Т. 1

- 555 с.

28. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений / А. Б . Векслер, Д. А. Ивашинцов, Д. В. Стефанишин. - СПб.: Изд-во «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева», 2002. - 592 с.

29. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений: СНиП 2.06.08-87. -[Действует от 1988-01-01] - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 32 с.

30. Балабай Е. А. Вероятностная оценка риска возникновения аварий на бетонных гравитационных плотинах на скальном основании / Е. А. Балабай // Зб. наук. пр. УкрДУЗТ. - 2015. -№157.- С. 86-92.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.