при расчете несущей способности статически неопределимых железобетонных конструкций;
при расчете напорных элементов, находящихся в зоне переменного уровня воды и подвергающихся периодическому замораживанию и оттаиванию, а также элементов, к которым предъявлено требование водонепроницаемости (расчет раскрытия трещин);
при определении деформаций и перемещений элементов сооружений для назначения конструкций температурно-усадочных швов и противофильтрационных уплотнений.
6.17. С целью снижения влияния объемных деформаций на напряженное состояние сооружения необходимо предусматривать конструктивные и технологические мероприятия, к которым относятся:
разрезка сооружения постоянными и временными швами;
применение теплоизоляции на наружных бетонных поверхностях, особенно в зонах переменного уровня воды;
применение низкотермичных марок цемента, уменьшение расхода цемента за счет использования пластифицирующих добавок;
регулирование температурного и влажностного режимов поверхностей бетонных массивов, регулирование температуры бетонной смеси, повышение однородности бетона;
замыкание статически неопределенных конструкций, а также омоноличивание массивных конструкций при температурах бетона, близких к его минимальным эксплуатационным температурам.
6.18. Расчетная схема сооружения должна отвечать следующим основным требованиям:
отражать с целесообразной степенью точности действительные условия работы сооружения;
упрощения и допущения, вводимые в расчетную схему, не должны искажать действительных величин несущей способности и деформаций, поскольку занижение расчетных величин может вести к разрушению сооружения, а завышение - к неоправданно высоким коэффициентам запаса;
учитывать последовательность возведения сооружения и его загружения, если это существенно отражается на напряженном состоянии основания и возводимых конструкций.
Расчетные схемы необходимо составлять таким образом, чтобы была возможность использовать ЭВМ. При отсутствии надежных теоретических методов расчета или проверенных ранее аналогичных решений для сооружений I и II классов следует выполнять специальные теоретические и экспериментальные (модельные и натурные) исследования напряженного состояния сооружения.
6.19. Расчетную схему следует приводить к стержневой системе, как правило, балочной, рамной или к плитам с различными схемами опирания. Расчет таких схем следует проводить методами строительной механики.
6.20. При расчете гидротехнических сооружений на общую прочность расчетная схема должна быть принята в зависимости от показателя гибкости t:
при t < 1 сооружение с достаточной степенью точности может быть рассчитано как абсолютно жесткая балка или полоса;
при 1 ≤ t ≤ 10 сооружение рассчитывается как короткая полоса, имеющая конечную жесткость;
при t > 10 сооружение с достаточной степенью точности может быть рассчитано как бесконечно длинная полоса.
При этом ширина полосы может быть принята равной:
, если сечение плиты и нагрузки по ширине практически неизменно;
ширине агрегатного блока (секции);
полной ширине сооружения, если нельзя выделить отдельные полосы с одинаковыми нагрузками и сечениями.
Нагрузки, воздействия и их сочетания
6.21. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения насосных станций, их классификация (постоянные, временные длительного действия, то же кратковременные и особые), а также коэффициенты перегрузок следует принимать в соответствии со следующими главами СНиП:
«Гидротехнические сооружения» - СНиП 2.06.01-86;
«Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения волновые, ледовые и от судов» - СНиП 2.06.04-82;
«Нагрузки и воздействия» - СНиП 2.01.07-85;
«Основная гидротехнических сооружений» - СНиП 2.02.02-85;
«Строительная климатология и геофизика» - СНиП 2.01.01-82;
«Определение расчетных гидрологических характеристик» - СНиП 2.01.14-83;
«Фундаменты машин с динамическими нагрузками» - СНиП II.19.79;
«Основания зданий и сооружений» - СНиП 2.02.01-83;
«Строительство в сейсмических районах» - СНиП II-7-81;
«Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений» - СНиП 2.06.08-87;
«Подпорные стены, проходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» - СНиП 11.55.79.
6.22. При выборе расчетных схем и методики расчета гидротехнических сооружений, определении расчетных нагрузок и их сочетаний следует учитывать все возможные реальные случаи работы сооружений, которые могут возникнуть во время строительства и всего срока эксплуатации проектируемого сооружения. При этом строительные конструкции сооружения должны обеспечить надлежащую прочность и устойчивость сооружения при поярусном возведении протяженных (длинных) сооружений, возможность эксплуатации при незавершенном строительстве, изменение уровенного режима поверхностных и грунтовых вод в процессе эксплуатации, возможность отказа дренажных устройств и т.д.
6.23. Расчет на прочность и устойчивость сооружений IV класса разрешается выполнять только на основное сочетание нагрузок.
6.24. Учет динамических нагрузок от оборудования в сочетании с другими нагрузками устанавливается СНиП II-19-79 по проектированию фундаментов и несущих конструкций зданий и сооружений под машины с динамическими нагрузками.
6.25. Одними из основных нагрузок, определяющих напряженное состояние гидротехнического сооружения, являются контактные напряжения.
Для сооружений III и IV классов на скальных основаниях контактные напряжения следует определять по формулам внецентренного сжатия.
При определении контактных напряжений для сооружений на нескальных основаниях следует учитывать их показатель гибкости и модуль деформации основания.
6.26. Рекомендации по определению нормальных контактных напряжений:
для сооружений на скальных основаниях и для жестких сооружений с плоской подошвой на однородных нескальных основаниях, сложенных несвязанными грунтами с относительной плотностью Д < 0,5 - по формулам внецентренного сжатия;
для жестких сооружений при относительной плотности грунтов основания Д > 0,5 и плоском основании, а также для сооружений, имеющих подошву ломаного очертания, при любой плотности грунтов - по формулам внецентренного сжатия и по методу теории упругости с условным ограничением глубины сжимаемого слоя до 0,3 В для песчаных грунтов и 0,7 В - для глинистых грунтов. Для сооружений III и IV классов, возводимых на несвязных грунтах, и IV класса - на связных грунтах, нормальные контактные напряжения допускается определять только по формулам внецентренного сжатия.
6.27. При определении контактных напряжений с учетом гибкости сооружения допускается применять метод коэффициента постели и метод теории упругости с условным ограничением глубины сжимаемой толщи. При расчете сложных пространственных сооружений (здания насосных станций, водоприемники и т.д.) вместо решения пространственной задачи следует использовать решение плоской задачи, рассматривая независимо два взаимно перпендикулярных направления.
6.28. Боковое давление грунта следует определять в зависимости от условий работы конструкции и вида ее предельного состояния:
при расчетах устойчивости - принимая грунт в состоянии предельного равновесия (давление грунта передается на расчетную поверхность);
при расчетах прочности, перемещений и деформаций - принимая грунт в допредельном состоянии (давление передается непосредственно на поверхность контакта грунта с сооружением).
6.29. Предельное значение бокового давления грунта, соответствующее стадии образования поверхности обрушения (активное давление) или поверхности выпора (пассивное давление), следует, как правило, определять методом предельного равновесия с учетом трения грунта по расчетной поверхности и сцепления.
6.30. Боковое давление грунта, находящееся в допредельном напряженном состоянии следует, как правило, определять как сумму составляющих:
бокового давления в состоянии покоя от собственного веса грунта и нагрузок на его поверхность;
дополнительного реактивного давления при перемещении контактной поверхности в сторону грунта.
6.31. При расчете гидротехнических сооружений IV класса, а также при предварительных расчетах сооружений I, II и III классов допускается пользоваться упрошенными формулами и графиками.
6.32. Волновые нагрузки следует учитывать в расчетах устойчивости и прочности, а также для определения верха сооружений, расположенных на открытых водоемах, а также на реках и каналах, расчетный расход которых превышает 100 м3/с.
6.33. Расчетные нагрузки на перекрытия машинных залов, монтажных площадок, служебных помещений и мостиков следует определять на основании рационально запроектированных схем монтажа и раскладки монтируемого оборудования. Перекрытие монтажных площадок должно быть проверено на въезд транспортных средств (автомашины, трейлеры), если в здании станции установлено оборудование единичным весом более 0,5 т.
6.34. При расчете опорных конструкций агрегатов вертикального исполнения кроме массы электродвигателя следует учитывать вес вращающихся частей насоса и осевое давление воды.
6.35. При установке электродвигателей мощностью более 2000 кВт проверять прочность рамных и балочных опор на динамический крутящий момент, возникающий при токах короткого замыкания.
6.36. Опорные балки и рамы под оборудование мощностью более 1000 кВт необходимо проверять на резонанс; частота собственных колебаний фундамента должна отличаться от колебаний возмущающих сил не менее, чем на 20 ÷ 30 %.
6.37. Объемный вес бетонов и железобетонов сооружений I, II и III классов следует принимать по данным испытаний бетона, состав которого подобран на заполнителях карьера строительства проектируемого объекта. На предварительных стадиях проектирования и при расчетах сооружений IV класса объемный вес бетона разрешается принимать равным 2,2 т/м3, а железобетона - 2,4 т/м3.
Гидравлические расчеты
6.38. Гидравлические расчеты, а в необходимых случаях исследования водозаборных, водовыпускных и водосбросных сооружений, аванкамер, проточного тракта в пределах зданий насосных станций, водоводов (каналы, лотки, трубопроводы) и вентиляционных систем следует выполнять для:
определения потерь напора (местных и по длине водоводов) и экономичного диаметра (габариты, сечения) водовода;
назначения габаритов вентиляционных каналов и выбора оборудования (вентиляторов, заслонок, фильтров и т.д.);
определения времени и габаритов устройств, применяемых для опорожнения емкостей и трубопроводов насосных станций;
определения регулирующей способности комплекса сооружений водовод-насосы-водовод и необходимости строительства дополнительной регулирующей емкости (расчет вести исходя из допустимой частоты включения-отключения основных насосов и допустимой скорости сработки емкости);
составления оптимальных схем маневрирования затворами при пуске осевых и диагональных насосов на закрытый затвор;
назначения очертаний и конструкций русловых сооружений и береговых открылков, раздельных стен и бычков, конструкций крепления дна, откосов и т.д.;
установления вероятного режима переформирования русла реки или водохранилища в створе водозаборного сооружения; оценка возможности общего понижения уровня воды в источнике в связи с увеличением водоотбора или размывам русла реки;
определения ширины водозаборного и водосливного фронтов гидротехнических сооружений, отметок гребня водослива и профиля водосливной поверхности;
выбора оптимального режима работы и конструкций сопрягающих сооружений;
обоснования формы и габаритов проточной части сооружений (сифонов, всасывающих труб насосов, всасывающих и напорных трубопроводов, аванкамер и т.д.);
определения режима работы подводящих и отводящих каналов при включении и отключении насосов (волны пуска и остановки);
определения высотной компоновки насосов (для обоснования правильности выбора и установки насоса по отношению к уровням воды в нижнем бьефе) должен быть построен график совместной работы насосов на один трубопровод; на график необходимо нанести характеристики насосов (Q - H; Q - η; Q - ∆hдоп; Q - N) и потерь напора в трубопроводах (для новых и старых труб).
Гидравлический удар
6.39. Определение величины гидравлического удара необходимо для расчета водоводов и трубопроводной арматуры на прочность и плотность, а также для назначения мероприятий для снижения величины гидравлического удара. Гидравлический удар может сопровождаться повышением давления сверх рабочего и понижением давления ниже атмосферного (вакуум).
6.40. Гидравлический удар необходимо рассчитывать для всех насосных станций, имеющих напорные трубопроводы длиной свыше на следующие возможные расчетные случаи:
гидравлический удар при остановке одного из насосов, оборудованного обратным клапаном, при нормальной работе остальных насосов;
то же, но при отсутствии обратного клапана (проверяются параметры реверса);
то же, при внезапной остановке всех насосов, оборудованных запорными устройствами с гидроприводном или иным независимым приводом (для определения режима закрытия затвора);
то же, при отсутствии запорных устройств (определение параметров удара и реверса);
то же, при внезапной остановке всех насосов, оборудованных обратными клапанами.
6.41. В тех случаях, когда из-за гидравлического удара необходимо увеличить толщины оболочки трубопроводов, расчеты следует повторить при условии применения мероприятий по снижению величины удара. В качестве таких мероприятий следует рассмотреть установку по трассе трубопровода клапанов для выпуска и защемления воздуха, устройств для выпуска воды, установку по трассе трубопровода (отсечных) обратных клапанов, водовоздушных баков, уравнительных башен (колонн), диафрагм, сбросов воды через байпасы или основные насосы, установку предохранительной малоинерционной трубопроводной арматуры.
