Главная / Статьи / Циклы статей / Выносливость гидротехнического железобетона / Глава 1.10

Примеры разрушений конструкций ГЭС

Бетонная гравитационная плотина ГЭС длиной по гребню 380 м и напором 67 м возводилась в две очереди: сначала водосливная плотина и правобережный глухой береговой участок, затем щитовая стенка гидроэлектростанции с левобережным глухим участком.

При бетонировании «гребенки» в каждом 18-метровом пролете водосливной плотины было оставлено по одному временному донному отверстию галереи шириной 4 м и переменной высотой 4,6-6.5 м. Временные донные галереи рассчитывались на пропуск расходов 400 м3/с в летний период при меженных уровнях и 300 м3/с - в зимний период.

Для регулирования расходов, пропускаемых через плотину, на расстоянии 20,2 м от напорной грани в галерее были установлены плоские колесные двухсекционные затворы, рассчитанные на напор 67 м. Для управления затворами в специальной потерне на герметических крышках, закрывающих пазы затворов, были установлены гидроподъемники. Пазы рабочих затворов были облицованы металлическим листом толщиной 12 мм. Участок галереи перед рабочим затвором на длине 2,5 м также облицован листом толщиной 12 мм.

В течение 5-5,5 мес донные галереи работали при незначительном подъеме верхнего бьефа без регулирования попусков затворами, после чего водолазным обследованием было установлено значительное разрушение пазов основного затвора и частичное самих стенок галерей. Сильная фильтрация через верховой аварийно-ремонтный затвор свидетельствовала также о повреждениях в уплотнениях и пазовых конструкциях. Подводное обследование показало, что дальнейшая эксплуатация галереи (основной затвор) исключается. Аналогичная картина наблюдалась и в среднем пролете.

В результате осмотра правой галереи были установлены участки разрушений: порог полностью сорван, бетон под порогом разрушен и образовалась овальная яма глубиной до 1,2 м; вся металлическая облицовка пазов, за исключением небольшого участка на обратном пути правого паза, сорвана, анкеры, крепящие облицовку, разорваны.

Рабочий путь рельсов на высоту 2,5 м от порога в обоих пазах сорван и унесен потоком. Торцовый путь (нержавеющая сталь, наваренная на стальную полосу толщиной 40 мм) в правом пазе сорван с анкерных болтов на высоту 4,0 м. В левом пазе торцовый путь сохранился, но анкерные болты частично -срезаны, Погнуты, болтовые отверстия в полосе сильно разработаны, нержавеющая сталь частично сточена потоком; обратный путь (двутавр №30) в правом пазе вырван на высоту около 4 м, в левом - на 2,5 м, при этом обратный путь разорван по металлу; в обоих пазах верхнего аварийно-ремонтного затвора облицовывающие угол рабочих пазов швеллеры №20 сорваны.

Осмотр галереи в среднем пролете показал аналогичную картину.

При сравнении результатов осмотра всех трех галерей оказалось, что места и характер разрушения пазов бетона одинаковы. Разрушения металлических элементов имели характерные усталостные разрывы.

Эти разрушения явились следствием воздействия значительных гидродинамических нагрузок и кавитации, образовавшихся из-за неудовлетворительного очертания пазов плоских колесных затворов.

На одной из крупных равнинных ГЭС было принято рыбозаградительное устройство, представляющее собой свободно висящие в потоке тяжелые трубчатые электроды, подвешенные к металлическим мостовым фермам пролетом 60 м.

Фермы опираются на 10 железобетонных бычков сечением 1,5x5 м и высотой около 20 м, установленных на плитах горизонтальной части рисбермы толщиной 3 м на расстоянии около 80 м от низовой грани гидроэлектростанции. С плитой рисбермы бычки соединяются выпусками рабочей арматуры периодического профиля класса А-Н диаметром 50 мм, заделанными в плиту на длину 150 см. При расчете устойчивости бычков были учтены гидродинамические нагрузки, вызванные пульсацией потока, введением коэффициента динамичности 1,3. После затопления котлована и перекрытия основного русла реки гидравлический режим в нижнем бьефе гидроэлектростанции характеризовался сильной пульсацией скоростей течения как по величине, так и по направлению.

Бычки подвергались воздействию весьма неравномерной по времени гидродинамической нагрузки, вызвавшей колебания тела бычка. После месячной работы бычки рыбозаградительного устройства упали. При этом воздействующие нагрузки были меньше расчетных. Анализ частотного спектра пульсаций и собственной частоты колебаний бычка показал возможность их совпадения, что могло привести к резонансным явлениям и вследствие этого к резкому возрастанию напряжений в конструкции. Повторность нагружений в свою очередь привела к проявлениям усталостных нарушений в материалах и, прежде всего, в заделке арматуры в плитах рисбермы.

При назначении длины анкеровки арматуры бычков в плитах рисбермы не был учтен усталостный характер их нагружения. В результате во всех бычках, как показал водолазный осмотр, выпуски арматуры были выдернуты из заделки их в плиты рисбермы.

Стенки камер рабочих колес турбин и отсасывающих труб гидроэлектростанций также испытывают значительные гидродинамические нагрузки. Пульсация давлений с большой частотой и амплитудой изменения часто приводит к серьезным повреждениям их металлической облицовки. На одной гидроэлектростанции с рабочим напором 35 мм через 3 года после начала эксплуатации в месте перехода колена нижней части отсасывающей трубы на горизонтальный участок был обнаружен в облицовке овальный вырыв в стальном листе толщиной 8 мм размером 0,8 м. Края были чистые, как бы срезанные резцом. Кроме того, два листа облицовки размером 1,25x2,0 м были сорваны по месту приварки их к анкерной раме, заложенной в бетон. Стальная облицовка была восстановлена путем приварки новых листов и инъекций цементного раствора в полости за облицовкой. Менее чем через год приваренные листы, а также основные стальные листы оказались в некоторых местах сорванными. Аналогичное повреждение после 6 лет эксплуатации было обнаружено в стальной облицовке другой гидростанции. Причиной повреждения стальных облицовок отсасывающих труб была признана пульсация давления, которая при наличии незначительных полостей между облицовкой и бетоном вызвала многократный изгиб облицовки и последующий излом ее вследствие усталости металла.

На каскаде из четырех низконапорных гидроэлектростанций (напор 18 м) после 15 лет эксплуатации потребовался капитальный ремонт стальных облицовок в четырех (из восьми) камерах рабочих колес турбин.

В одной из камер рабочего колеса поворотно-лопастной турбины появился шум, уменьшавшийся при снижении нагрузки и увеличивавшийся при ее повышении. При осмотре камеры в облицовке из нержавеющей стали толщиной 12 мм были обнаружены горизонтальные и вертикальные трещины и полости за ней. При ремонте ограничились заваркой трещин, приваркой небольших вставок и заполнением полостей за облицовкой цементным раствором. В течение 6 мес гидростанция работала без остановок. При увеличении нагрузки на агрегат шумы в камере резко усилились, а затем появились сильные удары, сотрясающие здание станции. При осмотре камеры рабочего колеса были обнаружены отрыв стальной облицовки на участке размером 325X Х1300 мм и полость за ней глубиной 1,60 м. Оторвавшийся кусок облицовки задевал за лопасти рабочего колеса. Приваренные при ремонте вставки были расшатаны и имели сквозные трещины. Самая большая вставка размером 380x1000 мм обнаружена не была. Причиной повреждения облицовок камер рабочих колес во всех случаях явились наличие полостей в бетоне и излом облицовки от усталости металла при многократном изгибе ее под действием пульсирующей нагрузки.

На одной крупной низконапорной гидроэлектростанции турбинная камера выполнена из шести литых чугунных сегментов, скрепленных болтами и защищенных от кавитации и истирания облицовкой из нержавеющей стали. Стальные листы прикреплены к чугунным сегментам многочисленными. На этой гидроэлектростанции также отмечались отрыв стальных листов облицовки и вымывание бетона, повреждение облицовки пояса, сопрягающего камеру рабочего колеса с отсасывающей трубой, и облицовки отсасывающей трубы.

В конструкции камеры рабочего колеса поворотно-лопастных турбин предусмотрен отъемный сектор.

Изучение опыта эксплуатации 31 ГЭС показало, что в тех случаях, когда секторы крепятся к основному бетону домкратами и талрепами, секторы и элементы их крепления получают повреждения. Аварии самого сектора сопровождаются полным разрушением домкратов и талрепов, появлением трещин на рёбрах жесткости, ослаблением и разрушением периферийных крепежных болтов, перемещением сектора в сторону камеры рабочего колеса. Характер разрушений домкратов и талрепов во всех случаях примерно одинаков: разрываются закладные скобы, обрываются крюки талрепов на изгибах, отрываются опорные плиты домкратов от ребер жесткости сектора, а домкраты от опорных плит. Главными причинами аварий отъемных секторов и их крепления являются высокие местные напряжения, возникающие в конструкции при установке домкратов и талрепов, и знакопеременные нагрузки, действующие на камеру рабочего колеса при работе турбины и приводящие к усталости металла.

Как видно из приведенных выше примеров, для обеспечения надежной работы гидротехнических сооружений при воздействии динамических нагрузок различного происхождения необходимы детальный анализ динамических свойств конструкций и оценка их выносливости. Неучет этих факторов может привести к серьезным повреждениям и даже разрушению сооружения, требующим значительных затрат на восстановительные работы. Практика эксплуатации гидросооружений показывает, что эти затраты во много раз могут превосходить стоимость дополнительных мероприятий по обеспечению динамической прочности и выносливости конструкций.


<< ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА
Особенности поведения конструкций при динамических нагрузках
 СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >>
Усталостные свойства материалов
<< Содержание >>
  
добавить фирму | добавить объявление | заказ рекламы | карта сайта | политика конфиденциальности | написать нам
Время генерации страницы: 0,0064 sec.
STROYFIRM.RU © 2004-2024 Каталог Строительных Фирм
↑НАВЕРХ↑