Необратимые радиальные перемещения (мм)

Год	За год	С начала измерений
1990		14,5
1991	7,7	22,2
1992	3,6	25,8
1993	5,2	31,0

Из таблицы П.П.3 видно, что за 4 года необратимые перемещения гребня плотины составили 31 мм. Размах полных (измеренных) перемещений за период наполнения от УМО отм. 500 м до НПУ отм. 540 м в эти годы составлял 83 — 91 мм (см. таблицу П.П.1). Очевидно, что нельзя пренебрегать столь значительными необратимыми перемещениями при оценке безопасности плотины.

Погрешность измерения перемещений с помощью отвесов составляет 0,52 мм (см. выше), то есть существенно меньше контролируемой величины необратимых перемещений. Поэтому необратимые перемещения гребня приняты в качестве диагностического показателя состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС.

3. Поверочные расчеты (идентификация и калибровка расчетных моделей)

При сравнении измеренных диагностических показателей с результатами проектных расчетов различие между расчетными и измеренными параметрами зачастую столь значительно, что сравнение данных расчетов и натурных измерений не позволяет корректно судить о состоянии сооружения. Причинами существенных различий между расчетом и натурой могут быть:

1) недостаточное соответствие проектной расчетной модели реальной работе сооружения;

2) несоответствие физико-механических характеристик материалов, заложенных в расчетную модель сооружения и его основания, их реальным свойствам.

После нескольких лет эксплуатации и натурных наблюдений за работой ГТС производится корректировка расчетных моделей и выполнение новой серии поверочных расчетов, позволяющих уточнить прогноз и критериальные значения К1, К2. Согласно разделу 4 [1] корректировка включает:

идентификацию (отождествление) расчетной модели и натуры путем проверки гипотез модели на основе натурных наблюдений;

калибровку расчетной модели — уточнение физико-механических характеристик материалов сооружения и основания (уточнение значений коэффициентов разрешающих уравнений модели).

3.1. Идентификация расчетной модели

Технический проект. На стадии технического проекта (1970 г.) статический расчет плотины выполнялся традиционным для того времени методом пробных нагрузок (арок-консолей), разработанным в Бюро Мелиорации США.

Основные гипотезы метода:

гипотеза среды — тело плотины сплошное, без трещин и швов;

гипотеза материала — упругий, линейно деформируемый;

гипотеза формы — справедлива гипотеза прямых нормалей (оболочка типа Э. Рейсснера);

основание — упругая линейно деформируемая опора (схема учета податливости основания, разработанная Ф. Фогтом).

Плотина схематизировалась как симметричная относительно ключевого сечения. Число расчетных арок — пять, число расчетных консолей на половине развертки плотины — шесть.

Дальнейшие расчеты, а также натурные наблюдения за работой плотины показали, что расчетные модели, принятые на стадии технического проекта столь напряженной конструкции, как плотина Саяно-Шушенской ГЭС, не учитывают многих особенностей работы плотины и ее основания.

Рабочие чертежи. На стадии рабочих чертежей были использованы более совершенные модели, реализованные на ЭВМ в виде программных комплексов:

программа ТОРМАК (теория оболочек, метод арочно-консольных направлений), разработанная в Ленгидропроекте;

программа ПРОЗА (пространственная задача), разработанная в НИС Гидропроекта;

программа СИПРАМАК (система программ расчета массивных конструкций), разработанная в Ленгидропроекте.

Методика расчета, реализованная в программе ТОРМАК, по своим гипотезам мало отличалась от метода пробных нагрузок. Основное различие заключалось в том, что применение ЭВМ позволило существенно уточнить расчет за счет сгущения сетки расчетных арок и консолей. В проектных расчетах плотины по программе ТОРМАК на полной развертке плотины принималось 15 арок и 23 консоли.

В программах ПРОЗА и СИПРАМАК была реализована модель трехмерной задачи линейной теории упругости. Обе программы базировались на использовании метода конечных элементов. В ПРОЗЕ использовались барицентрические призматические элементы, в СИПРАМАК — криволинейные изопараметрические элементы высокого порядка точности.

Переход на расчетную модель трехмерной задачи линейной теории упругости позволил существенно приблизить расчетную модель к реальной работе сооружения за счет:

отказа от гипотезы прямых нормалей, справедливой лишь для тонких плотин (а плотина Саяно-Шушенской ГЭС арочно-гравитационная);

включения в расчетную область активной зоны основания плотины, что позволило оценить напряженное состояние основания и уточнить напряженно-деформированное состояние зоны контакта плотины с основанием;

учета последовательности возведения и нагружения плотины.

Ниже, в таблице П.П.4, дано сравнение напряжений в четырех характерных точках плотины, определенных в рамках расчетных моделей, использованных на стадиях технического проекта и рабочих чертежей. В таблице приведены главные напряжения от основного сочетания нагрузок в следующих точках (рис. П.1 а, б):

Рис. П.1 а Рис. П.1 б

А_низ — точка пересечения низовой грани ключевой консоли с основанием; А_верх — точка пересечения верховой грани ключевой консоли с основанием, где в линейно упругих моделях имеют место максимальные консольные напряжения (рис. П4.1 а); точки В_верх, В_низ, где возникают максимальные сжимающие напряжения арочного направления (рис. П.1 б)

Таблица П.П.4