Расчетные и экспериментальные исследования железобетонных русловых зданий гидро- электростанций и напорных зданий гидроаккумулирующих электростанций

Введение. Напорные стены машинных залов и щитовые стены железобетонных русловых зданий гидроэлектростанций (ГЭС)/напорных зданий гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) находятся под действием давления воды верхнего/нижнего бьефа, которое передается на перекрытия и другие конструкции зданий. Состояние конструкций длительно эксплуатируемых железобетонных русловых зданий ГЭС/напорных зданий ГАЭС может потребовать их усиления, к примеру внешним армированием из углеродных композитных материалов.

Материалы и методы. Установлены несущие конструкции железобетонных русловых зданий ГЭС и напорных зданий ГАЭС, состояние которых может потребовать их усиления. Проведены лабораторные испытания моделей фрагмента верховой стены машинного зала железобетонного руслового здания ГЭС в масштабе 1:15 (без усиления и с усилением углеродной композитной лентой на растянутой грани). Для расчетных исследований НДС руслового здания ГЭС/напорного здания ГАЭС используются численные конечно-элементные методы.

Результаты. Проведенные экспериментальные исследования показали существенное положительное влияние усиления внешним армированием на величины смещений верха моделей, ширины раскрытия межблочных швов, напряжений в растянутой арматуре в швах. Для расчетных исследований создана трехмерная математическая модель руслового здания ГЭС.

Выводы. Состояние конструкций длительно эксплуатируемых железобетонных русловых зданий ГЭС/напорных зданий ГАЭС может потребовать их усиления, к примеру внешним армированием из углеродных композитных материалов. С учетом результатов проведенных лабораторных исследований обоснован метод усиления конструкции верховой стены машинного зала железобетонного руслового здания ГЭС на основе углеродных композитных лент. С целью проведения расчетных исследований создана трехмерная математическая модель руслового здания ГЭС.

1. Raja A.K., Srivastava A.P., Dwivedi M. Power Plant Engineering. New Delhi : New Age International, 2006. 354 p.

2. Lenkov A.Yu., Fisenko V.F. Experience gained from operation of the hydraulic structures of the Votkinsk hydroelectric power plant // Power Technology and Engineering. 2017. Vol. 51. Issue 1. Pp. 33–39. DOI: 10.1007/s10749-017-0779-y

3. Vasilevskaya L.S., Anufrenkova P.S., Gracheva D.A. Evaluation of Concrete Structure Condition of the Volzhskaya Hydroelectric Power Plant // Power Technology and Engineering. 2018. Vol. 52. Issue 2. Pp. 181–184. DOI: 10.1007/s10749-018-0929-x

4. Rodrigues R.V. Structural Design of a Surface Hydropower Plant. Technical University of Lisbon, 2014. Pp. 1–9.

5. Беллендир Е.Н., Лисичкин С.Е., Рубин О.Д. Обоснование эксплуатационного состояния здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 // Гидротехническое строительство. 2020. № 10. С. 5–13. EDN ILATSL.

6. Рубин О.Д., Беллендир Е.Н., Фролов К.Е., Баклыков И.В., Ильин Ю.А., Лисичкин С.Е. Анализ характера трещинообразования стен здания станционного узла ГАЭС и стен батопорта сухого дока с разработкой мероприятий по усилению // Природообустройство. 2022. № 4. С. 63–74. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-4-63-74. EDN FBAMPY.

7. Данила С., Шикшнис А. Состояние гидротехнических сооружений и окружающей среды Круонисской гидроаккумулирующей электростанции // Гидротехническое строительство. 2007. № 7. C. 1–14. EDN IAHKVD.

8. Поташник Н.И. Некоторые вопросы эксплуатации Киевской ГАЭС // Гидротехническое строительство. 1978. № 7. С. 9–12.

9. Рубин О.Д., Ильин Ю.А., Лисичкин С.Е., Нефедов А.В., Розанова Н.В., Черненко В.Н. Оценка напряженно-деформированного состояния и прочности железобетонных конструкций компенсационных секций напорных водоводов Загорской ГАЭС // Гидротехническое строительство. 2001. № 9. С. 16–19.

10. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Гребенщиков В.П., Цыбаков В.А., Нефедов А.В., Катанов А.Д. и др. Расчетное обоснование решений по обеспечению надежности конструкций водосброса № 2 бетонной плотины Богучанской ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Ве-денеева. 2005. Т. 244. С. 228–234. EDN IBXJZX.

11. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Ляпин О.Б., Нефедов А.В. Исследования бетонных и железобетонных энергетических сооружений // Гидротехническое строительство. 1999. № 8/9. С. 22–28.

12. Рубин О.Д., Антонов А.С., Лисичкин С.Е., Баклыков И.В., Бекин Н.В., Фролов К.Е. Расчетное обоснование технического решения по усилению железобетонного перекрытия машинного зала ГЭС // Строительство: наука и образование. 2019. Т. 9. № 1 (31). С. 4. DOI: 10.22227/2305-5502.2019.1.4. EDN ZYDXID.

13. Spyrakos C.C., Raftoyiannis I.G., Credali L., Ussia J. Experimental and Analytical Study on Reinforced Concrete Beams in Bending Strengthened with FRP // The Open Construction and Building Technology Journal. 2014. Vol. 8. Issue 1. Pp. 153–163. DOI: 10.2174/1874836801408010153

14. Zhou Y., Gou M., Zhang F., Zhang S., Wang D. Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: Experimental investigation // Materials & Design. 2013. Vol. 50. Pp. 130–139. DOI: 10.1016/J.MATDES.2013.02.089

15. Герфанова О.А., Осипов П.В., Фролов К.Е. Система внешнего армирования строительных конструкций полимерными композитами на основе углеродных волокон для гидротехнического строительства // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2019. Т. 291. С. 36–46. EDN MNQORR.

16. Сердюк А.И., Чернявский В.Л. Опыт усиления строительных конструкций композиционными материалами при реконструкции Баксанской ГЭС // Гидротехника. 2013. № 3. С. 115–117.

17. Александров А.В. Разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам : дис. … канд. техн. наук. М., 2018. 172 с. EDN MYQZRT.

18. Александров А.В., Беллендир Е.Н., Лащенов С.Я., Альжанов Р.Ш. Ликвидация последствий осадки здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 восстановительные работы // Гидротехническое строительство. 2016. № 7. С. 2–10. EDN WHPWUX.

19. Bellendir E.N., Lisichkin S.E., Rubin O.D. The Operational State Justification of the Building of the Station Unit of Zagorskaya PSPP-2 // Power Technology and Engineering. 2021. Vol. 54. Issue 6. Pp. 806–813. DOI: 10.1007/s10749-021-01291-6. EDN ETYFOA.