RUDN Journal of Engineering ResearchRUDN Journal of Engineering ResearchВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования2312-81432312-8151Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)1891510.22363/2312-8143-2018-19-2-190-202Architecture and civil engineeringАрхитектура и строительные наукиResearch ArticleNUMERICAL MODELLING OF POWERHOUSE STRUCTURE STRESS-STRAIN STATE CAUSED BY UNEQUAL SETTLEMENT AND DURING ITS LEVELLING OPERATIONSЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЯ СТАНЦИОННОГО УЗЛА В СЛУЧАЕ НЕРАВНОМЕРНОЙ ОСАДКИ И ПРИ ВЫРАВНИВАНИИ ЕГО ПОЛОЖЕНИЯAleksandrovAndrey VАлександровАндрей Викторович

engineer, deputy chief engineer for organization of construction and architecture, JSC “Institute Hydroproject”. Research Interests: hydrotechnical construction, restoration of reinforced concrete structures after unpredicted settlements, strenghtening of reinforced concrete structures with composite materials

инженер, заместитель главного инженера по организации строительства и архитектуре, АО «Институт Гидропроект». Область научных интересов: гидротехническое строительство, восстановление железобетонных сооружений после непроектных осадок, усиление железобетонных конструкций композитными материалами

a.aleksandrov@hydroproject.ruDesigning, Surveying and Research Institute “Hydroproject” named after S.Y. ZhukПроектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» им. С.Я. Жука15122018192VOL 19, NO2 (2018)ТОМ 19, №2 (2018)19020219072018Copyright ©; 2018, Aleksandrov A.V.Copyright ©; 2018, Александров А.В.2018Aleksandrov A.V.Александров А.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/18915

Reinforced concrete elements of the Zagorsk-2 pumped storage station structure had got into unexpected stress-strain state after unequal settlement and bending of the structure crosswise of the flow as a result. Cracks emerged in the load bearing reinforced concrete elements and the reinforcement crossing the cracks suffered significant tensile stresses. Important to mention, that the main reinforcement is arranged along the flow. There was a cofferdam designed and constructed across the reverse channel, which allowed to decreasethe water level and remove water from the channel to provide stabilized position of the powerhouse. After stabilization of the powerhouse, it was planned to level the powerhouse by the compensation grouting method.Based on the finite element soil-structure model of the powerhouse, the stress-strain state of reinforced concrete elements subject to unequal settlement and during the levelling operations was determined.The results of the stress-strain state analysis were compared with the actual in-situ stress data obtained by the “reinforcement de-stressing” method. According to the results of the analysis, it is necessary to strengthen the RC load bearing structures of the Zagorsk-2 powerhouse.In the article, the main design proposals for strengthening the RC load bearing structures of the Zagorsk-2 powerhouseby the external carbon fibre reinforcement are given and justified.

После неравномерной осадки здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 в его железобетонных конструкциях возникло напряженно-деформированное состояние, которое явилось следствием изгиба здания ГАЭС-2 поперек потока. В железобетонных конструкциях возникли трещины, а в арматуре, которую пересекают образовавшиеся трещины, возникли значительные по величине растягивающие напряжения. Рабочее расчетное армирование располагается вдоль потока. Для стабилизации положения здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 предусматривали возведение временной перемычки реверсивного канала и понижение уровня воды в котловане здания ГАЭС-2. После этапа стабилизации планировалось выравнивание положения здания станционного узла методом компенсационного нагнетания. На основе пространственных конечно-элементных моделей здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 с основанием было выполнено определение напряженно-деформированного состояния несущих железобетонных конструкций после его неравномерной осадки и для периода выравнивания положения здания ГАЭС-2. Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния, сформировавшегося после неравномерной осадки здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 и понижения уровня воды в котловане здания ГАЭС-2, согласовывались с натурными данными о напряжениях в арматуре, полученными методом разгрузки арматуры. Анализ результатов расчетов напряженно-деформированного состояния показал, что требуется усиление несущих железобетонных конструкций здания станционного узла Загорской ГАЭС-2. Разработаны и обоснованы проектные решения по усилению несущих железобетонных конструкций здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 внешним армированием на основе углеродного волокна.

powerhouseunequal settlementload bearing structuresstress-strain statecrackstension in rebarsexternal reinforcementcontrolled compensation groutingздание станционного узланеравномерная осадканесущие железобетонные конструкциинапряженно-деформированное состояниетрещинынапряжения в арматуревнешнее армированиеуправляемое компенсационное нагнетаниеSandeep S. Pendhari, Tarun Kant, Yogesh M. Desai. Application of polymer composites in civil construction: Ageneral review. Composite Structures. 2008. No. 84. P. 114—124.Sandeep S. Pendhari, Tarun Kant, Yogesh M. Desai. Application of polymer composites in civil construction: Ageneral review // Composite Structures. 2008. № 84. Pp. 114-124.Einde L.V.D., Zhao L., Seible F. Use of FRP composites in civil structural application. Constr. Build Mater., No. 17. 2003. P. 389 M.R. 403.Einde L.V.D., Zhao L., Seible F. Use of FRP composites in civil structural application // Constr. Build Mater. 2003. №17. Pp. 389 M.R. 403.Duell, J.M., Wilson, J.M., Kessler, M.R. Analysis of a carbon composite overwrap pipeline repair system. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2008. No. 85. P. 782—789.Duell, J.M., Wilson, J.M., Kessler, M.R. Analysis of a carbon composite overwrap pipeline repair system // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 85(2008). Pр. 782-789.Mohitpour M., Golshan H., Murray A. Pipeline design and construction: a practical approach. ASME Press; New York, 2003. Pp. 499—518.Mohitpour M., Golshan H., Murray A. Pipeline design and construction: a practical approach // ASME Press. New York, 2003. Pp. 499-518.Chernyavskij V.L. Sistema remonta i usileniya stroitel’nykh konstruktsii [Repair and strengthening of structures]. Hydrotechnika. 2010—2011. No. 4(21)—5(22). P. 60—63. (In Russ.)Чернявский В.Л. Система ремонта и усиления строительных конструкций // Гидротехника. 2010-2011. № 4(21)-5(22). C. 60-63.Serdyuk A.I., Chernyavskij V.L. Opyt usileniya stroitel’nykh konstruktsii kompozitsionnymi materialami pri rekonstruktsii Baksanskoi GES [Practical experience of strengthening structures of Baksan Hydroelectric Power Station with composite materials during reconstruction]. Hydrotechnika. No. 3(32). 2013. P. 115—117. (In Russ.)Сердюк А.И., Чернявский В.Л. Опыт усиления строительных конструкций композиционными материалами при реконструкции Баксанской ГЭС // Гидротехника. № 3(32). 2013. C. 115-117.Rubin O.D., Lisichkin S.E., Balagurov V.B., Aleksandrov A.V. Novaya tekhnologiya remonta GTS posredstvom armirovaniya kompozitnymi materialami [New technology of repairing hydraulic structures by strengthening with composite materials]. Proceeding of the VNIIG. Vol. 280. 2016. P. 3—10. (In Russ.)Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Балагуров В.Б., Александров А.В. Новая технология ремонта ГТС посредством армирования композитными материалами // Изв. ВНИИГ. Т. 280. 2016. C. 3-10.Lisichkin S.E., Rubin O.D., Shakars I.É., and Novikov S.P. Assessment of the stress-strain state of the left block of the Pļaviņas hydroelectric station powerhouse with consideration of the data of on-site observations. Gidrotekh. Stroit., 1998. No. 2. P. 47—53.Lisichkin S.E., Rubin O.D., Shakars I.É., and Novikov S.P. “Assessment of the stress-strain state of the left block of the Pļaviņas hydroelectric station powerhouse with consideration of the data of on-site observations”. Gidrotekh. Stroit., No. 2. 47-53 (1998).Rubin O.D., Lisichkin S.E., Grebenshchikov V.P., Tsybakov V.A., Nefedov A.V., Katanov A.D., and Ponomarev D.I. Analysis of a reliability assurance solution for the structure of spillway No. 2 of the concrete dam at the Boguchanskaya HPP. Izv. VNIIG. Beton. Zhelezobet. Gidrotekh. Sooruzh., 2005. Vol. 244. P. 227—233.Rubin O.D., Lisichkin S.E., Grebenshchikov V.P., Tsybakov V.A., Nefedov A.V., Katanov A.D., and Ponomarev D.I. “Analysis of a reliability assurance solution for the structure of spillway No. 2 of the concrete dam at the Boguchanskaya HPP”. Izv. VNIIG. Beton. Zhelezobet. Gidrotekh. Sooruzh., 244, 227-233 (2005).Rubin O.D., Lisichkin S.E., Lyapin O.B., and Nefedov A.V. Research on concrete and reinforced concrete power-generating structures. Gidrotekh. Stroit., No. 8/9. 22—28 (1999).Rubin O.D., Lisichkin S.E., Lyapin O.B., and Nefedov A.V. “Research on concrete and reinforced concrete power-generating structures”. Gidrotekh. Stroit., No. 8/9. 22-28 (1999).