Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2994910.22363/1815-5235-2021-17-4-324-334Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleStress-strain state of reinforced concrete structures of the LN-1 and LN-2 retaining walls of Zagorskaya PSPP taking into account the opening of interblock joints and the formation of secondary cracksНапряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций подпорных стен ЛН-1 и ЛН-2 Загорской ГАЭС с учетом раскрытия межблочных швов и образования вторичных трещинhttps://orcid.org/0000-0002-5764-4734KhanovNartmir V.ХановНартмир Владимирович

Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Hydraulic Structures

доктор технических наук, заведующий кафедрой гидротехнических сооружений

vkhanov@yahoo.comPashchenkoFedor A.ПащенкоФедор Александрович

General Manager

генеральный директор

lenair@lenair.ruRussian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural AcademyРоссийский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. ТимирязеваJSC “LenAeroProekt”АО «Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт воздушного транспорта „ЛенАэроПроект“»15122021174VOL 17, NO4 (2021)ТОМ 17, №4 (2021)32433410012022Copyright ©; 2021, Khanov N.V., Pashchenko F.A.Copyright ©; 2021, Ханов Н.В., Пащенко Ф.А.2021Khanov N.V., Pashchenko F.A.Ханов Н.В., Пащенко Ф.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/29949

Relevance. The lower retaining walls of the water intake of the Zagorskaya PSPP perform the important function of protecting the pressure water conduits from the collapse of the soil massif. Two of them (LN-2 and LN-3) were reinforced with anchor rods. Considering the long period of operation (more than 25 years), certain deviations in the work during examinations and field observations were revealed. So, on the front face of the walls, extended horizontal cracks were recorded (opening of horizontal interblock joints and the emergence of secondary oblique cracks on the front surface of the walls). To carry out computational studies of the stress-strain state of the downstream retaining walls was required. The purpose of the work was to determine the stress-strain state of the lower retaining walls of the water intake of the Zagorskaya PSPP taking into account the opening of interblock joints and the formation of secondary oblique cracks. Methods. Computational studies of the stress-strain state of retaining walls were carried out within the framework of the method of numerical modeling of reinforced concrete structures of hydraulic structures based on finite element models. In finite element models, structural features of retaining walls were reproduced, including anchor rods, horizontal interblock joints, actual reinforcement, secondary oblique cracks. Results. The stress-strain state of the retaining walls was obtained. The stresses in the longitudinal and transverse reinforcement were determined, including when the structure was changed due to anchor rods. In horizontally transverse reinforcement, tensile stresses exceeding the yield point are recorded. It took the development of measures to strengthen the lower retaining walls.

Актуальность. Низовые подпорные стены водоприемника Загорской ГАЭС выполняют ответственную функцию защиты напорных водоводов от обрушения грунтового массива. Две из них (ЛН-2 и ЛН-3) были усилены анкерными тягами. Учитывая длительный период эксплуатации (более 25 лет) при обследованиях и натурных наблюдениях выявлены определенные отклонения в работе. Так, на лицевой грани стен зафиксированы протяженные горизонтальные трещины (раскрытие горизонтальных межблочных швов и выход вторичных наклонных трещин на лицевую поверхность стен). Потребовалось проведение расчетных исследований напряженно-деформированного состояния низовых подпорных стен. Цель исследования заключалась в определении напряженно-деформированного состояния низовых подпорных стен водоприемника Загорской ГАЭС с учетом раскрытия межблочных швов и образования вторичных наклонных трещин. Методы. Расчет напряженно-деформированного состояния подпорных стен проводился в рамках методики численного моделирования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений на основе конечно-элементных моделей. В конечно-элементных моделях воспроизводились конструктивные особенности подпорных стен, в том числе анкерные тяги, горизонтальные межблочные швы, фактическое армирование, вторичные наклонные трещины. Результаты. Получено напряженно-деформированное состояние подпорных стен. Определены напряжения в продольной и поперечной арматуре, в том числе при изменении схемы работы конструкции из-за анкерных тяг. В горизонтально поперечной арматуре зафиксированы растягивающие напряжения, превышающие предел текучести. Потребовалась разработка мероприятий по усилению низовых подпорных стен.

water intakeZagorskaya PSPPlower retaining wallsanchor rodsinterblock jointsoblique secondary cracksstress-strain statefinite element modelsводоприемникЗагорская ГАЭСнизовые подпорные стеныанкерные тягимежблочные швынаклонные вторичные трещинынапряженно-деформированное состояниеконечно-элементные моделиLisichkin S.Ye. Computational studies of the stability and strength of the first tier retaining walls of Zagorskaya PSPP intake. Prirodoobustroystvo. 2012;(2):44–48. (In Russ.)Лисичкин С.Е. Расчетные исследования устойчивости и прочности подпорных стен первого яруса водоприемника Загорской ГАЭС // Природообустройство. 2012. № 2. С. 44-48.Rubin O.D., Zakharov I.B., Lisichkin S.Ye. Assessment of the state of the Pavlovsk HPS road bridge and calculation and experimental substantiation of strengthen measures of it. Energeticheskoye Stroitel'stvo. 1994;(9):47–50. (In Russ.)Рубин О.Д., Захаров И.Б., Лисичкин С.Е. Оценка состояния автодорожного моста Павловской ГЭС и расчетно-экспериментальное обоснование мероприятий по его усилению // Энергетическое строительство. 1994. № 9. С. 47-50.Lisichkin S.Ye., Rubin O.D., Nefedov A.V. et al. Computational studies of the stress-strain state of the first tier retaining wall LV-1 of Zagorskaya PSPP water intake, including taking into account synchronous measurements with daily changes in the level of the upper accumulating basin. Bezopasnost' Gidrotekhnicheskikh Sooruzheniy. 2013;(18):38–50. (In Russ.)Лисичкин С.Е., Рубин О.Д., Нефедов А.В. и др. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния подпорной стенки первого яруса ЛВ-1 водоприемника Загорской ГАЭС, в том числе с учетом данных синхронных замеров при суточном изменении уровня верхнего аккумулирующего бассейна // Безопасность гидротехнических сооружений. 2013. Вып. 18. С. 38-50.Rubin O.D., Baklykov I.V., Antonov A.S. et al. Instrumental and calculated investigations of lower retaining walls of the Zagorskaya PSPP. Prirodoobustroystvo. 2019;(2):80–88. (In Russ.) https://doi.org/10.34677/1997-6011/2019-2-80-88Рубин О.Д., Баклыков И.В., Антонов А.С. и др. Инструментальные и расчетные исследования низовых подпорных стен Загорской ГАЭС // Природообустройство. 2019. № 2. С. 80-88. https://doi.org/10.34677/1997-6011/2019-2-80-88Rubin O.D., Ponomarev D.I., Melnikova N.I. Computational studies of the stress-strain state of the first tier retaining walls of Zagorskaya PSPP water intake. Prirodoobustroystvo. 2011;(5):51–55. (In Russ.)Рубин О.Д., Пономарев Д.И., Мельникова Н.И. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния подпорных стен первого яруса водоприемника Загорской ГАЭС // Природообустройство. 2011. № 5. С. 51-55.Ksenofontova T.K., Nyu F. Reinforced concrete retaining walls, the choice of the distance between buttresses. Problems of Development of Land Reclamation and Water Management and Ways to Solve Them: Proceedings of the International Scientific-Practical Conference (Moscow, 11–12 April 2011). Moscow; 2011. p. 106–111. (In Russ.)Ксенофонтова Т.К., Ню Ф. Железобетонные подпорные стены, выбор расстояния между контрфорсами // Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения. Ч. III. Безопасность гидротехнических сооружений: сборник материалов Международной научно-практической конференции (Москва, 11-12 апреля 2011 г.). М., 2011. С. 106-111.Ahmadi-Nedushan B., Varaee H. Optimal design of reinforced concrete retaining walls using a swarm intelligence technique. Proceedings of the First International Conference on Soft Computing Technology in Civil, Structural and Environmental Engineering (paper 26). Stirlingshire: Civil-Comp Press; 2009. p. 332–343. https://doi.org/10.4203/ccp.92.26Ahmadi-Nedushan B., Varaee H. Optimal design of reinforced concrete retaining walls using a swarm intelligence technique // Proceedings of the First International Conference on Soft Computing Technology in Civil, Structural and Environmental Engineering. Stirlingshire: Civil-Comp Press, 2009. Paper 26. Pp. 332-343. https://doi.org/10.4203/ccp.92.26Nikolaev V.B., Gun S.Ya., Lisichkin S.E., Lyapin O.B. Strength of reinforced-concrete retaining walls. Hydrotechnical Construction. 1988;22(10):616–621. https://doi.org/10.1007/BF01429034Nikolaev V.B., Gun S.Ya., Lisichkin S.E., Lyapin O.B. Strength of reinforced-concrete retaining walls // Hydrotechnical Construction. 1988. Vol. 22. No. 10. Pp. 616-621. https://doi.org/10.1007/BF01429034Chauhan V.B., Murty D., Gade V.K. Investigation of failure of a rigid retaining wall with relief shelves. Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2016;2(73):2492–2497. https://doi.org/10.3208/jgssp.TC302-02Chauhan V.B., Murty D., Gade V.K. Investigation of failure of a rigid retaining wall with relief shelves // Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2016. Vol. 2. No. 73. Pp. 2492-2497. https://doi.org/10.3208/jgssp.TC302-02Chauhan V.B., Murty D. Behaviour of rigid retaining wall with relief shelves with cohesive backfill. 5th International Conference on Forensic Geotechnical Engineering (Bangalore, 8–10 December 2016). Bangalore; 2016. p. 350–357.Chauhan V.B., Murty D. Behaviour of rigid retaining wall with relief shelves with cohesive backfill // 5th International Conference on Forensic Geotechnical Engineering (Bangalore, 8-10 December 2016). Bangalore, 2016. Рp. 350-357.Pei Y., Xia Y. Design of reinforced cantilever retaining walls using heuristic optimization algorithms. Procedia Earth and Planetary Science. 2012;(5):32–36. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2012.01.006Pei Y., Xia Y. Design of reinforced cantilever retaining walls using heuristic optimization algorithms // Procedia Earth and Planetary Science. 2012. No. 5. Pp. 32-36. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2012.01.006Fedorova T.S. The stress-strain state of the walls of the lock chambers of the Moscow Canal (Thesis of Candidate of Technical Sciences). Moscow; 2017. (In Russ.)Федорова Т.С. Напряженно-деформированное состояние стен камер шлюзов канала имени Москвы: дис.. к.т.н. М., 2017. 145 с.Wu Y., He S., Li X. Failure mechanism and seismic design of retaining wall in earthquake. Environmental Earth Sciences. 2011;65(4):1013–1019. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1462-5Wu Y., He S., Li X. Failure mechanism and seismic design of retaining wall in earthquake // Environmental Earth Sciences. 2012. Vol. 65. Pp. 1013-1019. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1462-5