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)3442610.22363/1815-5235-2023-19-1-94-109GJKIEKHydraulic constructionsГидротехнические сооруженияResearch ArticleSafety assessment of massive buttress dams in the presence of thermal cracks in themОценка безопасности массивно-контрфорсных плотин при наличии в них трещин температурного происхожденияhttps://orcid.org/0000-0002-9892-146X9152-1962ZimnyukovVladimir A.ЗимнюковВладимир Анатольевич

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Hydraulic Structures

кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехнических сооружений

zimnyukov@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8405-87576748-0927ZborovskayaMarina I.ЗборовскаяМарина Ильинична

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Hydraulic Structures

кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехнических сооружений

moo_abh@mail.ruRussian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural AcademyРоссийский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева30032023191VOL 19, NO1 (2023)ТОМ 19, №1 (2023)9410915042023Copyright ©; 2023, Zimnyukov V.A., Zborovskaya M.I.Copyright ©; 2023, Зимнюков В.А., Зборовская М.И.2023Zimnyukov V.A., Zborovskaya M.I.Зимнюков В.А., Зборовская М.И.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/34426

In the 1950s, the construction of hydropower facilities began in the regions of Siberia and the Far East, characterized by harsh climatic conditions, which should be taking into account to predict the stress state of dams. The aim of the study is an assessment of the conditions for the formation of temperature cracks in concrete dams and their influence on the further operation of the structure, as well as measures and technologies to combat cracking in massive concrete. Thermal stresses often exceed the stresses caused by the action of external loads and lead to the appearance of cracks in the concrete. Almost all modern concrete dams are subject to thermal cracking today. Appropriate design and technological measures must be provided for. When studying the thermally stressed state of lightweight concrete dams, the method of direct reproduction of thermal deformations on models made of brittle materials and computational methods oriented towards computer methods of solving problems are used. The results of modeling and computational studies of massive buttress dams are presented and the influence of the main influencing factors is considered, taking into account the effect of cracking on the operation of such dams.

В 1950-е годы началось строительство гидроузлов в районах Сибири и Дальнего Востока, характеризующихся суровыми климатическими условиями, с учетом которых нужно уметь прогнозировать напряженное состояние плотин. Цель исследования - оценка условий формирования температурных трещин в бетонных плотинах и их влияния на дальнейшую работу сооружения, а также мероприятий и технологии по борьбе с трещинообразованием в массивном бетоне. Температурные напряжения нередко по величине превышают напряжения, вызванные действием внешних нагрузок, и приводят к появлению в бетоне трещин. Температурному трещинообразованию и сегодня подвержены практически все современные бетонные плотины. Необходимо предусматривать соответствующие конструктивные и технологические мероприятия. При изучении термонапряженного состояния облегченных бетонных плотин применяют метод непосредственного воспроизведения температурных деформаций на моделях из хрупких материалов и расчетные методы, ориентированные на компьютерные методы решения задач. Представлены результаты модельных и расчетных исследований массивных контрфорсных плотин, рассмотрено влияние основных воздействующих факторов c учетом влияния трещинообразования на работу таких плотин.

massive concretetemperature differencecrackingharsh climatetemperature regimethermal stress stateconcrete coolingsurface insulationpipe coolingмассивный бетонперепад температурытрещинообразованиесуровый климаттемпературный режимтермонапряженное состояниеохлаждение бетонаповерхностная изоляциятрубное охлаждениеTeleshev V.I. Improvement of constructive and technological solutions for concrete dams on rocky foundations. Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo. 2007;(5):22–24. (In Russ.)Телешев В.И. Совершенствование конструктивно-технологических решений бетонных плотин на скальных основаниях // Гидротехническое строительство. 2007. № 5. С. 22-24.Fomicheva N.N. Thermally stressed state of concreting blocks of hydraulic structures during the construction period, considering elastic-yielding bonds (dissertation of the Candidate of Technical Sciences). Novosibirsk; 1984. (In Russ.)Фомичева Н.Н. Термонапряженное состояние блоков бетонирования гидротехнических сооружений в строительный период с учетом упруго-податливых связей: автореф. дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 1984. 16 с.Kozlov D.V., Krutov D.A. The use of insulation in the design of concrete dams operating in a harsh climate. Prirodoobustrojstvo. 2017;(2):27–33. (In Russ.)Козлов Д.В., Крутов Д.А. Применение утеплителя в конструкции бетонных плотин, эксплуатирующихся в условиях сурового климата // Природообустройство. 2017. № 2. С. 27-33.Aniskin N.A., Hoang N. Predicting crack formation in solid concrete dams in severe climatic conditions during construction period. Vestnik MGSU. Monthly Journal on Construction and Architecture. 2014;(8):165–178. (In Russ.)Анискин Н.А., Хоанг Н. Прогноз трещинообразования бетонных массивных плотин при возведении в суровых климатических условиях // Вестник МГСУ. 2014. № 8. С. 165-178.Aniskin N.A., Trong Chuc N. The problem of temperature cracking in concrete gravity dams. Vestnik MGSU. Monthly Journal on Construction and Architecture. 2020;15(3):380–398. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.3.380-398Анискин Н.А., Чонг Чык Н. Проблема температурного трещинообразования в бетонных гравитационных плотинах // Вестник МГСУ. 2020. № 3. С. 380-398. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.3.380-398Ginzburg S.M., Sheinker N.Ya., Dobretsova I.V., Voznesenskaya N.V. Research on the thermal behavior of concrete structures. Proceeding of the VNIIG. 2011;263:87–97. (In Russ.)Вознесенская Н.В., Гинзбург С.М., Добрецова И.В., Шейнкер Н.Я. Исследования по термике бетонных сооружений // Известия ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева. 2011. Т. 263. С. 87-97.Fomin B.G., Kornyushina M.P. Cementing materials for monolithic concrete dams. RUDN Journal of Engineering Researches. 2010;(2):100–108. (In Russ.)Фомин Б.Г., Корнюшина М.П. Цементационные материалы для омоноличивания бетонных плотин // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2010. № 2. С. 100-108.Demyanova E.A. On the issue of determining the minimum size of cracks that can be cemented. Proceedings of VNII VODGEO. 1971;31. (In Russ.)Демьянова Э.А. К вопросу определения минимального размера трещин, поддающихся цементации // Труды ВНИИ ВОДГЕО. 1971. Вып. 31.Zimnyukov V.A. Influence of crack formation on the thermally stressed state of massive buttress dams. Gidrotekhnicheskie Sooruzheniya, Osnovaniya i Fundamenty. 1979;62:123–135. (In Russ.)Зимнюков В.А. Влияние трещинообразования на термонапряженное состояние массивно-контрфорсных плотин // Гидротехнические сооружения, основания и фундаменты. 1979. Т. 62. C. 123-135.Bronstein V.I., Zimnyukov V.A. Comparison of the results of experiments and calculations by the finite element method of the thermally stressed state of lightweight concrete dams. Gidrotekhnicheskie Sooruzheniya. 1978;58:78–85. (In Russ.)Бронштейн В.И., Зимнюков В.А. Сравнение результатов экспериментов и расчетов методом конечных элементов термонапряженного состояния облегченных бетонных плотин // Гидротехнические сооружения. 1978. Т. 58. C.78-85.Trapeznikov L.P. Temperature crack resistance of massive concrete structures. M.: Energoatomizdat Publ.; 1986. (In Russ.)Трапезников Л.П. Температурная трещиностойкость массивных бетонных сооружений. М.: Энергоатомиздат, 1986. 272 с.Bronstein V.I., Zimnyukov V.A., Kaganov G.M. Investigation of the thermally stressed state of concrete dams, considering the compliance of the foundation. Work of Concrete Dams Together with a Rocky Base: Proceedings of Conferences and Meetings on Hydraulic Engineering. Leningrad: Energiya Publ; 1979. p. 101–108. (In Russ.)Бронштейн В.И., Зимнюков В.А., Каганов Г.М. Исследование термонапряженного состояния бетонных плотин с учетом податливости основания // Работа бетонных плотин совместно со скальным основанием: материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия, 1979. C. 101-108.Zimnyukov V.A., Zborovskaya M.I., Zaitsev A.I. Accounting for temperature effects during the operation of hydraulic structures. Moscow: Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy; 2019. (In Russ.)Зимнюков В.А., Зборовская М.И., Зайцев А.И. Учет температурных воздействий при работе гидротехнических сооружений. М.: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2019. 119 с.Zimnyukov V.A., Zborovskaya M.I. Modeling of the thermally stressed state of concrete hydraulic structures using thermopiles. Safety of Energy Facilities: Scientific, Technical and Production Collection (issue 12, p. 137–146). Moscow: NIIES Publ.; 2003. (In Russ.)Зимнюков В.А., Зборовская М.И. Моделирование термонапряженного состояния бетонных гидротехнических сооружений с использованием термобатарей // Безопасность энергетических сооружений: научно-технический и производственный сборник. М.: НИИЭС, 2003. Вып. 12. C. 137-146.Ali W., Urgessa G. Numerical prediction model for temperature distributions in concrete at early ages. American Journal of Engineering and Applied Sciences. 2012;5(4):282–290. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2012.282.290Ali W., Urgessa G. Numerical prediction model for temperature distributions in concrete at early ages // American Journal of Engineering and Applied Sciences. 2012. Vol. 5. No. 4. Pp. 282-290. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2012.282.290Abdulrazeg A.A., Noorzaei J., Khanehzaei P., Jaafar M.S., Mohammed T.A. Effect of temperature and creep on roller compacted concrete dam during the construction stages. Computer Modeling in Engineering & Sciences. 2010;68(3):239–268. https://doi.org/10.3970/cmes.2010.068.239Abdulrazeg A.A., Noorzaei J., Khanehzaei P., Jaafar M.S., Mohammed T.A. Effect of temperature and creep on roller compacted concrete dam during the construction stages // Computer Modeling in Engineering & Sciences. 2010. Vol. 68. No. 3. Pp. 239-268. https://doi.org/10.3970/cmes.2010.068.239Malm R., Ansell A. Cracking of concrete buttress dam due to seasonal temperature variation. ACI Structural Journal. 2011;1(1):13–22. https://doi.org/10.14359/51664198Malm R., Ansell A. Cracking of concrete buttress dam due to seasonal temperature variation // ACI Structural Journal. 2011. Vol. 1. Issue 1. Pp. 13-22. https://doi.org/10.14359/51664198Enzell J., Malm R., Tollsten M. Predicting the influence of seasonal thermally induced cracking on a reinforced concrete arch dam. KSCE Journal of Civil Engineering. 2022;26:2707–2721. https://doi.org/10.1007/s12205-022-0112-7Enzell J., Malm R., Tollsten M. Predicting the influence of seasonal thermally induced cracking on a reinforced concrete arch dam // KSCE Journal of Civil Engineering. 2022. Vol. 26. Pp. 2707-2721. https://doi.org/10.1007/s12205-022-0112-7Aufleger M., Goltz M., Conrad M. Distributed fibre optic temperature measurements – a competitive alternative for temperature monitoring in large RCC dams. The 5th International Symposium on RCC Dams. Guiyang; 2007. p. 1–8.Aufleger M., Goltz M., Conrad M. Distributed fibre optic temperature measurements - a competitive alternative for temperature monitoring in large RCC dams // The 5th International Symposium on RCC Dams. Guiyang, 2007. Pp. 1-8.