Центр компетенеции SOFiSTiK: Анализ напряженно-деформированного состояния арочно-гравитационной плотины с помощью ПК SOFiSTiK

О проекте:

В августе 2009 г. произошла авария в машинном зале Саяно-Шушенской ГЭС, повлекшая человеческие жертвы. С целью оценки возможных последствий аварии для надежности (прочности и устойчивости) плотины Саяно-Шушенской ГЭС руководство компании «РусГидро» решило провести проверку прочности и устойчивости плотины с помощью конечно-элементного моделирования. Выполнение этой работы было поручено нескольким организациям, в числе которых был и Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет. 

Задачи:

Согласно техническому заданию Заказчика конечно-элементная модель системы «плотина - основание» должна была расчетным путем воспроизвести все основные этапы возведения, загружения и эксплуатации плотины СШГЭС:

• последовательное возведение и нагружение плотины с учетом возможного раскрытия трещин;
• работу плотины при переменном уровне водохранилища с учетом раскрытия трещин;
• проведение ремонтных работ - инъектирование трещин;
• работу плотины при переменном уровне водохранилища в современном послеремонтном состоянии.

Наряду с переменной гидростатической нагрузкой и собственным весом сооружения необходимо было учесть переменное температурное воздействие - сезонные колебания температур воздуха и воды в водохранилище, которые оказывают значительное влияние на НДС системы «плотина - основание».

Качество разработанной конечно-элементной модели должно было оцениваться путем сопоставления результатов расчетов с данными натурных наблюдений, полученных с помощью КИА.

Решение:

В качестве инструмента для построения расчетной модели был использован комплекс программ конечно-элементного моделирования SOFiSTiK  - интегрированный программный комплекс конечно-элементного анализа строительных конструкций, зданий, мостов, тоннелей и решения геотехнических задач.

Важной особенностью этого комплекса является возможность рассчитывать совместные пространственные системы «сооружение-основание», в том числе, с физически нелинейными свойствами, и включает в себя модули для решения статических, динамических фильтрационных и теплофизических задач.

Результаты:

• Была построена конечно-элементная модель.
• Проведено уточнение характеристик модели по данным натурных наблюдений. 
• Был выполнен расчет по определению первой частоты собственных колебаний системы.
• Была проведена серия расчетов НДС для сравнения с натурными данными 2009 г., в том числе для состояния сооружения после аварии августа 2009 г. 
• Были получены аналогичные расчетные значения для напряжений.

На основании выполненного исследования был сделан вывод, что авария в августе 2009 г. не привела к недопустимым изменениям в состоянии системы «плотина-основание». В настоящее время плотина Саяно-Шушенской ГЭС находится в нормальном эксплуатационном состоянии.