Арочные плотины: история, конструкция и современные типы.

Введение

Тип бетонной плотины, изогнутой вверх по течению в плане. Аркадная плотина – это бетонная плотина, изогнутая вверх по течению в плане. Благодаря меньшей толщине по сравнению с другими типами плотин, для их строительства требуется значительно меньше строительных материалов, что делает их экономичными и целесообразными в удаленных районах.

Классификация

В целом, аркадные плотины классифицируются на основе соотношения толщины основания к высоте конструкции (b/h) как: плотина была около высокой и в длину. Ее радиус составлял около , и она состояла из двух каменных стен. Римляне построили ее для снабжения близлежащего Гланума водой. Плотина Монте-Ново в Португалии была еще одной ранней аркадной плотиной, построенной римлянами в 300 году нашей эры. Она была высокой и , с радиусом в . Изогнутые концы плотины соприкасались с двумя крыльями, которые позже были усилены двумя контрфорсами. Плотина также имела два водосброса для привода мельниц ниже по течению. Дамба Дара была еще одной аркадной плотиной, построенной римлянами, о конструкции которой историк Прокопий писал: "Этот барьер был построен не по прямой линии, а изогнут в форме полумесяца, чтобы кривизна, прилегая к течению реки, могла предложить еще большее сопротивление силе потока". Введение концепции упругости при строительстве аркадной плотины Монцальвенс в Швейцарии позволило улучшить профиль плотины в вертикальном направлении, используя параболическую арку вместо круговой. Плотина Пенсакола, завершенная в штате Оклахома в 1940 году, считалась самой длинной многоарочной плотиной в Соединенных Штатах. Разработанная У. Р. Холвеем, она имеет 51 арку и максимальную высоту 150 футов (46 м) над руслом реки. Общая длина плотины и ее секций составляет 6565 футов (2001 м), а секция с несколькими арками – 4284 футов (1306 м) в длину, а в сочетании с водосбросными секциями – 5145 футов (1568 м). Каждая арка плотины имеет пролет 60 футов (18 м), а ширина каждого контрфорса – 24 фута (7 м). Проектирование аркадных плотин продолжало испытывать новые пределы и разрабатывать новые конструкции, такие как двойная кривизна и многокривизна. Альфред Стаки и Бюро мелиорации США разработали метод распределения веса и напряжений в 1960-х годах, и строительство аркадных плотин в Соединенных Штатах пережило свой последний подъем с плотинами, такими как 143-метровая плотина Морроу-Пойнт с двойной кривизной в Колорадо, завершенная в 1968 году. К концу 20-го века конструкция аркадных плотин достигла относительной унификации во всем мире. Самая длинная многоарочная плотина с контрфорсами в мире – плотина Дэниела Джонсона в Квебеке, Канада. Она высокая и в длину по гребню. Она была завершена в 1968 году и введена в эксплуатацию в 1970 году. Плотина Пенсакола была одной из последних многоарочных плотин, построенных в Соединенных Штатах. В ее заявке на включение в NRHP указано, что это произошло из-за того, что три плотины этого типа разрушились: (1) плотина Джем-Лейк, плотина Сент-Францис (Калифорния), плотина озера Ходжес (Калифорния). Ни одна из этих аварий не была вызвана конструкцией с несколькими арками. Чаще всего арка плотины изготавливается из бетона и располагается в V-образной долине. Фундамент или опоры для аркадной плотины должны быть очень стабильными и пропорциональными бетону. Существует два основных типа аркадных плотин: плотины с постоянным радиусом, имеющие постоянный радиус кривизны, и плотины с переменным радиусом, имеющие как восходящие, так и нисходящие кривые, которые систематически уменьшаются в радиусе ниже гребня. Плотина с двойной кривизной как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях может называться купольной плотиной. Аркадные плотины с более чем одной смежной аркой или плоскостью описываются как многоарочные плотины. Ранние примеры включают римскую плотину Эспарагалехо, а более поздние – плотину Дэниела Джонсона (1968) и плотину Итаипу (1982). Однако в результате разрушения плотины Глено в 1923 году вскоре после ее строительства строительство новых многоарочных плотин стало менее популярным. Усадочные швы обычно располагаются через каждые 20 м в аркадной плотине и впоследствии заполняются раствором после охлаждения и затвердевания бетона.

In general, arch dams are classified based on the ratio of the base thickness to the structural height (b/h) as: The dam was about high and in length. Its radius was about , and it consisted of two masonry walls. The Romans built it to supply nearby Glanum with water. The Monte Novo Dam in Portugal was another early arch dam built by the Romans in 300 AD. It was high and , with a radius of The curved ends of the dam met with two winged walls that were later supported by two buttresses. The dam also contained two water outlets to drive mills downstream. The Dara Dam was another arch dam built by the Romans in which the historian Procopius would write of its design: "This barrier was not built in a straight line, but was bent into the shape of a crescent, so that the curve, by lying against the current of the river, might be able to offer still more resistance to the force of the stream." introducing the concept of elasticity during the construction of the Montsalvens arch dam in Switzerland, thereby improving the dam profile in the vertical direction by using a parabolic arch shape instead of a circular arch shape. Pensacola Dam, completed in the state of Oklahoma in 1940, was considered the longest multiple arch dam in the United States. Designed by W. R. Holway, it has 51 arches. and a maximum height of 150 feet (46 m) above the river bed. The total length of the dam and its sections is 6565 feet (2001 m) while the multiple arch section is 4284 feet (1306 m) long and its combination with the spillway sections measure 5145 feet (1568 m). Each arch in the dam has a clear span of 60 feet (18 m) and each buttress is 24 feet (7 m) wide. Arch dam designs would continue to test new limits and designs such as the double and multiple curve. Alfred Stucky and the U. S. Bureau of Reclamation developed a method of weight and stress distribution in the 1960s, and arch dam construction in the United States would see its last surge then with dams like the 143 meter double curved Morrow Point Dam in Colorado, completed in 1968. By the late 20th century, arch dam design reached a relative uniformity in design around the world. The longest multiple arch with buttress dam in the world is the Daniel Johnson Dam in Quebec, Canada. It is high and long across its crest. It was completed in 1968 and put in service in 1970. Pensacola Dam was one of the last multiple arch types built in the United States. Its NRHP application states that this was because three dams of this type failed: (1) Gem Lake Dam, St. Francis Dam (California), Lake Hodges Dam (California). None of these failures were inherently caused by the multiple arch design. Most often, the arch dam is made of concrete and placed in a V shaped valley. The foundation or abutments for an arch dam must be very stable and proportionate to the concrete. There are two basic designs for an arch dam: constant radius dams, which have constant radius of curvature, and variable radius dams, which have both upstream and downstream curves that systematically decrease in radius below the crest. A dam that is double curved in both its horizontal and vertical planes may be called a dome dam. Arch dams with more than one contiguous arch or plane are described as multiple arch dams. Early examples include the Roman Esparragalejo Dam with later examples such as the Daniel Johnson Dam (1968) and Itaipu Dam (1982). However, as a result of the failure of the Gleno Dam shortly after it was constructed in 1923, the construction of new multiple arch dams has become less popular. Contraction joints are normally placed every 20 m in the arch dam and are later filled with grout after the control cools and cures.

Типы

Плотины с постоянным радиусом арки – лицевая сторона плотины со стороны водохранилища имеет постоянный радиус, образуя линейную поверхность по всей высоте плотины. Однако радиус внутренних кривых уменьшается при движении сверху вниз к основанию, что в поперечном сечении формирует треугольную форму. Плотины с переменным радиусом арки – радиус как внутренней, так и внешней поверхности арки плотины изменяется от основания к верху. Радиус арки максимален в верхней части и минимален на более низких отметках. Центральный угол арки также увеличивается при движении вверх. Плотины с постоянным углом арки – являются наиболее экономичными в строительстве. Однако для этого типа плотин требуется более прочный фундамент, так как он предполагает наличие нависаний в зонах опирания. Плотина с постоянным углом арки характеризуется тем, что центральные углы горизонтальных кольцевых элементов арки имеют одинаковую величину на всех отметках.