Lucne Brane - Seminarski

Seminarski Seminarski rad rad - Hidr Hidrotehni otehničk čke e konstrukc konstrukcije ije

Sanja Ožvat, Ožvat, Kosta Kosta Lalošev Lalošević ić

1. UVOD Lučna brana koristi efekat luka da opterećenja prenese preko bokova na oslonce u kosinama rečne doline. Deo opterećenja se prenosi 'konzolno' u dno doline (kao kod gravitacionih brana). Da bi se ekonomično iskoristio efekat luka odnos visine brane ! i "irine doline # ne bi trebalo da je manji od !$# % &$. a lučnu branu su neophodni stabilni oslonci jer pomeranje bokova vodi ru"enju brane.  obzirom da se u luku brane dozvoljavaju samo pozitivni normalni naponi (tj. pritisci) lučne brane se kao i gravitacione grade od nearmiranog betona. * proseku pet puta manje betona je potrebno za lučnu branu u odnosu na gravitacionu iste visine pa je jasno da je u uskim dolinama sa dobrom stenom u bokovima lučna brana bolje re"enje. +ta vi"e lučna brana je za uzane doline čvrstih bokova često najekonomičnije najekonomičnije re"enje (i kad se poredi sa ostalim tipovima , olak"anim i nasutim branama). -sta -sta optere opterećen ćenja ja koja koja deluju deluju na gravi gravitac tacion ionuu branu branu deluju deluju i na lučnu lučnu branu branu (hidro (hidrosta statič tička ka hidrodinamička nanos led zemljotres i sl.) samo se drugačije prenose kroz objekat do oslonca. Lučne brane su najmanje osetljive na prelivanje pa se kod njih evakuacioni organi dimenzioni"u na manji proticaj nego kod drugih tipova brana (obično se dimenzioni"u dimenzioni"u na &,godi"nju &,godi"nju veliku vodu).

slika 1; brana Hoover Hoover,, reka reka Kolorado

predstavlja ja deo brane ograničen ograničen dvema horizontalni horizontalnim m ravnima ravnima na Luk (lučna jedinica) , predstavl razmaku od &m. Lukovi mogu biti konstantne debljine ili mogu biti osmi"ljeni tako da se njihova debljina postepeno povećava sa obe strane referentne ravni (lukovi sa promenljivom debljinom).

Uklještenje (jedinica uklještenja) , predstavlja deo brane ograničen dvema vertikalnim ravnima na razmaku od &m. Uzvodno i nizvodno lice brane ,granične povr"ine lučne brane upravne na vodotok.

1

Seminarski rad - Hidrotehničke konstrukcije

Sanja Ožvat, Kosta Lalošević

2. OSNOVN !"!O"U# $e%to &ra'enja. a razliku od gravitacionih brana koje celokupno opterećenje nose sopstvenom te/inom lučne brane deo opterećenja nose te/inom a veliki deo prenose na bokove doline u koju su uklje"tene. bog toga geometrija mesta gra0enja je ključna po pitanju izbora tipa lučne brane. 1o pravilu lučna brana zahteva teren dovoljne čvstoće i nosivosti da podnese napone od brane. * posebnom slučaju se koriste ojačanja u vidu pritisnutih blokova koji povećavaju nosivost terena. Odno% duine i vi%ine. 2ajveće ekonomske prednosti lučnih brana se mogu postići sa odnosom du/ine prema visini manjom od 3$&. a odnose manje od 4$& upotreba lučne brane je optimalna za odnose izme0u 4$& i $& zavisno od konkretnog slučaja lučna brana se jo" uvek mo/e pokazati kao racionalno re"enje. a veće odnose izboru mora prethoditi detaljno ispitivanje ali se u tim odnosima izgradnja lučne brane ne preporučuje. %tet%ki uti%ak uklještenja. 1rofili lučnih brana treba da budu izvedeni "to gla0e tako da konačni estetski utisak bude "to bolji. vako uklje"tenje treba da bude izvedeno kao blaga geometrijska kriva od jedne ili dve parabole ili hiperbole. 5ako0e po jedna tačka infleksije na svakom uklje"tenju će omogućiti povoljnu raspodelu napona na kontaktu sa stenom. 5eren se pre izgradnje brane mora pripremiti očistiti i poravnati. vaka neravnina bi predstavljala mesto koncentracije napona "to je jako nepovoljno za stabilnost konstrukcije i okolnog tla. U&ao ize'u lukova i terena. 6o" jedna va/na preporuka u konstruisanju lučnih brana je ugao koji lukovi brane zaklapaju sa konturnim linijama stenskog materijala. *gao 7 sa slike bi po pravilu trebao biti veći od 48 kako bi se izbegle veće koncentracije napona. 9ko se ovaj ugao ne mo/e odrediti pre detaljnih analiza napona kao vodilja se mo/e koristiti ugao :. Lukove treba postavitii tako da ugao : bude veći od 38 na gornjoj polovini visine brane. ! je tangencijalna komponenta rezultujuće sile od luka. ;adijalna i vertikalna komponenta rezultante se tako0e moraju ispitati u daljim koracima projektovanja brane.

slika 2; uglovi α i β

2



*eelji. Lučna brana zahteva stenovitu podlogu odgovarajuće nosivosti koja mo/e da izdr/i opterećenja od brane i akumulacije. bog male "irine kontakta brana,temelj u odnosu na ostale tipove brana lučna brana zahteva veće dozvoljene napone na spojnici. * praksi temelji sa homogenim karakteristikama koji u svakoj tački imaju istu nosivost su izuzetno retka. Lučne brane imaju mogućnost da 'ojačaju' slabe zone u terenu i prisustvo 'gre"aka' u terenu ne utiču mnogo na nosivost cele konstrukcije pod uslovom da je debljina slabijeg sloja mnogo manja od debljine konstrukcije. De+oracije teelja. Deformacije temelja imaju direktan uticaj na napone u telu brane. 2i/e vrednosti modula deformacije temelja smanjuju napone u brani i suprotno deformabilniji temelji imaju negativniji uticaj na naponska stanja u brani. ato je odre0ivanje deformabilnih karakteristika veoma va/an korak u projektovanju. 1ostoji vi"e modela koji aproksimiraju zavisnost temelj,tlo i daje se čvrsta preporuka da se primeni "to realniji model. !relivi u %klo,u brane. 9ko je preliv lociran blizu sredine brane lukovi nemaju veliku ulogu. ertikalne razdelnice (spojnice) izme0u lamela ostavljaju se nezapunjene sve do potpunog očvr"ćavanja betona. alivanje razdelnica se vr"i u vreme niskih temperatura kada se beton u lamelama skupi "to je moguće vi"e tako da naknadno "irenje kada se temperatura povisi mo/e da izazove samo napone pritiska (neka vrsta termičkog prednaprezanja).





-. OL/0/ *"N ?blici terena klasifikovani su kao uski,> "iroki,> uski,* i "iroki,* presek. ?vi nazivi omogućuju projektantu vizuelizaciju terena na osnovu koje će načelno osmisliti projekat.

slika 3; šematski prikaz različitih oblika terena kod izgradne lučnih brana

U%kiV ,re%ek. =od ovakvog oblika terena odnos du/ine krune brane i visine lučne brane je @$& ili manji. =anjoni tog tipa su uglavnom pravi i konvergiraju ka uskom koritu vodotoka. 5eren uskog,> preseka preporučuju se za lučne brane s obzirom da će naneti teret biti prenet na stensku masu prete/no delovanjem luka. Lukovi su uglavnom konstantne debljine dok su uklje"tene jedinice skoro vertikalne sa blagom zakrivljeno"ću kod krune brane. Lica brane biće u većini slučajeva kru/na u osnovi a brana relativno tanka. a gledi"ta izbegavanja prekomernih sila zatezanja u luku osnova bi trebala da bude takva da obezbe0uje "to veću zakrivljenost luka. 3irokiV ,re%ek. ?dnos du/ine krune brane i visine je je A$& ili vi"e. Bornja granica ovog odnosa za lučne brane jeste &$&. idovi kanjona imaju veća talasanja ali su relativno pravi nakon iskopa konvergirajući ka manje nagla"enom >,useku ispod korita reke. >ećina opterećenja prenosi se na stenu preko dejstva lukova. Lukovi su generalno konstantne debljine sa mogućim zadebljanjima blizu podupirača. Centralna jedinica uklje"tenja je vi"e zakrivljena i deblja od centralne jedinice uklje"tenja uskog,> preseka iste visine. * osnovi kruna brana je uglavnom sa tri centra i polako prelazi u luk sa jednim centrom iznad rečnog korita. Lukovi su deblji nego oni kod uskog,> preseka. U%ki U,re%ek. =od ovakvog oblika terena zidovi kanjona su skoro vertikalni u njegovoj gornjoj polovini. +irina rečnog korita kod ovog preseka je velika. -znad četvrtine visine brane većina opterećenja biće preneta na stensku masu dejstvom lukova dok će ispod postepeno ka dnu brane opterećenje preuzimati uklje"tenja. Lukovi pri vrhu brane konstante su debljine dok bli/e rečnom koritu postaju promenljive debljine. *klje"tenja su vi"e zakrivljena nego ona kod uskog,> preseka iste visine. Lica brane su generalno kru/na u osnovi. Lukovi su tanji zbog uskog terena. =od brana konstruisanih na ovakvom terenu tetive donjih lukova imaju skoro istu du/inu kao tetive gornjih lukova. * tim slučajevima različita debljina lukova daje konstantnu distribuciju pritisaka. !



3iroki U,re%ek. ?vakav teren je najte/i za projektovanje lučnih brana zbog toga "to je većina lukova veoma dugačka u odnosu na du/inu krune preliva. * najni/oj četvrtini brane većinu opterećenja na stensku masu prenose uklje"tenja zbog toga "to dugi lukovi nose jako malo opterećenja. * ovoj oblasti debljina uklje"tenja se naglo povećava da bi brana izdr/ala povećanje statičkog pritiska vode. Debljina lukova u horizontalnom pravcu mo/e biti konstantna u kruni brane i promenljiva u zoni rečnog korita. 1ovećanje debljine najče"će počinje od gornje trećine visine brane. akrivljenje uklje"tenja u delu krune brane kod ovog tipa preseka je najizra/enije u odnosu na ostale navedene preseke.

"



4. 5#"/VL6NOS* LU7N "N Lučne brane mogu biti konstruisane kao jednostruko ili dvostruko zakrivljene. 6ednostruko zakrivljene lučne brane su zakrivljene u osnovi. 1oprečni preseci imaju vertikalne ili nagnute zidove. Dvostruko zakrivljene lučne brane su zakrivljene kako u osnovi tako i u preseku. ?vaj tip brane je ekonomičniji od jednostruko zakrivljenog jer se posti/e u"teda u količini betona koju je potrebno ugraditi za ista spolja"nja opterećenja. 2a nizvodnom licu brane gornji deo betona 'visi' iznad donjeg dela. ?va razlika je najveća na sredini brane (posmatrano u osnovi) i smanjuje se ka krajevima. 5aj prepu"teni deo smanjuje napone na gornjoj četvrtini nizvodnog lica brane. uprotno na uzvodnom licu zakrivljenost smanjuje napone usled pritisaka vode. * toku izgradnje objekta stabilnost ovih krivina je ugro/ena pa se one moraju podupirati odgovarajućim konstruktivnim elementima.

slika !; ednostruka i dvostruka zakrivlenost lučne brane

Lučne brane mogu biti simetrične ili nesimetrične u zavisnosti od terena.
#



#rane mogu biti konstruisane sa konstantnom zakrivljeno"ću odnosno sa jednim dva ili tri radijusa zakrivljenosti. =od konstantne zakrivljenosti svi lukovi po visini imaju isti poluprečnik a brana je nepromenljive debljine. #rane sa jednim radijusom krivine nepromenljive debljine imaju isti centar krivine za uzvodno i nizvodno lice brane. =ada se radi o branama promenljive debljine centri krivina nisu jednaki ali le/e u referentnoj ravni. Linije centra zakrivljenosti ne moraju biti vertikalne ali moraju biti komplanarne sa sredi"njom konzolom. ?vaj oblik luka je pogodan za uske kanjone sa odnosom "irine osnove i visine manjim od 4 $ &. =od brana sa dva centra obe linije su komplanarne sa sredi"njom konzolom. #rane sa tri centra se mogu aproksimirati sa oblikom elipse. bog manjih uticaja od momenata ovakve lučne brane ne zahtevaju promenljivu debljinu.

slika "; lučna brana sa ednom krivinom,

slika #; lučna brana sa dve krivine

$



8. S**/7# NL/5 *ticaji na branu odnosno naponi koji se javljaju usled tih uticaja se odre0uju <=F (metodom konačnih elemenata). ?dgovarajuća mre/a konačnih elemenata se posti/e pa/ljivim razmatranjem geometrije brane.
slika $; primer mre%e konačnih elemenata

• • •

a svaki element se izračuna matrica krutosti zavisno od broja stepeni slobode. 2a osnovu pojedinačnih matrica elemenata se sastavi matrica krutosti cele konstrukcije. Defini"u se granični uslovi koji zadovoljavaju uslove ravnote/e u čvorovima. ;ezultujući sistem jednačina mo/e biti prikazan kao$ p , vekror opterećenja u , vektor pomeranja k , matrica krutosti

• •

;e"i se sistem jednačina po nepoznatim pomeranjima. -zračunaju se naponi na osnovu veze izme0u napona i pomeranja.

=ako bi /eljeni rezultati bili "to pribli/niji realnim potrebni su podaci o betonu temelju geometrija brane statička opterećenja.

%


a.


=arakteristike betona. =arakteristike betonske mase zavise od odnosa cementa agregata aditivakao i od starosti betona. Do ovih podataka se pre ugradnje mo/e doći preko literature i na osnovu iskustva me0utim stvarne izmerene vrednosti bi se trebale upotrebiti za konačne analize. =arakteristike betona koje su potrebne za analize su$
b.

=arakteristike temelja. 1otrebne karakteristike temelja su$ 1oasonov koeficijentG
• •

c.

Beometrijske karakteristike. *ticaji na lučnu branu se odre0uju <=F (metodom konačnih elemenata). =ako bi ova mre/a elemenata "to bli/e aproksimirala stvarni oblik brane potrebni su nam geometrijski elementi kao$ 1oluprečnici centralnih lukovaG 1oluprečnici spolja"njih lukovaG *glovi koji opisuju krivineG *glovi uklje"tenjaG Lokacije centara lukova. • • • • •

d.

tatička opterećenja. *ticaji na lučnu branu su istovetni sa onim "to deluju na gravitacionu branu.
opsvena te/ina braneG !idrostatički i hidrodinamički pritisak vodeG 5emperaturaG 2anosG LedG *zgon.

&



9. !"/$"/ LU7N/: "N 9.1. rana ;lanu  ,reteča oderne lučne brane 1rva poznata lučna brana u istoriji je brana Blanum (Blanum dam) izgra0ena kako bi obezbedila vodu rimskom gradu Blanum. ?staci ove brane su poru"eni &I&. godine kada je zamenjena modernom branom. matra se da je brana bila sastavljena od dva paralelna zakrivljena masivna zida debljine oko &m na rastojanju oko &.A m koje je bilo popunjeno zemljom i kamenjem. idovi su bili od sečenog kamena. #rana je na krejevima bila uklje"ena u kameni teren. ve u svemu brana je bila visoka  metara debljine 4.A m. #rana je skupljala vodu za akvadukt koji je snabdevao vodom grad Blanum.

slika &;brana 'lanum ( danas

slika); brana 'lanum ( nekada

9.2. rana /n&uri #rana -nguri je brana za potrebe hidroelektrane na reci -nguri u D/ord/iji 9D. 5o je trenutno najvi"a betonska lučna brana na svetu. >isoka je @J@ metra.

1'



slika 1*,11; brana +nguri -%ord%ia, ./-0

9.- rana :oover #rana !oover je betonska lučna brana na reci =olorado na granici izme0u dr/ava 9rizona i 2evada u 9D. Bra0ena je u periodu od &I4&.,&I4. god. i rezultat je velilkog projekta koji je uključivao hiljade radnika i koji je odneo oko stotinu ljudskih /ivota. Du/ina brane je 4JI m dok njena visina iznosi @@&.3 m. =apacitet akumalacije koju pravi ova brana je 4A.@ km4 a količina vode koja se ispu"ta po potrebi preko preliva je && m 4Ks.

11



slike 12,13; brana Hoover /rizona ( evada, ./-0

12



<. L/*"*U" #nji&e= &. Department of the 9rmG *.. 9rm Corps of FngineersG Mashington DC @4&3,& 4&
/nternet= 4. Mikipedia the free encclopediaG http$KKen.Oikipedia.org$ Blanum dam !oover dam -nguri dam • • •

1

Lucne Brane - Seminarski

Recommend Documents