Стальная плотина - Steel dam

Стальная плотина Красногорья (верхняя сторона) с низким уровнем воды

Стали плотинами являются типом плотины (структура конфисковать или замедлить поток воды), которая изготовлена из стали , а не более общей кладка , земляных работы , бетона или древесин строительных материалов.

Было построено относительно мало примеров. Из трех, построенных в США, две остаются : стальная плотина Эшфорк-Бейнбридж , построенная в 1898 году в пустыне Аризоны для снабжения локомотивной водой железной дороги Атчисон, Топика и Санта-Фе (ATSF), и стальная плотина Редридж , построенная в 1901 году. на Верхнем полуострове Мичигана для подачи воды на штамповочные фабрики. Третья, плотина на озере Хаузер в Монтане, была построена в 1907 году, но потерпела неудачу в 1908 году.

После Первой мировой войны стальные плотины оказались нерентабельными, поскольку цены на сталь выросли во много раз по сравнению с ценами на цемент, хотя они столь же хороши, как и другие строительные материалы для плотин. Их экономика очень благоприятна в 21 веке из-за более низких общих затрат на рабочую силу на месте, более низкой стоимости транспортировки сыпучих материалов, наличия большего времени на строительство в год и гибкости в плане строительства, отвечающего требованиям статуи и т. Д.

Принцип работы

Сторона вниз по течению от Красногорской стальной плотины

Стальные плотины используют серию опор, закрепленных в земле. Эти опоры удерживают распорки, которые, в свою очередь, удерживают ряд балок настила, которые, в свою очередь, удерживают стальные пластины. Именно с этими пластинами контактирует вода. Балки и плиты расположены под углом вниз по потоку, так что часть веса воды действует с направленной вниз силой на стойки и опоры, удерживая их на месте. Если бы плиты были вертикальными, как в стальном перемычке , вся сила была бы горизонтальной, и потребовались бы гораздо более массивные стойки и анкеры для противодействия горизонтальной силе и изгибающему моменту.

Прямая стойка

Поперечное сечение стальной плотины с прямыми подкосами

В версии с прямыми подкосами, показанной на рисунке слева, все стойки параллельны. Таким образом, в пластинчатых балках отсутствует растягивающая сила.

Консольные стойки

Поперечное сечение стальной плотины с консольными подкосами

В версии с консольными распорками, показанной на рисунке слева, верхняя распорка (или распорки, в зависимости от конструкции) может быть преобразована в консольную ферму. За счет того, что все они устанавливаются на одну и ту же опору, верхняя часть балок настила находится в напряжении, и момент консольной секции компенсируется моментом воды, падающей на эту секцию.

Гребешок

В обоих типах конструкции плиты обычно имеют зубчатый вид, как это видно на иллюстрации Redridge Steel Dam выше. Это необходимо для обеспечения свободного расширения / сжатия стальных листов при изменении температуры воды или окружающей среды.

Компромиссы дизайна

Есть два конструктивных компромисса: угол балочной пластины и угол стойки. При увеличении угла балки / пластины к горизонтали нормальная составляющая силы будет увеличиваться к вертикали; это означает, что опоры не должны выдерживать такую ​​большую горизонтальную силу, но для заданного напора выше по потоку требуется больше стали. Увеличение угла стойки по направлению к вертикали уменьшает горизонтальный момент на опорах, уменьшая риск скольжения.

Водосбросы и трубы

Стальные плотины могут иметь или не иметь водосброса. У Эшфорк-Бейнбридж его не было, но он был спроектирован так, чтобы вода могла литься прямо по гребню, в то время как у Красногорья были водосброс и водопровод для подачи воды на штамповочные мельницы, расположенные ниже по течению.

Преимущества и недостатки

Сторонники Steel Dam заявляли о некоторых преимуществах:

  • Методы изготовления стальных конструкций, даже на рубеже 19-го века, позволяли строить быстрее и дешевле, чем кладка.
  • Конструкция определена статически, что позволяет точно рассчитать необходимую нагрузку и прочность элемента.
  • Поскольку сталь более гибкая, чем бетон, они более устойчивы к катастрофическому разрушению из-за оседания грунта.
  • Мороз не действует на них так, как на бетон или кладку.
  • Некатастрофические утечки можно устранить с помощью сварки.

Были и известные недостатки:

  • Создание хороших опор является ключом к успеху плотины, поскольку они должны выдерживать вес, не оседать слишком сильно и сопротивляться горизонтальному перемещению.
  • Долговременная прочность плотины неизвестна. Два все еще стоящих образца в США в настоящее время не испытывают значительной водной нагрузки.
  • Легкость конструкции означает, что она более уязвима к износу из-за колебаний воды, чем более массивные плотины.
  • Требуется более высокое техническое обслуживание, необходимо устранить ржавчину и коррозию
  • Напряжения могут быть довольно концентрированными, что может привести к растрескиванию под напряжением в качестве режима отказа.
  • Как и в случае с другими плотинами, подрыв является возможным режимом разрушения (считается, что именно поэтому дамба на озере Хаузер разрушилась).

дальнейшее чтение

  • Джексон, Дональд К. Великие американские мосты и дамбы, John Wiley & Sons, Нью-Йорк (США), ISBN  0-471-14385-5 , 1984; С. 210–211.
  • Ирригация и гидроэнергетика , книга найдена через Google books. Один из немногих источников, упоминающих стальные плотины, говорит, что их три сохранились в США, и дает некоторую информацию. Некоторые в этой статье используют материал из этого текста.
  • Университет Квинсленда «Краткая история стальных плотин» Хьюберта ЧАНСОНА (после перехода по ссылке вам нужно будет нажать кнопку ПРОДОЛЖИТЬ, чтобы перейти к статье). Это указывает на то, что плотина на озере Хаузер была построена между 1905-1907 годами и потерпела неудачу в 1908 году, после SCHUYLER (1909).

Ссылки