DE831979C - Bogenstaumauer - Google Patents

Description

• Bogenstaumauer Bei den Bogenstaumauern ergeben sich in der Nleridianrichtung infolge der aus den Gewölhewirkungen entstehenden Durchbiegungen sehr große Biegungsmomente sowohl in der Gewölberichtung wie auch vor allem in der lleridianrichtung, durch welche der Nfembranspannungszustand überlagert wird. Die Wasserdrücke werden in den oberen Teilen der 'flauer fast ausschließlich durch (@e@@öll@ekräfte nach den beiderseitigen Hängen, in (l°n unteren Zonen dagegen durch Kragwirkung nach der Talsohle übertragen.
• In der Fig. r ist mit r der Mauerquerschnitt, mit 2 der lineare Verlauf des Wasserdruckes und mit 3 (ler Anteil des Wasserdruckes p," der durch Ge-\vöIbewirkungen in waagerechterRichtung nach den Talhängen übertragen wird, gekennzeichnet. Der Restteil px des Wasserdruckes p, der durch Kragwir'kungen nach der Talsohle übertragen wird, ist durch die Linie ,4 gegeben. Diesen durch Kragwirkengen zu übertragenden Lasten px entsprechen die Biegungsmomente Mx der Linie 5. Aus dieser Darstellung folgt, daß an dem Fuße der Mauer sehr große negative Kragmomente auftreten, denen in den höheren Zonen der Mauer mehrfach kleinere positive :Momente entsprechen, die aber trotzdem hohe Biegespannungen auslösen, weil der Mauerquerschnitt in diesen höher liegenden Zonen entsprechend schwächer ist.
• Man kann die am Fuße der Mauer auftretenden Biegespannungen aus dem Kragmoment durch die sehr einfache Gleichung ausdrücken. Zur Erklärung dieser Gleichung dient die Fig. z, bei welcher wiederum mit r der Mauerquerschnitt, mit a der gesamte Wasserdruck p und mit 6 die Ringspannungen a"," des Memhranspannungszustandes bezeichnet sind. Bei dem Membranspannungszustand wird bekanntlich vorausgesetzt, daß die Mauer von der Talsohle gelöst ist und die gesamten Wasserdrücke p nur durch Gewölbewirkungen entsprechend der Stützlinientheorie nach den Talhängen übertragen werden. Die Biegespannungen am Fuße der Mauer sind nun eine Funktion der Membranringspannungen äyo am Fuße der Mauer, die in der obigen Gleichung durch einen Querstrich gekennzeichnet sind, und eine Funktion des dazugehörigen Differentialquotienten a und ß sind Faktoren, die von der Mauerform abhängig sind. Bei einem Zylinder gleicher Wandstärke ist Erfindungsgemäß lassen sich die Ringspannungen a.. der Fig. 2 aus dem Membranspannungszustand am Fuße und damit auch die Biegungsmomente vermindern, wenn man in dem unteren Teil der Mauer die Zylinderschale bzw. die Kegelstumpfschale durch eine doppelt gekrümmte Schale ersetzt, deren Krümmung nach unten ständig zunimmt und welche in der Lage ist, durch ihre Krümmung in der Meridianebene einen Teil des \-,\'asserdruckes durch Gewölbewirkung nach der Talsohle zu übertragen. Der sich hierbei ergebende Mauerquerschnitt ist in Fig.3 dargestellt. Der obere Teil ? der Mauer ist nach einer Zylinder-oder Kegelstumpfschale geformt, der untere Teil 8 dagegen besitzt eine doppelt gekrümmte Form mit nach unten ständig zunehmender Krümmung.
• Im Membranspannungszustand wird nun von einem linear zunehmenden Wasserdruck 2 in dem Bereich der doppelten Krümmung der Schale der schraffierte Teil 9 durch die Krümmung in der Nleridiankurve getragen, während der Anteil to durch ciie Gewölbewirkungen nach den Hängen abgetragen wird. Damit vermindern sich die Ringspannungen ä.o am Fuße (Linie c r), und die Biegutigsniomente am Fuße der Mauer gehen zurück. plan kann sie allerdings niemals beseitigen, weil durch diese Maßnahme größer wird und zugleich sein Vorzeichen wechselt. Aber die erzielten Vorteile bezüglich des Spannungszustandes sind doch sehr erheblich, und vor allem kann die Stärke der Nlauer in,dem Bereich der doppelten Krümmung der Schale annähernd konstant gehalten werden, @,#odurch sich eine Massenverminderung ergibt.
• In der Fig. 3 ist die resultierende Kraft R angegeben, die von der Mauer nach dem Fundament abgetragen wird. Durch die Horizontalkomponente von R wird der Teil des Wasserdruckes gekennzeichnet, der durch die Meridiankrümmung der doppelt gekrümmten Schale übernommen wird.
• Die Schwierigkeiten bezüglich des Aufbaues dieser oben nach der Wasserseite vorkragenden Mauer lassen sich nach Fig. d durch einen dreieckförmigen Stützbock 12 beseitigen, der zweckmäßig hohl ausgebildet wird und von der eigentlichen Mauer durch eine Asphalt- bzw. Bitumenschicht 13 oder einer anderen geeigneten Schicht abgetrennt wird, um zu verhindern, daß die beiden Quer-

  schnittsteile, Stützbock und eigentliche Mauer, in-

  folge von Übertragung von Schubspannungen ein

  einheitliches Trägheitsmotnent bilden.

  Der Stützbock dient nicht nur als Schalung bei

  der Herstellung der Mauer, sondern er übernimmt

  auch einen Teil des Wasserdruckes, wodurch der

  doppelt gekrümmte \lfauercliterschnitt 8 noch weiter

  entlastet wird und seine Biegungsmomente ver-

  mindert werden. Der auf den Stützbock 12 ent-

  fallende Anteil des Wasserdruckes ergibt sich aus

  der gemeinsamen Formänderung des Stützbockes

  und der eigentlichen 'lauer.

  Durch die L11xrleitung der nur einfach ge-

  krümmten Zylinder- oder Kegelstumplschale des

  oberen Mauerteiles 7 in eine doppelt gekrümmte

  Schale des unteren Mauerteiles 8 werden zwar die

  Biegungsmotnente am Nlatierfuß stark abgemindert,

  aber die positiven Nloniente werden hierdurch

  kaum beeinflußt. Außerdem sind in diesen hoch-

  gelegenen Zonen der :\lauer die Eigengewichts-

  druckspanriungen sehr gerin ;, so daß die Biege-

  spannungen aus den 1\Iomenten nur unzureichend

  überlagert werden. Diese verbleibenden Biegezug-

  spannungen sind aber 1>esoti!cfers in dem obersten

  Teil der 'Mauer sehr groß, weil dort der -Nlauer-

  querschnitt nur ein geringe: Widerstandsmoment

  besitzt. Eine Verstärkung der datierdicke in dem

  oberen Teil der \lauer zwecks _\1>ininderutig dieser

  Biegezugspannungen führt nicht zum Ziele, weil

  durch die zusätzlichen 'lIasseii eine ungünstigere

  Biegelinie entsteht. Trotzdem kann aber der

  eigentliche Mauerquerschnitt 7 von diesen Biege-

  zugspannungen befreit werden, wenn man nach

  Fig. 3 den Querschnitt durch senkrechte Rippen 1a

  verstärkt, womit ein 1'lattenbalkenquerschnitt

  (s. Schnitt a-a) entsteht, bei deni nur in den Rippen

  Zugspannungen auftreten, die aber wiederum durch

  eine Vorspannung dieser lZippen leicht beseitigt

  werden können. Die Rippen ergel>eii nur eine Ver-

  größerung der Biegesteifigkeit in senkrechter Rich-

  tung, bedeuten aber keine Verstärkung in der Ring-

  richtung, so daß dadurch die Durclibiegungen der

  waagerecht liegenden Gew('ill>estreifen nicht be-

  hindert bzw. nur ganz geringfügig beeinflußt wer-

  den, je größer aber in der Milie der 1\lauerkrone

  di(q Durchbiegungen der waagerechten Gewölle

  sind, d. h. je geringer die Querschnittsstärke in

  Ringrichtung ist, uni so giinstiger wird die Biege-

  linie in der Senkrechten und um so geringer die

  diesen Durchbiegutrgen entsprechenden positiven

  Biegungsmomente.

  Die Biegespannungen der Nlauer in der senk-

  rechten Richtung wachsen sowohl mit der Mauer-

  höhe h wie auch mit der 'Größe der Krümmungs-

  radien r an. Die Durchbiegung der :Mauer aus der

  Gewö lhewirkung zwischen den Talhängen wächst

  zum Teil mit dem Radius r, zum Teil aber mit y3,

  d.li. bei großen Radien ergel>eti sich sehr große

  Durchbiegungen nach der Luftseite, und daraus

  folgt, daß, wie schon erwähnt, auch die Biegungs-

  inomente in der Senkrechten größer werden. Diese

  großen Durchbiegutigen ermöglichen es aber

  andererseits, den passiven Erddruck einer Damm-

  schiittung auszunutzen und dadurch einen wesentlich günstigeren Spannungszustand zu ermöglichen. In der Fig. 6 sind diese ergänzenden Maßnahmen zur Verminderung der Biegungsmomente dargestellt. Hiernach wird die Mauer in ihrem unteren Teil durch Erddämme 1,5 und 16 verstärkt. Beim Füllen der Sperre widersetzt sich der luftseitige Damm 15 infolge seines passiven Erddruckes den Durchbiegungen der Mauer und verringert dadurch c1ie Biegungsmomente. Dies zeigt auch das Diagramm der Wasserdrücke, da von dem linear anwachsenden Wasserdruck nur der Flächenanteil 17 von der Mauer 7 und 8 urid dem Stützbock 12 aufgenommen werden muß.
• Bei kleinen Radien der Mauer können die obenerwähnten Vorteile der Erddämme nicht ausgenutzt werden, weil sich hierbei zu geringe Durchbiegungen ergeben, so daß der passive Erddruck nur in unzureichendem -Maße mobilisiert werden kann. Da sich aber andererseits hei 'kleinen Krümmungsradien nur geringe Mauerstärken ergeben, kann man die lliegungsmomente am Fuß der Mauer dadurch beseitigen, daß man die Mauer mittels Bleiplatten oder anderer geeigneter plastischer Materialien gelenkig auf dem Fundament auflagert und die noch verbleibenden positiven Momente in <len höheren Zonen durch eine starke Abkrümmung der Mauer nach unten vermindert. In der Fig. 7 ist diese Konstruktionsart dargestellt, wobei die Gelenke mit 18 llezeichnet sind.
• Bei Anordnung von Fußgelenken sind geringere .'\11kriimmungen der Schale erforderlich. Infolgedessen kann man die Schalen des 'hohlen Stützbockes 12 auch durch eine massive Schale i9, welche nach Fig. 7 nur eine geringe Stärke besitzt, ersetzen. Sie dient in gleicher Weise wie der hohle Stützbock als Schalung für den Aufbau der :Mauer.
• Durch die Anordnung von Gelenken ergeben sich in senkrechter Richtung auf der gesamten Höhe der Mauer nur positive Biegungsmomente, infolgedessen werden zweckmäßig ,die Verstärkungsrippen 17 der Fig. 5 durch Rippen 2o, die sich nach Fig. 7 auf die ganze Hölle der -lauer erstrecken. ersetzt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zvlindrische oder kegeI'stumpfartige Schalen fürTalsperren,dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Teil nur einfachgekrümmte Schale in dem unteren Teil zwecks Abminderung der Biegungsmomente der Mauer durch eine doppelt gekrümmte Schale ersetzt wird, ;deren Krümmung nach unten ständig zunimmt, wodurch erreicht wird, daß die Wasserdrücke in dem unteren Bereich durch zwei Gewölbe-Nvirkungen (in senkrechter und in waagerechter Richtung) übertragen wenden.
2. 2. Talsperrenquerschnitt nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mauer in dem Bereich der doppelten Krümmung durch einen dreieckförmigen Stützbock verstärkt wird, der aber von der eigentlichen Mauer durch eine Bitumenschicht oder durch eine anderegeeignete Schicht abgetrennt wird und der bei der Herstellung des doppelt gekrümmten Mauerteiles als Schalung dient und sich zugleich an der Übertragung der Wasserdrücke beteiligt.
3. 3. Mauerquerschnitt nach Anspruch i, @dadurch gekennzeichnet, daß die Mauer in ihrem olleren Teil zwecks Beseitigung der Biegezugspannungen in dem eigentlichen Mauerquerschnitt durch senkrechte Rippen verstärkt wird, die durch 'hochwertige Seile vorgespannt werden können, wobei durch diese Rippen die Dehnungs- und Biegesteifigkeit in der waagerechten Gewölberichtung nicht beeinflußt wird. q. Talsperrenquerschnitt nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei -Mauern mit großem KrümmungsraAius zur weiteren Verminderung der Biegungsmomente in der senkrechten und waagerechten Richtung der Mauer diese in einen Erddamm eingehüllt wird, der durch den passiven Erddruck des luftseitigen Dammes einen Teil der Wasserdrücke übernimmt, wodurch die Durchbiegungen und damit auch die Biegungsmomente der Mauer abge-Inindert werden. 5. lfauerquerschnitt nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Biegungsmomente in senkrechter Richtung am Fuß durch eine gelenkige Lagerung der Mauer auf den Fundamenten beseitigt werden, wobei die Gelenke zweckmäßig mittels Bleiplatten oder anderen geeigneten plastischenMaterialien hergestellt werden.