do pobrania - Politechnika Warszawska

XIII Konferencja TECHNICZNEJ KONTROLI ZAPÓR
dr inż. Janina Zaczek-Peplinska
Wydział Geodezji i Kartografii PW
Zakład Geodezji Inżynieryjnej i Pomiarów Szczegółowych
e-mail: [email protected]
dr inż. Paweł Popielski
Wydział Inżynierii Środowiska PW
Zakład Budownictwa Wodnego i Hydrauliki
e-mail: [email protected]
Lokalizacja punktów kontrolnych zapory betonowej
na podstawie modelowanych gradientów przyrostów przemieszczeń
Location of control points of a concrete water dam
basing on modelled gradients of displacement increments
S t r e s z c z e n i e: Do wskazania nowych lokalizacji celowników lub weryfikacji projektu geodezyjnej sieci
kontrolnej można wykorzystać skalibrowane za pomocą analizy wstecz modele obliczeniowe wykonane za
pomocą metody elementów skończonych (MES). Kalibracja musi być wykonana na podstawie danych
pomiarowych opisujących zachowanie się konstrukcji zapory w latach poprzedzających modernizację sieci
geodezyjnej
W referacie zostały opisane metody lokalizacji punktów kontrolowanych na ścianie odpowietrznej zapory
betonowej, bazujące na analizie wyników modelowania MES. W pracy została opisana i zilustrowana
przykładem obliczeniowym (dla zapory betonowej Besko) metoda analizy gradientów przyrostów
przemieszczeń konstrukcji będących wynikiem działania zmiennych sił zewnętrznych wynikających ze zmian
poziomu zwierciadła wody w zbiorniku.
S u m m a r y: Due to the knowledge of measuring data, which describes behaviour of a water dam construction
within the years preceding modernisation of the control network, models calculated with the use of the Finite
Element Method (FEM) and calibrated using the backward analysis may be used for pointing to new locations of
targets or for verification of the design of the geodetic control network. The paper describes methods of location
of controlled points on the downstream wall of the concrete water dam, based on analysis of results of the
modelling FEM method. The method of analysis of gradients of displacement increments, which are the results
of operations of external variable forces – variations of the upper water level in the case of the water dam – has
been described and illustrated by an example of calculations.
1.
Wstęp
Większość zapór w Polsce jest użytkowana powyżej 50 lat. W czasie, kiedy były
projektowane niedostępne były nowoczesne techniki obliczeniowe. Projekty sieci kontrolnej
opierały się na instrukcjach zalecających lokalizację punktów w charakterystycznych
miejscach obiektu. Wytyczne te poparte były teoretyczną wiedzą o pracy konstrukcji oraz
doświadczeniami z kontroli, pracy normalnej oraz awarii zapór użytkowanych w okresie
poprzedzającym projektowanie nowego obiektu. Po każdej awarii tego typu obiektu
uzupełniano system kontroli tej i innych dużych zapór, skupiając się głównie na montowaniu
dodatkowych czujników hydrotechnicznych takich jak mierniki filtracji i piezometry lub
rozszerzając wyposażenie galerii zastrzykowo-kontrolnych przez założenie nowych stanowisk
pochyłomierzy i szczelinomierzy. Sieć celowników zlokalizowanych od strony odpowietrznej
(dolnej wody) zapory, najczęściej pozostawała niezmieniona.
Numeryczne modelowanie pracy zapory i podłoża daje możliwość wielokrotnego
wyznaczenia przemieszczeń modelu tak, aby poszczególne warianty obliczeniowe
uwzględniały różne warunki pracy oraz sytuacje, w których mogłoby dojść do awarii zapory.
Wyniki modelowania uwzględniające różne scenariusze zdarzeń, także ekstremalne (jak np.
całkowita nieszczelność przesłony cementacyjnej, powstanie szczelin lub pustek w bryłach
konstrukcji spowodowanych naprężeniami od obciążenia piętrzoną wodą lub błędami
wykonania) mogą być podstawą do weryfikacji poprawności lokalizacji punktów istniejącej
sieci lub wskazania nowych miejsc stabilizacji tak, aby kontrolą objąć miejsca narażone na
znaczące przemieszczenia, miejsca wskazane na podstawie wyników wielokrotnego
modelowania numerycznego.
Bazując na wynikach wieloletnich pomiarów kontrolnych można wykonać modele
zachowania się konstrukcji przy zmiennych obciążeniach, nie tylko związanych ze zmianami
zwierciadła wody górnej (ZWG) w zbiorniku, ale też ze zmianami w podłożu wynikającymi z
oddziaływania zjawisk filtracyjnych oraz z długookresowego obciążenia gruntu samą
konstrukcją. Analizując modele przemieszczeń tego i innych podobnych obiektów, biorąc pod
uwagę różne scenariusze zdarzeń można próbować znaleźć miejsca, które w latach
następnych najprawdopodobniej będą ulegały największym przemieszczeniom i wskazać je,
jako nowe (uzupełniające) lokalizacje celowników w trakcie modernizacji sieci kontrolnej.
Innym podejściem do tego zagadnienia jest analiza przyrostów obliczonych
przemieszczeń na jednostkę wysokości zapory. Zmiany przemieszczenia pojedynczego
punktu obiektu są wynikiem zmieniających się obciążeń działających na zaporę.
W przypadku zapory głównym czynnikiem wpływającym na pracę obiektu jest poziom
zwierciadła wody górnej (ZWG). Różnice w wielkości przemieszczeń sąsiadujących ze sobą
węzłów, świadczą o powstawaniu naprężeń wewnątrz konstrukcji. W miejscach gdzie
naprężenia są największe, mogą nastąpić zmiany w strukturze materiału, co może
spowodować pęknięcia lub rozwarstwienia betonu. Aby możliwe szybko wykryć
nieprawidłowości pracy konstrukcji, miejsca takie powinny być szczególnie kontrolowane.
Obszary takie łatwo wyznaczyć analizując zmiany przemieszczeń węzłów na jednostkę
wysokości konstrukcji. Ponieważ metodami geodezyjnymi opartymi na pomiarach
trygonometrycznych można badać tylko zewnętrzne powierzchnie obiektu, wystarczy
analizować zmiany przemieszczeń węzłów na odpowietrznej krawędzi modelu.
Analizę obliczonych przemieszczeń węzłów siatki metody elementów skończonych
(MES) w celu lokalizacji nowych punktów kontrolnych możemy podzielić na kilka etapów:
– prace przygotowawcze,
– przygotowanie podstawowego modelu numerycznego,
– wariantowanie obliczeń uwzględniające różne stany pracy obiektu (różne scenariusze
zdarzeń, różne poziomy ZWG)
– analiza porównawcza uzyskanych modeli,
– wskazanie nowych lokalizacji celowników.
2.
Porównanie wyników obliczeń numerycznych z wynikami pomiaru geodezyjnego
W każdym opracowaniu wykorzystującym modelowanie numeryczne do oceny stanu
obiektu hydrotechnicznego, można znaleźć porównanie wyników obliczeń numerycznych z
wynikami pomiaru geodezyjnego. Zwykle są to porównania prognozowanych przemieszczeń
punktów kontrolowanych metodami geodezyjnymi z ich faktycznym przemieszczeniem,
wyznaczonym na podstawie okresowego pomiaru geodezyjnej sieci kontrolnej.
Porównanie danych modelowych obliczonych dla punktu kontrolnego przy założeniu
chwilowego stanu obiektu (zgodnego ze stanem zarejestrowanym w czasie wykonywania
pomiaru geodezyjnego) z wynikiem pomiaru pokazuje tylko wyrywkową relację między
założonym modelem pracy obiektu a wynikami pojedynczego pomiaru. Pojedynczy pomiar
nie daje podstaw do weryfikacji adekwatności modelu – poprawności wyników symulacji
numerycznej opisującej stan obiektu. Model powinien odzwierciedlać kolejne fazy
wznoszenia budowli i związane z nimi zmiany obciążeń. Rzeczywiste, zaobserwowane
zachowanie się budowli (np. przemieszczenia, odkształcenia, przebieg filtracji) porównywane
są z danymi uzyskanymi z modelu. Istotna niezgodność wyników obserwacji (monitoringu) z
wynikami obliczeń na modelu świadczy o tym, że model jest nieadekwatny do
rzeczywistości. W kolejnych przybliżeniach, zmieniając właściwości materiałowe modelu, a
niekiedy i sposób jego obciążania, dochodzi się do zgodności modelu z realiami, co pozwala
w sposób bardziej wiarygodny niż w projekcie prognozować przyszłe zachowanie się
budowli.
W czasie analiz mających na celu sprawdzenie poprawności modelu numerycznego
(jego podstawowych założeń: geometrii schematów obliczeniowych, parametrów gruntu i
materiałów, zakładanych wielkości obciążeń, uwzględnienia najważniejszych warunków
zewnętrznych np. warunków termicznych), należy pamiętać o różnicach między modelami –
numerycznym i modelem bazującym na wynikach okresowych geodezyjnych pomiarów
przemieszczeń.
3.
Model numeryczny a model zachowania obiektu bazujący na wynikach
geodezyjnych pomiarów przemieszczeń
Podstawowe różnice są związane z różną technologią uzyskania wyników (obliczenia
numeryczne i pomiar geodezyjny), dyskretyzacją obiektu (sieć węzłów MES i pojedyncze
punkty geodezyjnej sieci kontrolnej) oraz z dokładnością uzyskanych wielkości, na którą
składają się zupełnie inne elementy związane nie tylko z relacją przyjmowanych parametrów
teoretycznych do rzeczywistych (np. parametry gruntu i materiałów w modelu
numerycznym), ale też z konkretnymi czynnościami praktycznymi (np. dokładność
identyfikacji celu i samego celowania w czasie wykonywania pomiaru geodezyjnego).
Podstawowe różnice między obydwoma modelami, w ujęciu funkcjonalnym i dużym
uproszczeniu pojęciowym przedstawia rys. 1.
Należy pamiętać, że model numeryczny jest najczęściej tworzony w fazie projektowej
realizacji inwestycji, a więc jest to model teoretyczny, a pomiary kontrolne obrazują stan
faktyczny obiektu. Niestety zakres modelu bazującego na pomiarach geodezyjnych jest
ograniczony, obejmuje najczęściej tylko kilka punktów obiektu (np. tylko po dwa punkty na
każdej sekcji zapory betonowej). Punkty pomiarowe są zlokalizowane w miejscach
wskazanych przez służbę technicznej kontroli zapór, często na podstawie wyników wstępnego
modelowania numerycznego.
Rys. 1. Podstawowe różnice między modelami numerycznym i bazującym na wynikach
geodezyjnych pomiarów przemieszczeń (ujęcie funkcjonalne)
Na dokładność obliczonych z modelu numerycznego przemieszczeń oraz na
dokładność wyników pomiaru geodezyjnego mają wpływ zupełnie różne czynniki. Część z
nich przedstawia rys. 2. Można przyjąć, że wyniki modelowania numerycznego położenia
tego samego punktu przy różnych obciążeniach będą obarczone takim samym błędem,
niestety nie możemy powiedzieć tego samego w odniesieniu do kolejnych pomiarów
okresowych. Na dokładność wyznaczenia położenia punktu, często niesłusznie utożsamianą z
dokładnością, pomiaru wpływa dużo czynników tzw. instrumentalnych (np. związanych z
wykorzystywaną technologią pomiarową) i środowiskowych (np. ciśnienie atmosferyczne i
temperatura otoczenia).
Przykładem może być porównanie prognozy przemieszczeń węzła siatki MES w
modelu pracy sekcji zapory betonowej Besko z rzeczywistymi przemieszczeniami celownika
geodezyjnego, zlokalizowanego w miejscu odpowiadającemu temu węzłowi. Przy różnych
poziomach zwierciadła wody górnej (ZWG) zarejestrowanych w trakcie okresowych
pomiarów geodezyjnych w latach 1991-1999, obliczone wielkości prognoz są praktycznie
jednakowo dokładne, natomiast średnie błędy wyznaczonych z pomiaru geodezyjnego
przemieszczeń zawierają się w przedziale { 0.2 ; 0.5} mm. Zagadnienie to zostało
szczegółowo opisane w [7].
Rys. 2. Czynniki wpływające na dokładność wyznaczonych przemieszczeń, modelu
numerycznego i modelu bazującego na wynikach geodezyjnych pomiarów przemieszczeń.
4.
Porównanie wyników symulacji numerycznych z wynikami geodezyjnych
pomiarów kontrolnych
Zwykle porównywane są wyniki pomiarów niwelacyjnych określające zmianę
wysokości kontrolowanych punktów (rys. 3).
Rys. 3. Porównanie obliczonych i pomierzonych osiadań rdzenia zapory w
Czorsztynie (ELAS – model sprężysty), D-P – model sprężysto-plastyczny Druckera-Pragera,
CAP – model CAP, 2-2 3-3 – przemieszczenia pomierzone w przekrojach 2-2, 3-3) [5].
W analogiczny sposób można przedstawić wyniki pomiarów sieci poziomej.
Najczęściej przemieszczenia przedstawiane są w kierunku prostopadłym do osi zapory,
kierunek ten zazwyczaj jest kierunkiem osi OX lokalnego układu współrzędnych.
Porównanie wyników modelowania z wynikami pomiaru może być wykonywane w
różnych celach. Oprócz diagnozy aktualnego stanu obiektu, sytuacji awaryjnych lub
niestandardowych porównanie takie może być wykonywane dla specyficznych potrzeb służb
geodezyjnych, a w szczególności modernizacji geodezyjnej sieci kontrolnej lub w procesie
wstępnej kontroli obserwacji geodezyjnych. We wszystkich przytoczonych wyżej sytuacjach
ważne jest oszacowanie zbieżności (zgodności) wielkości przemieszczeń uzyskanych z
obliczenia modelu numerycznego z wielkościami przemieszczeń pomierzonych w wybranym
okresie eksploatacji. Oczywiście porównywane wielkości modelowe muszą być obliczane
przy założeniu takiego stanu obiektu, jaki występował w okresie pomiaru geodezyjnego.
Porównanie wielkości powinno nastąpić w dwóch aspektach:
1. zgodności trendu obserwowanych zmian,
2. zgodności uzyskanych wartości.
Aby te porównania były wiarygodne powinny być wzięte pod uwagę charakterystyki
dokładnościowe obu opracowań (modelu numerycznego zachowania obiektu i modelu
bazującego na okresowych pomiarach geodezyjnych).
Ze względu na niemożność dokładnego oszacowania błędu wielkości
prognozowanych (modelowanych), w dużym stopniu zależnych od przyjętych doświadczalnie
założeń początkowych (parametrów gruntu i materiałów) oraz analizowany wpływ
zmienności tylko jednego parametru (obciążeń związanych ze zmianą zwieraciadłą wody
górnej) można założyć, iż wielkości prognozowane są jednakowo dokładne.
W wyniku wyrównania pomiaru geodezyjnego dysponujemy pełną charakterystyką
dokładnościową wyznaczonych przemieszczeń przy wszystkich porównywanych stanach
obiektu.
Zgodność trendu obserwowanych zmian oznacza zgodność wartości i kierunku zmian
przemieszczenia przy zmianie istotnych parametrów opisujących stan obiektu (np. poziomu
piętrzenia wody w zbiorniku).
Zgodność uzyskanych wartości można stwierdzić, porównując bezpośrednio wartości
uzyskanych przemieszczeń. Za zgodne można przyjąć obliczone najbardziej prawdopodobne
wartości przemieszczeń modelowych, które mieszczą się w przedziale ufności opisanym nkrotnym błędem średnim przemieszczenia wyznaczonego metodami geodezyjnymi.
Zgodność obu modeli – obliczonego i pomierzonego można scharakteryzować podając
procent obserwacji spełniających warunek zgodności częściowej, tzn. spełniających tylko
jeden wybrany warunek: zgodności trendu lub zgodności wartości albo procent obserwacji
spełniających warunek zgodności pełnej. Za przemieszczenia spełniające warunek zgodności
pełnej należy uznać te wielkości, które spełniają oba opisane wyżej warunki.
Wydaje się, że zgodność na poziomie 70-80 % można przyjąć za wystarczającą do
wykorzystania modelu numerycznego w procesie modernizacji sieci kontrolnej [7], jednak
przy opracowaniu kolejnych projektów modernizacji powinna być wykonana odpowiednia
analiza.
Analiza zgodności modeli może być także wykorzystana jako narzędzie pomocne przy
ocenie stanu technicznego obiektu hydrotechnicznego, oraz oceny wiarygodności wyników
pomiaru geodezyjnego.
5.
Porównanie modelu numerycznego MES pracy sekcji 6 zapory Besko z modelem
bazującym na wynikach okresowych pomiarów geodezyjnych z lat 1991-1999
Obliczenia numeryczne współpracy zapory betonowej Besko i podłoża gruntowego
wykonano za pomocą MES przy użyciu oprogramowania HYDRO-GEO. Obliczenia
wykonano w płaskim stanie odkształcenia. Do symulacji pracy podłoża, przyjęto sprężystoplastyczne modele ośrodka gruntowego bazujące ma warunku plastyczności CoulombaMohra. Stosowano prawo płynięcia, zakładając nieściśliwość materiałów w plastycznym
zakresie ich pracy (tj. kąt dylatacji równy zero). W analizie numerycznej zastosowano
sześciowęzłowe trójkątne elementy izoparametryczne o funkcjach kształtu stopnia drugiego.
W modelu numerycznym wykorzystano rozpoznanie podłoża zgodnie z dokumentacją
geologiczno-inżynierską omówioną w opracowaniach [1],[2],[3].
Do wykonania modelu zapory betonowej wykorzystano przekroje przez 6 sekcję
konstrukcji. Wiernie odtworzono poszczególne elementy konstrukcji takie jak uskoki na
ścianie od strony wody górnej, kształt korony, „zęby” na stopie zapory oraz układ galerii
kontrolno pomiarowych i wewnętrznych pomieszczeń zapory.
Na etapie przygotowania geometrii modelu uwzględniono położenie poszczególnych
celowników i reperów zainstalowanych w konstrukcji. Siatka MES została wygenerowana w
taki sposób, aby każdemu z punktów sieci kontrolnej na zaporze (tj. celowników, reperów i
punktów „stałej prostej”) przyporządkowany był węzeł siatki MES. Siatka składa się z 2566
węzłów i zawiera 1213 elementów. Na rys. 4 przedstawiono szkic konstrukcji sekcji 6 zapory
i odpowiedni fragment siatki MES.
Rys. 4. Szkic konstrukcji sekcji 6 zapory z zaznaczonymi punktami
pomiarowymi.
Szczegółowy sposób przygotowania modelu numerycznego został opisany w pracach
[4], [6], [7].
Wykonano obliczenia dla różnych poziomów zwierciadła wody (ZWG) w zbiorniku.
Sprawdzono zgodność przemieszczeń węzłów (celowników) uzyskanych „z modelu” z
przemieszczeniami wyznaczonymi na podstawie pomiarów kontrolnych. Otrzymane wyniki
przedstawiają (Tabela 1) i rysunki (rys. 5), (rys. 6). Uznano je za poprawne, zgodne w sposób
pełny (75 %) przy n-krotnym błędzie średnim m pomiaru geodezyjnego, dla n=2). Wskazują
one na możliwość wykorzystania modelowania MES w procesie modernizacji geodezyjnej
sieci kontrolnej.
Tabela 1
Data
04-1991
03-1996
03-1997
04-1998
03-1999
Porównanie przemieszczeń obliczonych z modelu MES
i wyznaczonych na podstawie pomiarów geodezyjnych.
Średni błąd
ZWG
dX 69
dX 66
wyznaczenia m
[m npm]
[mm]
[mm]
[mm]
Model
-0,3
-0,07
332,20
Pomiar
-0,90
-0,30
0,30
Model
-0,54
-0,3
331,66
Pomiar
-0,55
+0,80
0,40
Pomiar kalibrujący
332,75
0,00
0,00
0,20
Model
-0,49
-0,3
331,59
Pomiar
-0,10
-0,50
0,20
Model
-0,43
-0,27
331,89
Pomiar
-0,20
-0,80
0,30
Rys. 5. Wykres przemieszczeń pomierzonych i obliczonych
z modelu MES dla celownika 69 (sekcja 6) w zależności od poziomu ZWG (oś Y).
Rys. 6. Wykres przemieszczeń pomierzonych i obliczonych
z modelu MES dla celownika 66 (sekcja 6) w zależności od poziomu ZWG (oś Y).
Przedstawiony powyżej sposób oceny zgodności danych analitycznych i
pomiarowych, opierający się na analizie zgodności ilościowej oraz zgodności trendu obu
porównywanych modeli zachowania obiektu, stworzonych na podstawie wyników
okresowych geodezyjnych pomiarów kontrolnych i wyników modelowania metodą
elementów skończonych (MES) wydaje się mieć praktyczne zastosowanie np. w czasie
weryfikacji adekwatności modelu numerycznego opracowanego w fazie projektowej, a
następnie wykorzystywanego do oceny stanu technicznego obiektu.
Zgodność obu modeli, obliczonego i pomierzonego można scharakteryzować, podając
procent obserwacji spełniających warunek zgodności częściowej, tzn. spełniających tylko
jeden wybrany warunek: zgodności trendu lub zgodności wartości albo procent obserwacji
spełniających warunek zgodności pełnej. Za wielkości (przemieszczenia prognozowane i
przemieszczenia wyznaczone w czasie okresowego pomiaru geodezyjnego) spełniające
warunek zgodności pełnej należy uznać te wielkości, które spełniają oba warunki zgodności.
6.
Uzupełnienie zbioru celowników na ścianie odpowietrznej zapory Besko
Po ocenie wyników obliczeń numerycznych i pomiarów geodezyjnych, w ramach
projektu modernizacji sieci kontrolnej dla badania przemieszczeń punktów zlokalizowanych
na ścianie odpowietrznej zapory Besko wykonano analizy mające na celu wskazanie
obszarów konstrukcji, gdzie celowe byłoby rozmieszczenie dodatkowych celowników.
Rozszerzenie liczby punktów kontrolowanych dałoby w efekcie lepsze odwzorowanie
bieżącego stanu konstrukcji (pod względem przemieszczeń poszczególnych elementów).
Analizę wykonano w dwóch kierunkach:
1. Sprawdzenie poprawności lokalizacji dotychczas obserwowanych celowników na
podstawie obliczonych (MES) przemieszczeń. Porównano wyniki modelowania
pracy konstrukcji dla różnych symulowanych stanów awaryjnych obiektu.
2. Wyznaczenie obszarów o największym przyroście przemieszczenia
przypadającym na 1 m wysokości konstrukcji. Analizę wykonano na podstawie
wielokrotnego modelowania pracy zapory przy zmianie poziomu zwierciadła
wody górnej (ZWG).
Ponieważ siatka MES została zdefiniowana w ten sposób, aby wybrane węzły były
zlokalizowane w miejscach stabilizacji celowników, porównywano bezpośrednio obliczone
przemieszczenia wybranych węzłów siatki. Lokalizację węzłów na krawędzi przekroju sekcji
przedstawia rysunek 7.
Wyniki analiz w obu kierunkach pozwalają stwierdzić:
–
poprawne zlokalizowanie dotychczas kontrolowanych celowników,
–
potrzebę rozszerzenia zbioru celowników w czasie modernizacji przez dodanie
punktów na każdej sekcji głuchej (nie przelewowej) w sferze największych
obliczonych zmian przemieszczeń na 1 metr wysokości obiektu, tj. na ścianie
odpowietrznej, na wysokości odpowiadającej węzłom 301-302 tj. między 324 a
326 m npm.
Rys.7. Siatka węzłów MES – sekcja 6 zapory Besko
7.
Analiza gradientów przyrostów przemieszczeń - analiza obliczonych przyrostów
przemieszczeń poziomych na jednostkę wysokości zapory
Różnice w wielkości przemieszczeń sąsiadujących ze sobą węzłów, świadczą o
powstawaniu naprężeń wewnątrz konstrukcji. Miejsca gdzie naprężenia te są największe są
najbardziej narażone na zniszczenie materiału. Miejsca te powinny być szczególnie
kontrolowane, a w celu ich wyznaczenia wykonano analizę zmian przemieszczeń węzłów na
1 metr wysokości konstrukcji. Ponieważ metodami geodezyjnymi opartymi na pomiarach
trygonometrycznych można badać tylko zewnętrzne powierzchnie obiektu, przeanalizowano
zmiany przemieszczeń węzłów na odpowietrznej krawędzi modelu.
Analiza wykonana dla sekcji 6 zapory Besko wykazała największe zmiany
przemieszczeń w przedziale ok. 324,00 – 326,00 m npm, czyli ok. 20 m powyżej
kontrolowanego celownika 66 (6d) i 12 m poniżej celownika 69 (6g). W obszarze tym różnice
obliczonych przemieszczeń między sąsiednimi węzłami 301-302 i 302-303 przy największym
dotychczas zanotowanym poziomie ZWG nie przekraczają wartości 0,10 mm na 1 metr
wysokości konstrukcji i są wyższe o średnio 20% od różnic obliczonych dla innych par
węzłów siatki. Obliczone wielkości przemieszczeń węzłów zlokalizowanych na różnej
wysokości konstrukcji i różnic przemieszczeń w zależności od poziomu ZWG zestawione są
w tabeli 2. Rysunek 8 przedstawia wykres bezwzględnych zmian wielkości przemieszczenia
na 1 metr wysokości zapory.
Na podstawie przeprowadzonej obliczeń stwierdzono, że wartości różnic
przemieszczeń na całej krawędzi modelu są zbliżone i niewielkie. Jednak ze względu na
znaczne zmiany obliczonych przemieszczeń (w stosunku do całej krawędzi) w obszarze
między 324 a 326 m npm, lokalizacja nowych punktów kontrolnych w tym rejonie może
przyczynić się do lepszej oceny stanu zapory.
Rys. 8. Przyrosty przemieszczeń na jednostkę wysokości obiektu przy różnych
poziomach ZWG (wyróżniono obszar największych obliczonych zmian znajdujący się między
węzłami siatki MES: 303-302-301).
T a b e l a 2.
Numer
350-103
Zestawienie bezwzględnych wartości zmian
obliczonych przemieszczeń węzłów na 1 m wysokości obiektu.
ZWG [m npm]
323,42 326,00 328,00 329,00 331,59 332,75 334,50
Granice
dH
Bezwzględna wartość zmiany przemieszczenia
obszaru [m] [m]
na 1 m wysokości konstrukcji [mm]
337,92
5,560 0,033
0,028
0,019
0,014
0,002
0,015
0,033
332,36
59-350
336,99
0,071
3,930
0,033
0,028
0,019
0,014
0,004
0,018
0,037
0,079
2,540
0,023
0,019
0,013
0,009
0,003
0,013
0,027
0,055
1,350
0,042
0,035
0,023
0,016
0,007
0,025
0,049
0,098
1,350
0,042
0,034
0,022
0,014
0,008
0,026
0,049
0,096
1,750
0,032
0,026
0,016
0,010
0,007
0,020
0,038
0,073
1,750
0,032
0,025
0,016
0,010
0,007
0,020
0,037
0,071
3,670
0,030
0,023
0,014
0,009
0,007
0,019
0,035
0,065
1,010
0,036
0,028
0,017
0,010
0,008
0,023
0,041
0,077
328,49
301-59
325,89
302-301
324,54
303-302
323,19
304-303
321,44
305-304
319,69
80-305
316,02
90-80
8.
315,01
Wnioski i spostrzeżenia
 Wiarygodność wyników obliczeń numerycznych uzależniona jest od dokładności
rozpoznania geologicznego i poprawności wyznaczania parametrów materiałowych
 Opisane powyżej wyniki analizy są zgodne z oczekiwaniami i wskazują na możliwość
wykorzystania modelowania MES w eksploatacji budowli piętrzących np. w procesie
modernizacji geodezyjnej sieci kontrolnej
 Kolejnym etapem analizy powinna być analiza stanu naprężeń konstrukcji uwzględniająca
rozkład zmian temperatury w obiekcie i możliwe zmiany w podłożu spowodowane przez
zjawiska filtracyjne. Wszystkie obliczenia powinny być weryfikowane w oparciu o
pomiary wykonane na rzeczywistym obiekcie – tak, aby w miejscach występowania
maksymalnych przemieszczeń lokalizować kolejne celowniki (punkty kontrolne).
 Wykorzystanie modeli numerycznych w eksploatacji obiektów hydrotechnicznych
wymaga współpracy specjalistów wielu dziedzin.
Literatura
[1]
[2]
B o r o s - M e i n i k e D. Analiza i interpretacja wyników pomiarów kontrolnych
oraz ocena stanu technicznego i bezpieczeństwa zapory Besko za okres XI 1998 do X
1999 roku, IMGW OTKZ, Warszawa 1999.
D ł u ż e w s k i J., G a j e w s k i T., T o m a s z e w i c z A.,
B o r o s - M e i n i k e D. Analiza wytrzymałościowa sekcji betonowej celem
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
wcześniejszego wykrycia ewentualnych uszkodzeń i potwierdzenia prognozy
przemieszczeń na przykładzie sekcji 8 zapory w Besku, IMGW OTKZ, Warszawa
1995.
D ł u ż e w s k i J., G a j e w s k i T., T o m a s z e w i c z A.,
B o r o s - M e i n i k e D. Analiza przemieszczeniowo-wytrzymałościowa sekcji 8
zapory betonowej w Besku w celu interpretacji pomierzonych przemieszczeń, IMGW
OTKZ, Warszawa 1995.
P o p i e l s k i P., Z a c z e k - P e p l i n s k a J., Wykorzystanie modeli numerycznych
w eksploatacji budowli piętrzących, Gospodarka Wodna, Nr 2/2008
S o r b j a n P., Zastosowanie systemu ekspertowego do bieżącej kontroli stanu
technicznego zapór ziemnych, rozprawa doktorska, Szkoła Główna Gospodarstwa
Wiejskiego, Warszawa, 2004.
Z a c z e k - P e p l i n s k a J., P o p i e l s k i P., Investigation of possibilities to use
FEM modelling in the process of modernisation of control networks for concrete
dams, Reports of Geodesy, No. 1 (82), 2007.
Z a c z e k - P e p l i n s k a J., Koncepcja modernizacji klasycznych sieci poziomych
do wyznaczania przemieszczeń obiektów hydrotechnicznych, rozprawa doktorska,
Politechnika Warszawska, Warszawa 2008.