Ocelová přehrada - Steel dam
Ocel hráz je typ přehrady (struktura zabavit nebo zpomalení toku vody), který je vyroben z oceli , spíše než běžnější zděných , zemní práce , betonu nebo dřeva stavebních materiálů.
Relativně málo příkladů bylo někdy postaveno. Ze tří postavených v USA zůstávají dva, ocelová přehrada Ashfork-Bainbridge Steel Dam , postavená v roce 1898 v arizonské poušti, která zásobuje lokomotivní vodu Atchison, Topeka a Santa Fe Railway (ATSF), a Redridge Steel Dam , postavená v roce 1901. na horním poloostrově v Michiganu dodávat vodu do lisoven. Třetí, přehrada Hauser Lake v Montaně, byla dokončena v roce 1907, ale v roce 1908 selhala.
Ocelové přehrady byly po první světové válce shledány neekonomickými, protože ceny oceli mnohonásobně vzrostly ve srovnání s cenami cementu, i když jsou stejně zdravé jako ostatní stavební materiály přehrad. Jejich ekonomika je v 21. století velmi příznivá kvůli nižším celkovým nákladům na práci na místě, nižším nákladům na přepravu sypkého materiálu, dostupnosti více času na stavbu za rok a flexibilitě stavebního plánu vyhovujícího zákonným požadavkům atd.
Obsah
Principy činnosti
Ocelové přehrady používají řadu patek ukotvených v zemi. Tyto patky drží vzpěry, které zase drží řadu palubních nosníků, které zase drží ocelové desky. Právě s těmito deskami přichází voda do styku. Nosníky a desky jsou šikmé ve směru po proudu, takže část hmotnosti vody působí silou dolů na vzpěry a patky a drží je na místě. Pokud by desky byly svislé, jako v ocelovém koferdamu , veškerá síla by byla vodorovná a k vyrovnání vodorovné síly a ohybového momentu by bylo zapotřebí mnohem mohutnějších vzpěr a kotev.
Přímo vzpěry
Ve verzi s přímým roztažením, zobrazené na obrázku vlevo, jsou všechny vzpěry rovnoběžné. V nosnících desek tak není žádná tahová síla.
Konzolový vzpěra
Ve verzi s konzolovými vzpěrami, která je zobrazena na obrázku vlevo, lze horní vzpěru (nebo vzpěry, v závislosti na provedení) vyrobit z konzolového vazníku. Tím, že všichni jdou do stejného základu, je horní část nosníků paluby tak napnutá a moment konzolového úseku je vyrovnán okamžikem dopadu vody na tento úsek.
Vroubkování
U obou typů konstrukcí je typické, že desky mají vroubkovaný vzhled, jak je vidět na obrázku Redridge Steel Dam výše. Má umožnit volnou roztažnost / smrštění ocelových desek při změně teploty vody nebo okolní teploty.
Návrhové kompromisy
Existují dva konstrukční kompromisy, úhel nosníku a úhel vzpěry. Zvětšením úhlu nosníku / desky směrem k horizontále se normální složka síly zvýší směrem k vertikální; to znamená, že patky nemusí odolávat tolik vodorovné síle, ale vyžadují více oceli pro danou hlavu proti směru toku. Zvětšení úhlu vzpěry směrem ke svislici snižuje vodorovný moment na patkách a snižuje riziko klouzání.
Přelivy a potrubí
Ocelové přehrady mohou nebo nemusí mít přepad. Ashfork-Bainbridge žádný neměl, ale byl navržen tak, aby umožňoval nalévání vody přímo na hřeben, zatímco Redridge měl jak přepad, tak vodovodní potrubí pro dodávku vody do navazujících lisoven.
Výhody a nevýhody
Navrhovatelé Steel Dam požadovali některé výhody:
- Techniky výroby oceli, dokonce i na přelomu 19. století, umožňovaly rychlejší a levnější stavbu než zdivo
- Struktura je staticky určitá, což umožňuje přesné výpočty potřebného zatížení a síly prutu
- Vzhledem k tomu, že ocel je pružnější než beton, je odolnější vůči katastrofickým poruchám způsobeným usazováním půdy
- Mráz na ně nepůsobí tak, jako beton nebo zdivo
- Nekatastrofické úniky lze řešit svařováním
Byly také některé známé nevýhody:
- Konstrukce dobrých patek je klíčem k úspěšné přehradě, protože musí nést váhu, příliš se neusazovat a odolávat vodorovnému pohybu.
- Dlouhodobá pevnost hráze není známa. Dva dosud stojící příklady v USA nejsou v současné době významně zatíženy vodou
- Lehkost konstrukce znamená, že je náchylnější k opotřebení vlivem vibrací vody než mohutnější přehrady
- Potřeby údržby jsou vyšší, je třeba řešit rez a korozi
- Stresy mohou být docela koncentrované, což by mohlo způsobit praskání stresu jako poruchový režim.
- Stejně jako u jiných přehrad, je podkopání možným režimem selhání (má se za to, že přehrada u jezera Hauser selhala.)
Další čtení
- Jackson, Donald C. Great American Bridges and Dams, John Wiley & Sons, New York (USA), ISBN 0-471-14385-5 , 1984; 210–211.
- Irrigation and Water Power Engineering , kniha nalezená prostřednictvím knih Google. Jeden z mála zdrojů, který zmiňuje ocelové přehrady, uvádí, že v USA existují 3 a poskytuje nějaké informace. Některé z tohoto článku používají materiál z tohoto textu.
- University of Queensland Stručná historie ocelových přehrad od Huberta CHANSONA (po kliknutí na odkaz budete muset stisknout tlačítko PROCEED) a pokračovat v článku). To naznačuje, že přehrada Hauser Lake byla postavena v letech 1905-1907 a selhala v roce 1908, poté, co SCHUYLER (1909).