Static Stress Analysis of the Janov Dam - Historic Gravity Dam

Abstract

Tato práce se zabývá vlivem hydrostatického a tepelného zatížení na vývoj statických napětí a deformace v gravitační přehradě Janov pomocí modelu konečných prvků (MKP). Prvním krokem je popis procesu vývoje modelu, jako je generování geometrie modelu a materiálů. Přehrada a její skalní podloží jsou modelovány jako makroelementy. Spoj mezi makrobloky je reprezentován Mohr-Coulombovým spojem. Geometrie vychází z řezu hráze (řez 5L), který byl převzat z geotechnické zprávy o skalním podloží Janovské přehrady. Materiálové vlastnosti vycházejí ze zkoušek provedených na hrázi v letech 2000-2015, na jejichž výsledky je odkazováno v technické zprávě. Ke studiu velikosti a charakteru napětí a posunů v kritických bodech hráze byly použity statické a tepelné zatěžovací analýzy. Výsledky ukazují, že analytický přístup uvedený v LES BARRAGES Du projet à la mise en service, volume 17, 2011. podhodnocuje velikost napětí v patě a špičce hráze ve srovnání s hodnotami modelu FEM. Kromě toho je v případě nelineárního modelu FEM pozorováno nelineární rozložení normálových napětí σyy na rozhraní hráze, na rozdíl od konvenčního lineárního modelu uvedeného v LES BARRAGES Du projet à la mise en service, volume 17, 2011. Porovnání s údaji IN-SITU získanými z přehrady pak umožňuje kalibraci modelu. Pro sledování strukturální integrity janovské přehrady bylo v její centrální věži instalováno kyvadlo Huggenberg GL50 - 100. Kyvadlo bylo umístěno na výšce 1,5 metru. Tento systém poskytuje údaje o deformaci hráze v horizontální rovině v reálném čase. Výsledky kalibrace ukazují vyšší vlastnosti materiálu zdiva pro statické zatížení než pro tepelné zatížení. Tento rozdíl je způsoben 3D efektem, který vysvětluje potřebu posílit 2D model pro statickou analýzu.

This thesis studies the effect of hydrostatic and thermal loading on the evolution of static stresses and strains in the Janov gravity dam, using a finite element model (FEM). The first step is to describe the model development process, such as the generation of the model geometry and materials. The dam and its rock foundation are modeled as macro-elements. The joint between the macro-blocks is represented by a Mohr-Coulomb connection. The geometry is based on a section of the dam (section 5L), taken from the technical report on the Janov dam bedrock. The material properties are based on tests carried out on the dam in 2000-2015, the results of which are referenced in the technical report. Static and thermal loading analyses were used to study the magnitude and nature of stresses and displacements at critical points in the dam. The results show that the analytical approach mentioned in LES BARRAGES Du projet à la mise en service, volume 17, 2011 underestimates the magnitude of stresses at the upstream and downstream toes of the dam, compared with the FEM model values. In addition, a non-linear distribution of normal stresses σyy at the dam interface is observed in the case of the non-linear FEM model, unlike the conventional linear model specified in LES BARRAGES Du projet à la mise en service, volume 17, 2011. A comparison with IN-SITU data retrieved from the dam then enables the model to be calibrated. To monitor the structural integrity of the Janov dam, a Huggenberg GL50 - 100 pendulum was installed in its central tower. This system provides real-time data on the deformation of the dam in the horizontal plane. The calibration results show higher masonry material properties for static loading than for thermal loading. This difference is due to the 3D effect which explains the need to reinforce the 2D model for the static analysis.