Till innehåll på sidan

A systems approach to ice loads on concrete dams

Tid: On 2022-02-09 kl 13.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66770434327?pwd=NkZRMk9KdWU2S0U5dmtTVERsL05rZz09

Språk: Engelska

Ämnesområde: Byggvetenskap, Betongbyggnad

Respondent: Rikard Hellgren , Betongbyggnad

Opponent: Professor Pierre Legér, Polytechnique Montréal

Handledare: Docent Richard Malm, Betongbyggnad; Professor Anders Ansell, Betongbyggnad; Adjungerad professor Erik Nordström, Betongbyggnad

QC 20220111

Abstract

Dammar används främst för att lagra vatten för elproduktion och bevattning eller för flödesreglering. Ett kontinuerligt arbete med att säkerställa en hög dammsäkerhetsnivå är en förutsättning för att minimera risken för ett okontrollerat utsläpp av vatten från dessa dammar. En viktig del av säkerhetsutvärdering av betongdammar är förståelse för de laster som dessa utsätts för samt kunskap om dammens förväntade respons. Under normala förhållanden påverkas en betongdamms strukturella beteende främst av variationer i vattennivån och de omgivande temperaturerna. För betongdammar i kallt klimat är den stora variationen i temperatur mellan sommar och vinter särskilt betydande. Dessutom kan dessa dammar utsättas för ett tryck från expansion och rörelse hos det istäcke som kan bildas på magasinet. För betongdammar utgör storleken på denna islast en betydande osäkerhet. De nuvarande riktlinjerna är geografiskt baserade och anger att betongdammar ska dimensioneras för en linjelast med storleken 50-250 kN/m. En sådan storlek innebär att islasten, särskilt för små dammar, utgör en betydande del av den totala lasten. Trots dess relativt stora påverkan är kunskapen om islaster låg och utgör för tillfället en av de största osäkerheterna vid utvärdering av betongdammars stabilitet. Det finns dessutom en motsättning där mätningar och modeller visar att islasten är högre än de rekommenderade värdena, samtidigt som det inte finns några rapporterade dammhaverier orsakade av islast.

I denna avhandling behandlas isen och dammen som ett system för att på sätt öka förståelse kring både islaster och betongdammars beteende under normal drift. Avhandlingen innehåller sex enskilda studier som studerar dammens, isens eller systemets respons till yttre variationer. Dammen har studerats genom transienta analyser i syfte att öka förståelsen kring, och upptäcka avvikelser i betongdammars normalbeteende. Isen har studerats genom mätningar där ett stort bidrag från detta projekt är utvecklingen av en 1$\times$3m$^2$ islastpanel, installationen av denna panel på en betongdamm, och efterföljande mätningar under sex vintrar. Dessutom har en systematisk sammanställning och analys av tidigare mätningar genomförts. Dessa studier har sammanlänkats genom två studier av hela systemet. Den första av dessa är en parameterstudie där den statiska interaktionen mellan is och damm simuleras i syfte att kvantifiera hur geometriska variationer hos vattenmagasinet och isen påverkar den mekaniska islasten. Den andra studien innefattar transienta analyser av betongdammars beteende med syfte att detektera inverkan från islast i det uppmätta beteende hos betongdammar.  

Variation i vattennivå och temperatur har större påverkan på det strukturella beteendet under normaldrift hos de studerade dammarna än irreversibla förändringar orsakade av nedbrytningsprocesser och skador. Islastmätningar och simuleringar visar att islasten varierar betydande längs med dammen. Detta försvårar kvantifierandet av inverkan från yttre faktorer på islastens storlek. Trots detta visar tre oberoende analyser att istjocklek, vattennivåförändring och dammens egenskaper har en signifikant påverkan på islastens storlek. Om nuvarande riktlinjer ska uppdateras för att beakta lokala förhållanden vid dammen bör dessa parametrar inkluderas. Islaster av de storlekar som uppmätts och anges i de nuvarande riktlinjerna bör ha en tydlig påverkan på dammens beteende vid normaldrift. En sådan påverkan har dock inte observerats hos de åtta dammar som studerats i detta projekt. Det ger en indikation om att de islaster som mäts lokalt inte nödvändigtvis är representativa för den globala islasten som verkar på hela dammen.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-306937