Thesis (M.Eng.)--Memorial University of Newfoundland, 2004. / Bibliography: leaves 108-112.

<p>Hydropower is an important source of energy in Sweden and accounts for about 46 % of the total energy production. Sweden has about 1 200 hydropower plants and with the intention of raising the pressure head of the water and to store water, dams are built by the power plants. The storage reservoirs make it possible to adjust the energy production by demand and season. Dams in connection to the reservoirs are subjected to additional loading during periods of high floods or when an icecap in the winter is formed on the reservoirs. In order to maintain the dam safety, the power companies in Sweden are working with guidelines for dam safety from RIDAS. An important part of the work of dam safety is FDU that is carried out with purposes of improving the work of dam safety. A FDU made for the Skålan dam in the River of Ljungan showed that the levels of the safety factors for sliding and overturning of the dam was not fulfilled when subjected to loads from an icecap. The object of this thesis was to follow up the FDU and by carrying out extensive stability calculations on all parts of the Skålan dam, investigate what safety factors the different parts will get and also investigate some proposal measures in order to increase the dam stability.</p><p>The stability calculations for the dam have been performed according to directions in RIDAS at four loading cases. Loading case I and II means a water level to the retained water level and an ice load of 200 and 100 kN/m respectively. Loading case III and IV means a situation without ice load but with a water level to the retained water level respectively a water level to a meter above the retained water level. The stability of the dam was studied with regards to sliding and overturning. The results from the stability calculations showed for both loading case I and II that the majority of the parts of the Skålan dam did not fulfill the levels of the safety factors. The calculations also showed that some parts of the dam did not fulfill the stability criteria of sliding at loading case III, which implies that these parts of the dam actually have not enough weight.</p><p>The measure proposals studied were the ice preventive measures IR-elements and circulation of the deep warm water and the stability increasing measure with pre strained rock anchorages. The net present value (NVP) for the different measures were calculated with a life length of the dam estimated to 60 years. The results from the calculations of the NVP showed that the most economically feasible measure is circulation of the water but when considering the results from the stability calculations, the most suitable measure is the rock anchorages. Therefore, a combination of rock anchorages on parts which not fulfills the stability criteria in combination with circulation of the water is suggested to be the best measure.</p> / <p>Vattenkraften är en viktig energikälla i Sverige som utgör ca 46 % av den totala energiproduktionen. I Sverige finns det ca 1 200 kraftverk och i syfte att öka fallhöjden och lagra vatten bygger man dammar i anslutning till kraftverken. Dammarna skapar stora magasin med vatten och gör det möjligt att anpassa elproduktionen efter säsong och behov.</p><p>Dammar och kraftverk vid vattenmagasinen utsätts för extra belastning under perioder med höga flöden samt vid islaster och för att upprätthålla dammsäkerheten har man tagit fram RIDAS - kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet. Inom ramen för dammsäkerhetsarbete utförs fördjupade dammsäkerhetsutvärderingar, FDU, för att arbeta förebyggande och hitta möjligheter till förbättring av dammsäkerhetsarbetet. I en FDU gjord för Skålandammen i Ljungan påvisades att de av RIDAS uppsatta säkerhetsfaktorerna för glidning och stjälpning inte uppfylldes vid islast. Syftet med detta arbete var att följa upp FDU:n och med utförliga stabilitetsberäkningar på Skålandammens alla delar (monoliter) undersöka hur dessa klarar säkerhetsfaktorerna vid olika lastfall, hur stort problemet med islast är samt ta fram åtgärdsförslag för att öka dammens stabilitet.</p><p>Beräkningarna har utförts enligt RIDAS anvisningar för stabilitetsberäkningar vid fyra olika lastfall där de två första innebär en vattennivå till magasinets dämningsgräns samt en islast på 200 respektive 100 kN/m och de två andra behandlar en situation utan islast men med en vattennivå till dämningsgränsen respektive en vattennivå till 1 meter över dämningsgränsen. Stabiliteten kontrollerades med avseende på stjälpning och glidning.</p><p>Resultatet av stabilitetsberäkningarna visade att för majoriteten av Skålandammens monoliter uppfylls inte stabilitetskraven vid en islast på vare sig 200 eller 100 kN/m. Det visades även att ett fåtal monoliter inte uppfyller säkerhetskraven för glidning vid lastfallet utan islast med en vattennivå till dämningsgränsen, vilket indikerar på att dessa monoliter är för lätta.</p><p>De isfrihållande åtgärdsförslagen som jämfördes var IR-element och cirkulering av vattnet med hjälp av luftbubblor och den stabilitetshöjande åtgärden med förspända bergförankringar. Nuvärdet för dessa åtgärder beräknades sedan med antagandet att dammen har en livslängd på 60 år. Resultatet från nuvärdesberäkningen visade att det billigaste alternativet är cirkulering av vattnet men utifrån stabilitetsberäkningarna är det mest fördelaktigt att använda den stabilitetshöjande åtgärden med bergförankringar. Med anledning av detta föreslås ett alternativ med bergförankringar på de monoliter som inte uppfyllde säkerhetskraven vid lastfall utan is i kombination med cirkulering av vattnet som den mest lämpliga åtgärden.</p>

Hydropower is an important source of energy in Sweden and accounts for about 46 % of the total energy production. Sweden has about 1 200 hydropower plants and with the intention of raising the pressure head of the water and to store water, dams are built by the power plants. The storage reservoirs make it possible to adjust the energy production by demand and season. Dams in connection to the reservoirs are subjected to additional loading during periods of high floods or when an icecap in the winter is formed on the reservoirs. In order to maintain the dam safety, the power companies in Sweden are working with guidelines for dam safety from RIDAS. An important part of the work of dam safety is FDU that is carried out with purposes of improving the work of dam safety. A FDU made for the Skålan dam in the River of Ljungan showed that the levels of the safety factors for sliding and overturning of the dam was not fulfilled when subjected to loads from an icecap. The object of this thesis was to follow up the FDU and by carrying out extensive stability calculations on all parts of the Skålan dam, investigate what safety factors the different parts will get and also investigate some proposal measures in order to increase the dam stability. The stability calculations for the dam have been performed according to directions in RIDAS at four loading cases. Loading case I and II means a water level to the retained water level and an ice load of 200 and 100 kN/m respectively. Loading case III and IV means a situation without ice load but with a water level to the retained water level respectively a water level to a meter above the retained water level. The stability of the dam was studied with regards to sliding and overturning. The results from the stability calculations showed for both loading case I and II that the majority of the parts of the Skålan dam did not fulfill the levels of the safety factors. The calculations also showed that some parts of the dam did not fulfill the stability criteria of sliding at loading case III, which implies that these parts of the dam actually have not enough weight. The measure proposals studied were the ice preventive measures IR-elements and circulation of the deep warm water and the stability increasing measure with pre strained rock anchorages. The net present value (NVP) for the different measures were calculated with a life length of the dam estimated to 60 years. The results from the calculations of the NVP showed that the most economically feasible measure is circulation of the water but when considering the results from the stability calculations, the most suitable measure is the rock anchorages. Therefore, a combination of rock anchorages on parts which not fulfills the stability criteria in combination with circulation of the water is suggested to be the best measure. / Vattenkraften är en viktig energikälla i Sverige som utgör ca 46 % av den totala energiproduktionen. I Sverige finns det ca 1 200 kraftverk och i syfte att öka fallhöjden och lagra vatten bygger man dammar i anslutning till kraftverken. Dammarna skapar stora magasin med vatten och gör det möjligt att anpassa elproduktionen efter säsong och behov. Dammar och kraftverk vid vattenmagasinen utsätts för extra belastning under perioder med höga flöden samt vid islaster och för att upprätthålla dammsäkerheten har man tagit fram RIDAS - kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet. Inom ramen för dammsäkerhetsarbete utförs fördjupade dammsäkerhetsutvärderingar, FDU, för att arbeta förebyggande och hitta möjligheter till förbättring av dammsäkerhetsarbetet. I en FDU gjord för Skålandammen i Ljungan påvisades att de av RIDAS uppsatta säkerhetsfaktorerna för glidning och stjälpning inte uppfylldes vid islast. Syftet med detta arbete var att följa upp FDU:n och med utförliga stabilitetsberäkningar på Skålandammens alla delar (monoliter) undersöka hur dessa klarar säkerhetsfaktorerna vid olika lastfall, hur stort problemet med islast är samt ta fram åtgärdsförslag för att öka dammens stabilitet. Beräkningarna har utförts enligt RIDAS anvisningar för stabilitetsberäkningar vid fyra olika lastfall där de två första innebär en vattennivå till magasinets dämningsgräns samt en islast på 200 respektive 100 kN/m och de två andra behandlar en situation utan islast men med en vattennivå till dämningsgränsen respektive en vattennivå till 1 meter över dämningsgränsen. Stabiliteten kontrollerades med avseende på stjälpning och glidning. Resultatet av stabilitetsberäkningarna visade att för majoriteten av Skålandammens monoliter uppfylls inte stabilitetskraven vid en islast på vare sig 200 eller 100 kN/m. Det visades även att ett fåtal monoliter inte uppfyller säkerhetskraven för glidning vid lastfallet utan islast med en vattennivå till dämningsgränsen, vilket indikerar på att dessa monoliter är för lätta. De isfrihållande åtgärdsförslagen som jämfördes var IR-element och cirkulering av vattnet med hjälp av luftbubblor och den stabilitetshöjande åtgärden med förspända bergförankringar. Nuvärdet för dessa åtgärder beräknades sedan med antagandet att dammen har en livslängd på 60 år. Resultatet från nuvärdesberäkningen visade att det billigaste alternativet är cirkulering av vattnet men utifrån stabilitetsberäkningarna är det mest fördelaktigt att använda den stabilitetshöjande åtgärden med bergförankringar. Med anledning av detta föreslås ett alternativ med bergförankringar på de monoliter som inte uppfyllde säkerhetskraven vid lastfall utan is i kombination med cirkulering av vattnet som den mest lämpliga åtgärden.

Tvenkinių šlaitų tvirtinimo plokščių būklę, ilgaamžiškumą lemia jas veikiantys poveikiai ir apkrovos, susidarantys veikiant klimato sąlygoms, agresyviai aplinkai bei kitiems įvairiems veiksniams. Darbo tikslas – įvertinti Lietuvos tvenkiniuose susidarančias ledo apkrovas ir jų įtaką šlaitų tvirtinimo gelžbetoninėms plokštėms. Šiam tikslui pasiekti buvo atlikta literatūros analizė, siekiant nustatyti ledo apkrovų tipus. 2008 – 2009 m. mokslinių ekspedicijų metu natūriniais tyrimais įvertinta 14 tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių būklė pagal STR.1.12.03:2006. Remiantis literatūros ir natūrinių tyrimų rezultatų analize, nustatyta, kad tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninės plokštės labiausiai ardomos dėl ledo poveikio. Detalesniam tyrinėjimui parinktos 4 tvenkinių plokštės, kurių suardymo pobūdis leidžia teigti, kad šlaitų tvirtinimo plokštės buvo suardytos veikiant ledo apkrovoms. Darbe ledo poveikis analizuotas vertinant prie tvenkinių šlaitų tvirtinimo plokščių prišalusio ledo vertikaliąją apkrovą Fd ir susidarantį lenkimo momentą M dėl pažemėjusio vandens lygio. Atlikus ledo apkrovos kintant vandens lygiui analitinius skaičiavimus, sudaryta šlaitų tvirtinimo gelžbetonines plokštes veikiančios apkrovos dydžio priklausomybė nuo ledo storio. Nustatyta, kad tvenkinių ledo apkrovos labiausiai priklauso nuo ledo storio – didėjant ledo storiui bendruoju atveju ir ledo apkrovos didėja. / The state and durability of the slabs strengthening slopes of the ponds are influenced by the impacts and loads occurring because of the climatic conditions, aggressive environment and other various factors. The aim of the work is to assess the ice loads that occur on the Lithuanian ponds and their influence on the concrete slabs strengthening slopes. To achieve this objective, analysis of the literature was performed to determine the types of ice loads. The state of 14 concrete slabs was evaluated by field investigations in accordance with STR. 1.12.03:2006 during the scientific expeditions in 2008-2009. In accordance with the literary and field investigation analysis, it was found out that the concrete slabs strengthening the slopes of the ponds are mostly damaged by the influence of the ice. 4 slabs of the ponds were chosen for the more detailed research. The character of the damage allows proposing that the strengthening slabs were influenced by the ice loads. In the research the effect of the ice was analyzed estimating the vertical load of the ice frozen on to the slabs strengthening slopes of the ponds Fd and bending moment M emerging because of the dropped level of the water. After analytical calculations of the ice load, when the water level is changing, were performed, the dependence of the load size on the thickness of ice was made. It was determined that ice loads of the ponds mostly depend on the thickness of the ice –in general case, when the ice is getting... [to full text]

It is essential to understand the mechanics of ice load and how it affects concrete dams located in a cold climate, such as Sweden, where the temperature becomes sufficiently cold to freeze the surface of the reservoir. The purpose of this thesis is to study ice load distribution along concrete dams, and its response during the application of an ice load. Two types of concrete dams were analysed, an arch dam and a buttress dam. For these dams, the influence from different parameters on the ice load distribution along the dams is studied. In addition to this, a study on how the ice load affects dam stability had also been performed. Stability analyses based on the finite element method were performed using both linear and nonlinear formulation of the interaction behaviour between the base of the dam and the underlying rock. A parametric study of ice sheet expansion on different dam types and geometries were performed. The expansion of the ice sheet was assumed to either be caused by a constant temperature 15 ˚C uniformly distributed over the ice thickness, or by a temperature gradient from 15 ˚C at the top surface of the ice sheet and 0 ˚C at the bottom. The parametric study also includes an investigation about influence of the shape of the reservoir beaches, where it either had a perpendicular shape towards the surface of the dam, or it had an angle of 30˚ with the dam surface. In the linear stability analysis, the structure continued to deform with increasing of the resultant pressure until it reached nonlinearity. The dam deflection had a linear relation with the applied ice load force until it reached the point when structure behaviour was nonlinear. The structure failed due to sliding, overturning or combination of both sliding and overturning. A material failure can also occur if the nonlinear material behaviour is considered, however this was not considered in this study. The parametric study showed that the ice load distribution was less near the beaches, and the distribution of the load on the concrete dam was higher near the top surface of the ice sheet. It was also shown in the study that the distribution of the ice load along the dam was as a cosine function where it had the maximum value at the buttress and the minimum at monolith connections. The result also showed that the load distribution over the thickness of the ice sheet was the same along the dam, regardless of the shape of the beaches or the length of the ice sheet. / Det är viktigt att förstå hur islasten beter sig och hur den påverkar betongdammar som är belägna i kallt klimat, som t.ex. Sverige, där temperaturen blir tillräckligt låg för att frysa ytvattnet i en flod. Syftet med detta examensarbete är att studera isbelastningsfördelningen längs en betongdamm och dess respons under en belastningen. Två olika typer av betongdammar har analyserats, vilka är valvdamm samt lamelldamm. För dessa, studerades det hur olika parametrar påverkar lastfördelningen från istrycket längsmed dessa dammar. Slutligen har det studerats hur islasten påverkar dammsäkerheten och risken för dammbrott. Inverkan från interaktionen mellan dammen och det underliggande berget som linjär eller olinjärt har studerats i stabilitetsanalyser baserade på finita elementmetoden. En parameterstudie har också genomförts för olika dammtyper och geometrier där islasten orsakades av en expansion av isytan. Denna expansion antogs vara orsakad av antingen av en jämn fördelad temperatur över istjockleken på 15 ˚C, eller en temperaturgradient över istjockleken med +15 ˚C på den övre ytan och 0 °C vid isens bottenyta. Den parametriska studien beaktar även inverkan från utformningen av stränderna, där den har definierats som antingen vinkelrät mot dammen eller med en lutande vinkel på 30 grader. I fallet med linjära stabilitetsanalyser kommer konstruktionen att fortsätta att deformeras som ett resultat av ökande resulterande tryckkraft. Dammens deformation har ett linjärt förhållande med den applicerade islasten till dess att den når en punkt då strukturens beteende övergå till olinjärt. Strukturens brottmod kan uppstå på grund av glidning, stjälpning eller i en kombination av både glidning och stjälpning. materialbrott kan uppstå om icke-lineariteterna beaktas. Dammen gick till brott på grund av glidning, vältning eller i kombinationen av dessa då. Materialbrott kan uppstå om icke-linjära materialmodeller inkluderas, men detta beaktades dock ej i denna studie. Den parametriska studien visar att isbelastningen är mindre nära stränderna och att belastningen på betongdammen är högre vid isens ovanyta. Studien visar att islastfördelningen längsmed dammen liknar en cosinusfunktion som når sitt maximum vid stödskivan och sitt minimum vid monolitanslutningen. Resultatet visar även att islastfördelningen genom islastens tjocklek har samma form längsmed dammen oavsett utformningen av stränder eller istäckets längd.

No description available.

Many dams existing today were constructed around fifty years ago. Condition monitoring is essential for maintaining high safety and determining the current level of safety and stability for these dams. There is a need for new monitoring techniques and finite element coupled monitoring could be one of these techniques. A concrete arch dam located in Sweden is modelled and calibrated with respect to concrete temperature measurements. The temperature distribution is then defined as a prescribed strain in a structural mechanical model in which a parametric study is performed. The results from the parametric study are compared to measurements of the crest deformation and a combination of parameters is found giving the lowest difference between measurements and model results for the mid-section. The results show that the finite element model can be used to predict the behavior of the dam with acceptable deviation. The parametric study indicates that the reference temperature of the concrete has little effect on the amplitude of the deformation and that the governing factor is the coefficient of thermal expansion. / Många av de dammar som finns idag byggdes för omkring femtio år sedan. Tillståndsövervakning är avgörande för att kunna bestämma nivån av säkerhet och stabilitet för dessa dammar. Det finns ett behov av ny övervakningsteknik och finita element-kopplad övervakning kan vara en av dessa tekniker. En betongvalvdamm modelleras och kalibreras med avseende på uppmätt betongtemperatur. Den beräknade temperaturfördelningen definieras sedan som en föreskriven töjning en strukturmekanisk modell i vilken en parametrisk studie utförs. Resultaten från parameterstudien jämförs med mätningar av kröndeformation och en kombination av parametrar identifieras som ger lägsta skillnad mellan mätningar och modellresultat för mittsektionen. Resultaten visar att modellen kan användas för att förutsäga dammens beteende med acceptabel avvikelse. Parameterstudien indikerar att referenstemperaturen för betongen har liten inverkan på amplituden för deformationen och att den styrande faktorn är längdutvidgningskoefficienten.

With increasing interest in utilizing the inland waterways (IWW) in European countries, the design of IWW vessels gains attention both from a transport efficiency and an emission control point of view. However, unlike in western and central European countries, in Nordic countries, e.g. Sweden, IWW ships must deal with ice on the fairway during every winter. Usually, IWW ships are designed without ice concerns and are structurally weaker compared to ships designed according to ice class notification from the classification societies. Developing such ships requires particular concerns since there is no strict requirements regarding ice class notifications for IWW ships. A primary challenge is to estimate both the global and local ice loads acting on the ship hull structure. To consolidate the design problems for IWW ice-going ships, Lake Mälaren is selected. Ice conditions, i.e. ice type and concentration, and ice data, e.g. ice thickness and ice flexural strength, are extracted and analysed for the ice load estimation. The ice mechanical properties have great influence on the ice load. Ice characteristics are studied based on empirical formulae and properties are calibrated by reference data. The deterministic approach is widely used to predict the ice loads. It is suitable when all variables, i.e. ship geometry and ice properties, are known and refers to rule-based design hereby. For first year light ice conditions in Lake Mälaren, the Finnish Swedish Ice Class Rule (FSICR) is widely used. The thesis uses guidelines from the Finnish Swedish Ice Class Rules as a reference and compare the results with other methods. The probabilistic approach, on contrary, is useful when certain variables are unknow, which are interpreted as random variables, for instance ice breaking pattern. Here the probabilistic method and ice-hull interaction mechanism are studied. The probabilistic method simplifies the ice pressure in relation to the contact area between the ice and the ship hull. It predicts maximum ice pressure acting on the ship hull based on field ice test data and ice exposure conditions. Such semi-empirical method can be used regardless of ship type and size. For this, a numerical model is introduced based on ice-hull collision mechanisms and the essential ice breaking characteristics. The physical mechanism is studied for idealizing ship-ice impact model. The idealization model includes the ice failure process, ice conditions and ship geometry. The ice failure is assumed to be initiated by crushing ice and followed by breaking due to bending failure. Ice properties are set as constant values without any variations. The stochasticity in interact process is represented by randomness in collision location and number of pieces of ice floe formed after breaking. An energy method is used to calculate the ice crushing force, indentation displacement and contact area. The ice bending scenario is simplified as an infinite plate resting on an elastic foundation under a concentrated load. Ice impact load and critical load can be obtained for global and local structural assessment respectively. The structural responses and structural strength of a representative panel at linear and nonlinear contexts are investigated as well. Ship structure is commonly designed with material yield strength as limit. However, the study shows a lighter structure can be achieved if plastic deformation is allowed without causing failure. Therefore, the design can be optimized with regards to ice loading capacity and weight control.

En damm används i huvudsak för att magasinera vatten i energiutvinningssyfte. Dammen rör sig fram och tillbaka i ett säsongsmönster mestadels beroende på skillnader i utomhustemperatur och vattentemperaturen i magasinet. Det nordiska klimatet innebär risk för isläggning i magasinet, för vilken lasten är relativt outforskad. Denna rapport syftar till ett med multipla linjära regressionsmodeller samt dynamiska regressionsmodeller avgöra vilka variabler som förklarar en specifik svensk dammkonstruktions rörelse. Dammens rörelse mäts genom att mäta dammens förflyttning kontra berggrunden med data från dammens inverterade pendlar. Av särskilt intresse är att avgöra islastens påverkan på rörelsen. Resultaten visar att multipla linjära regressions-modeller inte fullständigt lyckas modellera dammens rörelse, då de har problem med autokorrelerade residualer. Detta hanteras med hjälp av autoregressiva regressionsmodeller där de initiala förklarande variablerna inkluderas, kallat dynamisk regression. Denna rapports resultat visar att de autoregressiva parametrarna fungerar mycket väl för att förklara pendlarna, men att även tid, temperatur, det hydrostatiska trycket samt istjocklek är användbara förklarande variabler. Istjockleken visar signifikant påverkan på 5 % signifikansnivå på två av de undersökta pendlarna, vilket är ett noterbart resultat. Författarna menar att rapportens resultat indikerar att det finns anledning att fortsätta forska kring islastens påverkan på dammkonstruktioner. / A dam is a structure mainly used for storing water and generating electricity. The structure of a dam moves in a season-based pattern, mainly because of the difference in temperature between the air on outside of the dam and the water on the inside. Due to the Nordic climate, occurrences of icing on the water in the basin is fairly frequent. The effects of ice on the structural load of the dam are relatively unexplored and are the subject to this bachelor’s thesis. The goal of this project is to evaluate which predictors are significant to the movement of the dam with multiple linear regression models and dynamic regressions. The movement is measured by inverted pendulums that register the dam’s movement compared to the foundation. It is of particular interest to determine if the ice load influences the movement of the dam. The multiple regression models used to explain the dam’s movement were all discarded due to autocorrelation in the residuals. This falsifies the models, since autocorrelation means that they don’t meet the needed assumptions. To counteract the autocorrelation, dynamic models with autoregressive terms were fitted. These models showed no problem with autocorrelation. The result from the dynamic models were successful and managed to significantly explain the movement of the dam. The autoregressive terms proved to be efficient explanatory variables. The dynamic regression models also show that the time, temperature, hydrostatic pressure and ice thickness variables are also useful explanatory variables. The ice thickness shows a significant effect at the 5 % significance level on two of the investigated pendulums. The report's results indicate that there is reason to continue research on the ice load impact on dam constructions.

In the dissertation evaluated frost influence to the change of physical–mechanical properties of the reinforced concrete slabs for earth dam slope protection. Established ice thermal expansion linear load acting the slabs and proposed more exact calculation of this load. Evaluated deterioration indices and defects influence to slabs state and durability.