Platedammer og jordskjelv

Abstract

Den norsk-amerikanske ingeniøren Nils Ambursen introduserte platedammen i 1903 med frontal damplate som tetningselement og en serie tverrstilte, bærende pilarer. Det ble bygget mange platedammer i Norge frem til 1970-tallet. Konstruksjonen har en begrenset materialbruk og overfører statiske laster på en effektiv måte. Dette har gjort platedammen sårbar for dynamiske laster og mange potensielle bruddmekanismer kan identifiseres.I Norge ble krav til jordskjelvkontroll av dammer innført for første gang i 2010. Platedammen har også en svært begrenset utbredelse i land med mer erfaring med jordskjelvproblematikk. Det knytter seg derfor generell usikkerhet til hvordan eksisterende platedammer skal vurderes i forhold til det nye regelverket.Med bakgrunn i prosjektoppgaven Platedammer og jordskjelv har denne oppgaven vurdert platedammens dynamiske egenskaper, samt respons og sikkerhet i forbindelse med jordskjelv. Litteratursøk, grunnlagsmateriale for jordskjelvberegninger og befaring ved platedammer har dannet grunnlag for arbeidet. En lineær elastisk numerisk modell er etablert i elementmetodeprogrammet Abaqus.Betydningen av forskjellige konstruksjonsmessige detaljer i en seismisk sammenheng er vurdert og har dannet grunnlag for modellering av en enkelt damseksjon i typiske norske platedammer med høyde på henholdsvis 12 og 25 meter. De to modellene har dannet utgangspunktet for vurderinger tilknyttet varierende damhøyde, vannstand i magasinet og sideveis avstivning. Platedammens dynamiske egenskaper, globale respons og virkning på enkeltkomponenter gjennom en seismisk hendelse, er analysert ved frekvensanalyse og dynamisk analyse ved tidshistorie. Resultatene viser hvordan dammens svingemoder representerer separate bevegelser i aksiell retning eller i oppstrøms-nedstrøms og vertikal retning. Gjennom en seismisk hendelse vil den største responsen være representert ved pilarens utbøyning i aksiell retning. Som ved statisk belastning, vil dammens oppstrøms helning ivareta den globale stabiliteten ved jordskjelv. Ved jordskjelv vil sikkerheten til en platedam derfor være mer avhengig av enkeltkomponenters stabilitet enn av dammens globale stabilitet. Opptredende strekkspenninger i pilaren som følge av utbøyning i aksiell retning, vil særlig utgjøre en potensiell bruddmekanisme. Fordi platedammens egenskaper og respons i stor grad er avhengig av retning, konkluderes det med at fokuset i forbindelse med jordskjelv i større grad må rettes mot oppførsel og sikkerhet i aksiell retning. Den kvasistatiske metoden, som ofte er benyttet for gravitasjonsdammer i oppstrøms-nedstrøms retning, vil derfor ikke gi et riktig bilde av platedammens respons og sikkerhetsnivå ved et jordskjelv.Platedammens respons og sikkerhet i forbindelse med jordskjelv vil effektivt kunne endres ved å tilføre sideveis avstivning, for eksempel i form av avstivningsbjelker. For norske platedammer er isolasjonsveggens bidrag vurdert som lite, men positivt. Ved å benytte sideveis avstivning, vil dammens evne til å overføre treghetskreftene mot vederlag være avgjørende.I tillegg til utvikling av forenklede analysemetoder, anbefales det å innrette videre numeriske studier mot platedammens ikke-lineære respons, betydning av fullstendig damgeometri, og verifisering av input-parametere ved vibrasjonstest av en virkelig platedam.