Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. icon

Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф.


Скачать 116.05 Kb.
НазваниеРасчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф.
страница1/2
Размер116.05 Kb.
ТипУчебное пособие
  1   2


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»


Г. П. Подколзин, Е.П.Степанова, С. А. Макеев, В.И. Ядров


РАСЧЕТ ОПОР ЛЭП


Учебное пособие


Омск 2005


УДК 621.315.66.001.24(075)

ББК 31.279-04-022я73

П 44


Рецензенты:


Щвецов В. Т, д-р техн. наук, проф. СибАДИ;

Ахтулов А. Л, д-р техн. наук, проф. СибАДИ


Подколзин Г. П., Макеев С. А., Ядров В.И.

П 44 Расчет опор ЛЭП: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. 36 с.


Приведены сведения об опорах воздушных линий электропередачи, их классификация. Дана расчетная модель металлической опоры. Рассмотрены силы, действующие на эти опоры. Приведен пример расчета металлической опоры.

Предназначено для студентов энергетических специальностей очной и заочной форм обучения.


УДК 621.315.66.001.24(075)

ББК 31.279-04-022я73


Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университет


 Авторы, 2005

 Омский государственный

технический университет, 2005


Введение


Устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе, называют воздушной линией электропередачи: (ЛЭП).

Воздушные ЛЭП состоят из опорных конструкций (опор и оснований), траверс, проводов, изоляторов и линейной арматуры.

Положение оси ЛЭП на земной поверхности называют трассой.

Для поддержания проводов ЛЭП на заданном расстоянии друг от друга и от земли служат опоры.

Горизонтальные расстояния между центрами двух опор на трассе называют пролетом.

Усилие, с которым натягивают провод (трос), называют тяжением.

Нагрузку на элементы ЛЭП, приходящуюся на площадь их рабочего сечения, называют механическим напряжением. Так, механическое напряжение провода равно общему тяжению, деленному на площадь поперечного сечения провода.

Максимально допустимое механическое напряжение материала, после превышения которого начинается его разрушение, называют временным сопротивлением.

Отношение минимальной нагрузки, разрушающей данный элемент, к фактической при наиболее тяжелых условиях называют запасом прочности, или коэффициентом запаса прочности.

В зависимости от механического состояния ЛЭП различают следующие режимы:

нормальный  провода и тросы не оборваны;

аварийный  полный или частичный обрыв проводов и тросов;

монтажный  монтаж опор, проводов и тросов.

Механические нагрузки на элементы ЛЭП зависят от климатических условий района и характера местности, по которой проходит линия, а также от режима работы.



  1. ^ Общие сведения об опорах


По назначению опоры делят на промежуточные (П), анкерные (А), угловые (У), концевые (К) и специальные (С) [1, 2].

Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП. Они предназначены для поддержания проводов и не воспринимают нагрузки от тяжения проводов вдоль линии. В нормальном режиме работы промежуточные опоры воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от массы проводов, изоляторов, арматуры, гололеда и давления ветра на провода и стойки опор. В аварийном режиме промежуточные опоры воспринимают нагрузку от тяжения оставшихся проводов, подвергаются дополнительно кручению и изгибу. Поэтому их рассчитывают с определенным запасом прочности. Промежуточные опоры на линиях составляют до 90 % от общего количества опор.

Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы при переходе ЛЭП через инженерные сооружения (автодороги, линии связи и т. п.) или естественные преграды (овраги, реки и т. п.). Они в нормальном режиме воспринимают продольную нагрузку от разности тяжения проводов и тросов в смежных анкерных пролетах. Конструкция анкерных опор должна быть более жесткой и прочной, чем конструкция промежуточных опор.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота трассы. Они при нормальных условиях работы воспринимают равнодействующую сил тяжения проводов и тросов смежных пролетов.

Конструкция угловых опор также должна быть более жесткой и прочной, чем конструкция промежуточных опор.

Концевые опоры являются разновидностью анкерных и устанавливаются в конце или начале линии. В нормальном режиме работы они воспринимают нагрузку от одностороннего тяжения проводов.

Помимо рассмотренных опор на линиях устанавливают также специальные опоры:

транспозиционные  для изменения порядка расположения фаз на опорах;

ответвительные  для устройства ответвлений от магистральной линии;

перекрестные  для пересечения ЛЭП двух направлений;

переходные  для переходов ЛЭП через естественные препятствия и искусственные сооружения и др.

По конструкции опоры делят на свободностоящие и с оттяжками. Оба типа опор могут быть одностоечными и портальными. Свободностоящие опоры рассчитываются на передачу действующих на них нагрузок непосредственно через стойку на грунт или фундамент. Стойки опор с оттяжками передают на грунт или фундамент только вертикальные нагрузки. Поперечные и продольные нагрузки (относительно оси ЛЭП) передаются на грунт оттяжками (тросами), закрепленными за анкерные плиты.

По материалу опоры бывают деревянные, железобетонные и металлические.



  1. Деревянные опоры


Широкое применение деревянных опор (рис. 2.1 и 2.2) обусловлено главным образом небольшой стоимостью древесины, ее достаточно высокой механической прочностью, а также природным круглым сортаментом, обеспечивающим простоту конструкции и наименьшее сопротивление ветровым нагрузкам. Высокие электроизоляционные свойства древесины позволяют применять на деревянных опорах меньшее количество подвесных изоляторов, чем на железобетонных или металлических.







Рис. 2.1 АП-образная тросовая опора ЛЭП 35-110 кВ:

1  А-образные формы; 2  подтраверсник; 3  грозозащитный трос;

4, 5  траверсы для крепления проводов и тросов; 6, 9  раскосы верхнего и нижнего ярусов; 7, 10  поперечины верхнего и нижнего ярусов;

8  деревянные накладки







Рис. 22 Деревянные опоры ЛЭП до 1 кВ:

а,б- одностоечные промежуточные; в- одностоечная угловая с подкосом;

г- А-образная угловая; 1- приставка (пасынок); 2- стойка; 3- крюк; 4- штырь;

5,6- траверса и ее раскос; 7- подкос; 8- ригель


В качестве фундаментов для деревянных опор используют деревянные и железобетонные пасынки или сваи (приставки) (рис. 2.3).

Деревянные опоры примерно в 1,5 раза дешевле железобетонных и металлических, но менее долговечны. Для продления срока службы древесину опор подвергают противогнилостной обработке. Перспективным является использование опор из клееной древесины. Такую древесину изготавливают из сосновых досок пропитанных масляным антисептиком и склеенных между собой. Применение клееной древесины позволяет повысить срок службы опор, ликвидировать скрытые пороки, а также использовать короткомерные столбы.





Рис. 2.3 Сопряжение приставок со стойками опор ЛЭП до 10 кВ:

а, б  деревянных проволочными бандажами; в  железобетонной хомутами;

1  стойка; 2  проволочный бандаж; 3, 9  деревянная и железобетонная приставки; 4  бандажная шайба; 5  стяжный болт; 6  хомут; 7  гайка;

8  планка


Для изготовления деревянных опор применяют сосну, лиственницу и реже  ель. Древесина сосны и лиственницы содержит много смолы и поэтому хорошо противостоит действию влаги.

Прочность древесины в значительной степени зависит от влажности. Чтобы получить древесину, пригодную для изготовления опор (с влажностью 18 – 22 %), ее сушат. Основным способом является атмосферная, т. е. естественная сушка на воздухе, которая хотя и является длительной, но дает наилучшие результаты.

На прочность древесины влияют также гниль, сучки, трещины, косослой и другие повреждения. Самым опасным пороком является гниль, возникающая от поражения древесины грибками. Для защиты от гниения древесину пропитывают маслянистыми и минеральными антисептиками. Лучше всего поддается пропитке сосна. В качестве маслянистых антисептиков обычно применяют чистое креозотовое масло или креозотовое масло в смеси с мазутом. К минеральным антисептикам относятся фтористый натрий, динитрофенол и уралит, которые разводят в воде. Средний срок службы пропитанной древесины составляет 15 – 25 лет.

Недостатком деревянных опор является их относительно легкая возгораемость, причиной которой могут быть пожары, удары молнии и токи утечки, возникающие при загрязнении или пробое изоляторов. Для защиты опор от возгорания применяют химические составы (антипирены), повышающие огнестойкость древесины.


  1. Железобетонные опоры


Железобетонные опоры обладают высокой механической прочностью, долговечны и не требуют больших расходов при эксплуатации (рис. 3.1, 3.2).



3

3


4

3


4

4


2

5



1

1


1




6

7


6

7



а) б) в)

Рис. 3.1 Железобетонные опоры ЛЭП до 1 кВ:

а  промежуточная; б  угловая; в  анкерная (концевая); 1  центрифугированная стойка; 2  раскос; 3  штырь; 4  траверса; 5  подтраверсник: 6, 7  анкерная и опорные плиты







а) б) в)



Рис. 3.2 Промежуточные железобетонные опоры ЛЭП 35  330 кВ:

а, б  одностоечные; в  портальная; 1  стойка; 2  траверса; 3  тросостойка


В железобетонных опорах основные усилия при растяжении воспринимает стальная арматура, а при сжатии  бетон. Примерно одинаковые коэффициенты температурного расширения стали и бетона исключают появление в железобетоне внутренних напряжений при изменении температуры. Положительным качеством железобетона является надежная защита металлической арматуры от коррозии. В качестве арматуры применяют стальную проволоку периодического профиля или круглую, стержни и семипроволочные стальные пряди.

Для повышения трещиностойкости бетона в железобетонных опорах применяют предварительное напряжение (растяжение) арматуры, которое создает дополнительное обжатие бетона.

Основным элементом железобетонных опор является стойка (ствол). Железобетонные стойки кольцевого сечения изготавливают на специальных центробежных машинах (центрифугах), формирующих и уплотняющих бетон. Стойки прямоугольного сечения изготавливают способом вибрирования, при котором уплотнение бетона в формах производят вибраторами.

Затраты труда на сборку железобетонных опор значительно ниже, чем на сборку деревянных или стальных опор. Однако недостатком железобетонных опор является большая масса, что удорожает транспортные расходы и вызывает необходимость применения при сборке и монтаже кранов большой грузоподъемности.



  1. ^ Металлические опоры


Металлические опоры обычно изготавливают из стали, а иногда  из алюминиевых сплавов. Большая механическая прочность стали позволяет создавать мощные и высокие опоры, выдерживающие огромные механические нагрузки.

Область применения металлических опор практически не ограничена. Стальные опоры устанавливают на ЛЭП всех напряжений, проходящих в районах с тяжелыми климатическими условиями, на труднодоступных трассах и в горных местностях.

Стальные опоры по конструкции могут быть одностоечными (башенными) и портальными, а по способу крепления на фундаментах  свободностоящими и с оттяжками (рис. 4.1). При этом одностоечные опоры, имеющие размеры нижней части ствола более 2,7 м (более ширины железнодорожного вагона), называют широкобазными, а менее  узкобазными. Основными элементами металлических опор (рис. 4.2) являются ствол 1, траверсы 2, тросостойка 3 и оттяжки 4.

Ствол обычно представляет собой четырехгранную усеченную решетчатую пирамиду (рис. 4.2), выполненную из профиля стального проката (уголок, труба и т. п.), и состоит из пояса 1, решетки 2 и диафрагмы 3. Решетка в свою очередь имеет стержни  раскосы и распорки, а также дополнительные связи. Соединения поясов, раскосов, распорок и диафрагм могут быть сварными (внахлест) или болтовыми. Поэтому в зависимости от способа соединения элементов опоры делят на сварные и болтовые и, соответственно, изготавливают в виде отдельных пространственных или плоских секций с отверстиями для последующей сборки на трассе ЛЭП. Секции сварных опор собирают на месте установки с помощью накладок и болтов. Элементы болтовых опор, а также болты, гайки, шайбы и другие детали отгружают с заводов комплектно.

Траверсы одностоечных опор имеют обычно плоскую рамную или пространственную конструкцию и выполнены из швеллеров.

Для подвески грозозащитных тросов на вершине ствола опоры устанавливают тросостойку в виде решетчатой усеченной пирамиды.

Пояса стволов свободностоящих опор оканчиваются внизу опорными башмаками-пятками, которые крепятся к фундаментам анкерными болтами. Стволы опор с оттяжками крепятся к фундаментам специальными шарнирными пятами. Оттяжки таких опор одной стороной крепят к траверсам, а другой  к анкерным плитам и позволяют регулировать длину и натяжение оттяжек.

Для защиты от коррозии металлические опоры окрашивают на заводах-изготовителях, окуная готовые сварные секции в ванну с краской. Реже краску наносят кистями или пневматическими распылителями. Для окраски опор применяют масляную краску, лаки с алюминиевой пудрой и эмали.

Более надежной защитой стальных опор от коррозии является горячая оцинковка. Предварительно обезжиренные конструкции очищают в травильной ванне с раствором серной кислоты, промывают горячей проточной водой, покрывают флюсом и опускают в ванну с расплавленным свинцом. В верхней части ванны на поверхности свинца плавает слой расплавленного цинка. При подъеме из ванны нагретая свинцом конструкция проходит через слой жидкого цинка, который образует на ее поверхности пленку толщиной 0,10 - 0,12 мм.

Основной недостаток металлических опор  они значительно дороже железобетонных и деревянных опор.





а) б) в)


Рис. 4.1 Промежуточные стальные опоры:

а, б  свободностоящие; в  с оттяжками; 1  ствол; 2  траверса; 3  тросостойка;

4  оттяжка; 5  анкерная плита





Рис. 4.2 Элементы ствола металлической опоры:

1  пояс; 2  решетка; 3  диафрагма; 4  тросостойка


  1. ^ Расчетная модель металлической опоры


Металлические опоры, устанавливаемые на воздушных ЛЭП, представляют собой пространственные стержневые системы (стержневые решетчатые конструкции).

^ Стержневыми системами называются системы, состоящие обычно из прямолинейных стержней, соединенных между собой в узлах с помощью сварки, заклепок или болтов. Точный расчет стержневой системы с такими жесткими узлами весьма сложен, т. к. она является много раз статически неопределимой системой. Если жесткие узлы стержневой системы условно заменить идеальными шарнирами (не имеющими трения) и считать, что оси стержней проходят через центры этих шарниров, то расчет ее значительно упрощается и при известных условиях может быть выполнен с помощью одних лишь уравнений статики. Стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирами, называется фермой. Стержни, расположенные по внешнему контуру фермы, называются поясными и образуют пояса. Стержни, соединяющие пояса, образуют решетку фермы и называются наклонные  раскосами, горизонтальные  распорками. Часть пояса, расположенная между двумя соседними узлами, называется панелью.

Если оси всех стержней расположены в одной плоскости, то ферма называется плоской, если оси стержней не лежат в одной плоскости, то  пространственной. Расчет пространственной фермы во многих случаях удается свести к расчету нескольких плоских ферм.

Для образования геометрически неизменяемой фермы необходимо, чтобы минимальное количество стержней удовлетворяло условию [3]

S = 2K – 3, (5.1)

где S  число стержневой фермы; K  число ее узлов.

Такие фермы называются простейшими. Простейшие фермы образуются последовательным присоединением к шарнирному треугольнику узлов, причем каждого двумя стержнями, не лежащими на одной прямой.

Простейшие фермы  статически определимые системы. Расчет таких ферм может быть выполнен с помощью одних лишь уравнений равновесия (уравнений статики).

Если имеет место условие


S  2K – 3, (5.2)


то ферма является геометрически неизменяемой, но статически неопределимой. Расчет таких ферм не может быть выполнен с помощью одних лишь уравнений равновесия. Такие фермы называются сложными.

Для любой статически определимой фермы можно составить 2К уравнений равновесия, с помощью которых определяют опорные реакции и внутренние продольные силы N в стержнях от действия внешней нагрузки [4]. Внешняя нагрузка – сосредоточенные силы, приложенные в узлах. При соединении стержней шарнирами и приложении нагрузок в узлах в стержнях возникают такие осевые (продольные) силы – растягивающие или сжимающие. Если в действительности нагрузка приложена между узлами, то стержень, изгибаясь, передает нагрузку в узлы, и вся система будет работать как нагруженная в узлах. При этом изгибом стержней пренебрегают.

Вначале определяют опорные реакции, составляя три уравнения равновесия для всей плоской фермы в целом.

Для определения внутренних продольных сил N выделяют сечениями узлы или отдельные части фермы и рассматривают условия их равновесия под действием внешних (активных и реактивных) сил и внутренних сил в рассеченных стержнях решетки. Всего можно составить 2K – 3 независимых друг от друга уравнений равновесия.

Выделение узлов или частей фермы необходимо производить так, чтобы внутренние силы N в стержнях определялись по возможности без совместного решения системы уравнений со многими неизвестными. Это позволяет не только значительно упростить расчет, но и получить более точный результат.

При выделении узлов или частей фермы все неизвестные продольные силы N в стержнях фермы считаются растягивающими, т. е. направленными от узлов или сечений стержней. Если после решения уравнений равновесия какая-либо продольная сила окажется отрицательной, то она является сжимающей и направлена к узлу или сечению.

Выделение сечениями узлов (способ вырезания узлов) [3] применяют последовательно к каждому узлу, начиная с узла, в котором сходятся два стержня. Это позволяет использовать два уравнения равновесия в виде сумм проекций всех сил, приложенных к узлу, на оси выбранной системы координат. Однако при расчете фермы способом вырезания узлов продольные силы в ряде стержней можно найти только после предварительного определения продольных сил в других стержнях. В связи с этим случайная ошибка в определении одной силы приводит к неправильному определению сил в целом ряде стержней.

Выделение сечениями частей фермы применяют главным образом в тех случаях, когда удается рассечь ферму на две части так, чтобы при этом перерезанными оказались три ее стержня, оси которых не пересекаются в одной точке, т. е. чтобы число неизвестных продольных сил в этом сечении не превышало трех. Уравнения равновесия в этом случае рекомендуется составлять так, чтобы каждое из них содержало всего одну неизвестную продольную силу. Для этого необходимо использовать уравнение равновесия в виде суммы моментов всех сил (внешних и внутренних), действующих на отсеченную часть фермы, относительно точки пересечения линий действия двух других неизвестных продольных сил (способ моментной точки) или в виде суммы проекций всех сил на ось, перпендикулярную двум рассеченным стержням, если они параллельны друг другу (способ проекций) [3]. Эти способы позволяют определить продольную силу в любом стержне статически определимой фермы без предварительного определения продольных сил в других стержнях. Кроме того, способ моментной точки используют и в случаях, когда в сечение попадает более трех стержней, не сходящихся в одной точке, если продольные силы во всех стержнях, кроме трех, уже известны или, если каждый добавочный стержень пересевается дважды.

Из рассмотренных выше способов расчета простейших ферм для расчета опор ЛЭП наиболее употребительным является способ выделения частей фермы.

Для определения продольных сил в стержнях опор ЛЭП с треугольной или раскосной решетками (рис. 5.1, а, б) ферму следует рассекать по линии, пересекающей два пояса (левый и правый) и раскос или распорку и проходящей выше или ниже i-го узла на некотором расстоянии от него.

Если ферма рассекается выше i-го узла, то раскос, попадающий в сечение, называется восходящим, если ниже – нисходящим. Составляя последовательно уравнения моментов внешних и внутренних сил, действующих на отсеченную часть фермы относительно i-го и (i + 1)-го узлов, если сечение выше i-го узла, и относительно i-го и (i - 1)-го узлов, если сечение ниже i-го узла (нумерация узлов снизу вверх), получим формулы для определения внутренних продольных сил в правом и левом поясах (рис. 5.1, а). Для раскосной решетки (рис. 5.1, б) выше указанные уравнения для нисходящего раскоса составляют для (i - 1)-го и (i - 2)-го узлов. Если сечение в раскосной решетке проходит через распорку, то вышеуказанные уравнения составляют относительно i-го и (i - 1)-го узлов.

Проецируя затем на горизонтальную или вертикальную ось все силы, действующие на отсеченную часть фермы, и решая совместно полученное уравнение проекций сил с двумя уравнениями моментов сил, получим формулу для определения продольной силы в раскосе или распорке.


i


а б) в)

2


а) б) в)

Рис. 5.1 Решетки опор ЛЭП:

а – треугольная; б – раскосная; в – перекрестная (ромбическая); 1 – пояс;

2 – раскос; 3 – распорка; 4 – линия сечения

При определении продольных сил в элементах фермы с ромбической решеткой (рис. 5.1, в) также можно использовать способ выделения частей фермы, хотя в этом случае перерезанными оказываются четыре стержня, т. е. число неизвестных сил в сечении более трех. Для определения усилий в элементах фермы ее рассекают по линии проходящей через два пояса и узел пересечения раскосов (i + 1). Составляя уравнение моментов внешних и внутренних сил, действующих на отсеченную часть фермы, относительно узла (i + 1) и проецируя их на вертикальную и горизонтальную оси, получают три уравнения равновесия с четырьмя неизвестными. Решая эти уравнения с учетом того, что при симметричном расположении поясов продольные силы в противоположных панелях фермы при действии только горизонтальных внешних сил и моментов будут одинаковы по величине и противоположны по направлению, можно определить продольные силы в поясах и раскосах фермы.

Итак, из вышеуказанного следует, что стержни решетчатых конструкций опор ЛЭП под действием внешней нагрузки, приложенной к опоре, испытывают сжатие или растяжение в зависимости от положения стержня в конструкции и от направления внешней нагрузки. Ввиду того, что внешняя нагрузка является знакопеременной по направлению, практически каждый стержень конструкции будет также испытывать знакопеременные усилия  сжатие и растяжение. Работа стержней в конструкции на сжатие связана с появлением так называемого продольного изгиба (потери устойчивости) и отличается от простого сжатия. Так как усилия в стержнях конструкций опор ЛЭП знакопеременные, то для подбора сечения этих стержней усилия нужно всегда принимать сжимающими.

При расчете стержней на продольный изгиб по сжимающим усилиям модель шарнирного соединения стержней становится уже неприемлемой, т. к. в этом случае действительные условия закрепления концов стержней, особенно в сварных конструкциях, изменяют работу стержня. На основании исследований особенностей работы сжатых стержней в сварных и болтовых решетчатых конструкциях разработан и принят метод расчета сжатых стержней, отражающий действительную работу таких конструкций [5]. По этой методике размеры поперечных сечений стержней определяются по условию устойчивости


 = ≤ R, (5.3)


где   нормальное сжимающее напряжение в стержне;

N  продольная сжимающая сила в стержне;

с  коэффициент условий работы стержня;

  коэффициент продольного изгиба;

F  площадь сечения стержня;

R  расчетное сопротивление материала стержня.

При подборе сечения условие устойчивости (3) необходимо записать в виде


F  . (5.4)


Формула (5.4) содержит две неизвестные величины  площадь поперечного сечения F и коэффициент продольного изгиба . Поэтому при расчете используют метод последовательных приближений, задаваясь сначала величиной коэффициент . Коэффициент с в зависимости от условий закрепления концов стержня в решетке, и типа решетки и других условий изменяется от 0,90 до 0,75 и выбирается по данным, приведенным в [5].

Обычно в первом приближении принимают 1 = 0,5 и находят последовательно площадь сечения F, минимальный радиус инерции imin, гибкость стержня  = l/imin (l  длина стержня) и, используя зависимость  = f(), соответствующее  действительное значение 1.

Если величины 1 и 1 существенно отличаются друг от друга, то во втором приближении принимают

2 = (1 + 1)/2. (5.5)


Повторяют все этапы первого приближения.

Последующие приближения делаются аналогично. Расчет можно закончить, когда в k-ом приближении величина к будет превышать к не более чем на 5 %,

т. е.


[(к + к)/ к] 100 ≤ 5 %. (5.6)


Рассчитанная по формуле (5.4) в этом приближении величина F и будет искомой площадью поперечного сечения сжатого стержня.

В конце расчета следует убедиться, что подобранное сечение удовлетворяет условию устойчивости (5.3).



  1. Силы, действующие на опоры


На опоры ЛЭП действуют следующие силы:

  • поперечные горизонтальные нагрузки, появляющиеся от давления ветра;

  • вертикальные нагрузки от веса проводов и гирлянд изоляторов, тросов, собственного веса опоры и т.д.;

  • изгибающий момент, действующий в вертикальной плоскости от неуравновешенного веса проводов при их треугольном расположении на опоре;

  • крутящий момент от неуравновешенного натяжения проводов.

При расчете стержневых систем предполагается, что все нагрузки, действующие на систему, приложены в узлах. Распределенная горизонтальная нагрузка от ветра на конструкцию разносится по узлам до начала расчета, при этом изгибающими моментами от нее, действующими в стержнях между узлами, пренебрегают вследствие их малости.

Вертикальная нагрузка, вследствие малого угла наклона поясов к вертикали, создает усилия только в поясах и при расчете раскосов не учитывается.

Из всех действующих нагрузок главными являются горизонтальные нагрузки, усилия которых составляют до 90 % от суммарных усилий.

Реальный объект, освобожденный от несущественных особенностей, называется расчетной схемой. Для одного и того же объекта возможны несколько вариантов расчетных схем, в зависимости от требуемой точности расчета.

На рис. 6.1, а показана расчетная схема свободностоящей опоры ЛЭП. Для расчета основной части ствола отбросим верхнюю часть опоры вместе с траверсами, заменив действие всех сил действием сосредоточенных сил и изгибающих моментов, приложенных к основной части фермы ствола в месте рассечения (рис. 6.1, б).

В результате этого на расчетную схему будет действовать суммарная горизонтальная нагрузка, вызванная давлением ветра на провода (Р1, Р2, Р3), на грань верхней секции опоры (Рвс) и на трос (Рт)


Р = Р1 + Р2 + Р3 + Рвс + Рт, (6.1)


горизонтальные нагрузки, вызванные давлением ветра на среднюю секцию Рсс и нижнюю Рнс; суммарная вертикальная центрально-приложенная сила от веса проводов и гирлянд изоляторов (Q1, Q2, Q3), веса троса (Qт)


Q = Q1 + Q2 + Q3 + Qт, (6.2)


суммарный момент


М = Р1 h + Q1 l1 + Q2 l2 + Рвс 0,5Hвс - Q3 l3. (6.3)


Поскольку суммарные силы, момент и ветровые нагрузки передаются на две боковые грани опоры, то для расчета одной грани необходимо все действующие силовые факторы разделить пополам.

Для разнесения ветровой нагрузки 0,5Рсс и 0,5Рнс в узлы плоской фермы необходимо найти интенсивность давления ветровой нагрузки для каждой секции по формулам

рвс = 0,5Рвсвс; рнс = 0,5Рнснс. (6.4)


Усилие, приходящееся на одну панель Рп, например, для нижней секции, определится как произведение интенсивности рнс на длину панели lп:


Рп = рнс lп, (6.5)


а нагрузка, приходящаяся на один узел Ру, который соединяет панели, равна половине нагрузки, действующей на панель:


Ру = 0,5Рп. (6.6)





а) б)


Рис. 6.1 Расчетные схемы


Давление ветра на опору рассчитывается по формуле [5, 6]


Р = рнnkСx(1+ m)S, (6.7)


где рн – нормативный скоростной напор, н/м2;

n = 1,3 – коэффициент перегрузки для высотных сооружений;

k – поправочный коэффициент изменения скоростного напора, зависящий от высоты и типа местности;

 = 1,4 – 1,6 – коэффициент увеличения скоростного напора, учитывающий его динамичность и пульсацию;

Сx = 1,4 – аэродинамический коэффициент для плоских ферм;

m = 0,3 – 0,45 – коэффициент увеличения давления ветра на подветренную грань, зависящий от типа решетки;

 = 1,1 – 1,2 – поправочный коэффициент при действии ветра на ребро ствола опоры;

 = 0,5 – коэффициент заполнения плоской фермы;

S – площадь проекции конструкции или ее части по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м2.

Если ветровая нагрузка Р действует на ребро опоры, ее следует разложить на составляющие

Р = Р = Рсоs 45,


каждая из которых будет действовать в плоскости перпендикулярных граней ствола опоры. При этом в наиболее нагруженном поясе усилия от ветровых нагрузок, действующих на эти грани, складываются и суммируются.

Провода и грозозащитные тросы ЛЭП находятся под постоянным действием равномерно распределенной по длине пролета вертикальной статической нагрузки от собственного веса qn. Кроме того, на них могут действовать дополнительные нагрузки – вертикальная от гололеда qг и горизонтальная от ветра qв.

Интенсивность нагрузки от собственного веса qn приведена в соответствующих стандартах как расчетный вес одного метра провода (троса) соответствующей марки.

Интенсивность нагрузки от гололедных отложений qг определяется как вес полого цилиндра с толщиной стенки Δг и внутренним диаметром , равным расчетному диаметру провода (троса), и длиной qг = 1 м:


qг = лΔг(d + Δг)10-6, (6.8)


где л = 9ּ 103 Н/м3  удельный вес льда.

Толщина стенки гололеда Δг выбирается в зависимости от района климатических условий [6], а расчетный диаметр d  в зависимости от марки провода (троса). В уравнение (6.8) Δг и d подставляются в миллиметрах.

Интенсивность нагрузки от ветрового напора определяется по формуле


qв = kнр.в kсpmax(d + 2Δг)10-3, (6.9)


где kнр.в – коэффициент, учитывающий неравномерность напора ветра по пролету;

kc – коэффициент лобового сопротивления;

pmax – нормативный скоростной ветровой напор в рассматриваемом режиме, Н/м2 [].

В уравнение (6.9) Δг и d подставляются в миллиметрах. При отсутствии гололеда Δг = 0.

Коэффициент kнр.в принимается равным 0,85 при pmax = 400 Н/м2; 0,75 –
при pmax = 550 Н/м2 и 0,70 – при pmax = 700 Н/м2. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Коэффициент kc принимается равным 1,1 для проводов и тросов диаметром

d  20 мм, свободных от гололеда, 1,2 – для всех проводов и тросов, покрытых гололедом, и для проводов и тросов диаметром d  20 мм без гололеда.


  1. ^ Примеры расчета опоры ЛЭП

Пример 1.


Д а н о: Тип опоры – промежуточная одностоечная свободностоящая; тип решетки – треугольная; схема расположения узлов смежных граней – узлы несовмещены; расчетный режим – аварийный – обрыв провода на нижней левой траверсе; тяжение при обрыве Т = 11 кН; материал элементов решетки – сталь с расчетным сопротивлением R = 240 МПа; сортамент проката, используемый для изготовления элементов решетки – уголок равнополочный (ГОСТ 8509-86); вид соединения элементов решетки – крепление раскоса непосредственно к поясу одним болтом; высота нижней секции ствола Н1 = 15 м; ширина верхней части ствола b = 1 м; база опоры у основания B = 2,5 м; длина нижней левой траверсы lт = 4 м.

О п р е д е л и т ь: Размеры поперечного сечения раскоса Dв из расчета на устойчивость.


    1. Определение размеров геометрических элементов решетки


Размеры геометрических элементов решетки, которые войдут в уравнения равновесия, определим из решения прямоугольных треугольников, получившихся в результате дополнительных построений в решетке.

Тангенс угла наклона пояса к вертикальной оси грани  нижней секции ствола опоры (рис. 7.1.)

tg  = , (7.1)


где B  база опоры (ширина ствола) у основания;

b  ширина верхней части ствола;

 высота грани нижней секции ствола.

Высота грани нижней секции ствола


= , (7.2)


где Н1  высота нижней секции ствола.




Рис. 7.1. Расчетная схема опоры

Тогда

tg  = , (7.3)


а угол наклона пояса к вертикальной оси грани


i = arctg , (7.4)


Ширина грани нижней секции ствола в i-ом узле решетки (рис. 7.2).


bi = b + 2htg , (7.5)


где h  расстояние от i-го узла до верхнего основания грани.

Расстояние от i-го узла до верхнего основания грани (рис. 7.2)


h= n hn, (7.6)


где n  число панелей нижней секции ствола, расположенных ниже i-го узла;

hn  расстояние между двумя соседними узлами решетки по вертикальной оси.

Ширина грани нижней секции ствола в (i - 1)-ом узле решетки (рис. 7.1).


bi – 1 = bi + hn tg . (7.7)


Расстояние от i-го узла до нижней траверсы (рис. 7.1)


hi = hI + b = n hn + b (7.8)


Расстояние от (i - 1)-го узла до нижней траверсы (рис. 7.1)


hi – 1 = hi + . (7.9)


В унифицированных конструкциях стальных опор с треугольной решеткой расстояние между соседними узлами по длине пояса не изменяется [1] . Исходя из этого условия для конструкции опоры, изображенной на рисунке 7.1 получим


hn = H1/10. (7.10)





Рис. 7.2. Расчетная схема для определения размеров геометрических элементов решетки

Подставляя последовательно выражения (7.2) в (7.10), (7.10) в (7.6), (7.8) и (7.9), (7.10) и (7.3) в (7.7), а (7.6) и (7.3) в (7.5) и преобразуя, получим следующие формулы:


; (7.11)


; (7.12)


; (7.13)


; (7.14)


. (7.15)


Тангенс угла наклона нисходящего от i-го узла раскоса (рис. 7.3)


. (7.16)


Подставляя выражения (7.3) и (7.11) в (7.16) и преобразуя, получим


, (7.17)


откуда

. (7.18)


Геометрическая длина нисходящего от i-го узла раскоса (рис. 7.3)


. (7.19)


Подставляя выражения (7.3), (7.11) и (7.14) в (7.19) и преобразуя, получим

. (7.20)


Подставляя в формулы (7.3), (7.4), (7.11), (7.12), (7.13), (7.14), (7.15), (7.16) и (7.20) численные значения величин, имея в виду, что в рассматриваемом примере i = 9 (раскос D8 – нисходящий) (рис. 7.2) получим тангенс угла наклона пояса и вертикальной оси грани

;


угол наклона пояса к вертикальной оси грани


;


расстояние между двумя соседними узлами решетки по вертикальной оси


м;


расстояние от 9-го узла до нижней траверсы


м;


расстояние от 8-го узла до нижней траверсы


м;


ширина грани нижней секции ствола в 9-ом узле решетки


м;


ширина грани нижней секции ствола в 8-ом узле решетки


м;


угол наклона нисходящего от 9-го узла раскоса


;


геометрическая длина нисходящего от 9-го узла раскоса


м.



    1. Определение усилия в раскосе


Для раскоса в рассматриваемом примере, как и в большинстве случаев расчета промежуточных опор, расчетным является аварийный режим  односторонний обрыв провода на нижней левой траверсе (рис. 7.1) [5, 6].

В этом случае происходит кручение ствола опоры под действием крутящего момента (рис. 7.3, в)

Мк = Т lт, (7.21)


где T – тяжение нижнего левого провода при обрыве;

lT – длина (вылет) нижней левой траверсы.





Рис. 7.3. Схема к расчету ствола одностоечной опоры на кручение


Подставляя в формулу (7.21) численное значение T и lT, получим


кНּм.


Крутящий момент MК, передающийся с траверсы на ствол с помощью диафрагм, установленных в местах крепления траверсы к стволу, нагружает все четыре грани опоры.

Действие крутящего момента MК при расчете элементов решетки заменяем действием двух пар сил Tкi, которые приложены непосредственно к граням опоры (рис. 7.3, б). Так как крутящий момент не изменяется по высоте ствола, то сила Tкi, составляющая пары, может быть определена в любом сечении ствола по формуле


, (7.22)


если сечение ствола квадратное.

В рассматриваемом примере


кН.


Как видно из схемы совместного действия тяжения T и пар сил Tкi в одной из граней опоры, сила (сила T делится на две грани поровну) и сила Tкi складываются (рис. 7.3, б). Эта грань опоры и является расчетной.

Для определения усилия в раскосе составим расчетную схему наиболее нагруженной грани опоры (рис. 7.4). Жесткие узлы решетки условно заменяем идеальными шарнирами и считаем, что оси решетки проходят через центры этих шарниров. Все внешние нагрузки прикладываем в узлах системы: силу Tкi прикладываем в i-ом узле решетки, а силу  в узле пересечения пояса боковой грани ствола с нижним поясом нижней траверсы.





Рис. 7.4 Расчетная схема




X

Рис. 7.5. Расчетная схема для определения усилий в стержнях формы с треугольной решеткой

Плоская ферма с треугольной решеткой, изображенная на рис. 7.4 является простейшей. Для определения усилий в стержнях простейших ферм используют метод сечений.

Рассечем ферму, изображенную на рис.7.4 по линии, пересекающей пояса и рассчитываемый раскос и проходящий ниже i-го узла на некотором расстоянии Δh от него. В этом случае рассчитываемый раскос – нисходящий. Отсеченная часть фермы (верхняя) будет уравновешена системой внешних (Т/2 и Tкi) и внутренних (, , ) сил. Направление внутренних сил (рис. 7.5) принято действительное на основании анализа действия внешних сил.

Для определения неизвестных усилий в поясах составим два уравнения моментов всех сил (внешних и внутренних) относительно узлов i и (i - 1) (рис. 7.4, 7.5):


, ;

ΣМi-1= 0, .


Откуда усилие в правом поясе


, (7.23)


а усилие в левом поясе


. (7.24)


Проецируя на ось OY все силы, действующие на отсеченную часть фермы, получим следующее уравнение равновесия:


, .


Отсюда усилие нисходящего от i-го узла раскоса


. (7.25)


Подставляя выражения (7.23) и (7.24) в (7.25), получим


. (7.26)


Подставляя численные значения величин в формулу (7.26), получим


кН.


Итак, усилие в раскосе D8


кН.



    1. Подбор сечения раскоса из расчета на устойчивость



Согласно Строительным нормам и правилам [5], подбор сечения сжатого стержня производится методом последовательных приближений по условию устойчивости:


.


Для подбора сечения раскоса D8 преобразуем условие устойчивости к виду


.


Сжимающее усилие в раскосе D8 кН. Расчетное сопротивление (допускаемое напряжение) материала раскоса R = 240 МПа = 240ּ103 кПа. Коэффициент условий работы раскоса из одиночного уголка, прикрепляемого непосредственно к поясу одним болтом, с = 0,75 [5].


^ Первое приближение.

Принимая в качестве первого приближения I = 0,5, получаем


см2.


В [7] выбираем уголок № 3, у которого площадь поперечного сечения F = 1,74 см2, а наименьший радиус инерции imin = 0,59 см.

Гибкость раскоса D8

,


где lef – расчетная длина раскоса.


Расчетная длина раскоса в конструкции с треугольной решеткой [5]


.


Коэффициент расчетной длины выбираем в [5]. При коэффициент расчетной длины , если раскос прикрепляется к поясу одним болтом.

Тогда гибкость раскоса D8

.


Коэффициент продольного изгиба φ для стали с расчетным сопротивлением R=240 МПа при λ = 292 равен φ = 0,135 [4, 5].

Напряжение в поперечном сечении раскоса D8 в первом приближении


МПа.


Находим отклонение от расчетного сопротивления


.


Отклонение в неблагоприятную сторону очень большое (Δ > 5 %).


^ Второе приближение.

Принимаем уголок № 5, у которого F = 4,8 см, а imin = 0,98 см [5].

Гибкость раскоса D8


.


Коэффициент расчетной длины ,

т.к. [5].


При λ = 176 коэффициент продольного изгиба φ = 0,205 [4, 5]. Значение коэффициента φ определено методом линейной интерполяции.

Напряжение в поперечном сечении раскоса D8 во втором приближении


МПа.


Находим отклонение от расчетного сопротивления


.


Отклонение в благоприятную сторону больше допускаемого значения

(Δ > 5 %).


^ Третье приближение.

Принимаем уголок № 5, у которого F = 3,89 см2, а imin = 0,99 см [5].

Гибкость раскоса

.

Коэффициент расчетной длины , т. к. [5].

При λ = 174 коэффициент продольного изгиба φ = 0,209 [4, 5]. Значение коэффициента φ также определено методом линейной интерполяции.

Напряжение в поперечном сечении раскоса D8 в третьем приближении


МПа.


Отклонение от расчетного отклонения


.


Перенапряжение не превышает 5 %, поэтому окончательно принимаем уголок

№ 5 с площадью поперечного сечения F = 3,89 см2 и наименьшим радиусом инерции imin = 0,99 см.

Гибкость раскоса D8 не превышает предельного значения, приведенного в [5]:


.


Таким образом, сечение раскоса D8, удовлетворяющее условию устойчивости, подобрано.

  1   2

Похожие:

Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconРасчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф.
Приведены сведения об опорах воздушных линий электропередачи, их классификация. Дана расчетная модель металлической опоры. Рассмотрены...
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие по курсу «Финансовая математика» для студентов, обучающихся по направлениям
Рецензенты д-р техн наук, проф. С. В. Егоров, д-р эконом наук, проф. И. В. Зайцевский
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для студентов экономических специальностей г. Симферополь, 2005 удк 331. 45 Ббк 65. 247 А 44
Акуличев Ю. Ф., Глухенко Н. В. Основы охраны труда: учебное пособие для студентов экономической специальности. // Под общей редакцией...
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для студентов заочной и дистанционной форм обучения Харьков 2009 удк 32: 001. 891. 3(075. 4)
Охватывают весь спектр политического позиционирования
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие издание второе, переработанное и лополненное Пол релакиией доктора юрилических наук, профессора
М. Н. Глазунов канд экон наук, доц.; И. А. Гобозов д-р филос наук, проф.; Е. М. Дерябина канд юрид наук; М. Н. Марченко д-р юрид...
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУДК 616.89+376.3 ББК 56.14+88.4 С 302
С 302 Введение в нейропсихологию детского возраста: Учебное пособие. — М.: Генезис, 2005. — 319 с.: ил
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542
При написании пособия использованы материалы, опубликованные в учебной и справочной литературе, а также каталоги и рекламно-информационные...
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для самостоятельной работы Ставрополь 2010 ббк 63. 3 (2) Я73 удк 99 (С) р -82
Учебное пособие предназначено для студентов медицинских и фармацевтических вузов
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2009 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2013 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Расчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф. iconДержавні будівельні норми україни захист від пожежі
Укрндіпб) мвс україни (канд техн наук Откідач М. Я., Нехаєв В. В. – керівник розробки, Сокол В. Г. – відповідальний виконавець розробки,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы