Расчетные нагрузки, даН, на промежуточную опору от проводов и тросов

Произведем аналитических расчет портальной опоры на оттяжках. Она имеет следующую расчетную схему (стр 206): Рисунок 1 В условиях сжимающей нагрузки в элементах подобных опор могут возникать изгибающие моменты, вызванные, к примеру, ветровой нагрузкой на стойки или тяжениемгрозозащитного троса при одностороннем обрыве. Тем не менее, в грамотно сконструированной опоре изгибающий момент относительно невелик и не являются определяющим силовым фактором. Эти причиныделают опоры на оттяжках наиболееэкономически выгодными. Рассмотрим расчет портальной опоры под действием комбинации сил, схема которых отвечает наиболее общему случаю нагружения. Верхние концы оттяжек закреплены в центрах узлов соединения стойки с траверсой. Нижние концы оттяжек могут быть смещены с оси, проходящей через центр опоры и перпендикулярной ее плоскости, что обычно выполняется на угловых опорах.Угловые опоры устанавливаются в точках поворота линии. При углах поворота линии до 20° применяют угловые опоры анкерного типа. При углах поворота линии электропередачи более 20° – промежуточные угловые опоры.В общем случае нагрузки могут быть приведены к следующей системе сил: Рисунок 2 а) горизонтальная сила Pприведена к высоте оси траверсы и действует вдоль этой оси; б) горизонтальная сила S приложена к траверсе на высоте ее оси и действует перпендикулярно этой оси в плоскости симметрии опоры; в) пара сил R приложены в верхних узлах опоры и действуют в горизонтальной плоскости; г) пара сил V приложены в верхних узлах опоры и действуют в плоскости портала; д) вертикальная сила Gот веса проводов, тросов и собственного веса конструкции действует вдоль оси симметрии опоры. Ветровая нагрузка на конструкцию опор, собственный вес элементов и тяжение проводов и тросов при наличии разности тяжений или одностороннем обрыве проводов или тросов изгибают стойки и траверсу опоры. Однако вследствие того, что изгибающие моменты в опорах на оттяжках вызывают незначительное сокращение длины элементов опоры, несоизмеримое с удлинением оттяжек, расчет опоры можно произвести методом наложения, определив сначала нормальные силы во всех элементах, подверженных изгибу, от совместного действия нормальных сил и изгиба. Все перечисленные силы можно свести к узловым нагрузкам, состоящим из вертикальных и горизонтальных сил, приложенных в узлах I и II. Разрезав траверсу опоры между узлами (рис. 4), заменим ее действие в узлах I и II соответствующими силами: распором , действующим вдоль оси траверсы, и изгибающим моментом , вектор которого направлен также вдоль этой оси.Реакциями и в данном случае в сечении (разрезе) отсутствуют, так как стойки соединены с траверсой цилиндрическим шарниром, не воспринимающим этих реакций. Реакциями и в сечении можно пренебречь, ибо при малом наклоне к вертикали и шарнирном опирании (сферический шарнир) стоек на фундаменты эти реакциипрактически равны нулю. Схема сил, действующих в узлах I и II: Рисунок 3 – усилия в оттяжках, – усилия в стойках. «Ввиду того, что по конструктивным условиям цилиндрические шарниры соединяющие траверсу со стойками, имеют большие зазоры, момент не должен учитываться как фактор, разгружающий элементы опоры (опустить это надо).Предлагаемый ниже метод расчета, в котором определяются условия в оттяжках и нормальные усилия в стойках, дается без учета момента .Для расчета прочности траверсы и стоек должно быть учтено влияние момента наряду с изгибающими моментами от давления ветра и тяжения тросов. Далее будет дана формула для нахождения . Составляя условия равенства моментов проекций всех сил относительно координатных осей, начало которых совмещено с точками опирания стоек на фундаменты, для каждой части опоры получим по два уравнения (моменты проекций сил относительно оси дают тожественные равенства). Исключив затем из этих уравнений распор , получим систему следующих трех уравнений, в которые в качестве неизвестных входят только усилия в оттяжках: (1) (2) В системе (1) три уравнения и 4 неизвестные – силы натяжения в оттяжках. Следовательно, любые из усилий в трех оттяжках могут быть найдены только через усилие в четвертой. Для правильного выбора этой четвертой силы рассмотрим работу оттяжек опоры под нагрузкой. Оттяжки представляют собой гибкие нити, работающие только на растяжение. Для обеспечения необходимой жесткости оттяжки предварительно натягивают некоторым монтажным натяжением . При действии рассматриваемых нагрузок на опору, узлы крепления оттяжек начнут перемещаться в горизонтальной плоскости (перемещением в вертикальной плоскости вследствие большой относительной жесткости стоек можно пренебречь). При этом перемещении пролет (расстояние между точками крепления к опоре и анкеру) по крайней мере одной из оттяжек будет сокращаться, а пролеты остальных – увеличиваться. Оттяжки с возрастающими пролетами будут натягиваться, обеспечивая устойчивость опоры под нагрузкой. Натяжение оттяжки, пролет которой сокращается, уменьшается. Если бы оттяжка была невесомой, то после исчерпания предварительного натяжения натяжение в ней оказалось бы равным нулю. Так как оттяжка весома, то натяжение в ней в зависимости от ее длины и веса получит малое, но конечное значение, которое можно выразить равенством где – остаточное тяжение в ослабляющейся оттяжке; k – некоторый коэффициент, меньший единицы. Если значение k может быть определено или задано с известным приближением, то значение можно считать известным. Задавая последовательно усилия в оттяжках и равными остаточному , получим однозначно усилия в остальных оттяжках из системы (1). Для случая расчета опоры с симметричным расположением оттяжек, при котором ; и, следовательно, , система уравнений (1) получит вид (3) Решая систему (3) для указанных случав, найдем: при (4) при (5) при (6) при (7) В этих формулах обозначено: (8) Расчет промежуточных портальных опор производится по следующим схемам: а) при ветре, перпендикулярном оси линии. В этом случае, и если нагрузки и направлены так, как указано на рисунке 4, то остаточное тяжение будет в двух оттяжках 3 и 4. Вследствие симметрии расположения оттяжек 3 и 4 остаточное тяжение в них будет одинаково, то есть Подставляя эти значения в систему (3) и решая ее при и , получим (9) б) при ветре, направленном под углом 45° к оси линии. В этом случае и при направлении нагрузок, указанном на рисунке 4, остаточное тяжение будет в оттяжке 4, то есть При этом усилия в остальных оттяжках будут равны: (10) При расчете промежуточных опор по аварийному режиму нагрузка приводится к силе Sи паре сил R. Если они направлены, как указано на рисунке 4, то остаточное тяжение будет в оттяжке 1, то есть . Усилия в остальных оттяжках будут равны: (11) Формулами (9) – (11) учитываются все случаи нагрузок на промежуточные портальные опоры. Коэффициент остаточного тяжения в зависимости от значения наибольшего напряжения в оттяжках и параметров и следует брать по следующей таблице. Значение коэффициента k для определения остаточного натяжения в оттяжках в зависимости от величины и коэффициентов m иn Таблица 1 Промежуточные значения определяются по ближайшему меньшему значению и ближайшим большим значениям параметров и , которые определяются из выражений: (12) (13) – длина оттяжки, м; – предварительное натяжение в оттяжке даН/мм2; –поперечная приведенная нагрузка на оттяжку, даН/(м*мм2), определяемая по формуле (14) в которой – вес погонного метра оттяжки (или оттяжки с гололедом), даН/м; – площадь поперечного сечения оттяжки, мм2. Крутящий момент , действующий на траверсу, определяемый по формуле где – расстояние между узлами Iи IIпо оси траверсы (плечо пары сил); - угол закручивания половины траверсы от крутящего момента, равного единице; – угол поворота стойки от изгибающего момента, равного единице и приложенного к вершине стойки; –модуль упругости троса; - высота оси траверсы над плоскостью нижних опорных шарниров; – площадь поперечного сечения оттяжки. Рассчитаем промежуточную одноцепную (число цепей определяется схемой энергоснабжения в зависимости от передаваемой мощности, напряжения линии электропередачи и необходимости резервирования) портальную опору на оттяжках ВЛ 330 кВ с двумя расщепленнымипроводами марки АС 300/39(провод состоит из стального сердечника и алюминиевых проволок) Стр 14 в фазе и грозозащитными тросами марки С-70. Расчетные климатические условия: Iрайон по гололедности ( ) и IIIветровой район (скоростной напор с повторяемостью один раз в десять лет на высоте 15 м от земли, согласно нормативным скоростным напорам, ), наименьшая температура Ветровая нагрузка на поверхность пропорциональна не скорости ветра, а квадрату скорости ветра. При расчете ветровых нагрузок удобно принимать величину , называемую скоростным напором. Выразим скорость ветра . Скорость ветра возрастает с увеличением высоты. Ветровая нагрузка на провода и тросы определяется для высоты, соответствующей расположению центра тяжести проводов и тросов в неотклоненном положении. За исключением участков больших переходов через реки, водохранилища и другие водные преграды, высота центра тяжести проводов или тросов воздушной линии определяется для габаритного пролета по формуле Где – высота крепления проводов или троса к изоляторам на опорах, отсчитываемая от отметки земли в местах установки опор, м; наибольшая стрела провеса провода или троса, мстр. 30, где p – равномерно распределенная нагрузка по длине пролета на 1 м длины провода; – напряжение в проводе; – площадь сечения алюминиевой и стальной проволоки соответственно. Единичная нагрузка от веса гололеда в деканьютонах на метр: Расчетный эскиз дан на рисунке 7.Стр 23 Рисунок 6 Расположение проводов на опоре – горизонтальное. Высота крепления гирлянд проводов на опоре равна 25,5 м, что на основании расчета провода рассматриваемой марки при данных климатических условиях исходя из документа – «Унифицированные металлические опоры линий 220 – 330 кВ» – соответствует габаритному пролету 440 м. Ветровой пролет принимаем равный габаритному , а весовой пролет . Габаритному пролету 440 м соответствует стрела провеса провода , при которой высота центра тяжести проводов составляет 12,3 м и, следовательно, не выходит за пределы значения для первой ветровой зоны. Центр тяжести грозозащитного троса расположен на отметке 20 м; нормативный скоростной напор на этой высоте равен . Расчетные нагрузки на опору от проводов и тросов вычислены и сведены в таблицу 3.

Расчетные нагрузки, даН, на промежуточную опору от проводов и тросов

Таблица 3

Расчетная ветровая нагрузка на конструкцию опоры в соответствии с указаниями СНиП II-6-74 и дополнительными указаниям подсчитана и сведена в таблицу 4. Нагрузки определены на одну тросостойку, одну стойку и половину траверсы.

Определим тригонометрические характеристики схемы опоры:

Вычисляем коэффициенты уравнений:

Определяем усилия в оттяжках по расчетным нагрузкам, указанным в таблице 3.

1. Нормальный режим. Ветер без гололеда, направлен перпендикулярно линии.Расчетная нагрузка, действующая вдоль оси траверсы, является суммой горизонтальных сил, направленных вдоль оси траверсы или приведенных к отметке траверсы. Приведенными нагрузками являются:

а) нагрузки от ветра на трос и тросостоки. Изгибающий момент от этих нагрузок относительно оси траверсы заменяется моментом сил Vна плече b; сими нагрузки складываются с силами, действующими вдоль траверсы непосредственно;

б) нагрузки от ветра на стойки опоры. Реакция от этих нагрузок передается вдоль оси траверсы; при малом угле наклона стойки к вертикали ее можно принимать равной половине давления ветра на стойку.

Таким образом, суммарная расчетная нагрузка вдоль оси траверсы

При ветре, направленном справа налево, остаточное натяжение будет в оттяжках 3 и 4. Усилия в рабочих оттяжках 1 и 2 находим по формуле(9)

Оттяжки выполняются из двойного стального каната диаметром 15,5 мм по ГОСТ 3064-66. Площадь поперечного сечения каната .Расчетное сопротивление Разрывное усилие троса

Напряжения в оттяжке

Монтажное натяжение , монтажное напряжение в оттяжке

Погонный вес оттяжки

Длина оттяжки

Приведенная нагрузки на оттяжку

Остаточное натяжение в оттяжках 3 и 4 определяем, пользуясь таблицей 1. Определяем параметры:

По таблице 1 находим коэффициент для определения остаточного натяжения в оттяжках. Промежуточные значения определяются по ближайшему меньшему и ближайшим большим значениям параметров и . Поэтому , и, следовательно,