Изобретение относится к области строительства, в частности к опорным конструкциям для линии электропередачи высокого напряжения (ЛЭП).
У свободностоящих стальных и железобетонных опор одноцепных трехфазных ЛЭП высокого напряжения с подвесной линейной изоляцией закрепление проводов осуществляется на горизонтальных консолях, закрепленных на стойке опоры. На опорах без подвески грозозащитного троса расположение консолей выполнено следующим образом: одна консоль расположена на вершине стойки, а две других — на некотором расстоянии ниже в одной вертикальной плоскости, при этом одна из консолей нижнего яруса имеет большую длину в силу того, что действующие правила устройства электроустановок (ПУЭ) не допускают расположения фаз в одной вертикальной плоскости (см. «Справочник по электрическим установкам высокого напряжения», М., Энергоатомиздат, 1989, с.385-426). Такое расположение консолей для крепления проводов с точки зрения воздействущих на опору нагрузок имеет два отрицательных последствия:
— несимметричное нагружение несущих элементов стойки опоры нагрузками от проводов из-за несимметричного расположения траверс;
— увеличение скручивающих усилий, воздействующих на опору в аварийном режиме при обрыве провода, закрепленного на более длинной траверсе.
Эти отрицательные последствия приводят к необходимости увеличивать сечения несущих элементов стойки опор, что приводит к увеличению материалоемкости и стоимости опор, а также фундаментов для этих опор.
Узкобазые опоры, к которым относится стойка согласно изобретению, опираются обычно на цилиндрический, стальной или железобетонный фундамент, который является продолжением стойки. При больших изгибающих моментах закрепление на одном фундаменте становится не рациональным, так как требует больших затрат материала и стоимость фундамента резко возрастает. Фундаменты, на которые опираются стойка и нижний конец подкоса, могут быть, в частности, грибовидными или иметь любую другую конструкцию.
Стальные опоры для высоковольных линий традиционного исполнения имеют относительно большие поперечные размеры, что затрудняет транспортировку сварных секций. По этой причине элементы опор, как правило, транспортируются россыпью и собираются на монтаже на болтах, что увеличивает трудоемкость и время монтажа.
В последнее время все более широкое применение находят опоры, состоящие из сварных секций с относительно небольшими поперечными размерами, при транспортировке которых не возникает больших затруднений. Пример решетчатой узкобазой опоры с поясами из гнутого профиля описан в статье: Гунгер Ю.Р. и др. «Разработка новых конструкций опор ВЛ из гнутых металлических профилей нетрадиционных форм», Электрические станции, №3, 2003.
Установка дополнительного подкоса для опоры позволяет решить вопросы устойчивости, так как такая конструкция позволяет уменьшить изгибающие моменты в нижней части стойки, массу стойки и затраты на закрепление опоры. Однако область, в которой эта конструкция эффективна, ограничена.
Подкос позволяет уменьшить изгибающие моменты от нагрузок в плоскости опоры. При креплении стойки к одному фундаменту для высоких опор при больших ветровых нагрузках существенными становятся изгибающие моменты при направлении ветра вдоль оси высоковольтной линии, которые подкос не снижают.
Известна одноцепная опора с подкосом, содержащая стойку, укрепленную нижним концом в грунте в фундаменте, смонтированные в верхней части стойки и расположенные по разные стороны относительно нее две консоли для размещения на этих консолях узлов крепления гирлянд подвесных изоляторов для нижних проводов и смонтированную в верхней части над указанными консолями дополнительную консоль для узла крепления гирлянды подвесных изоляторов для верхнего провода, а также подкос, одним концом закрепленный в грунте на фундаменте, а другим прикрепленный к стойке ниже консолей для нижних проводов (SU №1709048, Е04В 12/00, опубл. 30.01.1992).
Из этого же источника известна система фундаментов для опоры с подкосом, выполненной в виде укрепленной нижним концом к узлу крепления фундамента стойки и связанного с последней подкоса, одним концом закрепленного в узле крепления отдельного фундамента.
Известное решение принято в качестве прототипа для обоих заявленных объектов, объединенных единым изобретательским замыслом.
Недостатком данной опоры является ее высокий изгибающий момент в сечении стойки, обусловленный нерациональным креплением подкоса из-за использования традиционной схемы построения одноцепной опоры.
Сечение стойки у опоры с подкосом определяется моментом в сечении самой стойки на уровне узла крепления подкоса. Это момент от сил, лежащих выше этого сечения (нагрузка от фазы провода, нагрузка от фазы троса, давление ветра на часть стойки, расположенной выше сечения стойки на уровне узла крепления подкоса). Чем ближе это сечение к этим силам, тем меньше момент. А в известном решении нижние траверсы слева и справа от стойки расположены на одном уровне. Поэтому максимальная высота сечения стойки на уровне узла крепления подкоса определяется допустимым промежутком между отклоненным проводом и подкосом и, как правила, всегда расположена существенно ниже. В связи с этим для таких опор приходится увеличивать сечение опоры и применять сложные по конструкции и материалоемкие фундаменты. Так как фундамент под стойку и фундамент под подкос выполняются отдельно, то в силу геофизических изменений структуры грунта и последствий климатического воздействия возможны деформационные процессы в грунте и в самих фундаментах, приводящие к нарушению их позиционного положения относительно друг друга. Это приходится учитывать при создании фундамента, что выливается в удорожание последнего.
Данное известное решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по снижению изгибающих нагрузок за счет рационального пространственного расположения элементов опоры с подкосом и обеспечения замкнутой силовой связи узлов крепления элементов опоры и подкоса к фундаментам.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности опоры с подкосом, уменьшении расхода материалов при изготовлении опор и фундаментов, что приводит к уменьшению стоимости ЛЭП.
Указанный технический результат достигается тем, что опора с подкосом, содержащая стойку, укрепленную нижним концом в грунте в фундаменте, смонтированные в верхней части стойки и расположенные по разные стороны относительно нее две консоли для подвески изоляторов для нижних проводов и смонтированную в верхней части над указанными консолями дополнительную консоль для подвески изоляторов для верхнего провода, а также подкос, одним концом закрепленный в грунте в фундаменте, а другим прикрепленный к стойке ниже консолей для нижних проводов, выполнена из соединяемых по высоте секций, нижняя из которых, выполненная расширяющейся в направлении к грунту, закреплена на двух фундаментах, при этом на уровне фундаментов подкос связан распорками с узлами крепления нижней секции опоры к фундаментам, а узлы крепления нижней секции опоры к фундаментам распоркой связаны между собой, причем подкос расположен в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось опоры перпендикулярно линии подвески проводов.
Кроме того, нижняя секция опоры может быть выполнена из двух частей с монтажным стыком по продольной оси опоры в плоскости расположения подкоса.
Особенностью заявленного изобретения является то, что опора и подкос в зоне фундамента связаны между собой горизонтально направленными распорками, связывающими оба фундамента опоры между собой и с фундаментом подкоса с образованием силового замкнутого треугольника. Кроме того, изобретение направлено на рациональное расположение подкоса по отношению к стойке и линии проводов.
Изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата чертежами.
На фиг.1 представлена опора с подкосом, первый вид;
фиг.2 — то же, что на фиг.2, вид сбоку;
фиг.3 — положение фундаментов и распорок, вид в плане;
фиг.4 — выполнение нижней секции из двух свариваемых при монтаже частей.
Согласно изобретению конструкция опоры включает собственно опору 1, выполненную в виде стойки или мачты. Опора выполнена из соединяемых по высоте секций, нижняя 2 из которых, выполненная расширяющейся в направлении к грунту, закреплена на двух фундаментах 3 (фиг.1, 2). Расширение опоры в нижней части в направлении линии подвески проводов позволяет более рационально воспринимать изгибающие моменты от ветра, направленного вдоль оси высоковольтной линии. В верхней части опора может быть решетчатой, с элементами из гнутого профиля или прокатных уголков, или сплошного сечения в виде многогранника, в нижней расширяющейся части стойка решетчатая. Данные примеры не исчерпывают всех вариантов исполнения стойки (деревянной, железобетонной…).
Нижняя секция 2 опоры может быть выполнена из двух частей 4 и 5 с монтажным стыком 6 по продольной оси опоры в плоскости расположения подкоса, проходящей через продольную ось опоры. Такое исполнение рационально для случая, если рациональная ширина одной или более нижних секций велика и транспортировка их в сварном варианте затруднительна. Разбивка каждой из этих секций на две в дальнейшем при монтаже подлежащих свариванию части с монтажным стыком по оси опоры для нижней секции показана на фиг.4.
В верхней части стойки смонтированы расположенные по разные стороны относительно ее продольной оси две консоли 7 для подвески изоляторов для нижних проводов и смонтирована в верхней части над указанными консолями дополнительная консоль 8 для подвески изоляторов для верхнего провода.
Для такой опоры с подкосом разработана система фундаментов, выполненная из фундамента стойки и отдельного фундамента для подкоса. При этом фундамент для подкоса выполнен в виде отдельного блока, а фундамент для нижней секции стойки, имеющей по крайней мере две разнесенные точки прикрепления к фундаменту, выполнен в виде двух отдельных блоков, расположенных на расстоянии друг от друга в направлении линии подвески проводов и на расстоянии от фундамента для подкоса, при этом на уровне фундаментов узлы крепления стойки к фундаментам связаны между собой распоркой, а узел крепления подкоса к фундаменту связан распорками с узлами крепления стойки к фундаментам.
Данную систему можно рассмотреть на конкретном примере.
Подкос 9 одним концом закреплен в грунте в фундаменте 10, а другим прикреплен к стойке ниже консолей 7 для нижних проводов. Подкос может быть решетчатым или сплошного сечения. Подкос расположен в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось опоры перпендикулярно линии подвески проводов. На уровне фундаментов узел крепления подкоса 9 связан распорками 11 с узлами крепления нижней секции 2 опоры к фундаментам 3, а узлы крепления нижней секции опоры к фундаментам 3 распоркой 12 связаны между собой (фиг.3). Фундаменты, на которые опираются опора и нижний конец подкоса, могут быть, в частности, грибовидными, как показано на фиг.1, 2, или иметь любую другую конструкцию.
При таком исполнении все фундаменты связаны между собой с образованием жесткой силовой взаимосвязи, формирующей условия, при которых три отдельных фундамента по функции равносильны одному общему для всех трех опорных точек фундаменту.
Рациональное расположение подкоса по отношению к линии проводов ЛЭП позволяет при таком исполнении фундаментов уменьшить массу стойки и фундаментов, а также их стоимость.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как получаемый результат базируется на рациональном взаимном пространственном расположении фундаментов и элементов опоры, несущих провода и удерживающих опору от воздействия внешних нагрузок
- Наименование — 2ЛБП29.25.32
- Размер изделия — 2900*320*250 мм
- Масса — 0,543 т.
Вы задаетесь вопросом – как выбрать лестницу? В данной статье мы рассмотрим такой вид лестниц как железобетонные. Они собираемые из готовых элементов, применяются трех типов (ГОСТ 8717): тип 1 — с уклоном 1:2, тип 2 — с уклоном 1:1,75 и тип 3 — с уклоном 1:1,50. Уклонам соответствуют размеры подступенка и проступи: 15×30 см; 16,5×29 см; 18×27 см.
Железобетонные лестницы из мелкоразмерных элементов состоят из несущих элементов: косоуров и подкосоурных балок — и ступеней. Эти лестницы применяют в случае отсутствия на строительстве кранов достаточной грузоподъемности.
Ступени, в зависимости от места установки в марше, делятся на основные, верхнюю и нижнюю фризовые. Материал ступеней — бетон марки 150; при длине ступени 1050 мм и выше обязательно их армирование.
С лицевой стороны ступени имеют плавный выступ шириной 30 мм с радиусом закругления 20 мм. В лестницах для общественных зданий с уклоном маршей 1:2 ступени облицовывают слоем мозаичного бетона марки 200 толщиной 15 мм; при других уклонах ступеням придается гладкая лицевая поверхность без мозаики.
Фризовые ступени устанавливаются в местах примыкания маршей к площадкам; профиль сечения этих ступеней определяется тем, что они опираются частично на косоур, частично на подкосоурную балку.
Площадки лестниц из мелкоразмерных элементов собираются из железобетонных ребристых плит. Поверх плит кладется обычно слой шлакобетона 4-5 см, а по нему чистый пол площадки.
Косоуры и подкосоурные балки изготовляются из бетона марки 200 и рассчитаны на временную нагрузку 400 кгс/м2 горизонтальной проекции — для общественных зданий и 300 кгс/м2 — для жилых зданий; несущие элементы лестницы соединяются между собой посредством сварки закладных элементов.
Железобетонные лестницы из крупноразмерных элементов состоят из цельных маршей и лестничных площадок. Ступени в маршах этого типа могут быть как полнотелыми, так и складчатой формы. В лестницах для общественных зданий ступени предусматриваются с накладными мозаичными проступями толщиной 35 мм и отделкой площадок мозаичным слоем 20 мм или ковровой мозаикой.
Марка бетона и расчетные нагрузки для маршей и площадок принимаются такими же, как и для несущих элементов мелкоразмерных лестниц.
Рисунок 251.1. Данные для определения высоты опорной стойки и подкосов.
При такой стропильной схеме высота стойки составляет приблизительно h = 1.75 м (определяется через тангенс угла α, h = b1tgα — 0.05 м, где 0.05 м — приблизительная высота коньковой балки с учетом врубки). Длина подкоса приблизительно lп = 1.7 м (определяется по теореме косинусов для треугольника, так как по принципу подобия треугольников найдена одна сторона треугольника l2 = 1.4 м, то lп2 = h2 + l22 — 2hl2cosγ). Сечения стропил и обрешетки уже определены. В статье: «Двухпролетные балки» показано, как можно определить опорные реакции для стропильной ноги в данном случае являющейся двухпролетной балкой. При указанных пролетах А =1. 0556q B = 2.6978q C = 0.2464q. Для подкосов расчетной нагрузкой будет опорная реакция В, умноженная на синус угла, образованного стропилом и подкосом. Как следует из рисунка 251.1 этот угол составляет 180 — 45 — 63 = 72о, соответственно синус этого угла составит 0.951. Тогда:
Nподкосов = 2.6978·326.1·0.951 = 836.7 кг.
Для стойки расчетной нагрузкой будет сумма опорных реакций от левой и правой стропильных ног. При определении сечения стропил мы использовали максимальное значение снеговой нагрузки:
qsлев = 180х1.25х1.2 = 270 кг/м.
Однако по принятой расчетной схеме снеговая нагрузка для противоположной стропильной ноги будет меньше:
qsправ = 180х0.75х1.2 = 162 кг/м.
тогда:
qправ = qcт + qo + qш +qsправ = 3.75 + (6.25 + 16.77 +162)1.1 = 207.27 кг/м
Таким образом суммарная нагрузка на опорную стойку составит:
Nстойки = 0.2464(326.1 + 207.27) = 131.42 кг
Содержание
Требуется:
Подобрать сечение опорной стойки (показана ни рисунке 251.1 оранжевым цветом) и подкосов (показаны на рисунке 251.1 фиолетовым цветом). Основные принципы расчета сжимаемых элементов изложены отдельно.
Решение:
Даже у такой, казалось бы простой задачи есть два варианта решения.
1 Вариант
Можно подобрать сечение элементов по расчетной нагрузке, однако для этого нужно знать радиус инерции сечения. Понимаю, что многие люди даже приблизительно не знают, что такое радиус инерции, ну а те кто знают, скажут, что для определения радиуса инерции нужно знать высоту и ширину сечения, а ведь именно это нам и нужно определить. Это действительно так, а еще после того, как радиус инерции известен, нужно сначала определить гибкость элемента, после этого коэффициент продольного изгиба и только потом можно определить требуемое сечение. Окончательная формула для проверки сжимаемого элемента на устойчивость достаточно проста:
σ = N/φF ≤ Rc (250.1.2)
Конечно математический аппарат позволяет решать такие задачи, однако намного проще выполнить расчет по второму варианту.
2 Вариант
Из конструктивных и технологических соображений или просто интуитивно можно сначала принять предварительно сечение элементов, а затем проверить их на устойчивость. Все равно выбор пиломатериалов по сечению сильно ограничен по сравнению с металлопрокатом и подобрать сечение так, чтобы элементы были загружены на 95-100% вряд ли получится. В данном случае, так как стропила имеют сечение 5х15 см, то сечения опорной стойки 5х5 см (если верить моей интуиции) будет вполне достаточно, а для подкосов хватит сечения 5х10 см (опять же интуиция подсказывает, но и из конструктивных соображений — для надежного соединения стропильной ноги и подкоса). Из конструктивных соображений (чтобы уменьшить количество типоразмеров при закупке делового леса) примем предварительно сечения и опорной стойки и подкосов 5х10 см.
Примечание: В принципе при столь небольших нагрузках на опорные стойки можно вообще обойтись без коньковой балки, опорная стойка может сразу подпирать стропила, но это уже вопрос удобства выполнения крыши (ведь возможно потребуется обеспечить геометрическую неизменяемость стропильной системы в плоскости, перпендикулярной показанной на рисунке 251.1, проще говоря вдоль дома), поэтому в расчетных схемах ничего менять не будем, к тому же возможные варианты стропильных систем здесь не обсуждаются.
Так как нагрузка на подкосы почти в 7 раз больше, чем нагрузка на стойки, то при принятых одинаковых сечениях стоек и подкосов и при приблизительно одинаковой расчетной длине достаточно проверить на устойчивость только подкосы.
Расчетная длина подкосов равна реальной длине lп = lo = 170 см. При ширине подкоса 5 см радиус инерции составит:
iy = (Iy/F)1/2 = (b2/12)1/2 = (52/12)1/2 = 1.44 см
теперь можно определить гибкость стропильной ноги относительно оси z:
λ = lo/iy = 170/ 1.44 = 117.78 (250.1.5)
Проверим допустимость такого значения гибкости. СНиП II-25-80 (1988) рекомендует принимать для рассчитываемых деревянных элементов такие значения гибкости, которые не превышают значения, приведенные в таблице
Таблица 1. Предельные значения гибкости (согласно СНиП II-25-80 (1988))
В нашем случае конструкцию сложно назвать фермой, согласно таблицы 1 это скорее другая сквозная конструкция и тогда предельно допустимая гибкость для нашей стойки λ = 150. Тем не менее при выполнении непрофессиональных расчетов я все-таки рекомендую использовать более строгие ограничения и принимать предельно допустимую гибкость для деревянных стоек и подкосов конструкций кровли λ ≤ 120. Полученное нами значение меньше предельно допустимого (117.78 < 120), а потому можно продолжать расчет.
так как λ > 70, то φ = А/λ2
где А = 3000 для древесины (А = 2500 для фанеры), то
φ = 3000/117.782 = 0.2163
Теперь по формуле (250.1.2) мы можем определить достаточно ли выбранного нами сечения:
836.7/(0.2163·50) = 77.36 < 130 кг/см2.
Как видим, такого сечения подкосов вполне достаточно и даже с запасом на возможные случайные эксцентриситеты приложения нагрузки. Можно даже использовать брус сечением 5х7 см для подкосов (но в этом случае расчет желательно выполнить с учетом случайного эксцентриситета), а уж для опорных стоек так тем более. Но из соображений удобства монтажа лучше оставить выбранное сечение.
Примечание: при значении гибкости λ < 70 коэффициент изгиба определяется по формуле:
φ = 1 — а(λ/100)2
где а = 0.8 — для древесины, а = 1 — для фанеры
Все необходимые формальности нами соблюдены, но желательно также проверить стропильную ногу на смятие в месте контакта с подкосом.
Расчетное сопротивление древесины смятию в опорных частях конструкций, лобовых врубках и узловых примыканиях элементов (смятие поперек волокон) — Rсм90 = 30 кгс/см2 (согласно СНиП II-25-80 (1988)).