Башни, мачты, опоры линии электропередачи (ЛЭП). Нагрузки, действующие на башни, мачты, опоры ЛЭП. Основы конструирования и расчета башен, мачт, опор ЛЭП

Башни

Башнями называют свободно стоящие сооружения, жестко закрепленные в основании и работающие как консоль (вертикальная консольная балка).

Нагрузки, действующие на башню: собственный вес конструкции, оборудования, ветер, гололед.

Нагрузка от собственного веса и оборудования вызывает относительно небольшие напряжения (20–25 % расчетных), за исключением группы башен, например водонапорных, поддерживающих резервуар с водой, вышек с подъемниками и т.п.

Доминирующей нагрузкой является ветровая. Величина ветровой нагрузки зависит не только от скоростного напора, но и от формы и габаритов самой башни и ее отдельных элементов. Ветровая нагрузка определяется как сумма ее статической и динамической составляющей.

Кроме того, башни, проверяемые на резонанс от действия ветра, следует проверять расчетом на выносливость.

Для башен с периодом собственных колебаний меньше 0,25 сек. динамическая составляющая, вызываемая пульсацией скоростного напора ветра, не учитывается.

Расчетные усилия в элементах башни определяют как в консольном внецентренно-сжатом стержне под действием перечисленных нагрузок.

Башни в большинстве случаев проектируют решетчатыми, в виде пространственных ферм трех или четырехгранного, реже многогранного очертания. С увеличением числа граней расход металла возрастает.

В целях обеспечения устойчивости и более равномерного распределения усилий в поясах башни проектируют уширенными книзу в соответствии с возрастанием изгибающих моментов от вершины к основанию.

Ширина башни у основания составляет высоты. С увеличением ширины башни уменьшаются усилия в поясах от моментов, что снижает расход металла на пояса, но приводит к дополнительному расходу материала на решетку и диафрагмы.

Ширину верхней части башни стремятся свести к минимуму, поскольку это способствует уменьшению нагрузки от ветра.

В верхней части башни целесообразно применять треугольную и раскосную системы решетки; при большой ширине грани ромбическую или полураскосную.

Существенную экономию стали можно получить при применении крестовой решетки с гибкими предварительно напряженными раскосами.

При небольшой ширине ствола башни его проектируют сплошностенным.

Мачты

Мачты представляют собой высокие тонкоствольные конструкции, расчлененные оттяжками и работающие как балки на упругих опорах. Мачты экономичнее башен по расходу металла, но требуют большей площади для установки.

Нагрузки, действующие на ствол мачты: собственный вес конструкции, оборудования, ветер, гололед, вертикальная составляющая тяжения оттяжек.

Расчетные усилия в элементах ствола мачты определяют как во внецентренно сжатом стержне на упругих опорах, роль которых выполняют оттяжки.

Доминирующими нагрузками для мачт являются ветровые и гололедные. Ветровая нагрузка определяется как сумма ее статической и динамической составляющей.

Для мачт, так же, как и для башен, с периодом собственных колебаний меньше 0,25 с динамическая составляющая, вызываемая пульсацией скоростного напора ветра, не учитывается.

Ствол мачты проектируют постоянного по высоте сквозного или сплошного сечения в плане сквозных мачт с тремя или четырьмя углами соответственно с тремя или четырьмя оттяжками. Стволы сплошных мачт проектируют из труб.

Оттяжки проектируются из стальных канатов, закрепляя их к бетонным якорям. Оттяжки разных ярусов размещаются или параллельно друг другу или сводятся в одну точку. В первом случае усилия в оттяжках меньше, и меньше вертикальная составляющая на ствол, но зато каждой оттяжке необходим анкерный якорь и большая площадь для установки мачты. Для обеспечения поперечной жесткости мачты наименьший угол наклона оттяжки принимается 30^о. Крепление ствола мачты к фундаменту – шарнирное.

Опоры ЛЭП

Опоры ЛЭП предназначены для поддержания токонесущих проводов линий электропередачи. Расстояние между опорами принимается от 200м до 2,5км.

Опоры ЛЭП разделяются на линейные (промежуточные), устанавливаемые на прямолинейном участке трассы без преград, и специальные (анкерные), расположенные в углах трассы (угловые), у переходов через водные препятствия и другие преграды (переходные).

По форме опоры разделяются на одноствольные, несущие провода на консолях, и портальные (двуствольные или четырехствольные), несущие провода на поперечном портале.

Линейные опоры воспринимают относительно небольшие продольные усилия и для них применяют одноствольные и плоские двуствольные портальные опоры.

На специальные опоры действуют большие дополнительные усилия от угловой составляющей тяжения проводов, разности тяжения у переходов и т.д., поэтому их делают четырехствольными с подкосами или оттяжками.

Для опор ЛЭП характерна работа на кручение при одностороннем обрыве проводов. Проектирование опор ЛЭП ведется с учетом специальных технических требований.

Опоры ЛЭП имеют высоту до 40м, специальные переходные опоры у широких рек достигают высоты более 200м.

Сечения поясов и раскосов промежуточных опор обычно принимают из одиночных уголков. Опора разбивается на транспортабельные секции с монтажными соединениями на сварке или болтах. Алюминиевые опоры ЛЭП в 2-2,5 раза легче стальных. Их рационально применять в труднодоступных местах.

Причины аварий металлических конструкций. Классификация усиления металлических конструкций. Искусственное регулирование напряжений без применения специальных устройств и приспособлений. Искусственное регулирование напряжений с использованием специальных устройств и приспособлений.

Анализом причин аварий м/к установлено, что наиболее распространенными причинами аварий являются следующие:

1. перегрузка снегом, наледями и производственной пылью; непродуманная очистка снега, в результате которой отдельные части конструкций перегружаются;

2. потеря общей или местной устойчивости сжатыми элементами конструкций из-за отсутствия развязки сжатых поясов;

3. хрупкое разрушение конструкций. выполненных из хладостойких сталей (конвертерных с повышенным содержанием фосфора или мартеновских кипящих, имеющих «порог хладостойкости» в интервале минус 10^о–30^оС). работающих в неотапливаемом помещении или на открытом воздухе;

4. неправильное выполнение сварочных работ, особенно в зимнее время, заключающееся в отсутствии подогрева изделия при температуре – 30^оС, отсутствии защиты от ветра, отсутствии контроля;

5. наличие концентраторов напряжения (отверстия, прорези, трещины);

6. отсутствие надлежащей защиты стальных конструкций, работающих в агрессивной среде. В отдельных заводских цехах приходится усиливать или менять м/к после 5-10 лет их эксплуатации;

7. разрушение швов в конструкциях, работающих на подвижную нагрузку (подкрановые балки).