Определение нагрузок действующих на опоры трубопроводов
Определение нагрузок действующих на опоры трубопроводов
Определение нагрузок действующих на опоры трубопроводов
Правильный выбор расчетных нагрузок имеет очень важное значение с точки зрения создания рациональных и экономичных опор под трубопроводы.
Ниже излагаются рекомендации по этому вопросу разработанные ВНИИСТ и Гипрогазтоппромом, учитывающие по возможности действительные условия совместной работы трубопроводов и их опор.
Вертикальные нагрузки
Вертикальные нагрузки на отдельную траверсу опоры определяются по следующим формулам:
Нагрузку от одного из паро- или газопроводов, подлежащего по техническим условиям гидравлическому испытанию, следует определять по формуле
где qводы — вес воды при гидравлическом испытании.
В проектных материалах необходимо оговорить, что одновременно может опрессовываться лишь один из паро- или газопроводов, проходящих через данную опору.
При этом следует рассмотреть все возможные невыгодные схемы загружения опоры. Так, например, пусть на двухъярусной опоре (рис. 110) расположено девять паро- и газопроводов, подлежащих гидравлическому испытанию. Требуется определить расчетные схемы загружения при расчете опоры на вертикальные нагрузки.
При расчете консолей АВ, CD, EF следует учитывать поочередное заполнение водой каждого из трубопроводов, расположенных на этих консолях; при расчете консоли GH водой заполняется трубопровод диаметром 200 мм, при расчете траверсы ВС и стоек ВМ и CN — трубопровод диаметром 500 мм, при расчете траверсы FG — трубопровод диаметром 300 мм.
Если в рабочих условиях трубопроводы не будут заполнены жидкостью, то при определении сил трения не следует включать в нагрузку вес воды при гидравлическом испытании.
Ветровые нагрузки
Нормативная ветровая нагрузка, передающаяся пучком горизонтально расположенных трубопроводов на траверсу опоры, определяется по формуле
Горизонтальные усилия, действующие вдоль трассы трубопроводов, проходящих через одиночно стоящие опоры
Одиночно стоящие опоры подразделяются на анкерные (мертвые) и промежуточные.
Анкерные опоры (рис. 111) делятся на разгруженные и неразгруженные (концевые), а промежуточные опоры (рис. 112) — на двухшарнирные гибкие и жесткие.
Двухшарнирные промежуточные опоры (рис. 112, а) имеют шарниры внизу опоры и допускают, таким образом, свободное перемещение трубопровода, расположенного на этой опоре и связанного с ней при помощи шарнира, на требуемую величину температурной деформации.
Гибкие промежуточные опоры (рис. 112, б) способны обеспечить перемещение своего верхнего конца на величину требуемой температурной деформации трубопровода, расположенного на опоре.
Жесткие промежуточные опоры (рис. 112, в) неспособны обеспечить перемещение своего верхнего конца на величину требуемой температурной деформации трубопровода, расположенного на данной опоре; в этом случае температурное удлинение трубопровода сопровождается его проскальзыванием по опоре.
Горизонтальные усилия, действующие на отдельно стоящие опоры, подразделяются на:
силы трения, возникающие между трубопроводом и соответствующим опорным устройством,
распоры компенсирующих устройств,
осевые усилия, появляющиеся вследствие давления на заглушку или закрытую задвижку трубопровода; эти усилия отсутствуют, если в качестве компенсирующих устройств используются гнутые (П-образные, лирообразные и т. п.) компенсаторы.
Распор П-образных компенсаторов находят по обычным правилам строительной механики путем расчета П-образной рамы, загруженной заданными горизонтальными перемещениями на концах стоек. Его можно определять также по графикам и таблицам (см. гл. третью).
Распор линзовых компенсаторов определяют по приведенным ранее формулам (см. гл. вторую).
Горизонтальные усилия вдоль трассы, действующие на верхний конец промежуточной опоры при прокладке одного трубопровода, определяют следующим путем:
а) для промежуточных двухшарнирных опор горизонтальное усилие вдоль трассы равно нулю;
б) для гибких промежуточных опор это усилие определяется как упругая реакция верхнего конца опоры, возникающая вследствие его горизонтального смещения на заданную величину, соответствующую температурной деформации трубопровода; таким образом, гибкая стойка рассчитывается как консольная балка, загруженная заданным смещением конца;
в) для жестких промежуточных опор со скользящими или катковыми опорными устройствами для определения горизонтального усилия вдоль трассы применяется формула
Для скользящих опорных устройств этот коэффициент принимается равным: при трении стали о сталь и стали о чугун — 0,3, при трении стали о бетон — 0,6.
Применяемые катковые устройства должны гарантировать отсутствие заклинивания катка в процессе эксплуатации. При этих устройствах
Расчетные горизонтальные усилия вдоль трассы, действующие на разгруженные анкерные опоры при прокладке одного трубопровода (рис. 113) определяются следующим путем:
а) при отсутствии в смежных пролетах задвижек (рис. 113, а и в) горизонтальное усилие находят как разность усилий, включающих распор компенсатора и силы трения, или упругие реакции па промежуточных опорах, действующих слева и справа от рассматриваемой анкерной опоры; при этом меньшее по величине усилие умножается на коэффициент, равный 0,8.
Таким образом, усилие, действующее на опору H, определяется по следующим формулам: при двухшарнирных промежуточных опорах
при гибких промежуточных опорах
при жестких промежуточных опорах
В этих формулах принято, что суммарное усилие слева больше, чем справа: под ∑R1 и ∑R2 подразумеваются суммы упругих реакций промежуточных гибких опор, расположенных слева и справа от опоры H;
б) если в одном из смежных пролетов имеется задвижка (рис. 113, б и г), для определения усилия на опору Н имеем:
при двухшарнирных опорах:
Усилие, определенное по формулам (4.33) — (4.41), должно быть принято не меньше горизонтального усилия, действующего на промежуточную опору.
При двухшарнирных и гибких промежуточных опорах одновременная прокладка нескольких трубопроводов допускается лишь при условии, что один из трубопроводов максимального диаметра, называемый «ведущим», шарнирно связан с траверсами промежуточных опор. В этом случае горизонтальное усилие, действующее на стойки промежуточных опор, определяется следующим путем:
а) при одноярусных двухшарнирных опорах (рис. 114, а) горизонтальное усилие вдоль трассы, действующее на стойки промежуточных опор, равняется нулю;
б) при одноярусных гибких опорах (рис. 114, б) их стойки рассчитываются как консольные балки, загруженные на конце горизонтальным смещением, равным величине температурного удлинения «ведущего» трубопровода; таким образом, искомое горизонтальное усилие определяется как упругая реакция стойки, возникающая вследствие смещения ее верхнего конца на заданную величину;
в) при двухъярусных двухшарнирных опорах (рис. 115, а) стойки рассчитываются на горизонтальные усилия, равные суммарной силе трения, возникающей на скользящих или Катковых опорных устройствах ведомых трубопроводов, расположенных на траверсе, не несущей «ведущий» трубопровод; определенное таким образом горизонтальное усилие прикладывается к верхним концам стоек опоры, причем последние считаются защемленными на уровне нижнего яруса опоры (рис. 115, б);
г) при двухъярусных гибких опорах (рис. 116) стойки рассчитываются как консольные балки, загруженные на конце смещением, равным величине температурного удлинения ведущего трубопровода.
Расчет траверс двухшарнирных и гибких опор производится в соответствии со следующими схемами загружения:
а) сечение траверсы, несущей ведущий трубопровод, в месте шарнирного соединения с ним принимается жестко защемленным; если по одну сторону от ведущего трубопровода через траверсу проходят дополнительно один-два трубопровода, то траверса рассчитывается на сосредоточенные усилия, приложенные в местах опирания дополнительных ведомых трубопроводов (рис. 117, б), которые определяются по формуле (4.31);
б) траверсы, не несущие ведущий трубопровод, рассчитываются как свободно опертые балки, загруженные силами трения от расположенных на них ведомых трубопроводов (рис. 117, в); если число ведомых трубопроводов не больше двух, силы трения прикладываются в местах опирания ведомых трубопроводов и определяются по формуле (4.31); если же число ведомых трубопроводов, расположенных по одну сторону от ведущего трубопровода или на траверсе, не несущей ведущий трубопровод, больше двух, то при определении усилий, действующих на стойки и траверсы опоры, следует руководствоваться указаниями, приводимыми ниже.
При одновременной прокладке нескольких трубопроводов на жестких промежуточных опорах горизонтальные усилия, действующие на стойки и траверсы опор, определяются для каждого из трубопроводов по формуле (4.31), а затем умножаются на «коэффициент одновременности», равный:
при прокладке двух трубопроводов — 1,0,
при прокладке трех трубопроводов — 0,67,
при прокладке четырех и более трубопроводов — 0,5.
Если при одновременной прокладке трех трубопроводов вертикальная нагрузка от одного из трубопроводов равна или превышает 0,67 суммарной вертикальной нагрузки, действующей на опору, то в расчет вводится лишь горизонтальное усилие, вызываемое указанным трубопроводом. То же принимается и при одновременной прокладке четырех и более трубопроводов, когда вертикальная нагрузка от одного из трубопроводов равна или превышает 0,50 суммарной вертикальной нагрузки, действующей на опору.
При прокладке двух и трех трубопроводов горизонтальные усилия, определенные в соответствии с предыдущим, принимаются как сосредоточенные в местах опирания трубопроводов; при прокладке четырех и более трубопроводов суммарную нагрузку можно принимать равномерно распределенной по траверсе.
Консоли траверс П-образной опоры и траверсы Т-образной опоры следует рассчитывать па сосредоточенные усилия, приложенные в местах опирания трубопроводов.
Стойку Т-образной опоры необходимо проверять па прочность дважды: при проектном расположении трубопроводов и при одностороннем расположении трубопроводов по одну сторону от стойки; последнем случае учитывается лишь вертикальная нагрузка, создаваемая оставшимися трубопроводами.
Если через траверсу проходит несколько трубопроводов резко различного диаметра, то необходимо распределять расчетные нагрузки по траверсе в соответствии с расположением трубопроводов.
Горизонтальные усилия, действующие на разгруженные анкерные опоры, при одновременной прокладке нескольких трубопроводов определяются следующим образом:
а) при одновременной прокладке двух трубопроводов горизонтальные усилия от каждого из трубопроводов прикладываются в местах опирания трубопроводов и определяются по формулам
(4.32) — (4.41);
б) при одновременной прокладке трех трубопроводов горизонтальные усилия слагаются из:
разности распоров Р1 — 0,8 Р2 для каждого из трубопроводов,
разности сил трения qμ (1 – 0,8l2), умноженных на коэффициент одновременности, равный 0,67,
осевых усилии, вызванных давлением на задвижки;
найденные таким путем усилия прикладываются в местах опирания трубопроводов;
в) при одновременной прокладке четырех и более трубопроводов горизонтальные усилия слагаются из:
разности распоров Р1 — 0,8 Р2 для каждого из трубопроводов, разности сил трения qμ (1 – 0,8l2), умноженных на коэффициент одновременности, равный 0,5,
осевых усилий, вызванных давлением на задвижки и умноженных на коэффициент одновременности; этот коэффициент принимается равными: при двух задвижках в пролетах, смежных с опорой, — 1,0, при трех задвижках в пролетах, смежных с опорой, — 0,67, при четырех и более задвижках в пролетах, смежных с опорой, — 0,50.
Найденные таким образом усилия можно суммировать и суммарную нагрузку принимать равномерно распределенной по траверсе. Если при наличии трех или четырех и более задвижек в пролетах, смежных с опорой, осевое усилие, действующее на одну из задвижек, превышает соответственно 0,67 или 0,50 суммарного усилия, полученного путем суммирования всех осевых усилий на задвижки, то в расчет вводится лишь усилие на указанную задвижку. Точно так же если при одновременной прокладке трех, четырех или более трубопроводов одна из разностей сил трения превышает соответственно 0,67 или 0,50 суммарного усилия, полученного путем суммирования всех разностей сил трения, то в расчет вводится лишь указанная разность сил трения.
Горизонтальные усилия, действующие на концевые анкерные опоры, определяются так же, как и для разгруженных анкерных опор, за исключением того, что в расчет вводятся лишь усилия, действующие по одну сторону от опоры.
Определение усилий, действующих на элементы опор, при эстакадной прокладке трубопроводов
Трубопроводная эстакада (рис. 118) состоит из отдельных температурных блоков, которые подразделяются на промежуточные и концевые. Температурный блок в свою очередь состоит из: пролетного строения, воспринимающего вертикальные и горизонтальные усилия,
одной анкерной опоры, предназначенной для восприятия горизонтальных усилий, действующих вдоль трассы,
промежуточных стоек, воспринимающих вертикальные нагрузки, действующие на пролетное строение,
траверс, на которых прокладываются трубопроводы.
Траверсы эстакадного блока рассчитываются на сумму вертикальных нагрузок Qрасч определяемых по формуле (4.27), и равномерно распределенную горизонтальную нагрузку, расчетная интенсивность которой находится по следующей формуле:
Если через траверсу проходит несколько трубопроводов резко различного диаметра, то расчетные нагрузки по траверсе следует распределять в соответствии с расположением трубопроводов.
Концевые траверсы концевого блока необходимо проверять на прочность в соответствии с истинными усилиями, определенными из условий действительного расположения фикспунктов, задвижек или заглушек.
Анкерная опора концевого блока рассчитывается на горизонтальное усилие, слагающееся из суммы распоров компенсирующих устройств всех трубопроводов, проложенных на данном блоке, и неуравновешенной силы трения, равной 0,75 qэ ,где qв вертикальная нагрузка на единицу длины блока в m/м.
Анкерная опора промежуточного блока рассчитывается на горизонтальное усилие, включающее суммарную разность распоров Р1 — 0,8 Р2 компенсирующих устройств всех трубопроводов, проложенных на данном блоке, неуравновешенную силу трения, равную 0,15 qэ, и осевое усилие на задвижку, равное 0,68 qэ.
Пролетное строение эстакадного блока рассчитывается на вертикальные и горизонтальные нагрузки, передаваемые траверсами в местах их присоединения к пролетному строению.
Горизонтальные нагрузки, перпендикулярные к линии трассы, возникающие вследствие наличия отводов, можно не учитывать. При этом в местах подключения отводов следует давать развязку повышенной гибкости.
При отсутствии уточненной раскладки трубопроводов, компенсаторов, задвижек и фикспунктов горизонтальные усилия, действующие на анкерные опоры блоков, принимаются равными:
на анкерную опору концевого блока — 4qэ;
на анкерную опору промежуточного блока — 2qэ.
Пролетное строение рассчитывается с учетом возможной перегрузки одной из сторон поперечного сечения до 30% (рис. 119).
- Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК
- Нормативные нагрузки на опору
- Расчетные нагрузки на опору
- Момент силы на основание опоры
- Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ
- Дополнительные нагрузки на опору от ОКФП
-
Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН
Оптический кабель, как правило, является дополнительным элементом ВЛ. При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на этапе проектирования ВЛ, а также при выборе и расчете фундаментов или закреплений в грунте. Если в проектной документации не провести расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорогостоящему восстановительному ремонту.
В связи с этим при проектировании подвеса ВОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и ВОК с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых опор.
Рис. 1. Упавшая опора ВЛЭП.
До середины 60-х годов в СССР расчет стальных и деревянных опор производился по методу допускаемых напряжений, а расчет железобетонных опор и оснований фундаментов опор из любого материала — по методу разрушающих нагрузок. В настоящее время расчет опор и их оснований производится по новому методу — методу предельных состояний.
Опоры, фундаменты или закрепления в грунте должны быть рассчитаны на сочетания расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний, а также аварийных и монтажных режимов ВЛ по первой группе предельных состояний.
Расчет следует выполнить для каждого типа опоры, фундамента или закрепления в грунте.
При подвесе ОКСН или ОКГТ в межфазном пространстве, если нагрузки от них являются дополнительными, то в проекте должны быть представлены результаты расчетов опор, фундаментов или закреплений в грунте на нагрузки от ОК.
Предельные состояния, по которым производится расчет фундаментов или закреплений в грунте опор ВЛ, подразделяются на две следующие группы:
Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной непригодности их в эксплуатации, т. е. к их разрушению любого характера. К этой группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре, т. е. при условиях, которые могут привести к наибольшим изгибающим или крутящим моментам на опоры, наибольшим сжимающим или растягивающим усилиям на опоры и фундаменты.
Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших прогибах опор.
Метод расчета по предельным состояниям имеет целью не допускать, с определенной вероятностью, наступления предельных состояний первой и второй групп при эксплуатации, а также первой группы при строительстве ВЛ.
При разработке проектной документации оформленные результаты расчета нагрузок от ОК на опоры каждого типа должны содержать:
1) Титульный лист с указанием титула и наименования ВЛ; схемы с местом крепления ОК на опоре с размерами; информацию о ПО, в котором рассчитаны нагрузки; при расчете нагрузок без применения программных средств должны быть приведены ссылки на нормативные документы и справочную литературу, в соответствии с которой выполнен расчет; должны быть указаны номер и тип опоры; климатические условия расчета (ветровое давление, толщина стенки гололеда), региональные коэффициенты или коэффициенты перегрузки; схема расположения векторов вертикальной, поперечной и продольной составляющих, из которой однозначно понятно в какой системе координат («провод» или «опора») получены нагрузки; должны быть указаны длины пролетов, смежных с рассчитываемой опорой; типы фазных проводов, ГТ и/или ОКГТ, ОКСН, ОКНН и ОКФП, подвешенных до и после рассчитываемой опоры.
2) Первый лист отчета для промежуточной опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных и аварийных режимов по первой группе предельных состояний.
3) Первый лист отчета для анкерно-угловой опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных, аварийных и монтажных режимов по первой группе предельных состояний.
4) Второй лист отчета для промежуточной, а также анкерно-угловой опоры, должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по второй группе предельных состояний.
Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК
Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации конструкции или сооружения, называются нормативными нагрузками. В расчетах опор и их оснований принимают расчетные нагрузки, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки. Эти коэффициенты определены в зависимости от вероятности превышения нагрузок различных видов и от состояния линии, так называемого режима.
При расчете дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК следует рассматривать следующие режимы работы:
- Нормальный режим. Ветра нет, гололеда нет.
- Режим максимального ветра под углом 45° к линии. Ветровой напор 100% под углом 45° к линии, гололеда нет.
- Режим максимального ветра перпендикулярного линии. Ветровой напор 100% перпендикулярно линии, гололеда нет.
- Режим гололеда с ветром. Ветровой напор 25% перпендикулярно линии, максимальный гололед.
- Аварийный режим. Одностороннее тяжение (обрыв оптического кабеля), ветер и гололед отсутствуют.
- Монтажный режим. Для промежуточной опоры: ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника. Для анкерной опоры: одностороннее тяжение, ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника.
На опору от подвеса на нее ВОК будут действовать 3 типа сил:
- G — вертикальная сила, обусловленная силой тяжести ВОК, гололеда и монтажника;
- P — горизонтальная поперечная сила, обусловленная воздействием ветра на ВОК;
- T — горизонтальная продольная сила, тяжение ВОК в нижней точке кривой провеса.
Итоговое тяжение кабеля H — это суперпозиция этих сил.
Рис. 2. Дополнительные силы, прикладываемые к промежуточной опоре со стороны оптического кабеля
Рис. 3. Дополнительные силы, прикладываемые к анкерной опоре со стороны оптического кабеля
Алгоритм расчета сводится к следующему: находятся нормативные нагрузки, действующие на опору в рассматриваемом режиме, затем эти нагрузки умножаются на коэффициенты и получаются значения расчетных нагрузок. Расчетные нагрузки от ВОК в сумме с расчетными нагрузками от троса и проводов сравниваются с допустимыми нагрузками для конкретной опоры.
Нормативные нагрузки на опору
Нормативная горизонтальная продольная нагрузка T ищется как проекция тяжения H на горизонтальную продольную ось.
Расчет вертикальной нагрузки на опору в рассматриваемом режиме, обусловленную силой тяжести ВОК и гололеда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчет приведенный в ПУЭ. Следует помнить, что весовая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну если точки подвеса расположены на одной высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на опору от точки закрепления на опоре и до самой нижней точки кривой провеса кабеля.
Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку, обусловленную воздействием ветра на ВОК P, можно найти не через проекцию тяжения на горизонтальную поперечную ось, а также напрямую. Следует помнить, что ветровая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну.
Рис. 4. Суммарный вектор нагрузки H, направленный вдоль кабеля
Расчетные нагрузки на опору
Расчетные нагрузки рассчитываются путем умножения нормативных нагрузок на следующие коэффициенты.
Горизонтальная поперечная нагрузка P умножается на:
- γnw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,1 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
- γfP — коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и 1,1 при расчете по второй группе предельных состояний;
- γр — региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.
Вертикальная нагрузка G умножается на:
- γnw — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,3 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
- γfG — коэффициент надежности по гололедной нагрузке равный 1,6 для районов по гололеду III и выше;
- γd — коэффициент условий работы, равный 1 при расчете по первой группе предельных состояний и 0,5 при расчете по второй группе предельных состояний;
- γр — региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.
Горизонтальная продольная нагрузка T умножается на:
- γfT — коэффициент надежности по нагрузке от тяжения, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и равный 1 при расчёте по второй группе предельных состояний.
Момент силы на основание опоры
В расчете момента, действующего на основание опоры, принимаются только горизонтальная поперечная и продольная силы (P и T). Находится их суперпозиция и умножается на высоту подвеса ВОК.
Рис. 5. Момент силы M на основание опоры.
Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ
Такие нагрузки возникают и требуют расчета в том случае, если ОКГТ больше и тяжелее грозотроса по типовому проекту. В большинстве случаев ОКГТ легче троса, так как ОКГТ производится из стальных проволок, плакированных алюминием и проволок из алюминиевого сплава.
Рис. 6. Схематичное изображение сечения ОКГТ.
Рис. 7. Схематичное изображение сечения ГТК.
Дополнительные нагрузки на опору от ОКФП
Считаются только в случае, если величины диаметра и веса ОКФП больше, чем у провода на 10% и выше.
Рис. 8. Схематичное изображение сечения ОКФП.
Рис. 9. Схематичное изображение сечения фазного провода.
Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН
Учитываются:
- Нагрузка на провод/трос от ОКНН с учетом увеличения воздействия гололеда и ветра;
- Временное воздействие монтажного оборудования (навивочной машины).
Рис. 10. Для расчета ОКНН используется эквивалентный диаметр ГТК.
Рис. 11. Применение навивочной машины.
Примером расчета нагрузок на опору может служить результат работы в конфигураторе «ВОЛС на ВЛ с ОКСН».
Конфигуратор предназначен для автоматизации различных этапов проектирования подвесных ВОЛС:
- выбора и подсчета необходимых комплектующих (кабель, арматура, муфты),
- осмечивания проекта по материалам,
- предоставления готовых чертежей по типовым узлам и решениям,
- проверки соответствия проектных решений актуальным нормативным документам и методикам,
- проверки совместимости различных материалов и узлов между собой.
Конфигуратор позволяет выполнить следующие автоматизированные расчеты:
- выбор марки кабеля,
- расчет оптимальных строительных длин,
- подбор виброгасителей и составление схемы виброгашения,
- расчет тяжений и стрел провеса,
- расчет нагрузок на опоры от подвеса ВОК,
- расчет на сближение с фазными проводами при различных климатических воздействиях и при возникновении пляски,
- расчет наведенного электрического потенциала вблизи опоры и определение допустимых точек подвеса ОКСН (выдача результата из проведенных ранее расчетов для типовых опор).
Если вы являетесь инженером-проектировщиком или руководителем проектного отдела строительной организации, занимающейся строительством магистральных ВОЛС и хотели бы повысить свою квалификацию или квалификацию специалистов вашего отдела, рекомендуем вам обучение на курсе «Проектирование ВОЛС». Актуальное расписание ближайших занятий, программу курса и всю информацию по вопросам подачи заявок на обучение вы сможете найти в разделе «Обучение».
Определение нагрузок на опоры труб
1. Вертикальную нормативную нагрузку
на опору труб
,
следует определять по формуле
, (1)
|
где Gv |
– |
вес 1м |
|
|
– |
пролет между |
Примечания. 1. Пружинные опоры и подвески
паропроводов Dу³400 мм в местах, доступных для обслуживания
допускается рассчитывать на вертикальную
нагрузку без учета веса воды при
гидравлическом испытании, предусматривая
для этого специальные приспособления
для нагрузки опор во время испытания.
2. При размещении опоры в узлах трубопроводов
должен дополнительно учитываться вес
запорной и дренажной арматуры,
компенсаторов, а также вес трубопроводов
на прилегающих участках ответвлений,
приходящихся на данную опору.
3. Схема нагрузок па опору приведена на
чертеже.
Схема нагрузок на опору
1 ‑Труба; 2 — подвижная опора трубы
2. Горизонтальные нормативные осевые
,
Н, и боковые
,
Н, нагрузки на подвижные опоры труб от
сил трения в опорах нужно определять
по формулам:
, (2)
, (3)
где mx,my
— коэффициенты трения в опорах
соответственно при перемещении опоры
вдоль оси трубопровода и под углом к
оси, принимаемые по табл. 1*данного приложения;
— вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии,
включающий вес трубы, теплоизоляционной
конструкции и воды для водяных и
конденсатных сетей (вес воды в паропроводах
не учитывается), Н/м.
Таблица 1*
Коэффициенты трения
|
Тип опор |
Коэффициент |
|
|
mx |
mу |
|
|
Скользящая Катковая Шариковая Подвеска жесткая |
0,3 0,1 0,1 0,1 |
0,3 0,3 0,1 0,1 |
|
Примечание. При применении фторопластовых |
При известной длине тяги коэффициент
трения для жесткой подвески следует
определять по формуле
(4)
где
— тепловое удлинение участка
трубопровода от неподвижной опоры до
компенсатора, мм;
– рабочая длина тяги, мм.
3. Горизонтальные боковые нагрузки с
учетом направления их действия должны
учитываться при расчете опор, расположенных
под гибкими компенсаторами. а также на
расстоянии £40Dутрубопровода от угла поворота или
гибкого компенсатора.
4. При определении нормативной
горизонтальной нагрузки на неподвижную
опору труб следует учитывать:
4.1. Силы трения в подвижных опорах труб
Н, определяемые по формуле
(5)
|
где |
— |
коэффициент |
|
Gh |
— |
вес 1 м |
|
L |
— |
длина |
4.2. Силы трения в сальниковых компенсаторах,
, Н, определяемые по формулам
, (6)
, (7)
|
где |
— |
рабочее |
|
|
— |
длина слоя |
|
|
— |
наружный |
|
|
— |
коэффициент |
|
n |
— |
число болтов |
|
|
— |
площадь |
, (8)
– внутренний диаметр корпуса сальникового
компенсатора, м.
При определении величины
по формуле (6)
величину
принимают не менее 1×106Па. В качестве расчетной принимают
большую из сил, полученных по формулам
(6) и (7).
4.3. Неуравновешенные силы внутреннего
давления при применении сальниковых
компенсаторов
, Н, на участках трубопроводов, имеющих
запорную арматуру, переходы, углы
поворота или заглушки, определяемые по
формуле
,
(9)
|
где |
— |
площадь |
|
|
— |
рабочее |
4.4. Распорные усилия сильфонных
компенсаторов от внутреннего давления
,H, определяемые по
формуле
, (10)
|
где |
— |
эффективная |
, (11)
|
где |
— |
соответственно |
4.5. Жесткость сильфонных компенсаторов
, H,определяемая по формуле
,
(12)
где R
— жесткость компенсатора при его
сжатии на 1 мм, Н/мм;
— компенсирующая способность компенсатора,
мм.
Значения величин R,
,
принимаются по техническим условиям и
рабочим чертежам на компенсаторы.
4.6. Распорные усилия сильфонных
компенсаторов при их установке в
сочетании с сальниковыми компенсаторами
на смежных участках
, Н,
определяемые по формуле
(13)
4.7. Силы упругой деформации при гибких
компенсаторах и при самокомпенсации,
определяемые расчетом труб на компенсацию
тепловых удлинений.
4.8. Силы трения трубопроводов при
перемещении трубы внутри теплоизоляционной
оболочки или силы трения оболочки о
грунт при бесканальной прокладке
трубопроводов, определяемые по специальным
указаниям в зависимости от типа изоляции.
5. Горизонтальную осевую нагрузку на
неподвижную опору трубы следует
определять:
на концевую опору — как сумму сил,
действующих на опору (п. 4);
на промежуточную опору – как разность
сумм сил, действующих с каждой стороны
опоры; при этом меньшая сумма сил, за
исключением неуравновешенных сил
внутреннего давления, распорных усилий
и жесткости сильфонных компенсаторов,
принимается с коэффициентом 0,7.
Примечания: 1. При определении суммарной
нагрузки на опоры трубопроводов жесткость
сильфонных компенсаторов следует
принимать с учетом допускаемых
техническими условиями на компенсаторы
предельных отклонений величин жесткости.
2. Когда суммы сил, действующих с каждой
стороны промежуточной неподвижной
опоры, одинаковы, горизонтальная осевая
нагрузка на опору определяется как
сумма сил, действующих с одной стороны
опоры с коэффициентом 0,3.
6. Горизонтальную боковую нагрузку на
неподвижную опору трубы следует учитывать
при поворотах трассы и от ответвлений
трубопроводов.
При двухсторонних ответвлениях
трубопроводов боковая
нагрузка на опору учитывается от
ответвлений с наибольшей нагрузкой.
7. Неподвижные опоры труб должны
рассчитываться на наибольшую горизонтальную
нагрузку при различных режимах работы
трубопроводов, в том числе при открытых
и закрытых задвижках.
При кольцевой схеме тепловых сетей
должна учитываться возможность движения
теплоносителя с любой стороны.
ПРИЛОЖЕНИЕ 9*
Рекомендуемое
Стойка освещения представляет собой конструкцию, на которой размещаются светильники. Высота установки, угол поворота и другие технические параметры задаются расчётами. К каждому осветительному прибору по кабельной линии приходит питание от пульта управления светом.
На опорах освещения, установленных в населённых пунктах, может быть расположено ещё и какое-то оборудование. Например:
- светофоры,
- дорожные знаки,
- рекламные баннеры.
На устойчивость стойки ВЛ влияют ряд разрушительных факторов со стороны окружающей среды. Для обеспечения безопасной и комфортной подсветки при подготовке проекта нужно рассчитывать нагрузки. Рассмотрим в этой статье, как это делается.
Что создает нагрузку на опору
Факторы, организующие нагрузку на конструкции, следующие:
- тип светильников;
- порывистый ветер;
- рельеф местности;
- наличие грунтовых вод;
- сейсмическая активность;
- оборудование для сервиса;
- количество осветительных приборов;
- способ подключения к электрической сети.
При выполнении расчётов основное внимание нужно уделять общей массе конструкции. К ней относятся, помимо опоры:
- провода,
- консоли,
- арматура,
- основание,
- светильники.
Предельно допустимые нагрузки на электроопору регламентированы СНиП 2.01.07-85. В работе используются коэффициенты, указанные в нормативной документации.
Какие факторы учитывают при расчётах нагрузок на опоры
Для максимального удобства применяются формулы, которые учитывают разнообразные варианты расстановки стоек по линии электропередач (ЛЭП).
Проектируются опоры освещения с учётом:
- нагрузки,
- габаритов,
- места монтажа,
- условий эксплуатации.
При выполнении расчётов обязательно учитываются все описанные ранее нагрузочные и разрушительные факторы. Кроме этого, важными характеристиками, влияющими на установление нагрузки, являются:
- место установки;
- тип технического обслуживания;
- состав и структура грунта по геологии;
- территориальное месторасположение.
В зависимости от вышеуказанных факторов, меняется вес, высота, тип грунта под основание: естественное или искусственное, кронштейны для осветительных приборов.
Выносные консоли монтируются для освещения дорог и тротуаров, удобства обслуживания светильников. Горизонтальные, вертикальные отклонения, длина регулируются российскими госстандартами.
Статические и динамические нагрузки
С помощью статического расчёта опор ЛЭП находят поперечные и нормальные силы, изгибающие моменты, которые воздействуют на конструкцию за счет нагрузки. Они выполняются независимо от материала стойки, выбирают соответствующий закону упругости вариант.
Динамическая нагрузка на ЛЭП возникает от воздействия ветра, характеризующегося быстрым изменением по времени, направлению или точки приложения. ДН вызывает в компонентах стойки значительные силы инерции.
Горизонтальные и вертикальные нагрузки
Горизонтальная нагрузка T рассчитывается как проекция тяжения H на продольную ось по горизонтали.
Вертикальная нагрузка на электроопору в рассматриваемом режиме, обусловленной силой тяжести ВОК и гололёда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчёт, приведённый в ПУЭ. Важно помнить, что нагрузка от веса в пролёте распределяется на 2 стойки одинаково, если точки подвеса находятся на одинаковой высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на конструкцию от места крепления на опоре до нижней точки кривой провеса провода.
Постоянные и временные нагрузки
К первым видам нагрузок относятся давление от:
- собственной массы стойки, т;
- тросов и проводов;
- фундаментов;
- осветительного оборудования;
- натяжения конструкций;
- воздействия предварительного напряжения конструкций.
Здесь принимается допущение, что температура на улице соответствует среднегодовой, нет ветров и гололёда.
Временными считаются нагрузки от:
- ветряного воздействия на стойки ЛЭП, тросов и проводов;
- гололёдной массы, образованной на проводниках;
- повисания тросов и проводов сверх нормируемых значений.
К кратковременным относятся также нагрузки, появляющиеся при работе монтажников на стойках и арматуре ЛЭП.
Ветровые и снеговые нагрузки
Сильное воздействие на конструкцию ВЛ оказывают ветра и снежные покровы, особенно в северных районах страны. Ветровые потоки попадают в корпус опоры в месте установки стойки в грунты. При расчётах нагрузки учитываются:
- постоянные ветра;
- завихрения, образующиеся при огибании корпуса воздухом;
- пиковые порывы.
Нужно учесть, сама опора и все составляющие оказывают ветру сопротивление.
Для нормальных условий проектировщики рассматривают 2 варианта ветрового направления по отношению к линейной оси: угол 450 и 900.
Параметр воздействия ветра на опоры воздушных линий устанавливается суммированием статического и динамического показателя. Последняя составляющая ветровой нагрузки на конструкцию ЛЭП учитывается при любых параметрах периода собственных колебаний опор.
Когда рассчитываются фундаментные основания по деформациям, берутся во внимание только статические данные.
Нормативные нагрузки на опору
Нормами по параметру нагрузок являются те, которые соответствуют условиям эксплуатации опоры. Они формируются от:
- массы самих конструкций,
- оборудования воздушных линий,
- осветительно-распределительных устройств,
- грунтов.
Нормативные нагрузки регламентированы ПУЭ (правила устройства электроустановок). Определяются на основании:
- проектных данных,
- справочной информации,
- ГОСТов.
При выборе опор проектировщики могут пользоваться каталогами заводов-изготовителей стоек ВЛ.
Расчётные нагрузки на опору
Так называются нормативные величины, перемноженные на коэффициенты перегрузки. Эти параметры определяются в прямой зависимости величины от потенциального превышения нагрузочных значений, состояния и разных типов ЛЭП. Это называется режимом.
Кто проводит расчёты
Такими работами занимаются проектировщики, имеющее соответствующее образование и допуски СРО (объединение строительных организаций).
От качества расчёта зависит надёжность и долговечность опор воздушных линий электропередач. Доверяйте такую работу только профессионалам.
Расчет опоры ЛЭП: документы, особенности, общая последовательность
Опоры ЛЭП (линий электропередач) – разновидность силовых опор, служащих для передачи и распределения энергии по проводам, которые на нее подвешиваются. Чтобы столбы выполняли свои функции, их необходимо правильно рассчитать. Расчет опоры ЛЭП – достаточно трудоемкий процесс, связанным с вычислением большого количества параметров. Их определяют с учетом сил, действующих на столб, которые называют нагрузками. Вычисления производятся по тому же принципу, что и расчет нагрузки на опору освещения.
В основе расчета – метод предельных состояний, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Существует 2 типа предельных состояний:
- С возможностью продолжения эксплуатации, но с ограничениями.
- С запретом на дальнейшую эксплуатацию из-за потери устойчивости.
Возникновение предельного состояния возможно при изменении разных параметров опоры:
- Механических свойств металла, из которого изготовлена опора.
- Физических свойств грунта, выступающего основанием для столба.
- Условий работы конструкции.
- Характера и величины нагрузок.
Примером предельного состояния, при котором нельзя продолжать эксплуатацию конструкции, выступает ее падение, поскольку в таком случае теряется устойчивость конструкции.
Расчет опоры ВЛ может выполняться с разными целями, к примеру, для проектирования фундамента, определения количества столбов, вычисления критических пролетов, прочности и жесткости провода. В зависимости от конкретных задач для расчета можно использовать следующие документы:
- СТО 56947007-29.120.95-049-2010. Стандарт по проектированию поверхностных фундаментов для опор ВЛ и ПС.
- СП 20.13330.2016. Свод правил с общими правилами и требованиями по назначению нагрузок, воздействий и их сочетаний.
- СТО 70238424.29.240.20.003-2011. Стандарт организации с нормами и требованиями к созданию воздушных линий напряжением 35-750 кВ.
- Пособие к СНиП П-23-81* по проектированию стальных конструкций опор ЛЭП.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7), издание седьмое.
Какие исходные данные необходимы
Чтобы выполнить расчеты ЛЭП, необходимо иметь следующие исходные данные:
- Марка и модель исполнения опоры с чертежами.
- Класс напряжения линии электропередач.
- Характеристики существующего провода.
- Климатические условия региона (район по гололеду и ветровой нагрузке, высшая, низшая и среднегодовая температуры, а еще температура гололедообразования).
- Место расположения точки подвеса кабеля.
Сбор нагрузок на опору ЛЭП
Расчет параметров ЛЭП происходит для разных режимов работы опоры:
- нормального,
- аварийного,
- монтажного.
В каждом случае на столб ЛЭП, как и на опору освещения, действует комплекс разных нагрузок. В нормальном режиме это:
- Gоп – собственный вес опоры.
- Gг – вес изоляторов.
- Gп – вес проводов.
- Gт – вес тросов без гололеда.
- ΔT – нагрузка от натяжений проводов.
- ΔTт – нагрузка от тросов.
На рисунке схема нагрузок для промежуточной двухцепной (а) и анкерной (б) опор.
Это список постоянных нагрузок (в случае с опорой освещения в перечень войдет и вес светильников). Еще на опору действуют кратковременные силы: давления ветра Qп, троса Qт и опоры, а еще вес от гололеда на проводах и тросах.
Ветровая нагрузка на сам столб, провода и тросы, а также нагрузка от тяжения проводов и тросов, давление ледяной корки – это горизонтальные силы. Поскольку опора ЛЭП большую часть времени работает в нормальном режиме, перечисленные нагрузки называют основным сочетанием.
Следующий режим – аварийный, т. е. при обрыве проводов и тросов. В таком режиме столб работает сравнительно недолго, поэтому при расчете нагрузки и натяжения проводов умножаются на коэффициенты. На рисунке приведены схемы работы в аварийном режиме промежуточной одноцепной и анкерной опор.
Порядок расчета опоры ЛЭП
На примере расчета опоры ЛЭП можно проследить последовательность вычислений:
- Определение нормативных постоянных и кратковременных нагрузок.
- Вычисление расчетных нагрузок путем умножения нормативных значений на коэффициент перегрузки в нормальных и аварийных режимах.
- Суммирование отдельно вертикальных и горизонтальных нагрузок.
- Расчет изгибающих моментов от внешних нагрузок, действующих вдоль и перпендикулярно траверсе, а также расчетного крутящего момента от натяжения проводов (силы и моменты изображают на эпюрах, как на рисунке ниже).
- Сравнение полученных значений с допустимыми – вывод о возможности подвеса проектируемого кабеля или провода.
Расчет опор ЛЭП с учетом правил и требования нормативных документов позволяет гарантировать безопасность функционирования и снижение риска чрезвычайных ситуаций.
Остались вопросы?
задайте их нашему инженеру
