8.9.4 Основні положення розрахунку пілонів

В залежності від конструктивної схеми переходу, пілони можуть бути жорстко зароблені в опори або шарнірно оперті. Шарнірне обпирання пілонів дозволяє зробити мінімальний переріз, оскільки пілон сприймає тільки стискальне зусилля (без згинального моменту). При жорсткому закріпленні пілонів в опорах, вони сприймають згинальні моменти, що зростають до місця закріплення і тому переріз їх роблять змінним.

Аналогічно до пілонів проектують і консолі вітрових канатів. Пілони розраховують у відповідності з прийнятою конструкцією як рами або ферми (плоскі або просторові).

На пілон діють наступні вертикальні навантаження

а) тиск несучих канатів

, (8.109)

де m – кількість несучих канатів; Z_max – максимальне розрахункове зусилля в канаті; – кут нахилу відтяжки до горизонту, або несучого канату в місці примикання його до пілона.

б) власна вага пілона з опорними подушками несучих канатів, а приймається по фактичній вазі пілона. Крім того, на пілон діє горизонтальне вітрове навантаження.

У площині пілона враховується тиск вітру на пілон і на несучі канати. На пілон діє вітрове навантаження.

, (8.110)

де п – коефіцієнт перевантаження; – аеродинамічний коефіцієнт; – швидкісний напір вітру; ­– площа елементів перпендикулярна до напрямку вітру в межах 1 м по висоті пілона. На несучі канати вітрове навантаження дорівнює:

, (8.111)

де – діаметр несучого каната; – довжина відтяжки; – довжина несучого каната між пілонами; – кількість вітрових канатів.

У площині, перпендикулярній до площини пілона, на нього діє вітрове навантаження

, (8.112)

де − площа елементів пілона, на які діє вітрове навантаження в межах 1м висоти.

Якщо пілон жорстко зароблений в опорі, а несучі линви вільно опираються на вершину пілона, то при зміні довжини відтяжки від зміни температури або від додаткового навантаження, линва буде вільно ковзати по вершині пілона. При цьому виникає сила тертя, направлена горизонтально у площині переходу.

Якщо линва ковзає по вершині пілона, величину сили тертя визначають за формулою

, (8.113)

де − коефіцієнт тертя ковзання (при ковзанні метала по металу ( ); − нормальний тиск каната на пілон.

Якщо на вершині пілона встановлений блок, тоді силу тертя визначають за формулою

, (8.114)

де – радіус блока у мм; – коефіцієнт кочення між канатом і блоком (при катанні сталі по стелі = 0,5).

При шарнірно опертих від линв передається тільки вертикальне навантаження. Розраховувати пілон потрібно за двома комбінаціями навантаження.

Перша комбінація навантаження: дія вертикальних навантажень і горизонтальних у площині переходу.

Друга комбінація навантажень: дія вертикальних навантажень і горизонтальних у площині, перпендикулярній до площини переходу. Приймається найбільший переріз елементів пілона, отриманий за розрахунком.

Опори під пілони розраховують на навантаження, що передаються пілоном і елементами прогону, що опираються на опору, і на власну вагу частини опори, розташованої вище розрахункового перерізу, а також горизонтальне навантаження від тиску потоку води у паводок, дію льоду і вітру.

При хитких пілонах через їх опорні частини передаються вертикальний тиск від вертикального і вітрового навантаження, що діє у площині пілона, і горизонтальне зусилля від вітрового навантаження, що діє перпендикулярно до площини переходу або вздовж його вісі.

При жорстко зароблених пілонах добавляються ще згинальні моменти, що виникають у місцях защемлення пілона.

Льодове навантаження на опори визначають за «Указаниями по определению ледовых нагрузок на речные сооружения» СН46-66.

Навантаження на опору з кутом нахилу ріжучого ребра від 75º до 90º вздовж її поздовжньої вісі при прорізанні опорою льодового поля, визначають за формулою:

, (8.115)

де − коефіцієнт форми опори, що приймається в залежності від форми опори і її ріжучої поверхні в плані рівним 0,9, при трикутній формі (незалежно від радіуса заокруглення носової частини) – в залежності від кута загострення опори у плані при кутах: 45º - 0,54; 60º - 0,59; 75º - 0,64; 90º - 0,69; 120º - 0,77; 180º - 1,0; А – кліматичний коефіцієнт, що приймається в залежності від умов вскриття ріки в межах від 0,75 до 2,25; для південних рік – 0,75; для середньої смуги – ; для північних рік , що вскриваються при від’ємних температурах – ; –тимчасовий опір льоду при роздробленні, що приймається рівним 0,75 тс/м²; при найвищому рівні льодоходу приймається 0,45 тс/м²; в – ширина опори на рівні льодоходу, м; – розрахункова товщина льоду в м, приймається рівною 0,8 від найбільшої товщини льоду зимою з ймовірністю перевищення 1 %.

При кутах нахилу менше 75º навантаження на опору визначають:

• горизонтальну складову за формулою

; (8.116)

• вертикальну складову за формулою

, (8.117)

де – тимчасовий опір льоду при згині в тс/м², приймається рівним 0,5 ; – кут нахилу ріжучого ребра до горизонту в градусах.

Розрахунок опор полягає в перевірці розмірів, попередньо назначених з конструктивних міркувань. Міцність перевіряють у всіх перерізах з різною зміною профілю (обріз і уступи фундаменту).

Розрахункові перевірки опор необхідно виконувати на наступні поєднання навантажень: а) максимальний вертикальний тиск і максимальний горизонтальний тиск у площині, перпендикулярній до площини переходу; б) максимальний вертикальний тиск і максимальний горизонтальний тиск у площині переходу.