Расчет гибкого висячего перехода

При пересечении трубопроводом горных рек, ущелий, рек с сильно

блуждающим руслом, реже– при пересечении дорог широко используются висячие системы.

Расчетная схема гибкого висячего перехода изображена на рис.11.1

Расчет несущего каната

Порядок расчета несущего каната следующий.

1. При известной длине пролета L задаемся стрелой провисания f. Обычно f несущих канатов назначают при пролетах до 100 м в пределах 1/8–1/10 пролета, при пролетах более 100 м – 1/10 – 1/12 пролета. Под действием равномерно распределенной нагрузки по длине пролета перехода очертание канатов получается близким к параболическому:

• при разновысотных пилонах

(11.1)

где Dh – разница в высоте пилонов;

• при равновысотных пилонах

(11.2)

2. Длина каната между пилонами:

(11.3)

3. Угол наклона тросовой оттяжки:

(11.4)

4. Расстояние между пилоном и анкерной опорой, расположенной на одном уровне с основанием пилона:

(11.5)

Рис. 11.1 Расчетная схема гибкого висячего надземного перехода:

1 – трубопровод; 2 – пилон; 3 – несущие канаты; 4 – подвески; 5 – оттяжки;

6 – фундаменты под пилон; 7 – анкеры под оттяжки несущих канатов;

8 – ветровые канаты; 9 – ветровые растяжки; 10 – анкеры под оттяжки вантовых канатов; S_от.л, S_от.п – длина левой и правой оттяжек; S_от.в.л, S_от.в.п – длина левой и правой ветровых оттяжек; l_а.л, l_а.п – расстояние от пилонов до левого и правого анкеров; l_а.в.л, l_а.в.п – расстояние от консольных выносов до левых и правых анкеров под ветровые оттяжки на различных уровнях

(11.6)

где h_n – высота пилона; DZ – разность высотных отметок анкерной опоры и основания пилона.

Высота пилона включает три составляющих:

, (11.7)

где h₁ – расстояние между несущим тросом и настилом пешеходного мостика в середине пролета L, принимаемое конструктивно; h₂ – расстояние между настилом пешеходного мостика и основанием пилона, принимаемое конструктивно в зависимости от диаметра трубопровода, требуемого уровня его расположения.

5. Длина правой и левой тросовых оттяжек определяется по общей формуле:

(11.8)

6. Полная длина каната:

• при симметричной схеме

(11.9)

• при несимметричной схеме

(11.10)

7. Длина подвески

(11.11)

где у – провисание каната в точке крепления подвески, определяемое по формулам (11.1) или (11.2).

8. Горизонтальная составляющая натяжения каната (распор)

(11.12)

где q – расчетная нагрузка, включающая вес единицы длины трубопровода с продуктов несущего и ветрового канатов, пешеходного мостика, распределенную нагрузку от собственного веса подвесок, снеговую нагрузку q_сн и нагрузку от обледенения q_лед.

Для предварительных расчетов нагрузку от веса подвесной системы (несущие и ветровые канаты, подвески) можно принять равной 0,15 – 0,25 от q_тр.

9. Максимальное растягивающее усилие в канате, имеющее место в точке крепления каната к пилону:

, (11.13)

где R_A – опорная реакция, равная:

(11.14)

10. Подбор несущего каната (канатов) осуществляется по ГОСТ из условия:

, (11.15)

где F_o – минимальное (расчетное) разрывное усилие каната в целом, принимаемое по сертификату, прилагаемому к каждой партии, или по справочной табл. (приложение 3); z_p – минимальный коэффициент использования каната, принимаемый равным 4,0.

11. Изменение геометрических параметров перехода во время эксплуатации.

Дополнительный прогиб, вызванный удлинением канатов от действующей нагрузки, ликвидируется после монтажа всей конструкции путем подтягивания талрепов оттяжек несущих канатов и подвесок. Однако в процессе эксплуатации трубопровода под влиянием изменения температуры, снеговой нагрузки и нагрузки от обледенения стрела провисания несущих канатов f будет изменяться. Соответственно будет изменяться и усилие T_max. При уменьшении стрелы провисания значение T_max будет возрастать, при увеличении – уменьшаться по сравнению с начальной, рассчитанной по формуле (11.13).

Наибольшим усилие в канате будет при минимальной стреле провисания (наиболее низкая температура воздуха) и максимальной вертикальной нагрузке (наличие снеговой q_сн и ледовой q_лед нагрузок). При этом:

1. укорочение каната в пролете между пилонами от понижения температуры (Dt<0)

(11.16)

2. укорочение оттяжек от понижения температуры

(11.17)

3. удаление опорных точек каната (вершин пилонов) от укорочения оттяжек:

(11.18)

4. удлинение каната от действия

, (11.19)

. где – напряжения в канате от действия суммы нагрузок ; E_к – модуль упругости каната.

Напряжения

(11.20)

где s_k – напряжения в канате от действия суммы нагрузок ,

(11.21)

где F_k – суммарная площадь поперечного сечения проводок каната.

Модуль упругости каната

(11.22)

где a – коэффициент, зависящий от конструкции каната и принимаемый для канатов одинарной свивки 0,64; двойной свивки 0,4; тройной свивки 0,21; Е – модуль упругости проволок каната Е= 2,1 × 10⁵ МПа;

5. удлинение оттяжек от действия

(11.23)

6. сближения опорных точек каната от удлинения оттяжек во время действия нагрузок q_сн + q_лед

(11.24)

7. суммарное изменение расстояния между опорными точками

(11.25)

8. суммарное изменение длины каната (11.26)

9. увеличение стрелы провисания каната за счет его удлинения между пилонами и удлинения оттяжек

(11.27)

10. общее изменение стрелы провисания каната под действием нагрузок и отрицательного перепада

(11.28)

11. фактическая длина

(11.29)

12. фактическая стрела провисания

(11.30)

12. Максимальное усилие в канате:

(11.31)

В завершении расчета проверяется прочность несущего каната (канатов) по условию (11.15).

ВОПРОС №17