6. Силы, действующие на опоры

На опоры ЛЭП действуют следующие силы:

• поперечные горизонтальные нагрузки, появляющиеся от давления ветра;

• вертикальные нагрузки от веса проводов и гирлянд изоляторов, тросов, собственного веса опоры и т.д.;

• изгибающий момент, действующий в вертикальной плоскости от неуравновешенного веса проводов при их треугольном расположении на опоре;

• крутящий момент от неуравновешенного натяжения проводов.

При расчете стержневых систем предполагается, что все нагрузки, действующие на систему, приложены в узлах. Распределенная горизонтальная нагрузка от ветра на конструкцию разносится по узлам до начала расчета, при этом изгибающими моментами от нее, действующими в стержнях между узлами, пренебрегают вследствие их малости.

Вертикальная нагрузка, вследствие малого угла наклона поясов к вертикали, создает усилия только в поясах и при расчете раскосов не учитывается.

Из всех действующих нагрузок главными являются горизонтальные нагрузки, усилия которых составляют до 90 % от суммарных усилий.

Реальный объект, освобожденный от несущественных особенностей, называется расчетной схемой. Для одного и того же объекта возможны несколько вариантов расчетных схем, в зависимости от требуемой точности расчета.

На рис. 6.1, а показана расчетная схема свободностоящей опоры ЛЭП. Для расчета основной части ствола отбросим верхнюю часть опоры вместе с траверсами, заменив действие всех сил действием сосредоточенных сил и изгибающих моментов, приложенных к основной части фермы ствола в месте рассечения (рис. 6.1, б).

В результате этого на расчетную схему будет действовать суммарная горизонтальная нагрузка, вызванная давлением ветра на провода (Р₁, Р₂, Р₃), на грань верхней секции опоры (Р_вс) и на трос (Р_т)

Р_∑ = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р_вс + Р_т, (6.1)

горизонтальные нагрузки, вызванные давлением ветра на среднюю секцию Р_сс и нижнюю Р_нс; суммарная вертикальная центрально-приложенная сила от веса проводов и гирлянд изоляторов (Q₁, Q₂, Q₃), веса троса (Q_т)

Q_∑ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q_т, (6.2)

суммарный момент

М_∑ = Р₁ h + Q₁ l₁ + Q₂ l₂ + Р_вс 0,5H_вс - Q₃ l₃. (6.3)

Поскольку суммарные силы, момент и ветровые нагрузки передаются на две боковые грани опоры, то для расчета одной грани необходимо все действующие силовые факторы разделить пополам.

Для разнесения ветровой нагрузки 0,5Р_сс и 0,5Р_нс в узлы плоской фермы необходимо найти интенсивность давления ветровой нагрузки для каждой секции по формулам

р_вс = 0,5Р_вс/Н_вс; р_нс = 0,5Р_нс/Н_нс. (6.4)

Усилие, приходящееся на одну панель Р_п, например, для нижней секции, определится как произведение интенсивности р_нс на длину панели l_п:

Р_п = р_нс l_п, (6.5)

а нагрузка, приходящаяся на один узел Р_у, который соединяет панели, равна половине нагрузки, действующей на панель:

Р_у = 0,5Р_п. (6.6)

а) б)

Рис. 6.1 Расчетные схемы

Давление ветра на опору рассчитывается по формуле [5, 6]

Р = р_нnkС_x(1+ m)S, (6.7)

где р_н – нормативный скоростной напор, н/м²;

n = 1,3 – коэффициент перегрузки для высотных сооружений;

k – поправочный коэффициент изменения скоростного напора, зависящий от высоты и типа местности;

 = 1,4 – 1,6 – коэффициент увеличения скоростного напора, учитывающий его динамичность и пульсацию;

С_x = 1,4 – аэродинамический коэффициент для плоских ферм;

m = 0,3 – 0,45 – коэффициент увеличения давления ветра на подветренную грань, зависящий от типа решетки;

 = 1,1 – 1,2 – поправочный коэффициент при действии ветра на ребро ствола опоры;

 = 0,5 – коэффициент заполнения плоской фермы;

S – площадь проекции конструкции или ее части по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м².

Если ветровая нагрузка Р действует на ребро опоры, ее следует разложить на составляющие

Р^ = Р^ = Рсоs 45,

каждая из которых будет действовать в плоскости перпендикулярных граней ствола опоры. При этом в наиболее нагруженном поясе усилия от ветровых нагрузок, действующих на эти грани, складываются и суммируются.

Провода и грозозащитные тросы ЛЭП находятся под постоянным действием равномерно распределенной по длине пролета вертикальной статической нагрузки от собственного веса q_n. Кроме того, на них могут действовать дополнительные нагрузки – вертикальная от гололеда q_г и горизонтальная от ветра q_в.

Интенсивность нагрузки от собственного веса q_n приведена в соответствующих стандартах как расчетный вес одного метра провода (троса) соответствующей марки.

Интенсивность нагрузки от гололедных отложений q_г определяется как вес полого цилиндра с толщиной стенки Δ_г и внутренним диаметром , равным расчетному диаметру провода (троса), и длиной q_г = 1 м:

q_г = _лΔ_г(d + Δ_г)10^-6, (6.8)

где _л = 9ּ 10³ Н/м³  удельный вес льда.

Толщина стенки гололеда Δ_г выбирается в зависимости от района климатических условий [6], а расчетный диаметр d  в зависимости от марки провода (троса). В уравнение (6.8) Δ_г и d подставляются в миллиметрах.

Интенсивность нагрузки от ветрового напора определяется по формуле

q_в = k_нр.в k_сp_max(d + 2Δ_г)10^-3, (6.9)

где k_нр.в – коэффициент, учитывающий неравномерность напора ветра по пролету;

k_c – коэффициент лобового сопротивления;

p_max – нормативный скоростной ветровой напор в рассматриваемом режиме, Н/м² [].

В уравнение (6.9) Δ_г и d подставляются в миллиметрах. При отсутствии гололеда Δ_г = 0.

Коэффициент k_нр.в принимается равным 0,85 при p_max = 400 Н/м²; 0,75 – при p_max = 550 Н/м² и 0,70 – при p_max = 700 Н/м². Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Коэффициент k_c принимается равным 1,1 для проводов и тросов диаметром

d  20 мм, свободных от гололеда, 1,2 – для всех проводов и тросов, покрытых гололедом, и для проводов и тросов диаметром d  20 мм без гололеда.