Введение
Настоящая работа посвящена анализу напряженно-деформированного состояния прожекторной мачты ВС-40-ВО/16-III+МЛ-27Ф подвергающейся действию ветровой нагрузки и собственного веса, и определению причин, вызвавших ее разрушение. Общий вид мачты приведен в приложении 1. Разрушение произошло в области соединения фланца молниеотвода и секции МЛ27-3.
Материал мачты – сталь С345 (12Г2С, 09Г2С). Модуль упругости E=2·1011 Па, коэффициент Пуассона μ=0.29, плотность ρ=7850 кг/м3, предел текучести στ=345 МПа.
Ветровые нагрузки приняты по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
Работа проводилась с использованием программного комплекса метода конечных элементовAnsys и имеет приближенные решения, зависящие от полноты входных параметров и постановки решения конкретной расчетной модели.Каждый вид прочностного расчета был разбит на три этапа: 1 – построение 3D геометрии модели с необходимыми начальными условиями, границами разбиения и сгущения сетки конечных элементов (рисунок 1), 2 – задание граничных условий и нагружений в зависимости от постановки решения, 3 – обработка полученных результатов, графического представления (рисунок 2).Так как целью исследование являлось НДС в разрушенной секции молниеотвода МЛ27-3, в указанной области конечно-элементная сетка имеет сравнительно мелкое разбиение, в то время как остальные элементы конструкции разбиты на более крупные элементы.Для уменьшения требуемых расчетных ресурсов ненагруженные элементы конструкции (элементы осветительной площадки, подъемные лестницы, площадки отдыха и т.д.) в расчетной модели заменены присоединенными массами, эквивалентными массам указанных элементов. Рассматривались следующие варианты нагружения мачты:
Нагрузки от собственного веса, действующие на мачту при установке ее в вертикальное положение;
Определение собственных частот мачты;
Статические и пульсационные нагрузки от ветрового давления на конструкцию мачты при ее вертикальном положении;
Ветровые нагрузки на мачту, имеющую отклонение от вертикальной оси, согласно данным, измерений проведенных на Ванкорском месторождении;
Оценка усталостной надежности мачты.
1 Литературный обзор
1.1 Металлические прожекторные мачты
Конструкция мачты прожекторной мачты стальной (ПМС)выполнена из стальных решетчатых металлоконструкций. Прожекторная мачтаприменяется для организации освещения на крупных нефтебазах, подстанциях, сортировочных и железнодорожных станциях, морских и речных портах. Стволы прожекторных мачт представляют собой пространственную решетчатую конструкцию, состоящую из множества секций. Секции ПМС- это составные плоские фермы, которые монтируются из частей, сваренных в заводских условиях. Такая конструкция ПМС позволяет уменьшить количество сборочных единиц, за счет чего снижается трудоемкость монтажа. В то же время, плоские сварные фермы позволяют использовать полную загрузку транспортных средств.Металлические опоры освещения могут быть гранеными и коническими и подвергаться оцинкованию. Металлические опоры обладают характерными металлическими свойствами, среди них:
металлический блеск, придающий эстетический внешний вид опорам;
высокая электропроводность, позволяющие использовать их в электроэнергетике для строительства трансформаторных подстанций и линий электропередач;
высокая плотность, позволяющая переносить большие нагрузки и служить длительный период времени;
высокая температура плавления, позволяющая использовать опоры освещения в экстремальных температурных условиях;
На ПМС (Рис. 1) устанавливают осветительное оборудование и молниеотводы, служащие защитой открытых распределительных устройств электроподстанций напряжением до 500 кВ.
Для обслуживания сооружений в них предусмотрены площадки и лестницы. При изготовлении конструкций используются углеродистые марки стали С235, С245, С255 (3сп/пс-5), а также низколегированные стали С345 (09Г2С-12). Подставки и металлические площадки крепятся монтажными болтами под молниеприемники, после чего стыковые элементы обвариваются. Лестницы прикрепляются к стойкам при помощи хомутов, расположенных по всей высоте стойки на расстоянии 1.5 – 2 метра друг к другу.
Р
ис.1
Мачта прожекторная металлическая
стальная
Пояса соседних сварных плоских ферм в секции расположены по отношению к их решеткам так, что образованный указанными поясами составной пояс секции имеет форму прямоугольной трубы (ствол мачты). Лестница располагается внутри ствола опоры.
П
ример
стальной мачты ПМС-29,3 представлен на
рисунке 2.
Рис.2 Мачта прожекторная ПМС-29,3
Описание данной мачты:Серия: 3.407.9-172, высота до прожекторной площадки: 29,3м, общая высота мачты: 37,050 м., вес: от 3,55тн (вес мачты зависит от наличия промежуточных площадок), материал конструкций: углеродистые стали классов С235, С245, С255 (3сп/пс-5) и низколегированные стали класса С345 (09Г2С-12)
1.2 Железобетонные прожекторные мачты
Мачта прожекторная изготавливается из железобетонных конструкций с использованием предварительно напряженной сетки арматуры. Мачта предназначена для обеспечения заливающего света на больших площадях гражданского и промышленного назначения. Прожекторные мачты снабжаются лестницами и площадками из стали марки С235/245/255 и 09Г2С-12.
Прожекторная мачта железобетонная (ПМЖ) (Рис.3) используется в местах, где необходимо обеспечить ежедневное освещение в темное время суток. Также благодаря дополнительно устанавливаемой молниезащите можно обезопасить близлежащие объекты. Мачта прожекторная железобетонная выполнена из конических и цилиндрических стоек с оборудованными прожекторными площадками и лестницами. В некоторых случаях по требованиям заказчика согласно указаниям главы 1.4 «Правил безопасности газовой и нефтяной промышленности» мачта прожекторная оборудуется дополнительными промежуточными площадками с расстоянием не более 6 метров друг от друга. Защита от коррозии осуществляется методом холодного цинкования.
Рис 3. Пример железобетонной мачты
Железобетонная конструкция выполнена с предварительно напряженной сеткой арматуры.
Пример железобетонной мачты ПМЖ-16-6 представлен на рисунке 4.
Рис.4 Мачта прожекторная ПМЖ 16-6
Описание данной мачты: Серия: 3.407.9-172; Общая высота мачты: 24,30м; Высота до прожекторной площадки: 16,6м; Вес: 1,0тн; Части и дополнительное оборудование конструкции изготавливаются из углеродистых классов стали (С235, С245, С255) и низколегированных классов С345.