2.1 Расчет в статике напряженно–деформированного состояния (ндс) тела мачты при подъеме с горизонтального в вертикальное положение в зависимости от угла поворота

Рассматривалась статическая задача определения напряжений в секции молниеотвода МЛ27-3в зависимости от угла α наклона мачты относительно горизонтального положения.Моделировались четыре ситуации действия собственного веса мачты при: 1 – угол наклона , 2 – угол (рисунок 3),3 – угол , 4 – угол .

Рисунок 3 Схема подъема мачты

В качестветочек закрепления мачты были выбраны нижний фланец тела мачты и точка секции молниеотводаМЛ27-3,в которой осуществлялось крепление подъемного механизма (поз А). На рисунках 4–7 приведены поля нормальных напряжений в рассматриваемой секции.

Рисунок 4 – Распределение нормальных напряжений по секции МЛ27-3 при α=00	Рисунок 5 – Распределение нормальных напряжений по секции МЛ27-3 при α=300
Рисунок 6 – Распределение нормальных напряжений по секции МЛ27-3 при α=450	Рисунок 7 – Распределение нормальных напряжений по секции МЛ27-3 при α=600

Анализ полученного НДС напряжений показал, что уровень напряжений, возникающих в секции молниеотвода при подъеме мачты в вертикальное положение не превышал 100 МПа, что составляет 28,6 % от предела текучести материала мачты.

2.2 Определение первой собственной частоты колебаний.

Для определения форм и частот собственных колебаний мачты проведен модальный анализ.

Спектр собственных частот приведен на рисунке 8

Рисунок 8 – Спектр частот собственных колебаний

Первая собственная частота с ненулевой эффективной массой f₁=0.34 Гц. На рисунке 9 приведена форма колебаний, соответствующая этой частоте

Рисунок 9 – Форма колебаний, соответствующая первой собственной частоте

Критическая скорость ветра, вызывающая резонансные колебания определена как

,

Где: d=775 мм – диаметр мачты на высоте 2/3 от высоты мачты, f₁ – первая собственная частота, Sh=0.15 – число Струхаля для сечений с угловыми точками.

2.3 Определение напряжений, действующих на конструкцию мачт прожекторных с молниеотводами на основании проектных данных, данных метеосводок с объекта в соответствии с требованиями СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», и требованиями СНиП II-23-81 «Нормы проектирования. Стальные конструкции».

Расчет НДС мачты под действием ветровой нагрузки (сумма статической и пульсационной составляющих) и собственного веса проведен на основании СНиП 2.01.03-85 «Сооружение промышленных предприятий» [1] и СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Ветровая нагрузка моделировалась силами, приложенными к поверхности мачты перпендикулярно ее оси. Мачта была разбита на 8 участков, к каждому из которых приложена сила, величина которой зависит от высоты точки приложения и эквивалентна действию ветрового давления на данной высоте. Значения приложенных нагрузок приведены в таблице 1.

Таблица 1. Величины эквивалентных нагрузок.

№участка	Высота, м	Wстат, Н	Wпульс, Н	Wсум, Н
1	<5	213,8	545,0	758,8
2	10	380,0	815,3	1195,3
3	20	593,8	1057,5	1651,3
4	30	593,8	1057,5	1651,3
5	40	855,0	1249,0	2104,0
6	50	855,0	1249,0	2104,0
7	60	1098,2	1358,8	2457,0
8	70	1300,6	1522,2	2822,7

W_стат – величина статической ветровой нагрузки, W_пульс – величина пульсационной ветровой нагрузки, W_сум – сумма статической и пульсационной составляющих.

На рисунках 10, 11 представлено распределение нормальных напряжений в области соединения секции МЛ27-3и фланца под действием ветровой нагрузки и собственного веса конструкции для случая 1.

Рисунок 10 – Распределение максимальных нормальных напряжений по секции

Рисунок 11 Распределение максимальных нормальных напряжений в соединении фланец-секция

На рисунке 12, 13 представлено распределение интенсивности напряжений в области соединения фланец-секция для случая 1.

Рисунок 12 – Распределение интенсивности напряжений по секции

Рисунок 13 Распределение интенсивности напряжений в соединении фланец-секция

В качестве интегрального критерия прочности конструкции рассмотрены поля интенсивности напряжений. Интенсивность напряжений учитывает величины нормальных напряжений по всем направлениям и определяется по формуле

Анализ напряженно-деформированного состояния секции МЛ27-3 показал наличие в области сварного соединения секции с фланцем молниеотвода концентратора напряжений. Величина напряжений в области концентрации составляет порядка 200 МПа, что составляет около 60% от предела текучести материала конструкции.

2.4 Определение напряжений, действующих на конструкцию мачт прожекторных с молниеотводами на основании проектных данных, данных метеосводок с объекта в соответствии с требованиями СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», и требованиями СНиП II-23-81 «Нормы проектирования. Стальные конструкции» при учете отклонения оси мачты от вертикали при монтаже и последующей эксплуатацииконструкции.

Моделировалось воздействие ветровых нагрузок и собственного веса конструкции на мачту, имеющую отклонение верхней точки от вертикальной оси 400 мм.

На рисунках 14, 15 представлено распределение нормальных напряжений в области соединения секции МЛ27-3 и фланца при отклонении мачты.

Рисунок 14 – Распределение нормальных напряжений секции МЛ27-3 отклоненной мачты

Рисунок 15 – Распределение нормальных напряжений соединения секция-фланец отклоненной мачты

На рисунках 16, 17 представлено распределение интенсивности напряжений в области соединения секции МЛ27-3 и фланца при отклонении мачты.

Рисунок 16 – Распределение интенсивности напряжений секции МЛ27-3 отклоненной мачты

Рисунок 17 – Распределение интенсивности напряжений соединения секция-фланец отклоненной мачты

Анализ НДС наклоненной мачты показал, что при отклонении мачты от вертикали без отклонения оси молниеотвода от оси мачты увеличение напряжений в соединении фланец-мачта составляет не более 2%. Анализ ситуации, в которой ось молниеотвода дополнительно отклонено от оси мачты не рассматривались.