Задача №22 Расчет элементов вантового перехода

Висячие вантовые переходы целесообразно сооружать через горные реки с обрывистыми берегами, пропасти, селевые потоки, а также через реки с сильно размываемым и неустойчивым руслом.

В вантовых переходах трубопровод удерживается при помощи нескольких наклонных тросов или жестких вантовых ферм.

В вантовых системах все элементы, как правило, растянуты и образуют в вертикальной плоскости геометрически неизменяемую ферму. Вантовые переходы обладают значительно большей вертикальной жесткостью, чем гибкие висячие системы.

Схема вантового перехода представлена на рис.22.1.

ванты пилон

s₀ s_в1 s_в2 h s₀ оттяжка

трубопровод

с/2 с/2 опора анкер

L l

Рис. 22.1 Схема симметричного вантового перехода трубопровода с П-образным компенсатором

Из опыта строительства рекомендуются следующие размеры вантового перехода: L = 80-180 м – величина пролета; l = 45-90 м – расстояние от пилона до анкера; h – высота пилона (рекомендуется принимать = 1,4 – 1,8 L); с =15 - 30 м.

22.А. Расчет несущих канатов в вантовых фермах

Порядок расчета.

Переход рассматривается симметричным, поэтому расчет ведется для половины перехода.

1. Назначяют все необходимые параметры вантового перехода (с, l, h). Определяют количество вантов. Расчет ведется для каждого ванта (на ½ пролета перехода).

2. Вертикальное усилие, приложенное к ванту:

Р_в=g c, (22.1)

где g – вес 1-ого м трубопровода (с учетом перекачиваемого продукта, обледенения, ветровой нагрузки и дополнительных устройств надземного перехода, g_доп=0,1g ).

3. Растягивающее усилие в наклонном ванте:

N_в=Р_в/sin . (22.2)

4. Горизонтальная сила, приложенная к трубопроводу в точке крепления каждого ванта:

N_тр=Р_в/tg . (22.3)

5. Усилие в оттяжке:

. (22.4)

6. Подбираются канаты для вантов и оттяжек:

, (22.5)

где - расчетное разрывное усилие канатов (причем ) оно должно быть меньше или равно действительному разрывному усилию;

- максимальное расчетное усилие в канате;

к₁ – коэффициент однородности при разрыве каната, к₁=0,8;

m₁- коэффициент условий работы материала в конструкции, m₁=0,8;

m₂ – коэффициент условий работы для переходов, m₂=0,75;

k_к – коэффициент, учитывающий возможное снижение прочности канатов в местах соединений и неравномерность работы канатов при большом их числе: для одного каната k_к = 0,95; для двух канатов k_к = 0,9; для трех и более k_к = 0,85.

По ГОСТам на стальные канаты для следует выписать номер ГОСТа, R_d , диаметр каната (d_к) и площадь поперечного сечения каната F_к.

7. Вычисляют длину ванта:

s_в=h/sin . (22.6)

8. Определяют длину оттяжки:

s₀=h/sin . (22.7)

Под действием эксплуатационной нагрузки ванты и растяжки растягиваются.

9. Определяют напряжение вант:

. (22.8)

10. Рассчитывают напряжение в оттяжке:

. (22.9)

11. Определяют удлинение ванта от эксплуатационной нагрузки:

, (22.10)

где Е_к = аЕ – модуль упругости каната;

Е – модуль упругости для стали;

а – коэффициент, зависящий от конструкции каната: для канатов одинарной свивки – а = 0,64; двойной свивки – а = 0,4; тройной и более свивки – а = 0,21.

12. Определяют удлинение оттяжки от эксплуатационной нагрузки:

. (22.11)

Вследствие растяжения вантов и оттяжек трубопровод получает дополнительный прогиб.

13. Дополнительный прогиб трубопровода:

• для жестких пилонов:

; (22.12)

• для гибких и качающихся пилонов:

. (22.12.а)

Вследствие температурного перепада длины ванта и оттяжек также изменяются:

• для ванта: ; (22.13)

• для оттяжки: (22.13.а)

14. Дополнительный прогиб от температурного перепада:

• для жестких пилонов: ; (22.14)

• для гибких и качающихся пилонов:

. (22.15)

Рабочий трубопровод под действием собственного веса или эксплуатационной нагрузки от внутреннего давления и вследствие температурного перепада также получает удлинение и, следовательно, дополнительный прогиб:

. (22.16)

15. Удлинение трубопровода от эксплуатационной нагрузки:

, (22.17)

где - расстояние от середины пролета до точки крепления данного ванта;

F – площадь поперечного сечения стенки трубы.

16. Удлинение трубопровода от внутреннего давления:

. (22.18)

17. Удлинение трубопровода от температуры:

. (22.19)

18. Полное удлинение трубопровода определяем по формуле (22.16).

19. Дополнительный прогиб от удлинения трубопровода:

. (22.20)

20. Общий (суммарный) прогиб трубопровода в точке крепления каждого ванта:

. (22.21)