Рис.5.34. 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; Sот.л, Sот.п – длина левой и правой
оттяжек; Sот.в.л, Sот.в.п – длина левой и правой ветровых оттяжек; lа.л, lа.п – расстояние от пилонов до левого и правого анкеров; lа.в.л, lа.в.п – расстояние от консольных выносов до левых и правых анкеров под ветровые оттяжки
509
2. Длина каната между пилонами
|
|
8 |
f 2 |
|
|
Sк = L 1 |
+ |
|
|
|
. |
(5.239) |
|
|
|
3 |
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Угол наклона тросовой оттяжки
|
cosϕо = |
L |
. |
(5.240) |
|
16 f 2 |
|
|
+ L2 |
|
4. Расстояние между пилоном и анкерной опорой, расположенной на одном уровне с основанием пилона,
|
lа.п = |
hn |
|
, |
|
(5.241) |
|
tgϕо |
|
|
|
|
|
|
на различных уровнях |
|
|
|
|
|
|
|
lа.п = |
( hn − ∆z ) |
, |
(5.242) |
|
|
|
|
|
|
|
tgϕо |
|
где hn - высота пилона; ∆z - разность высотных отметок анкерной опоры и основания пилона.
Высота пилона включает три составляющих: |
|
hn = f + h1 + h2 , |
(5.243) |
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:
Sот = la /cosϕо . |
(5.244) |
6. Полная длина каната:
• при симметричной схеме
• при несимметричной схеме
S = Sк + Sот.л + Sот.п . |
(5.246) |
7. Длина подвески
lпод = f – у + h1 , |
(5.247) |
где у – провисание каната в точке крепления подвески, определяемое по формулам (5.237) или (5.238).
8. Горизонтальная составляющая натяжения каната (распор)
где q - расчетная нагрузка, включающая вес единицы длины трубопровода с продуктом qтр = qм + qпрод, несущего и ветрового канатов, пешеходного мостика, распределенную нагрузку от собственного веса подвесок, снеговую нагрузку qсн и нагрузку от обледенения qлед.
Для предварительных расчетов нагрузку от веса подвесной системы (несущие и ветровые канаты, подвески) можно принять равной 0,15 – 0,25 от
qтр.
9. Максимальное растягивающее усилие в канате, имеющее место в точке крепления каната к пилону
Тmax = |
RA2 + H 2 |
= |
qL |
|
|
L |
2 |
(5.249) |
2 |
1 + |
|
, |
|
|
|
|
|
4 f |
|
|
где RA – опорная реакция, равная:
10. Подбор несущего каната (канатов) осуществляется по ГОСТ из условия:
где Fo – минимальное (расчетное) разрывное усилие каната в целом, принимаемое по сертификату, прилагаемому к каждой партии, или по справочной табл. (приложение З); zp – минимальный коэффициент использования каната, принимаемый равным 4,0 (см.табл.3.9).
11. Изменение геометрических параметров перехода во время эксплуатации.
511
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 Tmax. При уменьшении стрелы провисания значение Tmax будет возрастать, при увеличении – уменьшаться по сравнению с начальной, рассчитанной по формуле (5.249).
Наибольшим усилие в канате будет при минимальной стреле провисания (наиболее низкая температура воздуха) и максимальной вертикальной нагрузке (наличие снеговой qсн и ледовой qлед нагрузок). При этом:
а) укорочение каната в пролете между пилонами от понижения температуры (∆t<0)
∆Skt = αt∆tSк |
; |
|
|
(5.252) |
б) укорочение оттяжек от понижения температуры |
|
∆Sот.t = αt∆tSот |
; |
(5.253) |
в) удаление опорных точек каната (вершин пилонов) от укорочения |
оттяжек |
|
|
|
|
|
|
|
∆L |
= 2 |
∆Sотt |
|
; |
(5.254) |
|
t |
|
|
cosϕо |
|
|
|
|
|
|
|
г) удлинение каната от действия qсн + qлед |
|
∆Skq = |
σkq Sк |
. |
|
(5.255) |
|
Ек |
|
|
|
|
|
|
|
|
где σkq- напряжения в канате от действия суммы нагрузок qсн + qлед; Eк – модуль упругости каната.
Напряжения
|
σкц =σк |
qсн + qлед |
, |
(5.256) |
|
q |
|
|
|
|
где σk – напряжения в канате от действия суммы нагрузок qтр = qм + qпрод + qсн +
qлед,
где Fk – суммарная площадь поперечного сечения проводок каната. Модуль упругости каната
где α - 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;
д) удлинение оттяжек от действия qсн + qлед
∆Sотq = σkqSот/Ек ; |
(5.259) |
е) сближения опорных точек каната от удлинения оттяжек во время действия нагрузок qсн + qлед
∆L |
= 2 |
∆Sотq |
; |
(5.260) |
|
q |
|
cosϕо |
|
|
|
|
|
|
ж) суммарное изменение расстояния между опорными точками |
|
∆L = ∆Lq + ∆Lt |
; |
(5.261) |
з) суммарное изменение длины каната
∆Sк = ∆Sкq + ∆Skt ; |
(5.262) |
и) увеличение стрелы провисания каната за счет его удлинения между пилонами и удлинения оттяжек
|
∆fq = |
|
15∆Skq |
|
|
|
+ |
|
16 f |
|
|
f 2 |
|
|
|
|
|
|
L |
5 |
− 24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
2 |
|
|
|
f |
4 |
|
|
15 − 40 |
|
|
+ 288 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
L |
∆L |
; |
(5.263) |
|
|
|
|
|
|
|
16 f |
|
|
|
f 2 |
|
|
q |
|
|
L |
5 |
− 24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
к) общее изменение стрелы провисания каната под действием нагрузок qсн + qлед и отрицательного перепада
|
|
f + |
∆fq |
2 |
|
|
|
f + ∆fq |
4 |
|
|
|
|
|
15∆Sk + 15 − 40 |
|
|
|
|
+ 288 |
|
|
|
|
|
∆L |
|
|
|
|
∆L |
L − ∆L |
|
|
|
L − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆f = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
(5.264) |
|
f + ∆fq |
|
|
f |
+ ∆fq 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
5 |
− |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L − ∆L |
|
|
L − ∆L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л) фактическая длина
м) фактическая стрела провисания
12. Максимальное усилие в канате
T |
|
qL |
1 |
|
L |
|
2 |
(5.267) |
= факт |
+ |
факт |
|
. |
max |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 fфакт |
|
|
В завершении расчета проверяется прочность несущего каната (канатов) по условию (5.251).
5.2.6.2. Расчет ветровых канатов
Стрела провисания ветрового каната fв (см.рис.5.34) принимается меньше, чем у несущего каната примерно в 2 раза. Длина каната между опорными точками (консольными выносами или др.)
|
|
|
|
8 |
f |
в |
2 |
|
|
|
S |
к.в |
= L 1 |
+ |
|
|
|
|
|
. |
(5.268) |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина оттяжки
Sот.в = |
lв.а |
= lа.в |
16 fв2 + L2 . |
(5.269) |
|
cosαo |
|
L |
|
Полная длина ветрового каната
S в= Sк.в + 2Sот.в . |
(5.270) |
Для сохранения расчетной формы ветровой канат в процессе монтажа предварительно натягивают усилием: составляющим 0,5 усилия, создаваемого ветром. Под действием ветровой нагрузки (см. п.2.1) с учетом предварительного натяжения растягивающее усилие в канате в середине пролета
Hв = |
1,5qветL2 |
|
|
. |
(5.271) |
|
|
8 fв |
|
При одновременном воздействии ветра и температурного перепада
H |
в |
= |
1,5qветL2 |
−α |
∆tE |
F . |
(5.272) |
|
|
|
8 fв |
t |
|
k k |
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальное усилие в ветровом канате в опорных точках
T |
= Н |
|
f |
|
2 |
(5.273) |
в |
1 +16 |
в |
, |
в.max |
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
где Нв - усилие, определяемое по формуле (5.272) при отрицательном температурном перепаде. Подбор ветровых канатов осуществляется по условию (5.251).
5.2.6.3. Расчет пилонов
Пилон рассчитывается на продольную устойчивость при осевом сжатии по формуле [117]:
где Nn – вертикальная осевая нагрузка на пилон; ϕ – коэффициент продольного изгиба центрально сжатых элементов, A – площадь поперечного сечения металла в конструкции пилона; Rу – расчетное сопротивление стали сжатию по пределу текучести; γс – коэффициент условий работы, равный 0,7. Вертикальное осевое усилие в пилоне Nn формируется за счет симметричного действия продольного усилия в оттяжке (см.рис.5.34) и максимального усилия в канате Tmax:
|
|
|
|
|
Nn |
= 2 Tmaxsinϕо |
. |
|
(5.275) |
Коэффициент продольного изгиба ϕ зависит от условной гибкости |
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
пилона λ |
|
≤ 2,5 |
|
|
|
|
|
|
• при 0 < λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ =1 |
|
|
Rу |
λ λ . |
(5.276) |
|
|
|
|
− 0,073 − 5,53 |
Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• при 2,5 < λ ≤ 4,5
ϕ =1,47 −13,0 |
Rу |
|
0,371 − 27,3 |
Rу |
|
|
|
|
Rу |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
λ + 0,0275 |
− 5,53 |
|
λ |
|
. |
(5.277) |
E |
|
E |
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>4,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• при λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ = |
332 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.278) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 (51 − λ |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
Условная гибкость λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ = λ |
Rу |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.279) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где λ- гибкость пилона, равная:
Здесь µ– коэффициент приведения длины, равный 0,7; hn– высота пилона; i– радиус инерции поперечного сечения пилона, равный:
где I – момент инерции поперечного сечения пилона.
5.2.6.4. Расчет нагрузок на опоры под пилоны и анкерные опоры
Опоры под пилонами рассчитывают на нагрузки, передаваемые пилоном и элементами пролетного строения, опирающимися на опору, и на собственный вес части опоры, расположенной выше расчетного сечения, а также на горизонтальные нагрузки от давления потока воды в паводок, воздействий льда и ветра.
Ледовые нагрузки на опоры определяются согласно СНиП 2.06.04-82
[115].
Расчет опор заключается в проверке размеров, предварительно назначенных по конструктивным соображениям. Расчетные проверки опор необходимо выполнять на следующее сочетание нагрузок: 1) максимальная вертикальная нагрузка и максимальная горизонтальная нагрузка в плоскости,
перпендикулярной плоскости перехода; 2) максимальная вертикальная нагрузка и максимальная горизонтальная нагрузка в плоскости перехода.
На пилон действуют следующие вертикальные нагрузки: давление со стороны несущих канатов Nn, определяемое по формуле (5.275) и собственный вес пилона с опорными подушками несущих канатов Gпил.
Тогда вертикальная нагрузка на опору со стороны пилона:
В плоскости пилона учитывается давление ветра на пилон и несущие канаты. На пилон действует ветровая нагрузка Nвет.пил, которая определяется по СНиП 2.01.07-85* [112]:
Nг.поп = qвет(L/2 + lо) + Nвет.пил ; |
(5.283) |
Nг.пр = qвет(L/2 + lо) fтр . |
(5.284) |
где Nг.поп – горизонтальная составляющая нагрузки на опору действующая поперечно; Nг.пр – горизонтальная составляющая нагрузки на опору
действующая продольно; lо – расстояние от фундамента под пилон до анкера под оттяжки канатов.
Вертикальная и горизонтальная составляющие в оттяжке определяются по следующим формулам:
Nот.верт = Nот sinϕот |
; |
(5.285) |
Nот.гор = Nот cosϕот |
; |
(5.286) |
Nот = Tmax . |
|
(5.287) |
Если пилон жестко заделан в опоре, а несущие канаты свободно опираются на вершину пилона, то при изменении длины оттяжки от изменения температуры или от дополнительных нагрузок канат будет скользить по вершине пилона. При этом возникает сила трения, направленная горизонтально
вплоскости перехода.
Вслучае если канат скользит по вершине пилона, величина силы трения определяется по формуле:
где fтр - коэффициент трения скольжения (при скольжении металла по металлу
fтр = 0,15 – 0,50).
Если на верху пилона установлен блок, тогда силу трения определяют по формуле:
Fтр = fк Nn / r , |
(5.289) |
где r – радиус блока, мм; fк – коэффициент трения качения между канатом и блоком (fк = 0,5 мм).
На опору пилона действует изгибающий момент, определяемый по формуле:
5.2.7. Расчет арочного перехода
Арочные переходы трубопроводов сооружаются при пересечении естественных и искусственных препятствий незначительной протяженности (до 100 м) в основном там, где требуется обеспечить определенный высотный габарит. Арочные переходы бывают однотрубными или многотрубными, в зависимости от восприятия нагрузок – трехшарнирными (при монтаже), двухшарнирными и бесшарнирными, причем последние наиболее полно отвечают действительным условиям работы арочного трубопровода. Учитывая, что в основном арка воспринимает различную равномерно распределенную нагрузку по длине (собственный вес, вес транспортируемого продукта, обледенение и т.д.), рациональной формой оси арки будет параболическая вида:
|
у = |
4 fx( l − x ) |
, |
(5.291) |
|
l2 |
|
|
|
|
где f - стрела подъема арки; l - пролет арки.
Длина дуги арки при параболическом (достаточно точно и при круговом) очертании
|
|
8 |
f 2 |
|
|
la = l 1 |
+ |
|
|
|
. |
(5.292) |
|
|
|
3 |
l |
|
|
В общем случае усилия в арках, отнесенные к оси, при расположении пят на одном уровне определяются как:
M x = M o − Hу ; |
|
Nx = H cosαн + Qo sinαн ; |
(5.293) |
Qx = Qo cosαн − H sinαн , |
|
518
