книги из ГПНТБ / Реут М.А. Технология изготовления и монтаж центрифугированных железобетонных опор для линий электропередачи
.pdfЗаливать стык цементным раствором при отрицательных температурах нельзя. При температуре минус 1—1,5°С в све-
жеуложенном растворе происходит образование кристалликов льда и ледяной пленки на поверхности песка, что приводит к
значительному снижению прочности раствора при его твер дении.
Устанавливать опоры с замороженным раствором, не ус певшим набрать прочности, не рекомендуется, ибо при оттаи вании прочность раствора практически будет очень неболь шой, что может привести к смещению траверсы.
Кроме того, применение железобетонных траверс приводит
кзначительному утяжелению верха опоры. Например, для же лезобетонной опоры крымского типа с ненапряженной арма турой утяжеление верха опоры составляет около 530 кг, а для опоры типа «бочка» — 660 кг. Вследствие значительной гиб кости центрифугированных железобетонных стоек увеличение веса траверс увеличивает изгибающий момент, приложенный
кстойке. Все это приводит к необходимости усиления стойки
Ик увеличению расхода металла и бетона (табл. 1).
Таблица 1
Сравнение опор с металлическими и железобетонными траверсами
|
|
Расход |
Расход |
||
Тип |
Материал |
Расчетный |
|
бетона |
Вес |
металла |
на |
||||
опоры |
траверс |
пролет, |
опо у, |
|
опоры, |
на |
опору, |
||||
|
|
м |
кг |
м3 |
т |
|
|
|
|
||
Крымская |
Металл |
206 |
414,1 |
1,29 |
3,46 |
Крымская |
Железобе |
206 |
445,2 |
1,59 |
4,14 |
|
тон |
||||
Бочка |
Металл |
206 |
783,9 |
1,34 |
3,74 |
Бочка |
Железобе |
206 |
701,8 |
2,11 |
5,47 |
|
тон |
Из приведенной таблицы видно, что применение железо
бетонных траверс на одноцепных линиях с опорами без напря жения арматуры ведет к перерасходу металла на 7,5% и бе тона на 12,3%.
Применение железобетонных траверс на двухцепных ли ниях дает небольшую экономию металла (примерно 40 кг на 1 км линии). Однако расход бетона увеличивается с учетом
утяжеления стоек на 57,5%. При этом вес опоры превосходит грузоподъемность кранов, применяемых на трассе, что ус ложняет установку опор. При подъеме одноцепных опор с же-
11
лезобетонными траверсами возможно кручение опор вокруг продольной оси, так как траверсы расположены несимме трично. По этим причинам железобетонные траверсы не нашли применения в линейном строительстве.
Институтом «Теплоэлектропроект» для III и IV климати
ческих районов разработаны конструкции портальных опор для одноцепных линий электропередачи ПО кв.
Портальная опора (рис. 4) состоит из двух стоек длиной 17,7 м с наружным диаметром в верхней части 330 мм и в
нижней — 560 мм, траверсы (металлической или железобетон ной), наголовников и поддонов.
Стойки опор изготовляются в опалубке 22-метровых ство лов одностоечных опор, для чего на расстоянии 4,5 м от верха в опалубку закладывают металлическую диафрагму.
Для производства стоек применяется бетон марки 300. Наго ловники и поддоны опор устанавливаются на заводе.
Металлические траверсы изготовляются из мартеновской стали марки Ст. 3 (ГОСТ 380-50) с дополнительными гаран тиями предела текучести и с предельным содержанием угле рода, серы и фосфора. Кроме того, сталь обязательно подвер гается испытанию на холодный загиб по п. 9 указанного ГОСТа.
Сварку траверсы производят электродами марки Э-42-А.
После этого сварные швы зачищают и детали траверсы под вергают горячему цинкованию. Возможна также окраска ме таллических деталей траверсы суриком на натуральной олифе. Однако в этом случае ее необходимо пеэиодически окраши вать. В собранном виде траверса имеет длину 8 м и вес 140— 155 кг. Крепится траверса к стволу опоры хомутами.
Железобетонная траверса состоит из цилиндрической
трубы длиной 8,3 м с наружным диаметром 300 мм и толщи
ной стенки 40 мм. Дпя продольной арматуры используется
сталь 25Г2С, для спирали — холоднотянутая проволока. Для подвески гирлянд изоляторов в траверсу закладывают трубки диаметром 26 мм. Концы траверсы закрываются бетонными
заглушками. Крепление траверсы к стойкам производится при помощи железобетонных обойм. Место стыка обоймы с тра
версой и |
стойками перед |
заливкой |
необходимо |
тщательно |
очистить |
и насечь. Стык |
заливают |
цементным |
раствором |
так же, как и у одностоечных опор. |
|
|
||
Применение железобетонных траверс для опор портально |
||||
го типа |
также приводит |
к значительному их утяжелению |
||
(табл. 2). |
|
|
1 км ли |
|
Кроме того, повышается стоимость сооружения |
ний примерно на 3,5—4,1 тыс. руб. и не уменьшаются затраты при их эксплуатации. Поэтому применение железобетонных
12
------------- ------------------------- 17700 ------------------------------------------------------------ *угоо 3000 -Ч*------------------------------ 12500 ----------------------------------
Рис. 4. Одноцепная портальная опора
13
Таблица 2
Сравнение портальных опор с металлическими и железобетон
|
ными траверсами |
|
|
||
|
Расчетный |
Расход |
Расход |
Вес |
|
Материал |
металла на |
бетона на |
|||
пролет, |
опоры, |
||||
траверсы |
опору, |
опору, |
|||
м |
m |
||||
|
кг |
м3 |
|||
|
|
|
|||
Металл |
150 |
589 |
2,38 |
6,33 |
|
Железобетон |
150 |
590 |
2,93 |
7,61 |
траверс в том виде, как они запроектированы, нецелесо образно.
Институтом «Теплоэлектропроект» разработано проектное задание одноцепных железобетонных промежуточных опор портального типа на оттяжках для линий 220 кв.
Опоры рассчитаны на подвеску во II—IV климатических районах провода от АС-300 до АС-580 при расчетном пролете
310 м. Стойки и траверсы изготавливаются из предварительно напряженного железобетона. Марка бетона 500. Длина стойки
21 м, диаметр у основания 700 мм, коничность 1,5%. Бескудниковским заводом железобетонных опор также спро
ектирована и изготовлена свободно стоящая промежуточная
опора портального типа для линий |
220 кв, сооружаемых во |
II климатическом районе (рис. 5). |
Опора рассчитана на под |
веску провода АСУ-400 при расчетном пролете 350 м. Провод крепится в выпускающих зажимах. Стойки опоры имеют дли ну 22,1 м. Диаметр стойки у основания 560 мм, у вершины —
273 мм. Марка бетона 300.
Железобетонная траверса представляет собой цилиндри ческую трубу диаметром 330 мм и длиной 14,5 м. Для изготов
ления траверсы применяется бетон марки 400. Стойки и тра
верса соединяются |
железобетонными |
муфтами |
с приваркой |
закладных деталей. |
Тросостойки делаются также из бетона. |
||
На одну опору уходит 4,7 м3 бетона и 1 530 кг |
металла. Об |
||
щий вес опоры составляет 11,3 т. |
разработан также про |
||
Институтом «Теплоэлектропроект» |
ект железобетонной опоры для линий электропередачи 400— 500 кв. Опора представляет собой портал с шарнирным при соединением стоек к фундаментам и траверсе. Продольная
устойчивость опоры обеспечивается системой тросовых растя жек ( рис. 6).
Опора запроектирована для II 1климатического района и
рассчитана на подвеску провода ЗАСО-480 в фазе и двух за-
14
щитных тросов С-70. Крепление проводов предусмотрено в зажимах ограниченной прочности. Расчетный пролет — 345 м.
Все монтажные соединения запроектированы на металличе ских стяжных хомутах и железобетонных вставках. Отдельные части опоры скрепляются болтами. Сборка опоры произво дится в любое время года без заливки стыков цементным
раствором.
Наружный диаметр напряженно-армированных стоек и
траверс 560 мм. Толщина стенок 40 мм.
Траверса запроектирована в виде железобетонной трубы,
усиленной шпренгелем из 'Круглой стали. Бетон применен марки 500. Продольная арматура выполнена из холоднотяну той высокопрочной проволоки периодического профиля диа метром 4 мм с расчетным пределом прочности 16 000 кг!см2.
Применение опоры указанного типа на линиях 500 кв даст экономию металла до 50% при снижении стоимости сооруже
ния до 30%.
конструкция опор
Опоры бе? напряжения арматуры
Совместная работа бекона и стали в железобетонных кон струкциях обусловлена их свойствами.
Бетон при твердении прочно сцепляется с арматурой. По этому при действии внешних сил смежные волокна бетона и
стали получают одинаковые деформации. При растяжении сталь воспринимает основные усилия, приложенные к кон струкции, так как бетон на растяжение работает плохо. Бетон воспринимает напряжение сжатия и предохраняет заключен ную в нем арматуру от коррозии.
Сталь и бетон обладают примерно равными коэффициен тами линейного расширения, что исключает появление вну тренних напряжений в железобетоне при колебании темпера туры. Одновременно бетон надежно защищает арматуру от резких изменений температуры.
Эти особенности совместной работы бетона и стали пол ностью используются при конструировании железобетонных опор.
В центрифугированных стойках опор растягивающие уси
лия, возникающие при изгибе, воспринимаются продольной арматурой из горячекатаной стали периодического профиля марки 25Г2С с пределом текучести 4000 кг!см2.
Крутящие усилия, возникающие при обрыве провода, вос
принимаются бетоном и спиральной арматурой из холоднотя нутой проволоки с пределом текучести 4500 кг!см2.
Так как опоры находятся на открытом воздухе, нижняя часть их (+0,5 м от поверхности земли) подвергается частому увлажнению и высыханию, а весной и осенью многократному замораживанию и оттаиванию (часто в насыщенном водой состоянии).
Нагрузки, действующие на опоры воздушных линий, ха рактеризуются многократной повторяемостью как по величине,
так и по знаку. Это приводит к появлению трещин в стойках
2 |
|
17 |
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ |
Т |
2,50? ~ |
НАУЧН-ТЕХНИЧЕОКАЯ1 |
||
БИБЛИОТЕКА СССР |
1 |
|
с обычной арматурой. Величина раскрытия трещин не должна
•превышать 0,2 мм (НиТУ 123-55), так как опытами установ лено, что через трещины шириной до 0,2 мм влага не может (проникать к арматуре.
Попадающая в трещины вода при замерзании расширяется,
что ведет к постепенному разрушению бетона. Уменьшение защитного слоя бетона приводит к коррозии арматуры. Так как окислы железа имеют меньшую плотность и больший
объем, чем объем стальной арматуры, в первый период разви
тия коррозии силы сцепления арматуры с бетоном увеличи ваются за счет обжатия стали бетоном. Если доступ влаги к арматуре прекратится, процесс коррозии также может прекра титься. Если же коррозия арматуры будет продолжаться, то
образующиеся окислы, увеличивая объем арматуры, могут привести к разрушению защитного слоя бетона и выходу кон струкции из строя.
Для улучшения защиты арматуры от коррозии необходимо применять плотный бетон с минимальным водоцементным от ношением. Установлено, что для схватывания цемента необхо димо введение в состав бетона не более 25—30% воды от веса цемента. Вода, дополнительно вводимая в бетон при его приготовлении и необходимая для улучшения укладываемости бетона, в реакции схватывания и твердения цемента не участ
вует. При ее испарении в бетонном камне остаются поры,
через которые к арматуре проникает атмосферная влага. Это приводит к коррозии металла. Коррозия арматуры возникает также и при плохом уплотнении бетона, при этом в бетоне
остаются поры и раковины, через которые интенсивно прони кает к арматуре атмосферная влага.
Однако, даже при хорошо уплотненном бетоне, возможна коррозия арматуры, если не будет выдержана нужная тол щина защитного слоя бетона. По техническим условиям про ектирования бетонных и железобетонных конструкций (НиТУ 125, пп. 54 и 55) толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм при диаметре стержней продольной арматуры до
20 мм и не менее 25 мм при диаметре арматуры 20—35 мм.
Спираль должна отстоять от поверхности бетона не менее чем на 15 мм.
В элементах трубчатого сечения (стволах и стойках опор) расстояние от стержней продольной арматуры до внутренней поверхности должно быть не менее чем до наружной. Таким образом, толщина стенки железобетонной опоры при диаметре
продольной рабочей арматуры 12—16 мм и диаметре спирали из проволоки 5 мм должна быть не менее 50 мм.
При современном состоянии центрифугирования вследствие неравномерной укладки бетонной смеси в форму и сползания
18
бетона к комлю опоры не всегда возможно получить стенки заданной толщины. Это может привести к уменьшению за
щитного слоя (главным образом внутреннего) и к снижению долговечности опоры.
Толщина защитного слоя на заводах-изготовителях кон тролируется путем высверливания в теле опоры трех-четырех отверстий диаметром 20—30 мм. После осмотра отверстия
заделываются цементным раствором. Отклонения в толщине защитного слоя допускаются от 4-5 до —3 мм. Площадь сече ния арматуры в различных местах опоры различна и подби рается в зависимости от восприятия изгибающего момента,
действующего в данном сечении.
Центрифугированные железобетонные опоры без напряже ния арматуры в линейном строительстве применяются давно. Однако вопрос об их долговечности и причинах, ускоряющих разрушение защитного слоя, до настоящего времени еще не решен.
В некоторых странах было произведено обследование ли ний электропередачи, построенных на железобетонных опорах. Например, в Китае, в районе провинции Цин-Дао, в 1935 г. были изготовлены опоры с ручным уплотнением бетона. Про изведенная в 1957 г. проверка этих опор показала, что 12,6 % опор после 22-летней эксплуатации имели трещины и частич ный отрыв защитного слоя. Однако обследование, произведен ное в том же году, центрифугированных железобетонных опор, установленных в Китае в 1942—1943 гг., показало, что после 15-летней эксплуатации опоры находились в удовлетворитель ном состоянии. Только на отдельных опорах были обнаруже ны продольные и поперечные трещины и коррозия арматуры, сопровождающаяся отрывом защитного слоя бетона.
Имеются также сведения, что шведская линия электропе редачи, сооруженная 25 лет назад на опорах из центрифуги рованных стоек, в настоящее время требует замены опор в связи с разрушением защитного слоя бетона.
Опоры с частично напряженной арматурой
Радикальным средством повышения трещиноустойчивости опор и их долговечности является напряжение арматуры, соз дающее обжатие бетона. Процесс полного напряжения арма туры стоек опор довольно сложен и для обеспечения необхо димой трещиностойкости напряжение всей арматуры не обя зательно. Однако оборвать напряженную проволоку в середи
не стойки невозможно. Арматуру, требуемую по расчету в нижней части опоры, в месте приложения максимального изги бающего момента, необходимо, по условиям ее напряжения и
2* |
19 |
заанкеривания в бетоне, доводить до верха стойки. Для изготовления стоек с полным напряжением арматуры необхо дима замена на существующих заводах центрифуг барабан ного типа на роликовые.
Институтом «Оргэнергострой» разработана конструкция железобетонных центрифугированных опор с частичным на пряжением арматуры, устраняющая эти трудности в изготов лении долговечных опор.
Опоры Оргэнергостроя рассчитаны для II климатического
района на подвеску провода от АС-120 до АС-240.
При армировании опор высокопрочной проволокой для предохранения ее от коррозии необходимо обеспечить запас
прочности против появления трещин в бетоне.
Арматура из коррозионностойкой стали 30ХГ2С (ГОСТ 5058-57), в стойках опор с частичным напряжением армату ра выполнена из стержней диаметром 12 мм. Стержневая сталь в отношении коррозии находится в одинаковых услови ях с любой другой арматурой, используемой в опорах. В связи с этим для конструкций, армированных стержневой ар матурой из стали 30ХГ2С (согласно СН-10-57), допускается при эксплуатации появление небольших трещин. Предвари
тельное напряжение при этом предусматривается для обеспе чения надлежащей жесткости и ограничения ширины раскры тия трещин.
Применение напряженной арматуры из стержней диамет ром 12 мм дает возможность изготовлять стойки железобе тонных опор на существующих центрифугах МЦО-1. Для этого необходимо лишь заменить опалубки и оснастить заво
ды приспособлениями для натяжения арматуры.
В опорах с частичным напряжением арматуры напрягают ся только 6 стержней, проходящих по всей длине ствола. Ос тальные стержни обрываются в соответствии с эпюрой изги бающих моментов.
Прочность бетона к моменту передачи на него предвари тельного напряжения должна быть не менее 70% от проект
ной. Марка бетона 400.
Себестоимость опор с частично напряженной арматурой немного выше себестоимости опор с ненапряженной армату рой. Это объясняется небольшим увеличением трудоемкости, связанной с напряжением арматуры.
Расход металла при изготовлении опор с частично напря женной арматурой по сравнению с опорами без напряжения арматуры уменьшается примерно на 16—24% (табл. 3).
Опоры с частично напряженной арматурой будут служить гораздо дольше, чем опоры без напряжения арматуры, так
■как размер раскрытия трещин будет значительно меньшим и
20