КЛ Спец констр МК

організувати масове знеособлене виробництво металевих опор і фундаментів на спеціалізованих підприємствах, вжити індустріальні методи будівельно-монтажних робіт при спорудженні ліній і поліпшити економічні показники.

Металеві опори виготовляються зі сталі та алюмінієвих сплавів; для окремих вузлів опор застосовуються виливки зі сталі та з ковкого чавуна. Для основних елементів опор застосовуються в основному профільна маловуглецева сталь марки З 245 (Ст. 3) і низьколеговані сталі за ГОСТ 5058-57 марок 15ХСНД, 14Г2 та ін. Для перехідних опор великої висоти застосовуються також сталеві безшовні труби. Ці труби виготовляються зазвичай зі сталі марки 20 (ГОСТ 8731-58), а також зі сталі марок 10, 35, 45.

Зараз за кордоном застосовуються конструкції опор з алюмінієвих сплавів, що пройшли спеціальну обробку в цілях підвищення механічних характеристик. Алюмінієві сплави є перспективним матеріалом для виготовлення опор внаслідок малої ваги конструкції та стійкості відносно атмосферної корозії, і в найближчі роки опори з них знайдуть застосування передусім при будівництві ліній в гірських районах.

За способом поєднання елементів стовбура опори розрізняють опори зі зварних габаритних секцій і опори на заклепках, або поєднувані з окремих стержнів на болтах.

Металева опора (рис. 7 а) складається з наступних елементів: основних колон або стовбура опори 1, траверс 2, тросостояків 3, фундаменту 4.

Основна колона (стовбур опори) по конструкції являє собою легку гратчасту просторову ферму прямокутного або квадратного перерізу, що складається з однієї або декількох секцій.

Кожна секція (рис. 7 б) складається з наступних елементів:

а) чотирьох основних стержнів, що називаються поясами, 1; пояси працюють на вигин і розтягнення (стиснення);

б) системи допоміжних стержнів або грат, що зв'язує між собою пояси 2; стержні грат зазвичай працюють на кручення;

в) декількох горизонтальних зв'язків, які називаються діафрагмами, 3; вони необхідні для забезпечення просторової незмінюваності форми поперечного перерізу колони.

31

Як основи під металеві опори використовуються монолітні залізобетонні фундаменти, збірні залізобетонні фундаменти, пальові залізобетонні фундаменти , а також металеві підножники. У ряді країн (Швеція, Фінляндія та ін.) фундаменти під опори виконуються з дерев'яних просочених шпал, поєднанних сталевими накладками.

Сталеві стержні у вузлах опори з'єднуються за допомогою зварювання або на болтах. Спосіб з'єднання обирається в проекті опори, і його треба строго виконувати. Якщо ухвалене рішення замінити один спосіб з'єднання іншим, слід виконати перевірочний розрахунок механічної міцності вузла при новому способі кріплення стержнів.

Заклепувальні з'єднання, які були раніше одним з основних методів з'єднання елементів металевих опор, зараз майже повністю витіснені зварними і болтовими як у заводських умовах, так і на монтажі.

Останніми роками у ряді країн і в Україні споруджені лінії напругою 110 – 750 кВ, металеві опори яких виконані повністю на болтових з'єднаннях. Таке розрішення дозволило підвищити транспортабельність цих опор, що має істотне значення при будівництві лінії в гірських або малонаселених районах. У цьому випадку опори повністю збираються на пікетах з окремих елементів профільної сталі, зібраних при транспортуванні в пакети.

Стовбур опори кріпиться до основи за допомогою анкерних болтів, приварених до арматури і закладених в залізобетон. Якщо основою служить металевий підножник, то застосовуються знімні анкерні болти.

Для прикладу на рис. 1.1 подана класифікаційна схема металевих опор ПЛ.

Для зручності експлуатації на всіх опорах є умовне позначення лінії та номер опори. На концевих опорах і на опорах, де змінюється розташування дротів, встановлюються плакати з позначенням забарвлення фаз. Попереджувальні плакати встановлюються на всіх опорах, що знаходяться в населеній місцевості, і на кожній другій опорі–в ненаселеній місцевості. На опорах, що обмежують перетин лінії з іншими об'єктами, обов'язково повинні вивішуватися попереджувальні плакати.

5.Пошкодження металевих опор

Пошкодження металевих опор можуть мати місце при фактичних навантаженнях вище зарозрахункові значення, а також в результаті дефектів, що з'явилися в процесі виготовлення опор, їх транспортуванні, монтажу або в умовах експлуатації. Перевищення навантажень, які діють на опору, проти розрахункових навантажень може виникнути внаслідок стихійних явищ (урагани, сильні ожеледі, «танець дротів»), що рідко зустрічаються, а також внаслідок помилок проектування, дослідницьких робіт і будівництва ліній.

Під час сильних ураганів, при яких сила тиску вітру на дроти та тіло опори перевищує розрахункові значення, через збільшення напруги в металі може статися втрата стійкості

33

окремих елементів металоконструкції та зруйнування всієї опори. При сильних ожеледях, окрім значних вагових і вітрових навантажень, які діють на опору, дуже часто відбувається обривання декількох дротів і тросів. Одночасна непередбачена розрахунком дія усіх цих чинників також призводить до зруйнування опори.

Пошкодження окремих елементів опори спостерігається під час «танцю дротів». Особливо значні пошкодження мають місце на лініях з важкими дротами, яким властива велика інерція. При «танці дротів» виникають великі знакозмінні динамічні зусилля, які викликають пошкодження деталей опор і падіння дротів на землю. Додаткові зусилля, що створюються при цьому на сусідні опори, можуть призвести до пошкодження опор в усьому анкерному прольоті.

34

Пошкодження опор може відбутися в результаті дефектів, що мають місце при виготовленні опор. До дефектів виготовлення відносяться неякісна зварка стержнів у вузлах, неякісне приварювання проушин, вигини стержнів та інших деталей опори, пропуски окремих деталей і швів.

При недбалому транспортуванні опор по трасою лінії, а також при вантаженні та розвантаженні можуть з'явитися погнутості окремих елементів і порушення основних розмірів секцій. Для попередження таких пошкоджень металоконструкції треба перевозити на спеціально обладнаних автопричіпах, які дозволяють здійснити плавні повороти на трасі без створення додаткових зусиль на транспортовані секції. При розвантаженні і вантаженні металоконструкцій в місцях кріплення тросових стропів треба встановлювати дерев'яні підкладки, щоб не деформувати пояси й не пошкодити стропи.

Під час монтажу опор можливі пошкодження стержнів металоконструкцій, неякісне болтове з'єднання окремих секцій, а також небезпечні механічні напруження в металі в результаті примусової посадки опори на установлені фундаменти.

Примусове зміщення башмаків призводить до створення початкового напруження в елементах нижньої секції, яке не враховнне проектом, а зазори, що залишилися – до перевантаження окремих елементів при дії зовнішнього навантаження. Крім того, значний вплив на несучу здатність опор справляє зміщення фундаментів в грунт через недоброякісну засипку котлованів грунтом. Величина початкових напруженнь може досягати небезпечних значень, внаслідок чого коефіцієнт запасу міцності встановлених на лінії опор може бути меншим за одиницю.

Під час підйому металевих опор також можуть мати місце пошкодження окремих елементів, якщо схема підйому обрана неправильно або не вироблене тимчасове посилення стержнів металоконструкції, особливо при підйомі широкобазих опор та опор з важкими траверсами.

Окрім перерахованих вище чинників, металеві опори в процесі експлуатації ушкоджуються при неправильно організованих ремонтних і монтажних роботах (наприклад, поломка траверс опор при монтажі дротів), в результаті наїзду автомашин і тракторів, при проведенні поблизу лінії електропередачі вибухових робіт.

Деталі кріплення гірлянд ізоляторів на проміжних та анкерних опорах (проушини, скоби і т. д.) ушкоджуються через неякісне зварювання, внаслідок корозії, а також від механічних зусиль, які виникають при монтажі, «танці» і обриваннях дротів.

Великої шкоди всім металоконструкціям завдає корозія. Особливо інтенсивно піддаються іржавленню опори, розташовані поблизу хімічних заводів і морських узбережь.

36

6.Огляд спеціальних питань надійнісного розрахунку опор ПЛ

Велика різноманітність конструктивних елементів і методів їхнього розрахунку (розрахунок будівельних конструкцій опор ПЛ здійснюється за методом граничних станів, а

розрахунок дротів і тросів за методом припустимих напружень) призводило до різного роду припущень при оцінці надійності повітряних ліній.

Відповідно до Правил будови електроустановок гірлянди ізоляторів повинні мати такі коефіцієнти запасу механічної міцності, що приймаються рівними для фарфорових ізоляторів відношенню електромеханічного, а для скляних ізоляторів — механічного руйнуючого гарантованого навантаження до щонайбільшого нормативного, діючого на гірлянду навантаження: 2,7 в нормальному режимі роботи ПЛ; 5,0 при середньорічній температурі й відсутності вітру та ожеледі; 1,8 в аварійному режимі, окрім ПЛ 500 кВ і вище, для яких коефіцієнт запасу повинен бути не меншим за 2.

Сполучувальна арматура повинна мати такі запаси міцності: не менш 2,5 при роботі в нормальному режимі; не менш 4,5 при середньоексплуатаційній температурі й відсутності вітру і ожеледі; в аварійному режимі: 1,7 для всіх ліній напругою нижче 500 кВ і 1,9 для ліній напругою 500 кВ і вище.

У класичній теорії проектування конструктивних елементів повітряних ліній електропередачі необхідна надійність досягається шляхом порівняння зовнішнього навантаження, диференційованого за періодом повторюваності залежно від класу повітряної лінії з міцнісними властивостями того або іншого елемента ПЛ, з уведенням різних коефіцієнтів надійності. Так при розрахунках конструкцій опор прийняті наступні коефіцієнти по навантаженню f (табл. 1.2).

Останнім часом у світі, країнах СНД і на Україні запропоновані вірогідні сні методики розрахунку надійності компонентів повітряних ліній . Традиційно прийнято розглядати надійність як функцію двох випадкових величин Х1 (несуча здатність матеріалу ,з якого виготовлений елемент ПЛ) і Х2 (навантаження, що діє на даний елемент). Причому навантаження розглядається як статичне, зміну міцнісних якостей конструкції за заданий період експлуатації не розглядають, вважаючи, що реологічні характеристики матеріалу, протягом заданого терміну служби невеликі корозійний і механічний знос відсутній. Неврахованими також залишаються ряд чинників, таких як: вплив мікрокліматичних особливостей місцевості на вітровий потік; динамічні навантаження при дії вітрових поривів і обриваннях дротів та грозотроссів і т.д. Деякі константи, прийняті в розрахунку по методу граничних станів, «перекочували» в теорію надійності (коефіцієнт нерівномірності вітрового тиску по прольоту; наведена густина ожеледних відкладень і т.д.). Принципи підвищення або пониження коефіцієнта перевантаження для різних конструктивних елементів ПЛ також розглядаються при виконанні вірогідннісних розрахунків і носять назву принципи координації міцності, які характеризуються такими положеннями:

37

пошкодження першого компоненту ПЛ по можливості не повинно викликати руйнування наступних елементів (протикаскадний принцип);

час і вартість ремонту пошкодження повинен бути зведені до мінімуму.

компонент низької вартості в послідовності з компонентом високої вартості повинен мати, принаймні, не меншу вартість, ніж головний компонент, за винятком спеціальних обмежувачів навантаження.

Отже, найбільш поширена черговість компонентів ПЛ представлена в таблиці 1.3, де проміжні опори є першим ушкоджуваним компонентом, при перевищенні зовнішніх навантажень над розрахунковими. Перші за черговістю компоненти є найслабішими і повинні руйнуватися з 90% забезпеченістю.

Викладені факти свідчать про те, що для більш точного математичного опису функції надійності компонентів ПЛ необхідне вивчення різних чинників; застосування деяких з «констант» прикладної теорії надійності ПЛ в теорії експлуатаційної надійності іноді досить суперечливе (наприклад, принципи координації міцності), а деколи і просто неприпустиме (неврахування фізичного і механико-корозійного зносу). Таким чином, для функції експлуатаційної надійності і прогнозованої довговічності необхідно також прогнозувати та враховувати вірогідність появи недосконалостей, що набуваються конструкцією протягом терміну служби, тому до цих пір немає чіткого формулювання експлуатаційної надійності ПЛ, ні, тим більше, математичного опису самої функції, побудованї на основі теорії вірогідності.

Таблиця 1.2. Координація міцності компонентів повітряних ліній

Той факт, що на Україні нові лінії практично не проектуються, і гостро поставлено питання про підвищення надійності експлуатованих повітряних ліній, визначив основні напрями в галузі забезпечення експлуатаційної надійності та довговічності. Одними з

38

головних задач в даній галузі є задачі дослідження дійсної роботи компонентів ПЛ при дії динамічного вітрового навантаження; дослідження аеропружних автоколивань при дії вітрового потоку: вібрації, коливання в зустрічному струмені; дослідження аеропружних автоколивань при спільній дії вітру й ожеледі, таких як галопування, бафтинг; дослідження природи виникнення аварійних навантажень від обривань дротів та тросів.

Для підвищення надійності й економічності електромереж у провідних зарубіжних енергосистемах здійснюється впровадження нових, більш ефективних технологій виготовлення елементів ПЛ і будівництва ліній, а також удосконалюються методи їх розрахунку.

Особливо велика увага у всіх країнах приділяється уточненню методів визначення розрахункових кліматичних умов, в яких повинна експлуатуватися проектована ПЛ. Удосконалення цих методів ведеться за наступними основними напрямками:

уточнення ожеледних та вітрових навантажень, що діють на елементи конструкції;

дослідження умов виникнення і дій динамічних навантажень при скиданні ожеледних відкладень та в аварійних ситуаціях (обривання дротів, поломка опор і т. д.);

вибір реальних поєднань зовнішніх навантажень;

розробка принципів координації механічної міцності елементів лінії;

оптимізація методів аналізу надійності ПЛ: врахування при проектуванні ПЛ повзучості матеріалу дротів.

39

РОЗДІЛ 3. БУДІВЛІ І СПОРУДИ МЕТАЛУРГІЙНИХ

І МАШИНОБУДІВНИХ ПІДПРИЄМСТВ

(автори: доц. к.т.н. Й.Р. Рухович; ас. К.Б. Мнацаканян)

1. Резерви несучої здатності конструкцій в період експлуатації і реконструкції

Дослідження дійсної роботи сталевих каркасів промислових будівель свідчать про істотні запаси несучої здатності конструкцій. Виявлення і використовування цих запасів приводять до зменшення обсягу посилення, зниження матеріальних і трудових витрат при реконструкції.

1.1. Уточнення розрахунку поперечної рами

Практичні методи розрахунку плоских рам містять ряд спрощень, які залежно від режиму експлуатації конструкцій по-різному впливають на результати розрахунку.

Конструктивна схема поперечної рами встановлюється в процесі вертикального і горизонтального компонування за даними технічного завдання (див. рис. 1,а). При виборі конструктивної схеми враховується:

–конфігурація і основні розміри стержнів, які створюють раму;

–типи окремих конструктивних елементів;

–спосіб спряження фундаментів, колон і ригеля рами (болтові, зварні або заклепувальні з'єднання).

На основі вивчення конструктивних особливостей даного каркаса будівлі приймається розрахункова схема поперечної рами (див. рис. 2,6). Розрахункова схема визначає:

–довжини ділянок з різними моментами інерції, а у разі врахування подовжніх деформацій з різними площами поперечних перерізів;

–співвідношення між моментами інерції, а при врахування подовжніх деформацій співвідношення між площами окремих елементів або ділянок;

–характер спряження елементів один з одним, а також з фундаментами (повні або неповні защемлення або шарніри);

–характер закріплення системи і окремих її елементів від зсувів (повне або пружне закріплення, відсутність закріплення).

Ідеалізоване зображення елементів і вузлів на розрахунковій схемі дає неповне уявлення про фактичну роботу конструкцій каркаса. Уточнення розрахункової схеми дозволяє виявити істотні резерви несучої здатності за рахунок розгляду додаткового впливу наступних чинників (див. рис. 2):

–рама працює сумісно з фундаментом і основою (ґрунтом), яка деформується під впливом навантаження;

–фланцеве прикріплення верхнього пояса ферми до колон під дією розтягувальної сили (від опорного моменту в ригелі рами) працює в пружній, а іноді в пружнопластичній стадії;

–кріплення ригеля до колони здійснюється в рівнях верхніх і нижніх поясів, а не в одному перерізі (рівні нижнього пояса), як це прийнято в розрахунковій схемі на рис. 1,б.

При розрахунку поперечних рам звичайно не ураховують вплив податливості основи. Стояки рам вважають жорстко затисненими на рівні верхнього уступу фундаменту.

40