Расчет деревянных одностоечных опор на механическую прочность

Расчет опоры на механическую прочность можно разделить на три части: проверка на габарит, на изгиб в опасных сечениях АВ и СД, проверка закрепления опоры в грунте (рис. 3.1, 3.2).

Рис. 3.1. Схема воздушной линии

Рис. 3.2. Схема опоры воздушной линии

Проверка на габарит. Габаритом линии называется наименьшее расстояние от проводов до поверхности земли.

Габарит линии напряжением 1…110 кВ в ненаселенной местности h_г = 6 м, в населенной h_г = 7 м [1].

Расчетный габарит равен h_г = h_з – f_max, где h_з – расстояние от низшей точки провеса провода до земли (см. рис. 3.1).

Проверка на изгиб. Опору проверяют на изгиб в сечении АВ по верхней вязке бандажа и в сечении СД на уровне земли. Расчет опоры на механическую прочность ведут методом предельных состояний, принятым в строительном деле. Сущность метода заключается в том, что проверку опоры на прочность в опасных сечениях выполняют не по нормативным, а по расчетным нагрузкам. Расчетные нагрузки получаются путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузок.

Проверка закрепления опоры в грунте. Для ориентировочных расчетов глубины закрепления опоры в грунте используют упрощенную формулу:

(61)

где М_СД – изгибающий момент, действующий на опору в месте входа ее в грунт (сечение СД); К_у – коэффициент запаса устойчивости опоры [2]; А – коэффициент, характеризующий свойства грунта (приложение 36); в – расчетная ширина опоры, равная для одиночной опоры двум средним диаметрам подземной части опоры.

Задача 3.2

Рассчитать деревянную одностоечную промежуточную опору для трехфазной линии 10 кВ с проводами АС70 на штыревых изоляторах в ненаселенной местности. Длина пролета l = 80 м, грунт – влажный суглинок. Климатические условия те же, что и в предыдущей задаче 3.1. Опора состоит из двух бревен длиной 8 м (стойка) и 6 м (приставка) с диаметром в отрубе 0,22 и 0,25 м соответственно (см. рис. 3.1).

Необходимые данные по расчету проводов принимаем из задачи 3.1:

g₄ = 64,5×10^–3 Н/(м∙мм²), g₅ = 52,2 ∙ 10^–3 Н/(м∙мм²).

f_max = 0,87 м.

Проверка высоты опоры на габарит:

h_г = h_з – f_max = 8 – 0,87 = 7,13 м.

Это допустимо даже для населенной местности, h_г = 6 м – для ненаселенной.

Проверка опоры на изгиб в опасных сечениях АВ и СД. Определяем расчетные нагрузки от действия ветра на провода. Нормативное значение давления ветра на провода при отсутствии гололеда таково:

Р_1Н = 3g₄Fl = 3×64,5×10^–3×79,3×80 = 1228 Н. (62)

Расчетное давление с учетом коэффициента перегрузки

Р₁ = Р_1НК_n = 1,2×1228 = 1470 Н. (63)

где К_n – коэффициент перегрузки, берется из приложения 37.

Нормативное значение давления ветра на провода, покрытые гололедом, следующее:

Р_1Н = 3g₅Fl = 3×52,2×10^–3×79,3×80 = 993 Н. (64)

Расчетное значение

Р₁ = К_nР_1Н = 1,4×993 = 1390 Н (см. приложение 37). (65)

Так как Р₁ > Р_1Н, то для дальнейших расчетов принимается режим, при котором на проводах нет гололеда. В этом случае расчетное усилие составляет 1470 Н.

Определяем расчетные нагрузки от действия ветра на опору.

Нормативное значение давления ветра на стойку до сечения АВ:

Р_2НАВ = С_хQ_maxH_ABd_срАВ = 0,7×400×7,2×0,25 = 504 Н, (66)

где С_х = 0,7 для опоры (коэффициент, учитывающий форму тела, помещенного в ветровой поток):

м. (67)

Расчетное давление ветра на стойку таково:

Р_2АВ = К_nР_2НАВ = 1,2×504 = 605 Н. (68)

Нормативное значение давление ветра на приставку от сечения АВ до сечения СД определяется по формулам:

Р_2НАВ-СД = С_хQ_max(Н – Н′)d_ср (69)

Р_2НАВ-СД = 0,7×400×3,7×0,27 = 280 Н,

где м (70)

Расчетное значение давления ветра на приставку

Р_2АВ-СД = К_nР_2НАВ-СД = 1,2×280 = 336 Н.

Проверим опору в сечении АВ. Изгибающий момент в сечении АВ от давления ветра таков:

(71)

Н×м.

Изгибающий момент с учетом вертикальной нагрузки

М_АВ = 1,05М_1АВ = 1,05×10165 = 10673 Н×м.

Момент сопротивления стойки в сечении АВ

W_АВ = 0,95×0,1d_АВ³ = 0,95×0,1×0,278³ = 1,2×10^–3 м³; (72)

d_АВ = d_о + 0,008Н₁ = 0,22 + 0,008×7,2 = 0,278 м.

Напряжение на изгиб в сечении АВ

(73)

Наибольшее допустимое напряжение для стойки в нормальном режиме при расчетном условии без гололеда

σ_доп = 16 МПа (приложение 38).

Так как σ_АВ < σ_доп, т.е. опора в сечении АВ прочна.

Проверим опору в сечении СД. Изгибающий момент от действия ветра в сечении СД

(74)

М_СД = 1,1М_1СД = 1,1×18554 = 20409 Н∙м.

Момент сопротивления приставки в сечении СД

W_CД = 0,1d_СД³ = 0,1×0,292³ = 2,49×10^–3 м³, (75)

где d_СД = d_о + 0,008(h_пр – h₄) = 0,2620 + 0,008×4 = 0,292 м.

Напряжение на изгиб в сечении СД

σ_СД < 16 МПа, следовательно, опора в сечении СД прочна.

Проверка закрепления опоры в грунте. Проверка осуществляется по упрощенной методике. Необходимая глубина заложения опоры в грунте

м [3] (76)

м;

в = 2d_ср = 2×0,3 = 0,6 м; К_у = 7,5 [2].

для влажного суглинка А = 170 кН/м² (приложение 36).

Опора заглублена на 2 м (см. рис. 3.1), следовательно, опора будет устойчива.