ГЛАВА СЕДЬМАЯ
РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР
7-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР
Железобетонные опоры линий электропередачи состоят из железобетонных и стальных элементов. Под действием внешних нагрузок в элементах опор возникают изгибающие моменты, перерезывающие и нормальные (в основном сжимающие) силы; в некоторых конструкциях на железобетонные элементы действуют крутящие моменты. Таким образом, в общем случае элементы находятся в сложно напряженном состоянии.
В настоящей главе рассматриваются вопросы расчета железобетонных элементов опор. Металлические конструкции и элементы железобетонных опор (траверсы, тросостойки, оттяжки, соединительные детали и другие элементы) рассчитываются в соответствии с указаниями гл. 4 и 5 и требованиями соответствующих нормативных документов по. расчету металлических конструкций. Особенности статического расчета железобетонных опор, а также расчет некоторых конструкций рассмотрены в § 7-6.
По полученным из статического расчета усилиям определяются размеры сечений или, если они были назначены в начале расчета, производится их проверка с учетом требований обеих групп предельных состояний [63]. Расчет по первой группе предельных состояний (пригодность к эксплуатации), включающий проверку по прочности и устойчивости формы, является основным и обязателен для всех несущих элементов железобетонных опор при всех сочетаниях нагрузок, определяемых режимами работы линии. Расчет по второй группе предельных состояний (по пригодности к нормальной эксплуатации), включающий проверки деформаций и трещиностойкости элементов и конструкций, распространяется лишь на те опоры и элементы, нормальные условия эксплуатации которых нарушаются из-за чрезмерного развития деформаций или трещин. Прогибы стоек всех промежуточных опор, в том числе и железобетонных, не ограничиваются нормами, поскольку они мало изменяют нормируемые расстояния между проводами или между находящейся под напряжением арматурой и поверхностью элементов опор. В отдельных случаях, когда эти изменения значительны, их учет при назначении габаритов опор может оказаться необходимым.
Однако некоторые типы железобетонных промежуточных опор и в первую очередь одностоечные свободностоящие со стойками из одиночных конических или цилиндрический железобетонных труб, в которых усилия обжатия бетона невелики, обладают сравнительно высокой деформативностью и значительно отклоняются от вертикального положения при воздействии внешних нагрузок. В результате этого отклонения осесимметричные для недеформированного состояния опоры вертикальные нагрузки (вес проводов, тросов, оборудования, гололеда, а также собственный вес конструкций опоры) создают дополнительные изгибающие моменты, значения которых для некоторых условий достигают 30—35% значений моментов, создаваемых горизонтальными нагрузками. Определение этих моментов требует определения деформаций опор на всех стадиях их нагружения, включая предельную по прочности. Деформации анкерных (прямых и угловых) опор ограничиваются нормами, поэтому их расчет по деформациям обязателен. Предельные значения деформаций для этих опор приведены в [66] в табл. 1.
Все несущие элементы железобетонных опор должны рассчитываться по трещиностойкости на нагрузки нормальных режимов работы линии. Основная задача расчета по трещиностойкости заключается в том, чтобы обезопасить арматуру железобетонных элементов опор от коррозии, обеспечив требуемую их долговечность. Однако значение данного расчета этим не ограничивается. Очевидно, что величина предварительного напряжения продольной арматуры влияет не только на трещиностойкость предварительно напряженных железобетонных элементов, но и на их прочность. С уменьшением величины предварительного напряжения фактическая прочность железобетонного элемента уменьшается, хотя это и не учитывается расчетными формулами, которые рекомендуются действующими нормами, имеющими ряд допущений.
При применении стержневой или проволочной напрягаемой арматуры с высокими механическими характеристиками площадь сечения продольной арматуры резко уменьшается. Чтобы механическая прочность таких сталей была использована полностью, должна быть обеспечена возможность развития очень больших деформаций продольной арматуры растянутой зоны элемента. Для качественной оценки этого явления заменим действительное изменение относительных деформаций бетона и арматуры в сечении с трещиной по его высоте линейным. Поскольку деформации сжатого бетона ограничиваются их максимальным значением, то при определенных соотношениях площадей продольной арматуры и бетона в сечении они могут оказаться исчерпанными до достижения напряжениями в арматуре расчетных сопротивлений. В этом случае прочность железобетонного элемента будет меньше, чем это получается по расчету. ‘
При предварительном напряжении продольной арматуры условия ее работы в растянутой зоне улучшаются: механическая прочность арматуры используется полнее. Поэтому для продольной арматуры из высокопрочной арматурной проволоки (класса Вр-II, В-II) и из арматурных прядей (класса П-7) величину предварительного напряжения рекомендуется принимать не менее 0,6 Rан. В этом случае фактическая прочность трубы получается наибольшей. Таким образом, повышение трещиностойкости при определенных условиях сопровождается повышением прочности элемента. По тем же причинам нельзя допустить, чтобы ширина раскрытия трещин в железобетонных элементах со стержневой продольной арматурой была больше определенных значений, в противном случае снижается не только долговечность из-за повышения интенсивности коррозии арматуры, но и прочность элемента.
Особое значение имеет вопрос о трещиностойкости железобетонных элементов, находящихся под воздействием постоянных нагрузок. В этом случае связанное с появлением трещин резкое увеличение напряжений в бетоне сжатой зоны над трещиной приводит к более интенсивному развитию ползучести, сопровождающемуся непрерывным ростом деформации во времени. В инженерных расчетах это обычно учитывается введением пониженной величины жесткости. Так как неупругие деформации бетона проявляются в полной мере при длительном действии нагрузки и лишь незначительно при кратковременном, то деформации опор линий электропередачи, для которых используются длинномерные элементы со сравнительно небольшими поперечными размерами, с увеличением длительности действия нагрузок резко возрастают.
При выполнении продольной арматуры стоек из стержневых сталей диаметр стержней по конструктивным условиям принимается сравнительно большим (12 мм и более). Кроме того, применяемые арматурные стали (марки 20ХГСТ, 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Ц) являются низколегированными, поэтому опасность коррозии арматуры, практически невелика. Диаметр применяемых для арматуры высокопрочных проволок чаще всего принимается равным 4 мм реже 3 и 5 мм. Опасность ухудшения эксплуатационных качеств конструкций вследствие коррозии такой арматуры значительно больше. В связи с этим для стержневых стоек со смешанным армированием количество напрягаемых стержней рекомендуется назначать с таким расчетом, чтобы при действии постоянных нормативных нагрузок обеспечивалась их работа без трещин. Для проволочных (прядевых) стоек это требование целесообразно распространить на все нормативные нагрузки нормальных режимов. Действующие нормативы не требуют расчета железобетонных элементов по трещиностойкости в аварийных режимах, поскольку долговечность опор при таком расчете не увеличивается, тогда как для целого ряда элементов указанное выше требование привело бы к увеличению расхода материалов, а значит, и к увеличению их стоимости. .
Вопросы расчета железобетонных элементов, сечения которых отличаются от кольцевого, достаточно широко освещены в технической и нормативной литературе и в настоящей книге, посвященной специальным вопросам проектирования опор линий электропередачи, не затрагиваются.
В Советском Союзе для опор линий электропередачи самое широкое распространение получили конические и цилиндрические стойки (элементы кольцевого сечения) с равномерно распределенной по периметру продольной стержневой или проволочной (прядевой) арматурой (см. гл. 3). Поэтому при проектировании требуется всесторонний расчетный анализ опор с целью выявления всех резервов экономии при одновременном обеспечении надежности работы стоек. Поскольку в технической и нормативной литературе вопросы расчета железобетонных элементов кольцевого сечения рассмотрены в объеме, недостаточном для такого анализа, в последующих параграфах этой главы приведены более полные данные по расчету конических и цилиндрических железобетонных труб кольцевого сечения, работающих в сложно напряженном состоянии.
