6-2. РАСЧЕТ СТЕРЖНЕЙ РЕШЕТЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОПОР
Опоры, являющиеся пространственными конструкциями для определения усилий в стержнях, расчленяются на плоские фермы, которые рассчитываются в предположении шарнирного соединения стержней между собой; при рассмотрении некоторых секций опор как пространственных конструкций сочленение стержней по-прежнему считается шарнирным. Такая расчетная гипотеза дает возможность определять усилия достаточно точно. При расчете стержней на продольный изгиб по усилиям, определяемым в статическом расчете, предположение шарнирного соединения стержней становится уже неприемлемым, так как в этом случае действительные условия закрепления концов стержней, особенно в сварных конструкциях, сильно изменяют работу стержня. Другим обстоятельством, влияющим на действительную работу стержней на продольный изгиб, является то, что конструкции опор, как правило, состоят из одиночных уголков, оси которых не совпадают с плоскостями закреплений.
В конструкциях пространственных ферм прямоугольного сечения с треугольной решёткой, характерной для опор линий электропередачи, несмещаемость поясов в узлах обеспечивается только в одной плоскости, в которой лежат раскосы, сходящиеся в данном узле; в перпендикулярной плоскости смещение пояса при принятой гипотезе шарнирных соединений стержней в узлах не ограничивается. При этом несмещаемость смежных узлов одного пояса обеспечивается во взаимно перпендикулярных направлениях.
Рис. 6-8. К расчету поясов при различных схемах решеток
В расчетах опор, выполнявшихся до 1958 г., эта специфика работы стержней не учитывалась, ввиду чего сечения части стержней получались завышенными, а части — недостаточными. Особенности работы сжатых стержней в пространственных сварных конструкциях опор линий электропередачи за последнее, время были изучены в лабораториях ЛИСИ и ЦНИИСК. На основании этих работ ЦНИИСК совместно с институтом «Теплоэлектропроект» разработал метод расчета сжатых стержней в сварных конструкциях опор, отражающий действительную работу этих конструкций. Усилия в стержнях опор определяются обычными методами, предполагающими шарнирное их сопряжение. Элементы поясов опор рассчитываются по формулам:
при растяжении или сжатии
(6-25)
при продольном изгибе
(6-26)
где т — коэффициент условий работы поясов, учитывающий неодинаковые условия их работы в конструкции.
Для сжатых поясов верхних и средних секций свободностоящих опор, а также для сжатых поясов стоек опор на оттяжках коэффициент условий работы принимается равным единице. Для сжатых поясов нижних секций в первых двух панелях от опорного башмака коэффициент условий работы сварных опор принимается равным 0,95, а болтовых 0,9.
Коэффициент условий работы растянутых поясов с проколотыми дырами принимается равным 9.
В конструкциях четырехгранных болтовых опор из прокатных равнобоких уголков с креплением раскосов на одном болте и несовмещенными узлами гибкость пояса определяется по формуле (6-28), причем коэффициент μп принимается равным 1,14 независимо от отношения жесткостей на единицу длины раскосов и поясов.
При выполнении конструкций четырех- и трехгранных опор с поясами из открытого профиля с одной осью симметрии, но с иным соотношением главных моментов инерции, чем в прокатном уголке (например, из гнутого профиля с углом 60°), и при несовмещенных узлах гибкость поясов определяется по формулам [76]: при сварных узлах и болтовых конструкциях с креплением раскосов двумя болтами
(6-29)
при креплении раскосов одним болтом
(6-30) где μ — коэффициент, определяемый по табл. 6-8 в зависимости от соотношения главных моментов инерции поперечного сечения пояса.
Таблица 6-8
Значения коэффициента μ для поясов открытого профиля
На работу сжатого стержня решетки также оказывает влияние ряд обстоятельств, к которым относятся в первую очередь условия закрепления концов. Отсутствие смещения узлов, в которых раскосы соединяются с поясами, а также повышение их жесткости оказывают положительное влияние на работу раскосов. Опыты и точные расчеты, выполненные ЦНИИСК, показали, что несущая способность раскосов в системах с несмещаемыми узлами на 20—25% выше, чем в системах с упруго смещаемыми узлами, какой, например, является треугольная решетка. Значительное повышение несущей способности решетки при несмещаемых узлах отмечено также в [77].
На несущую способность раскосов оказывает влияние и жесткость узлов; наличие распорок, характерных, например, для раскосной решетки, увеличивает несущую способность раскоса по сравнению с решетками, не имеющими поперечных элементов, даже при одинаковых условиях несмещаемости узлов. Еще большее повышение несущей способности дает наличие нулевых стержней между узлами. В целях упрощения в предлагаемой ниже методике ЦНИИСК практические расчеты всех раскосов независимо от характера их закрепления рекомендуется производить, пользуясь одной формулой. Неодинаковые условия работы раскосов в системах различных решеток учитываются коэффициентом условий работы т, а различные условия закрепления концов — приведенной гибкостью стержня раскоса λρ. Формулы для расчета стержней решетки: при растяжении и сжатии
(6-31)
при продольном изгибе
Если точка пересечения раскосов не может перемещаться из плоскости грани, например при установке диафрагмы, то величина l°р принимается равной расстоянию между соседними узлами, т. е. lр.
Рис. 6-9. К расчету раскосов. Схемы решеток
Таблица 6-11
Значения для сжатых раскосов перекрестной решетки в фермах опор с параллельными поясами
Примечание. Величина lр принимается в соответствии с рис. 6-9, б и в.
Предельные гибкости стержней опор
Исходя из условий ограничения деформаций стержней и обеспечения минимальной жесткости узлов гибкости стержней решетчатых стальных конструкций ограничиваются нормами в определенных пределах. Для стальных опор линий электропередачи предельные гибкости стержней приведены в табл. 6-14.
В конструкциях опор линий электропередачи в ряде случаев во избежание применения излишних фасонок стержни решетки центрируются не на центр тяжести пояса, а на обушок. Как показали проведенные ЦНИИСК исследования, влияние эксцентриситета в пространственных конструкциях из одиночных уголков при центрировании решетки на обушок можно не учитывать в следующих случаях:
а) при расчете на совместное действие поперечных сил и крутящего момента в аварийных режимах работы;
б) при расчете на поперечную нагрузку в нормальном режиме (без учета кручения), если усилия в раскосах составляют не более 15% величины усилия в поясе от той же нагрузки.
Во всех остальных случаях при центрировании решетки на обушок поясов усилия в поясах и раскосах, полученные в статическом расчете, нужно увеличивать путем умножения на коэффициент α, значения которого приведены в табл. 6-15.
Таблица 6-15
Значения коэффициентов α
Отношение усилия в раскосе к усилию в поясе, % | До 15 | 30 | 40 | 50 |
Коэффициент α ... | 1,00 | 1,02 | 1,04 | 1,07 |
Примечание. Промежуточные значения α определяются путем интерполяции.
