1. Расчет сварных швов.
Сварные соединения деталей опор линий электропередачи могут быть следующих типов.
- Соединения стыковые. К ним относятся заводские соединения поясов опор (применяемые при отсутствии на заводе уголков нужной длины), приварка фасонок к поясам, сварка листов и полос и другие соединения. Стыковые соединения применяются также, во фланцевых соединениях поясов между собой, а также используются для крепления вертикальных листов опорного башмака к опорной плите.
- Соединения внахлестку. К этому виду соединений относится основная масса соединений раскосов решетки с поясами, сварные узлы траверс, крепление поясов к вертикальным листам опорного башмака и т. п.
Соединение встык может выполняться непосредственно стыковым швом или угловыми швами. Эскиз соединения стыковым швом дан на рис. 6-10. Прочность стыкового соединения практически не зависит от формы разделки кромок.
При сварке стыковым швом необходимо тщательно заваривать концы швов, так как недовары могут являться очагами концентрации напряжений и способствовать появлению трещин. В ответственных стыковых соединениях, в которых необходимо получить провар по всей ширине соединения, концы швов следует выводить на временно прихваченные планки и затем их срубать.
Расчет прямых сварных швов (рис. 6-10, а) не требуется, если применены электроды, обеспечивающие равнопрочность наплавленного металла с основным, а сами швы выполняются с подваркой корня и выведением шва на подкладки.
Так, при ручной сварке углеродистой стали марки Ст. 3 равнопрочность сжатых сварных швов встык обеспечивается при применении электродов типа Э42 (в случае статических нагрузок и Э42А (в случае подвижных и вибрационных нагрузок), а при ручной сварке низколегированных сталей — электродов Э50А и Э55 с применением обычных способов контроля качества швов.
Прочность металла растянутых швов встык и основного металла принимается одинаковой при дополнительном условии физических способов контроля их качества. Если прочность наплавленного металла шва ниже прочности металла соединяемых элементов и при этом швы не выводятся на подкладки и выполняются без подварки корня, то прочность прямых швов (особенно растянутых) оказывается недостаточной. В этих случаях рекомендуется применять косые швы встык (рис. 6-10, б). Прочность косого шва проверяется при воздействии растягивающих (сжимающих) и срезывающих усилий по формулам:
Высота шва hш принимается равной наименьшей толщине свариваемых элементов или меньшей ее. В опорах линий электропередачи наименьшая высота углового шва равна 4 мм.
Соединение внахлестку выполняется как фланговыми, так и лобовыми швами, в некоторых случаях — заваркой по контуру.
При соединении внахлестку только лобовыми швами их следует предусматривать не менее двух (с двух сторон), причем для уменьшения концентрации напряжений расстояние между ними не рекомендуется принимать менее 5δ.
Раскосы решеток опор линий электропередачи прикрепляются к поясам или фасонкам внахлестку в основном фланговыми швами, поперечные лобовые швы добавляются лишь в исключительных случаях, когда прочность фланговых швов недостаточна. При прикреплении несимметричных элементов, например уголков, фланговыми швами последние следует располагать так, чтобы центр тяжести площади шва совпадал с центром тяжести профиля (рис. 6-12). Для уголка это условие соблюдается, когда шов, наложенный вдоль обушка, составляет примерно 70%, а вдоль пера примерно 30% общей необходимой длины шва.
Рис. 6-13. К расчету сварных швов
Соединение втавр является разновидностью соединения встык и в основном выполняется двумя симметрично расположенными угловыми швами (рис. 6-13, а, б и в), но может быть выполнено стыковым швом с разделкой кромок в том случае, когда по конструктивным условиям соединение нельзя выполнить двусторонним угловым швом и подваркой корня шва (рис. 6-13,г). Такое соединение в конструкциях опор работает на разнообразные силовые воздействия. Соединение втавр, выполненное двумя угловыми швами, при работе на растяжение или сжатие (рис. 6-13, а) рассчитывается по формуле:
Для упрощения расчетов обычно пользуются таблицами расчетных нагрузок на 1 см шва при заданных его высоте hш и конструкции (стыковой или угловой); в этом случае допускаемое усилие в шве равно расчетной нагрузке на 1 см шва, умноженной на его длину.
Расчетные сопротивления сварных швов даны в табл. 2-4.
2. Расчет болтовых соединений.
Болтовые соединения в конструкциях опор линий электропередачи являются основным видом монтажных соединений, выполняемых на трассе линии. В опорах применяются преимущественно соединения с болтами нормальной точности. Соединения с болтами повышенной точности применяются настолько редко, что рассматривать здесь их расчет не представляется необходимым. Болты нормальной точности работают как на срез, так и на растяжение, при этом в промышленных сооружениях, болты в основном работают на растяжения, а в опорах линий электропередачи — на срез. Болтовые соединения могут быть как односрезными, так и двухсрезными; соединения, имеющие более двух срезов, в конструкциях опор встречаются редко.
Болты нормальной точности устанавливаются в отверстия, номинальный диаметр которых для болтов диаметром до 30 мм на 1,5 мм больше номинального диаметра болта. С учетом допусков на изготовление болта и сверловку отверстия разница между фактическими диаметрами болта и, отверстия может доходить до 4 мм.
Работа болтовых соединений без сдвигов, являющихся необратимыми, т. е. работа соединений в упругой области, определяется натяжением болта. Величина начального натяжения болта No прямо пропорциональна моменту закручивания и может быть определена по приближенной формуле
(6-43)
где d — диаметр болта.
При выполнении болтовых соединений следует стремиться к тому, чтобы напряжение при растяжении было не более 170 МПа, поскольку при превышении этого значения могут появиться пластические деформации скручивания.
Для затяжки черных болтов применяются обычные плоские гаечные ключи длиной 20—25 см, которые иногда удлиняются с помощью специальных удлинителей. Так как два рабочих, используя удлинитель, позволяющий увеличить рычаг до 48 см, могут создать давление на рукоятку ключа не более 1000 Н, предварительная затяжка болта м24 может достичь
Напряжение, отнесенное к неослабленному сечению болта, составит:
При полученном значении предварительного натяжения и коэффициенте трения по одной плоскости сдвига, равном 0,4, соединение будет неподвижным при напряжениях условного среза болта
что меньше расчетного сопротивления срезу (см. табл. 2-5).
Следовательно, Неподвижность соединения обеспечивается лишь при некоторой нагрузке, меньшей расчетной; при дальнейшем увеличении нагрузки соединяемые элементы сдвигаются друг относительно друга и болты начинают работать физически на срез. Если в промышленных сооружениях сдвиги в болтовых соединениях могут приводить к нарушению целостности стеновых заполнений и перекрытий, то в опорах линий электропередачи сдвиги в узлах, которые в среднем измеряются величиной разности номинальных диаметров отверстия и болта, вполне допустимы.
где δ∑ — минимальная суммарная толщина листов соединения, сминаемых болтом в одном направлении.
Рис. 6-15. К расчету прикрепления уголка с помощью одного болта
Для того чтобы болт не вырвал край присоединяемого элемента, расстояние от края элемента до центра отверстия (обрез) не должно быть меньше определенной величины. Нормы на проектирование стальных конструкций устанавливают величину обреза по направлению усилия равной 2d и перпендикулярно к направлению усилия равной 1,5 d при кромке, обрезанной автогеном или ножницами, и 1,2 d при прокатной кромке.
При проектировании конструкций опор, собираемых из отдельных стержней на болтах, особенно для одноболтовых соединений, обрез, равный 2d, практически исключает возможность выполнения узлов конструкций опор без приварки фасонок к поясам. Для определения максимальной величины обреза в этом особом случае ЦНИИСК и ЛИСИ проделали опыты, которые показали, что при обрезе, равном 1,25—1,5 d, разрушение уголков происходит вследствие их разрыва в сечении с дырой со стороны пера ослабленной полки, а не вследствие выкалывания по направлению усилия; при меньшем обрезе уголок разрывается в месте наибольшего давления, оказываемого болтом по направлению усилия (рис. 6-15). На основании этих опытов в болтовых конструкциях опор обрез раскосов рекомендуется делать равным 1,25—2,0 d в соответствии с данными табл. 2-5.
Допускаемые величины обрезов и расчетные сопротивления на срез и смятие болтов нормальной и грубой точности даны в табл. 2-5.
