Конструкции и расчет опор ЛЭП - Ветровая нагрузка на конструкцию опоры

Величина нормативной нагрузки давления ветра на конструкцию опоры определяется по формуле:
Pн=СхqSβ
(1-5), где Сх — аэродинамический коэффициент, определяемый по таблицам, приводимым в СНиП II-А.11 «Нагрузки и воздействия»; q — нормативный скоростной напор, Н/м², определяемый по табл. 1-5 или по скорости ветра, установленной в результате наблюдений; S — площадь проекции конструкции или ее части по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м12; β — коэффициент, учитывающий динамическое воздействие порывов ветра [см. формулу (1-6)].
До последнего времени аэродинамический коэффициент определялся по СНиП II-А.11-62 «Нагрузки и воздействия», 1962 г. К моменту сдачи настоящей книги в печать была разработана новая редакция СНиП II-А.11, в которой способ определения аэродинамических коэффициентов был несколько изменен. Опыта проектирования с новыми значениями аэродинамических коэффициентов до сих пор нет. Поэтому в последующем изложении описывается применяемая в настоящее время методика расчета опор и фундаментов с определением ветровых нагрузок на конструкцию опоры по СНиП II-А.11-62.
Многолетние наблюдения метеостанций СССР позволили собрать данные о скоростях ветра и гололедообразованиях почти для всей территории СССР и составить соответствующие карты климатического районирования [67, 43].

Ветровая нагрузка на поверхность пропорциональна квадрату скорости ветра. При определении ветровых нагрузок в расчетах удобно принимать величину 10v2/16=q, Н/м², называемую скоростным напором.
Значения максимальных скоростей ветра v, м/сек и нормативных скоростных напоров q, наблюдаемых в семи районах СССР на высоте до 15 м над поверхностью земли при повторяемости один раз в 5, 10 и 15 лет, даны в табл. 1-5.

Таблица 1-5
Нормативные скоростные напоры (q, Н/м²) и приближенные скорости ветра ( v , м/сек) для высоты до 15 м над поверхностью земли

Согласно ПУЭ при определении нормативных нагрузок следует принимать наиболее неблагоприятные сочетания климатических условий, наблюдаемые 1 раз в 5 лет для линий напряжением 3 кВ и ниже, 1 раз в 10 лет для линий 6—330 кВ и 1 раз в 15 лет для линий 500 кВ.
Для повторяемости 1 раз в 10 лет и 1 раз в 15 лет в табл. 1-5 даны унифицированные значения скоростных напоров и скоростей ветра.
Скорость ветра возрастает с увеличением высоты, что учитывается поправочными коэффициентами, приведенными в табл. 1-6. При определении ветровых нагрузок на конструкцию опор для отдельных зон высотой не более 15 м величину поправочных коэффициентов следует принимать постоянной, определяя эту величину по высоте средних точек соответствующих зон, отсчитываемой от отметки земли в месте установки опоры. При определении ветровых нагрузок на конструкции стальных опор отдельные зоны, как правило, принимают такими, чтобы они соответствовали секциям опор.
При сочетании ветра и гололеда нормативный скоростной напор принимается равным 0,25 его максимального нормативного значения. При этом в III, IV и особом гололедных районах величина нормативного скоростного напора при гололеде на высоте 0—15 м должна приниматься не менее 140 Н/м², что соответствует скорости ветра 15 м/сек.

В монтажных режимах нормативный скоростной напор принимается равным 62,5 Н/м², что соответствует скорости ветра 10 м/сек, так как выполнение монтажных работ при большей скорости ветра запрещается правилами техники безопасности. Нагрузки монтажного режима определяются при отсутствии гололеда. 
Указания по уточнению максимальных нормативных значений скоростных напоров в застроенной местности и в местах, защищенных от поперечных ветров, а также в местах, открытых для сильных ветров, приводятся в ПУЭ.

Рис. 1-8. График для определения коэффициента динамичности

1. — для металлических опор;
2. — для железобетонных опор .

Динамический коэффициент увеличения скоростного напора
(1-6)
где а — коэффициент, учитывающий наличие на опорах подвижной системы проводов и тросов, имеющей значительную массу; при расчете опор больших переходов, высотой более 40 м, коэффициент а принимается равным 1, а во всех остальных случаях 0,7; ξ — коэффициент динамичности, зависящий от периода собственных колебаний Т и от логарифмического декремента затухания колебаний сооружения, определяется по кривым на рис. 1-8; m — коэффициент пульсации скоростного напора, принимаемый по следующим данным:

Промежуточные значения m определяются линейной интерполяцией.
Период собственных колебаний опор вычисляется по приближенным методам и формулам [70]; имеются программы для вычисления этого периода на ЦВМ. Для нормальных стальных опор высотой до 40 м можно принимать следующие значения коэффициента β (без вычисления периода собственных колебаний): для одностоечных свободностоящих опор — 1,35; для опор на оттяжках—1,45; для свободностоящих портальных опор — 1,40.
Согласно СНиП ΙΙ-Α.11-62 для определения ветровой нагрузки на конструкцию опоры при направлении вeтpa по диагонали

четырехгранной опоры величина нагрузки вычисленная при направлении ветра перпендикулярно грани, умножается на коэффициент φ=1,1 для металлических опор из одиночных элементов и на φ=1,2 для опор из составных элементов. Для разложения в плоскости граней ствола квадратного сечения эту нагрузку следует умножить на cos 45°=0,707, что дает wx=wy=1,10-707 w┴=0,78w┴≈0,80w┴ в обеих гранях опоры.
В наиболее нагруженном поясе ствола усилия от ветровых нагрузок на две перпендикулярные грани складываются и суммарное усилие соответствует 1,6   
В практике проектирования для определения ветровой нагрузки на конструкции опор прямоугольного сечения иногда рекомендуется принимать wх=wу=0,8w┴ определяя значение w┴для грани большей поверхности. Очевидно, что такой нагрузки фактически не может быть и вышеприведенная рекомендация приводит к необоснованному увеличению нагрузок и утяжелению опор; нужно принимать реальные поверхности обеих граней.     .
Следует также отметить, что коэффициенты увеличения скоростного напора по высоте, нормированные ПУЭ и СНиП, а также значения аэродинамических коэффициентов по СНиП П-А.11-62 значительно превышают значения, принимаемые в зарубежной практике проектирования опор линий электропередачи.