Большинство промежуточных опор на воздушных линиях электропере­дачи (ВЛ) 35 кВ и выше в Республике Беларусь выполнены железобетонными.

На опоры действуют вертикальные нагрузки от веса проводов, тросов, гирлянд изоляторов, гололеда, а также горизонтальные ветровые нагрузки (как на опору, так и на провода и тросы). В результате действия горизон­тальных нагрузок железобетонные стойки опор ВЛ прогибаются, что при­водит к смещению точек приложения вертикальных нагрузок и появлению дополнительного изгибающего момента (рис. 1):

(1) (1)

Применительно к рис. 1 имеем

(2)

где - вертикальная нагрузка, приложенная на отметке h_i, даН ( - от веса троса (при нали­чии гололеда - от веса троса, покрытого гололедом)); - от веса провода с изоляцией, при наличии гололеда - от веса провода, покрытого гололедом; - собственный вес опоры; -высоты под­веса троса, верхнего и нижних проводов, расположения цен­тра тяжести опоры над уров­нем земли; - проги­бы стойки соответственно на уровнях подвеса троса, верхне­го и нижних проводов, центра тяжести опоры над уровнем земли (на высоте ) (рис. 1).

Расчет железобетонных опор высотой до 10 м (опоры В Л 10 кВ и ниже) производится без определения прогибов опоры,

Рис. 1. Деформированная схема одностоечной железобетонной опоры: 1-1 - расчетное сечение на уровне земли; а₁, а₂, а₃ - длины траверс; - - горизонтальные ветровые расчетные нагрузки на грозозащитный трос, провод, опору; - вертикальные нагрузки от веса троса, провода и опоры и дополнительный изгибающий момент учитывается увеличением изгиба­ющего момента от горизонтальных сил на 10 %.

Суммарный прогиб стойки опоры в рассматриваемом сечении, опреде­ляемый в соответствии с деформированной схемой приложения нагрузок (рис. 1), состоит из прогибов:

• от воздействия горизонтальных сил на трос, провода и конструкцию опоры ();

• вызванных поворотом стойки в грунте ():

(3)

где - прогиб стойки в сечении / от приложения горизонтальной

нагрузки в сечении j.

Расчет прогибов железобетонных стоек выполняется по следующим формулам:

• для конической стойки

(4)

• для цилиндрической стойки:

• (5)

(6)

где - номер рассматриваемого сечения; j - точка приложения нагрузки; - нагрузка, приложенная в точке, — коэффициент, характеризующий соотношение между высотой приложения единичной горизон­тальной силы и высотой расположения рассматриваемого сечения (для ко­нических стоек); - большая из рассматриваемых высот; - меньшая

из рассматриваемых высот; — коэффициент, учитывающий работу стойки до и после появления трещин; - момент, при котором появ­ляются трещины в бетоне; ” - наибольший из изгибающих моментов, действующих на стойку опоры; значение для унифицированных железо­бетонных опор лежит в пределах (0,2-0,7); В₁ ,В₂- жесткость сечения опо­ры на уровне земли и на участке трещины соответственно; оэффициенты, учитывающие изменение размеров сечения и площади по­перечного сечения продольной арматуры по длине стойки опоры (лежат в широких пределах и определяются в зависимости от изменения площади поперечного сечения самой стойки и сечения продольной арматуры по длине стойки); = 0,01 радиан - максимальный допустимый угол поворота стойки в грунте; - высота расположения рассматриваемого сечения.

Значение жесткости определяем следующим образом:

(7)

где - приведенный полярный момент инерции сечения [1]

-

- отношение модулей упругости напряженной и ненапряженной арматуры и модуля упругости бетона

- наружный и внутренний диаметры стойки опоры;

- радиусы расположения напрягаемой и ненапрягаемой арматуры;

, - площадь поперечного сечения напрягаемой и ненапрягаемой стальной арматуры.

Значение жесткости находим по формуле

где - коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона между трещинами ( = 0,85 - для стоек с напряженной арматурой); - момент инерции сечения бетона, имеющего трещину; Ф - коэффициент, зависящий от степени армирования и соотношения модулей упругости арматуры и бетона,

где - площадь поперечного сечения бетона

Величины приведены в табл. 1.

Суммарный изгибающий мо­мент относительно расчетного сечения 1-1, расположенного на уровне земли:

(11)

где - изгибающий момент относительно уровня земли от внешних нагрузок ,

(12)

где - вес гирлянды изоляторов.

Большой диапазон изменения коэффициентов и сложность вычислений по выражениям (4), (5) делают расчет прогибов весьма трудоемким процессом. Для упрощения выполнения вычислений при определении нагрузок на опоры и прогибов стоек нами разработана программа для персо­нальной ЭВМ в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 2.

Таблица 1

Зависимость коэффициента Ф от степени армирования и соотношения модулей упругости арматуры и бетона

Рис. 2. Алгоритм расчета прогибов стоек железобетонных опор

В соответствии с алгоритмом расчета выполняются следующие операции.

1. Вводятся типы опоры и стойки, количество цепей и марки проводов и троса.

2. Задаются расчетно-климатические условия (РКУ). К ним относятся скоростной напор ветра, толщина стенки гололеда, максимальная, мини­мальная и среднегодовая температуры.

3. Производится расчет горизонтальных и вертикальных расчетных нагрузок на стойку опоры в зависимости от типа опоры и РКУ.

4. Определяется изгибающий момент относительно уровня земли

по выражению (12).

5. Определяются значения суммарных прогибов стойки на i-й отметке по выражениям (4)-(6).

6. Находится дополнительный изгибающий момент от вертикальных сил , возникающих из-за прогибов стойки опоры по формуле (1).

7. Определяется значение суммарного изгибающего момента относи­тельно уровня земли по формуле (11).

8. Находится значение коэффициента определяющего увеличение изгибающего момента относительно уровня земли из-за дополнительного изгибающего момента , вызванного эксцентриситетом приложения вертикальных нагрузок.

Программа позволяет произвести расчет прогибов стоек как одно-, так и двуцепных ВЛ.

Результаты расчета значений коэффициента K_оп для унифицированных железобетонных стоек различных типов опор в зависимости от толщины стенки гололеда b в местности, где проектируется воздушная линия элек­тропередачи, приведены в табл. 2 и на рис. 3.

Таблица 2

Значения K_оп для унифицированных стоек железобетонных опор воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше

Рис. 3. Зависимость коэффициента увеличения изгибающего момента от эксцентриситета вертикальных сил железобетонных цилиндрических и конических стоек опор воздушных линий электропередачи в зависимости от толщины стенки гололеда 1 – стойка типа СК; 2 - то же типа СЦ

ВЫВОДЫ

1. Суммарный изгибающий момент относительно уровня земли из-за прогиба железобетонных унифицированных конических стоек увеличивается в 1,012-1,129 раза, а цилиндрических - в 1,0015-1,0128 раза при нормативной толщине стенки гололеда 5 и 20 мм.

2. Полученные значения коэффициента к_оп позволяют оценить увеличе­ние изгибающего момента унифицированных железобетонных стоек опор из-за смещения вертикальных нагрузок без предварительного трудоемкого расчета прогибов в рассматриваемых сечениях

Докт. техн. наук, проф. КОРОТКЕВИЧ М. А., магистр МЛЫНЧИК М. И.

Источник информации: http://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/1496/11-16.pdf?sequence=1

09.04.2018