Как рассчитать нагрузку на опору

ПРИЛОЖЕНИЕ 8* (Рекомендуемое)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ОПОРЫ ТРУБ

1. Вертикальную нормативную нагрузку на опору труб F_vН, следует определять по формуле

П р и м е ч а н и я. Пружинные опоры и подвески паропроводов D_у і 400 мм в местах, доступных для обслуживания допускается рассчитывать на вертикальную нагрузку без учета веса воды при гидравлическом испытании, предусматривая для этого специальные приспособления для нагрузки опор во время испытания.

2. При размещении опоры в узлах трубопроводов должен дополнительно учитываться вес запорной и дренажной арматуры, компенсаторов, а также вес трубопроводов на прилегающих участках ответвлений, приходящихся на данную опору.

3. Схема нагрузок па опору приведена на чертеже.

G_h — вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии, включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды для водяных и конденсатных сетей (вес воды в паропроводах не учитывается), Н/м.

Таблица 1 Коэффициенты трения

Тип опор	Коэффициент трения (сталь по стали)
	m _x	m _у
Скользящая
Примечание. При применении фторопластовых прокладок под скользящие опоры коэффициенты трения принимаются равными 0,1

При известной длине тяги коэффициент трения для жесткой подвески следует определять по формуле

(4)

где D l — тепловое удлинение участка трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора, мм;

4. При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору труб следует учитывать:

4.1. Силы трения в подвижных опорах труб Н, определяемые по формуле

(5)

где m — коэффициент трения в подвижных опорах труб;

G_h — вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии (п. 2), Н/м;

L — длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или угла поворота трассы при самокомпенсации, м.

4.2. Силы трения в сальниковых компенсаторах, , Н, определяемые по формулам

(6)

(7)

где Р_p — рабочее давление теплоносителя (п. 7.6), Па, (но не менее 0,5 Ч 10 6 Па);

l_c — длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, м;

d_ec — наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

m _c — коэффициент трения набивки о металл, принимаемый равным 0,15;

n — число болтов компенсатора;

А_c — площадь поперечного сечения набивки сальникового компенсатора, м, определяемая по формуле

(8)

При определении величины N c _f по формуле (6) величину — 4000n/А_с принимают не менее 1 Ч 10 6 Па. В качестве расчетной принимают большую из сил, полученных по формулам (6) и (7).

4.3. Неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов , Н, на участках трубопроводов, имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота или заглушки, определяемые по формуле

(9)

где — площадь поперечного сечения по наружному диаметру патрубка сальникового компенсатора, м 2 ;

Р_р — рабочее давление теплоносителя, Па.

4.4. Распорные усилия сильфонных компенсаторов от внутреннего давления , H, определяемые по формуле

(10)

(11)

где — соответственно наружный и внутренний диаметры гибкого элемента компенсатора, м.

4.5. Жесткость сильфонных компенсаторов , H, определяемая по формуле

(12)

D — компенсирующая способность компенсатора, мм.

4.6. Распорные усилия сильфонных компенсаторов при их установке в сочетании с сальниковыми компенсаторами на смежных участках , Н, определяемые по формуле

(13)

4.7. Силы упругой деформации при гибких компенсаторах и при самокомпенсации, определяемые расчетом труб на компенсацию тепловых удлинений.

4.8. Силы трения трубопроводов при перемещении трубы внутри теплоизоляционной оболочки или силы трения оболочки о грунт при бесканальной прокладке трубопроводов, определяемые по специальным указаниям в зависимости от типа изоляции.

5. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору трубы следует определять:

на концевую опору — как сумму сил, действующих на опору (п. 4);

Примечания: 1. При определении суммарной нагрузки на опоры трубопроводов жесткость сильфонных компенсаторов следует принимать с учетом допускаемых техническими условиями на компенсаторы предельных отклонений величин жесткости.

2. Когда суммы сил, действующих с каждой стороны промежуточной неподвижной опоры, одинаковы, горизонтальная осевая нагрузка на опору определяется как сумма сил, действующих с одной стороны опоры с коэффициентом 0,3.

6. Горизонтальную боковую нагрузку на неподвижную опору трубы следует учитывать при поворотах трассы и от ответвлений трубопроводов.

При двухсторонних ответвлениях трубопроводов боковая нагрузка на опору учитывается от ответвлений с наибольшей нагрузкой.

7. Неподвижные опоры труб должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках.

При кольцевой схеме тепловых сетей должна учитываться возможность движения теплоносителя с любой стороны.

ОТДЕЛ 1.4 ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл., 143903
Тел. (495) 524-82-21, 521-83-70 тел./факс (495) 529-75-19
E-mail: nsis@pojtest.ru

Материалы сборника могут быть использованы только с разрешения ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
© ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ, 2009 Все права защищены

Источник

ПРИЛОЖЕНИЕ К ГЛ. 2.5. УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОПОР, ФУНДАМЕНТОВ И ОСНОВАНИЙ ВЛ

Общие положения. Сочетания нагрузок

1. Конструкции опор, фундаментов и оснований ВЛ должны проектироваться в соответствии со СНиП Госстроя России с учетом настоящих Указаний, составленных применительно к расчету по методу предельных состояний и отражающих особенности проектирования конструкций ВЛ.

2. Опоры, фундаменты и основания ВЛ должны рассчитываться на нагрузку от собственного вeca и ветровую нагрузку на конструкции, на нагрузки oт проводов, тросов и оборудования ВЛ, а также на нагрузки, обусловленные принятым способом монтажа, на нагрузки oт веса монтера и монтажных приспособлений. Опоры, фундаменты и основания должны рассчитываться также на нагрузки и воздействия, которые мoгут действовать в конкретных условиях, например давление воды, давление льда, размывающее действие воды, давление грунта и т.п., которые принимаются и соответствии с указаниями СНиП Госстроя России или других нормативных документов.

3. Основными характеристиками нагрузок и воздействий являются их нормативные значения, которые устанавливаются в соответствии с требованиями 2.5.88-2.5.95 и п.5-8 настоящего приложения, а для нагрузок, не регламентированных указанными требованиями, в соответствии со СНиП 2.01.07-85 Госстроя России и другими нормативными документами, утвержденными или согласованными Госстроем России.

4. Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону oт их нормативных значений вследствие изменчивости нагрузок или отступлений oт условий нормальной эксплуатации учитывается коэффициентом перегрузки .

Расчет опор, фундаментов и их элементов на выносливость и по деформациям производится на нормативные нагрузки. Расчет оснований по деформациям производится на нормативные нагрузки, вычисленные без учета динамического воздействия порывов ветра на конструкцию опоры (см. п. 13).

6. В зависимости от продолжительности действия нагрузок они подразделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса строительных конструкций, проводов, тросов и оборудования ВЛ, oт тяжения проводов и тросов при среднегодовой температуре и отсутствии ветра и гололеда, от веca и давления грунтов, oт давления воды на фундаменты в руслах рек, а также от воздействия предварительного напряжения конструкций.

К длительным нагрузкам относятся нагрузки, создаваемые воздействием неравномерных деформаций оснований, не сопровождающихся изменением структуры грунта, а также воздействием усадки и ползучести бетона.

К кратковременным нагрузкам относятся нагрузки от давления ветра на опоры, провода и тросы, oт веса гололеда на проводах и тросах, от дополнительного тяжения проводов и тросов сверх их значений при среднегодовой температуре; от давления воды на опоры и фундаменты в поймах рек и от давления льда, нагрузки, возникающие при изготовлении и перевозке конструкций, а также при монтаже конструкций, проводов и тросов.

К особым нагрузкам относятся нагрузки, возникающие при обрыве проводов и тросов, а также при сейсмических воздействиях.

Сочетания климатических и других факторов в различных режимах работы конструкции ВЛ (наличие ветра, гололеда, значение температуры, количество оборванных проводов или тросов и пр.) определяются в соответствии с требованиями 2.5.34-2.5.36, 2.5.88-2.5.95.

Конструкции опор и фундаментов ВЛ должны также рассчитываться:

железобетонные опоры: по образованию трещин на действие нормативных постоянных нагрузок (весовых и oт тяжения проводов и тросов при среднегодовой температуре при отсутствии ветра и гололеда); по раскрытию трещин в нормальных режимах на действие нормативных постоянных нагрузок и сниженных на 10% кратковременных нормативных нагрузок;

деревянные опоры: по прочности на действие постоянных нагрузок;

железобетонные фундаменты: по раскрытию трещин в нормальных режимах на действие нормативных постоянных нагрузок и сниженных на 10% кратковременных нормативных нагрузок.

9. При расчете опор, фундаментов и оснований ВЛ по прочности и устойчивости (первая группа предельных состояний) в аварийных режимах и при сейсмических воздействиях расчетные нагрузки от веса гололеда, ветровые нагрузки на опоры, провода и тросы и от тяжения проводов и тросов умножаются на коэффициенты сочетаний:

Нормативные нагрузки

10. Нормативные вертикальные нагрузки , даН, от веса проводов и тросов определяются по формуле

где — нормативный вес провода или троса длиной 1 м, который принимается численно равным массе, кг, указанной в ГОСТ или технических условиях; — весовой пролет, м.

При определении нагрузок от веса проводов и тросов для промежуточных опор, не отнесенных к конкретным условиям их установки (типовые, унифицированные опоры и т. п.), длину весового пролета рекомендуется принимать равной 1,25 длины габаритного пролета.

При определении нагрузок от веса проводов и тросов для расчета конструкций фундаментов промежуточных опор, не привязанных к конкретным условиям их установки, анкерных болтов на растяжение, оснований на вырывание и других элементов, условия работы которых утяжеляются при уменьшении весовой нагрузки от проводов и тросов, длину весового пролета рекомендуется принимать равной 0,75 длины габаритного пролета.

11. Нормативные вертикальные нагрузки , даН, от веса гололеда на проводах и тросах определяются по формуле

где — нормативный вес гололедных отложений на 1 м провода или тpoca, который принимается численно равным массе, кг, определяемой в соответствии с 2.5.22, 2.5.31 и 2.5.32.

12. Нормативная вертикальная нагрузка , даН/м, отвеса гололеда, образующегося на конструкциях опор, определяется но формуле

При высоте расположения приведенного центра тяжести проводов до 25 м гололедные отложения на конструкциях опор не учитываются.

13. Нормативная ветровая нагрузка на конструкции опор BЛ определяется как сумма статической и динамической составляющих.

Динамическая составляющая ветровой нагрузки на опоры учитывается при любых значениях периода собственных колебаний конструкции.

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки при направлении ветра, перпендикулярном продольной оси элемента или плоскости фермы, , даН, определяется по формуле

Определение ветровой нагрузки при других направлениях ветрового потока принимается по справочным и экспериментальным данным.

Для опор высотой до 50 м значение динамической составляющей ветровой нагрузки допускается принимать:

для свободностоящих одностоечных стальных опор *

для свободностоящих портальных опор *

* Текст приведен в соответствии с оригиналом. Примечание «Кодекс».

для стальных и железобетонных опор с оттяжками при шарнирном креплении к фундаментам .

Нормативное значение динамической составляющей ветровой нагрузки для свободностоящих опор высотой более 50 м определяется в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85.

При расчете свободностоящих железобетонных опор динамическая составляющая ветровой нагрузки не учитывается, если изгибающий момент со статической составляющей ветровой нагрузки на конструкцию опоры составляет не более 20% суммарного момента от воздействия ветровых нагрузок на опору, провода и грозозащитные тросы.

В расчетах деревянных опор динамическая составляющая не учитывается.

14. Нормативная ветровая нагрузка на провода и тросы, воспринимаемая опорами, определяется по формуле, указанной в 2.5.30. При этом площадь диаметрального сечения провода или троса определяется при длине, равной длине ветрового пролета.

При проектировании промежуточных опор и фундаментов, не привязанных к конкретным условиям их установки (типовых, унифицированных и т. п.), длину ветрового пролета рекомендуется принимать равной длине габаритного пролета.

Расчетные нагрузки и коэффициенты перегрузки

15. Расчетные нагрузки определяются умножением нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки с учетом указаний п. 5 и 9.

При расчете конструкций опор, фундаментов и оснований по первой группе предельных состояний (на прочность и устойчивость) коэффициенты перегрузки должны приниматься по таблице.

При расчете опор, фундаментов и оснований в монтажных режимах на все виды нагрузок вводится единый коэффициент перегрузки = 1,1, за исключением нагрузок от массы монтера и монтажных приспособлений, для которых коэффициент пepeгpyзки принимается равным 1,3.

16. Новые типы массовых опор и фундаментов подлежат проверке испытанием опытных образцов.

Коэффициенты перегрузки

От собственного веса строительных конструкций, проводов, тросов и оборудования ВЛ

От веса гололеда на проводах и тросах

От веса гололеда на конструкции опоры

Ветровая на конструкции опор:

при отсутствии гололеда на проводах и тросах

при наличии гололеда на проводах и тросах

Ветровая на провода и тросы:

свободные от гололеда

Горизонтальные нагрузки от тяжения проводов и тросов, свободных от гололеда или покрытых гололедом

От веса монтеров и монтажных приспособлений

* Значение, указанное в скобках, должно приниматься в случае, когда уменьшение вертикальной постоянной нагрузки ухудшает условия работы конструкции (например, при расчете анкерных болтов, фундаментов и оснований при выдергивании).

** Значение, указанное в скобках, принимается в случае учета гололедных отложений на конструкциях опор.

*** Значение, указанное в скобках, принимается для проводов с креплением на штыревых изоляторах.

Источник

Расчет нагрузок на опору от подвеса ВОК

Оптический кабель, как правило, является дополнительным элементом ВЛ. При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на этапе проектирования ВЛ, а также при выборе и расчете фундаментов или закреплений в грунте. Если в проектной документации не провести расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорогостоящему восстановительному ремонту.

В связи с этим при проектировании подвеса ВОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и ВОК с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых опор.

Рис. 1. Упавшая опора ВЛЭП.

До середины 60-х годов в СССР расчет стальных и деревянных опор производился по методу допускаемых напряжений, а расчет железобетонных опор и оснований фундаментов опор из любого материала — по методу разрушающих нагрузок. В настоящее время расчет опор и их оснований производится по новому методу — методу предельных состояний.

Опоры, фундаменты или закрепления в грунте должны быть рассчитаны на сочетания расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний, а также аварийных и монтажных режимов ВЛ по первой группе предельных состояний.

Расчет следует выполнить для каждого типа опоры, фундамента или закрепления в грунте.

При подвесе ОКСН или ОКГТ в межфазном пространстве, если нагрузки от них являются дополнительными, то в проекте должны быть представлены результаты расчетов опор, фундаментов или закреплений в грунте на нагрузки от ОК.

Предельные состояния, по которым производится расчет фундаментов или закреплений в грунте опор ВЛ, подразделяются на две следующие группы:

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной непригодности их в эксплуатации, т. е. к их разрушению любого характера. К этой группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре, т. е. при условиях, которые могут привести к наибольшим изгибающим или крутящим моментам на опоры, наибольшим сжимающим или растягивающим усилиям на опоры и фундаменты.

Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших прогибах опор.

Метод расчета по предельным состояниям имеет целью не допускать, с определенной вероятностью, наступления предельных состояний первой и второй групп при эксплуатации, а также первой группы при строительстве ВЛ.

При разработке проектной документации оформленные результаты расчета нагрузок от ОК на опоры каждого типа должны содержать:

1) Титульный лист с указанием титула и наименования ВЛ; схемы с местом крепления ОК на опоре с размерами; информацию о ПО, в котором рассчитаны нагрузки; при расчете нагрузок без применения программных средств должны быть приведены ссылки на нормативные документы и справочную литературу, в соответствии с которой выполнен расчет; должны быть указаны номер и тип опоры; климатические условия расчета (ветровое давление, толщина стенки гололеда), региональные коэффициенты или коэффициенты перегрузки; схема расположения векторов вертикальной, поперечной и продольной составляющих, из которой однозначно понятно в какой системе координат («провод» или «опора») получены нагрузки; должны быть указаны длины пролетов, смежных с рассчитываемой опорой; типы фазных проводов, ГТ и/или ОКГТ, ОКСН, ОКНН и ОКФП, подвешенных до и после рассчитываемой опоры.

2) Первый лист отчета для промежуточной опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных и аварийных режимов по первой группе предельных состояний.

3) Первый лист отчета для анкерно-угловой опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных, аварийных и монтажных режимов по первой группе предельных состояний.

4) Второй лист отчета для промежуточной, а также анкерно-угловой опоры, должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по второй группе предельных состояний.

Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК

Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации конструкции или сооружения, называются нормативными нагрузками. В расчетах опор и их оснований принимают расчетные нагрузки, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки. Эти коэффициенты определены в зависимости от вероятности превышения нагрузок различных видов и от состояния линии, так называемого режима.

При расчете дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК следует рассматривать следующие режимы работы:

На опору от подвеса на нее ВОК будут действовать 3 типа сил:

Итоговое тяжение кабеля H — это суперпозиция этих сил.

Рис. 2. Дополнительные силы, прикладываемые к промежуточной опоре со стороны оптического кабеля

Рис. 3. Дополнительные силы, прикладываемые к анкерной опоре со стороны оптического кабеля

Алгоритм расчета сводится к следующему: находятся нормативные нагрузки, действующие на опору в рассматриваемом режиме, затем эти нагрузки умножаются на коэффициенты и получаются значения расчетных нагрузок. Расчетные нагрузки от ВОК в сумме с расчетными нагрузками от троса и проводов сравниваются с допустимыми нагрузками для конкретной опоры.

Нормативные нагрузки на опору

Нормативная горизонтальная продольная нагрузка T ищется как проекция тяжения H на горизонтальную продольную ось.

Расчет вертикальной нагрузки на опору в рассматриваемом режиме, обусловленную силой тяжести ВОК и гололеда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчет приведенный в ПУЭ. Следует помнить, что весовая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну если точки подвеса расположены на одной высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на опору от точки закрепления на опоре и до самой нижней точки кривой провеса кабеля.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку, обусловленную воздействием ветра на ВОК P, можно найти не через проекцию тяжения на горизонтальную поперечную ось, а также напрямую. Следует помнить, что ветровая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну.

Рис. 4. Суммарный вектор нагрузки H, направленный вдоль кабеля

Расчетные нагрузки на опору

Расчетные нагрузки рассчитываются путем умножения нормативных нагрузок на следующие коэффициенты.

Горизонтальная поперечная нагрузка P умножается на:

Вертикальная нагрузка G умножается на:

Горизонтальная продольная нагрузка T умножается на:

Момент силы на основание опоры

В расчете момента, действующего на основание опоры, принимаются только горизонтальная поперечная и продольная силы (P и T). Находится их суперпозиция и умножается на высоту подвеса ВОК.

Рис. 5. Момент силы M на основание опоры.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ

Такие нагрузки возникают и требуют расчета в том случае, если ОКГТ больше и тяжелее грозотроса по типовому проекту. В большинстве случаев ОКГТ легче троса, так как ОКГТ производится из стальных проволок, плакированных алюминием и проволок из алюминиевого сплава.

Рис. 6. Схематичное изображение сечения ОКГТ.

Рис. 7. Схематичное изображение сечения ГТК.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКФП

Считаются только в случае, если величины диаметра и веса ОКФП больше, чем у провода на 10% и выше.

Рис. 8. Схематичное изображение сечения ОКФП.

Рис. 9. Схематичное изображение сечения фазного провода.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН

Рис. 10. Для расчета ОКНН используется эквивалентный диаметр ГТК.

Рис. 11. Применение навивочной машины.

Примером расчета нагрузок на опору может служить результат работы в конфигураторе «ВОЛС на ВЛ с ОКСН». Смотрите по ссылке ниже подробный пример расчета с указанием источников нормативной и методологической информации:
https://vols.expert/mountings-calc_files/suspension_tower_loads_20-11-2017_10-14-17.pdf

Конфигуратор предназначен для автоматизации различных этапов проектирования подвесных ВОЛС:

Конфигуратор позволяет выполнить следующие автоматизированные расчеты:

Если вы являетесь инженером-проектировщиком или руководителем проектного отдела строительной организации, занимающейся строительством магистральных ВОЛС и хотели бы повысить свою квалификацию или квалификацию специалистов вашего отдела, рекомендуем вам обучение на курсе «Проектирование ВОЛС». Актуальное расписание ближайших занятий, программу курса и всю информацию по вопросам подачи заявок на обучение вы сможете найти в разделе «Обучение».

Илья Смирнов,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Источник