|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы Таблица 1.9. Основные параметры, влияющие па оптимальность решения мачт
* За исключепием случаев, когда пагрузки велики и требуется установка в ярусе 2-3 канатов. В этом случае их рациопальпо разнести по высоте сооружения п > 6.  Рис.1.21. Значения нормальной составляющей ветровой нагрузки на элемент единичной длины нри нормальном действии ветровой нагрузки qo и нод углом q  = g sma
1.3.4. Основные положения расчета. Определение нагрузок на оттяжки. Определение равнодействующей силы на оттяжку мачты от массы, всегда направленной вертикально, и действия ветра, направление которого произвольно, производится по формуле (обозначения и схема - на рис. 1.21 и 1.22): = gk sin * е - 2cosa sine cosQ + sin a, (1.80) где g - эквивалентная масса 1 м длины оттяжек; к = %lg - коэффициент, характеризующий отношение ветровой нагрузки на 1 м длины каната при нормальном к канату направлении ветра 0 к эквивалентной массе 1 м длины каната: О cos 9 = sm а cos ф; sin9 = 1 - sina cos ф. (1.81) ♦у  У Рис. 1.22. Схема суммирования нормальных составляющих от силы тяжести ft, и ветра q нри произвольном ноложении элемента единичной длины В формуле (1.80) учитывается закономерность в изменении воздействия ветра на оттяжку при изменении направления ветра по формуле СНиП 2.01.07-85 [31]: ? = ?oSin2e. (1.82) В практике проектирования предьщущих лет в запас принималось Чп пр = % sine. (1.83) причем формула (1.80) имела вид р„ р = gV sin2 e-2cosa cosB + sina, (1.84) Изменение равнодействующей нагрузки, определенной по СНиП 2.01.07-85, по отношению к ранее действовавшим нормам характеризуется коэффициентом 2 sin 9 - 2Л COS а sin 9 COS 9 + sin ( к^ sin 9-2cosacos9 + sin a (1.85) Значения этого коэффициента при изменении к ж а при ф = О (расчетный случай для оттяжек) приведены на рис. 1.23. Балочные (без учета распора нити) составляющие воздействия ветра и массы нитей на ствол при полярно симметрично расположенных в плане оттяжках и равенстве их сечений могут быть определены (рис. 1.24) следующим образом: а) направление горизонтальной составляющей, действующей на ствол от действия ветра на оттяжки, совпадает с направлением ветра {Х= 0);  0 0,1 0,5 Рис. 1.23. Изменение коэффициента т| = PnjPn в зависимости от угла наклона оттяжки к вертикали а и К= qf,/g
Рис.1.24. Обозначения для определения балочных составляющих усилий ветровой пагрузки па оттяжки б) суммарное усилие (балочное) на ствол от действия ветра на оттяжки не зависит от их расположения по отношению к направлению ветрового потока щ и коэффициента к, а зависит лишь от числа тросов п, угла их наклона к вертикальной оси а при закономерности: 1 + cos а (1.86) в) суммарная вертикальная составляющая пе зависит от угла и Л и является лишь функцией угла наклона оттяжек а; Z = -(1 + cosa). (1.87) В зависимости от числа ярусов оттяжек и, числа оттяжек в каждом ярусе т, способа закрепления ствола к фундаменту (шарнирное, жесткое, упругое), а также от направления действия горизонтальных сил по отношению к расположению оттяжек (произвольное, симметричное) число неизвестных, которыми являются усилия в оттяжках и смещение узлов в горизонтальной плоскости (по координатам х и у) при симметричном расположении оттяжек и симметричном паправлепии горизоптальпых сил, может быть определено по табл. 1.10. Таблица 1.10. Число неизвестных при расчете мачт
в общем случае для определения неизвестных используются: а) уравнения статики, устанавливающие равновесие узлов по координатам хну (рис. 1.25), 2й уравнений вида X J = X-i- + Qyi = (l.g 6) уравнения общности деформации точек крепления оттяжек данного яруса к стволу мачты - тп уравнений вида (1.89) где aj; = а - Аа. в) уравнения неразрывности упругой линии верхнего в и нижнего н участков ствола в рассматриваемой к-й точке крепления оттяжек, всего 2п уравнений вида Фй.и.х = <к,в,х, <к,н,у = (?к,в,г (1-90) Индексы хну указывают, что углы поворота находятся соответственно в плоскости XZ шш yz (z - вертикальная ось).    Рис.1.25. Обозначения изгибающих моментов и неремещений в мачте а - общий случай расположения оттяжек в узле; б - симметричное расноложение оттяжек Число уравнений различного вида, необходимых для нахождения неизвестных, приведено в табл. 1.11. Число оттяжек в каждом ярусе Таблица 1.11. Число и вид уравнений при расчете мачт
Обычно горизоптальпые силы действуют примерно в одной плоскости, и тогда число уравнений уменьшается в 2 раза. Уравнение = О может быть записано в следующем развернутом виде (обозначения смотри па рис. 1.25): 1 1 - + - Mii - - -i + У1 ~yi+i ~,- +--+-. -+ -r~ ~j- ~ ~ (1.91) a уравнение <,н,х = (?к,в,х 4 cos а 6EJi 4( ,) + 4±4( i] /i i+l 1 1 - + - + У1+1 -х\щ) + -1х{щ^1)+ (1.92) ?,EJi > 6EJii > Функции Ф( ), \/( ) и x{u) учитывают влияние нормальной силы па угол поворота рассматриваемой опоры (табл. 1.12): Ф(и) - от действия момента, приложенного у противоположной опоры; \/(и) - от действия момента, приложенного у рассматриваемой опоры; х{и) - от действия поперечной силы, в зависимости от характеристики, где и = 1 2\EJ Выражение этих функций следующее: (1.93) Фи = - и 1 1 sin 2и 2и 1 2и tg2K (1.94) Численные зпачепия этих коэффициентов могут бьггь взяты из таблиц, приведенных в работе С.П.Тимошенко [33]. Таблица 1.12. Влияние нормальных сил на угол поворота Углы поворота ф па левой опоре однопролетной балки при отсутствии осевой нормальной силы наличии осевой нормальной силы Ml . 6 & А М м В m 111111 Ml., , JV -Ф(и) i- Ml, , N в в формуле (1.91) значение Hj соответствует значению Х-г шф т.е. равно действующей реакции канатов на ствол мачты. Из уравнений (1.91) и (1.92) значения Мну могут бьггь определены при условии, что известно значение Hj, которое выражается через функции перемещения данной опоры и ее жесткости v,-. При заданньгх значениях V,- эта система уравнений позволяет найти искомые неизвестные. После решения системы уравнений необходимо проверить правильность принятьгх предпосьшок по формуле (1.95). Должно осуществляться равенство Hj = Fj sinaXOi со8ф,- = У1+У (1.95) Положением точек у,- и yj+i на кривой 1 (рис. 1.26) задаются, а значение yj получают. Если правая и левая часть уравнения (1.95) отличается более чем на 5%, то задаются новым положением точек на кривой 1 (вместо /, / - 1 - некоторые точки к н к - I), н вновь решают упомянутую систему уравнений. При ручном расчете для каждого яруса оттяжек строится кривая зависимости между Нну (кривая 1 на рис. 1.26) в предположении, что нагрузка от веса и ветра на оттяжки постоянна и соответствует принятому наихудшему загружению. Таким образом можно учесть перераспределение усилий в неразрезном стволе, сохраняя неизменными воздействия на оттяжки. В этой кривой характерны точки: 1 Нд = -Н^тр, в которой ствол мачты наклоняется в направлении, обратном воздействию ветра (см. рис. 1.266); точка 2 - у = О, в которой при заданньгх соотношениях Qmukc и Qmuw действующих на подветренную и заветренную оттяжки, Н2 обеспечивает нулевое положение ствола. Пересечение кривой 7 и 2дает истинное значение Нну при заданной скорости ветра. Кривая 2 характеризует фактическое изменение усилия и прогиба в системе (при точном решении) при непрерывном возрастании ветра и сохранении закономерности в эпюре скоростного напора. Метод ноньггок дает возможность приблизиться к истинному значению Н н у. Па рис. 1.26 показано: первая попьггка - точки i к i - 1 далеки от точки 3; вторая попытка - точки к к к - 1 приблизились к точке 3. Оптимизация, заключающаяся в первую очередь в уменьшении М и N, производится изменением начальньгх параметров Oq, иногда а и F оттяжек, и IFjCj -ствола и требует повторных расчетов. Рис.1.26. Зависимость усилия в канате и прогиба оття-жечпого узла У (а); возможное положепие оттяжечпого узла при действии ветра (б, в, г) 1 - секция (между точками i-1 и i); 2 - зависимость при постепеппом измепепии воздействий ветра от О до макс; 3 - зависимость при постоянном воздействии ветра, по при измепепии У   Чтобы уменьшить трудоемкость расчета при подборе оптимальных параметров, используется метод заданных эпюр моментов, заключающийся в том, что для ствола мачты задаются эпюрой моментов и в соответствии с пей определяют опорные реакции и упругую линию ствола мачты; затем задаются значением прогиба одного из узлов креплепия оттяжек и в соответствии с ним и упругой линией определяют прогибы во всех других оттяжечпых узлах. Зная смещение узла у,- и зпачепие опорной реакции Hj, находят раздельно для каждого яруса оттяжек площади сечепия канатов: -, при этом о/ с <- (1.96) где Oв^, - временное сопротивление каната (разрывное усилие каната в целом, деленное па площадь поперечного сечепия), у„ - коэффициент надежности по материалу (у„ = 1,6); - коэффициент условий работы (как правило, припимается равным 0,8). Затем из выражения (1.89) находят зпачепие Oq, удовлетворяющее заданному значению Н, и о,- = о^окс- При назначении эпюры моментов необходимо учитывать схему мачты. Па рис. 1.27 указаны два наиболее часто встречающихся случая: а) равномерное распределение пагрузки по высоте мачты при размере копсоли пе более половины пролета и то же, при большой копсоли. Этот случай весьма часто встречается в мачтах для поддержания телевизионных аптепп. Если по конструктивным соображениям целесообразно сечепия в пролете и па опорах мачты делать одинаковыми, то Моп = М„р. (1.97) Следует иметь в виду, что, исходя из равенства пулю положительной и отрицательной части эпюры моментов, в пролете при равномерном приложении впешпей поперечной пагрузки М„ = 2М„р \Mdl = Q. (1.98) При заделке мачт в основании следует принимать момент 2 afi Mo>JMea,=. (1.99) Расчет ствола в плоскости действия момента проводится по деформированной схеме, и поэтому проверки на общую устойчивость в плоскости действия момента не требуется. Устойчивость элементов решетчатого ствола в пределах панели и местную устойчивость сплошностен-чатого ствола мачты проверяют в соответствии со СНиП П-23-81*. Общая потеря устойчивости при действии сил собственного веса с обледенением, изменении начального натяжения оттяжек и понижении температуры воздуха наиболее вероятна в направлении, не совпадающем с плоскостью действия момента. При трех оттяжках в плане наиболее вероятна потеря устойчивости при ветре на оттяжку, когда натяжение в боковьгх оттяжках ослаблено. Для отыскания параметров, при которых будут удовлетворены требования по сохранению установленного коэффициента запаса устойчивости Ку (табл. 1.13), используют следующий прием: а) находят значение одной или обеих характеристик жесткости Ffsi (и соответственно V,) и EJi при Ni=NiKy, (1.100)  Рис. 1.27. Особеиности в назначении заданньгх энюр моментов в мачтах а, 6 - нри соответственно малых и больших размерах консоли но сравнению с пролетом Жп; = mojFgi cos а,к. (1.101) где к„др 1,1 - коэффициент, характеризующий изменение нормальной силы с ростом смещения опоры; Оо, - предварительное напряжение ъ i-м узле оттяжек; б) значения нормальных сил не изменяют: Ж, =Жо,., (1.102) но одну или обе характеристики изменяют <iFomi = OiFomi>y = VjKy, n r 1 . EFi cos2 a,- cos2 ф^- EJi = EJQiK (1.103) (1.104) (1.105) приравнивая определитель D, составленный из коэффициентов при неизвестньгх в системе линейньгх уравнений (1.106) и (1.107), нулю, находят необходимые для обеспечения принятого коэффициента устойчивости Ку зпачепия а^ц, Fg i или или обе характеристики одновременно: + м 1 1 h lux Mux lux yt-x -r- + У1 Ni Ni,i h lux (1.106) -Уих^-1У1=о; Mux{ui) + Mi Мщ] + Миих] Ji + X 4-Х + yi+x = Q. (1.107) Ji h+x Таблица 1.13. Зпачепие коэффициентов запаса устойчивости
Кроме выполнения общих требований, необходимо вьщержать следующее условие для каждого пролета мачты: NiKy < :\-ii) (1.108) где ц - коэффициент приведения длины; для средних пролетов мачты и нижнего пролета при заделке ствола в основании ц = 1, для нижнего при шарнирном опирапии и верхнего во всех случаях ц = 1,4. 1.3.5. Расчет мачт при помощи ПЭВМ. Приведеппые в предыдущих пунктах методы расчета мачт и оттяжек практического примепепия в настоящее время пе находят. Расчет мачт производится с использованием пакета программ статического и динамического расчета мачт па оттяжках СУДМ для ПЭВМ типа IBM PC. Эта программа позволяет: а) производить сбор нагрузок: весовых, гололедных, ветровых в соответствии с разделами 6 и 7 [31]; б) проверять устойчивость мачты в монтажном состоянии; в) производить расчет мачты па сочетание следующих нагрузок: собственный вес сооружения, тяжепие в оттяжках, статическая составляющая ветровой пагрузки, соответствующая температура окружающего воздуха. При этом азимутальное паправлепие ветрового воздействия по отношению к мачте может быть любым. Для мачт с тремя оттяжками в плапе расчет, как правило, ведется па три направления ветра: па оттяжку, по биссектрисе угла между оттяжками, перпендикулярно одной из оттяжек. Для мачт с четырьмя оттяжками в плапе расчет, как правило, ведется па два направления ветрового воздействия: па оттяжку и по биссектрисе угла между оттяжками; г) оценивать устойчивость равновесия для всех вариантов нагружения и определять коэффициенты запаса и формы потери устойчивости; д) определять частоты собственных колебаний ствола мачты для монтажного состояния и всех видов нагружении, а также формы собственных колебаний; е) определять динамические добавки от пульсационной составляющей ветрового потока в соответствии с п. 6.7 [31] и производить расчет мачты на эти нагрузки. В результате расчетов определяются: - усилия (моменты, нормальные и поперечные силы) в стволе мачты (как в стержне эквивалентной жесткости) минимально в четырех точках между двумя смежными ярусами оттяжек по высоте и двух точках на консоли; - смещения и углы поворота; - суммы и разности усилий от статической и пульсационной динамических добавок составляющих ветрового воздействия; - усилия в оттяжках; усилия в анкерном и лацменных узлах оттяжек, углы между касательной к оттяжке и хордой в этих узлах; проекции натяжения оттяжек в этих узлах на оси координат. Расчет оттяжек производится с использованием программы Нить для ПЭВМ типа IBM PC. Эта программа позволяет определить длину и вес оттяжек, стрелку прогиба, углы наклона оттяжек в точках присоединения к анкерным фундаментам, усилия в оттяжках и изменение этих величин под влиянием температуры в диапазоне температур -40°С + +40°С от среднегодовой температуры. Все эти сведения используются при проектировании антенно-мачтовьгх сооружений и при контроле за техническим состоянием оттяжек в процессе дальнейшей эксплуатации. 1.3.6. Конструктивные решения мачт. Конструктивное решение ствола мачты зависит от назначения сооружения, размещаемого на нем технологического оборудования, климатических нагрузок в районе расположения сооружения и целого ряда других факторов. Стволы мачт выполняют решетчатой конструкции в виде четырех- или трехгранной призмы с поясами в местах пересечения граней и с элементами решетки (распорки, раскосы) в плоскости граней, или в виде цилиндрической оболочки. База ствола* (генеральный размер поперечного сечения) зависит, в основном, от высоты мачты. Для мачт с решетчатым стволом высотой до 150 м базовый размер принимают обычно равным 1350 мм, высотой до 350 м - 2500 мм (иногда 2200 мм), до 500 м - 3600 мм. Для мачт со стволом в виде цилиндрической оболочки высотой до 120 м базовый размер (диаметр оболочки) обычно принимают равным 1220 мм, для мачт большей высоты - соответственно 1600 мм, 2200 мм и 2500 мм. Ствол мачты состоит из секций, соединяемых между собой во время монтажа. Исходя из параметров кранового оборудования для монтажа мачт высота секции принимается равной 6750 мм. Нрименение вертолета для монтажа мачт позволяет изменять высоту секций, однако при этом необходимо учитывать возможности заводов-изготовителей по изменению технологической оснастки. Для решетчатьгх мачт в настоящее время наиболее широкое применение нашли два типа секций: - цельносварные (рис. 1.28), собираемые и свариваемые на заводе с бесфасоночным соединением элементов решетки с поясами; - секции, собираемые на монтаже (укрупнительная сборка) из плоских ферм (рис. 1.29), изготавливаемьгх на заводе. Трудоемкость монтажа мачт из секций этого типа выше, однако при их перевозке они занимают меньший объем. Кроме того, такое конструктивное решение применяется для секций с размерами, не вписывающимися в железнодорожный габарит. * Максимальный базовый размер, как правило, ограничивается железнодорожным габаритом. 1 2 3 4 5 6 7 ... 53 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |