Расчет нагрузок на опоры при монтаже стартовых компенсаторов и сильфонных компенсаторов СКУ

Опоры освещения подвержены влиянию различных разрушающих факторов. И чтобы подсветка была комфортной, безопасной, важно подготовить проект, включающий расчет нагрузок на опоры освещения. Этот проект определит их высоту, форму, устойчивость, метод монтажа.

Разбираемся, какие именно нагрузки испытывают столбы и как производится расчет высоты и устойчивости опорных конструкций.

Расчет несущей способности фундамента опоры освещения

В основе расчета – метод предельных состояний, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Существует 2 типа предельных состояний:

• С возможностью продолжения эксплуатации, но с ограничениями.
• С запретом на дальнейшую эксплуатацию из-за потери устойчивости.

• Механических свойств металла, из которого изготовлена опора.
• Физических свойств грунта, выступающего основанием для столба.
• Условий работы конструкции.
• Характера и величины нагрузок.

Расчет опоры ВЛ может выполняться с разными целями, к примеру, для проектирования фундамента, определения количества столбов, вычисления критических пролетов, прочности и жесткости провода. В зависимости от конкретных задач для расчета можно использовать следующие документы:

• СТО 56947007-29.120.95-049-2010. Стандарт по проектированию поверхностных фундаментов для опор ВЛ и ПС.
• СП 20.13330.2016. Свод правил с общими правилами и требованиями по назначению нагрузок, воздействий и их сочетаний.
• СТО 70238424.29.240.20.003-2011. Стандарт организации с нормами и требованиями к созданию воздушных линий напряжением 35-750 кВ.
• Пособие к СНиП П-23-81* по проектированию стальных конструкций опор ЛЭП.
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7), издание седьмое.

Сбор нагрузок на опору ЛЭП

Расчет параметров ЛЭП происходит для разных режимов работы опоры:

• нормального,
• аварийного,
• монтажного.

• Gоп – собственный вес опоры.
• Gг – вес изоляторов.
• Gп – вес проводов.
• Gт­ – вес тросов без гололеда.
• ΔT – нагрузка от натяжений проводов.
• ΔTт – нагрузка от тросов.

Это список постоянных нагрузок (в случае с опорой освещения в перечень войдет и вес светильников). Еще на опору действуют кратковременные силы: давления ветра Qп, троса Qт и опоры, а еще вес от гололеда на проводах и тросах.

Ветровая нагрузка на сам столб, провода и тросы, а также нагрузка от тяжения проводов и тросов, давление ледяной корки – это горизонтальные силы. Поскольку опора ЛЭП большую часть времени работает в нормальном режиме, перечисленные нагрузки называют основным сочетанием.

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 n.

5. Расчет опор, фундаментов и оснований ВЛ по прочности и устойчивости должен производиться на расчетные нагрузки, получаемые умножением нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузок, а в случаях, указанных в п.9, и на коэффициенты сочетаний.

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.

7. Опоры, фундаменты и основания ВЛ следует рассчитывать на сочетания нагрузок, действующих в нормальных, аварийных и монтажных режимах, причем в монтажных режимах — с учетом возможности временного усиления отдельных элементов конструкций.

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.

8. Сочетания нагрузок в нормальных и монтажных режимах работы ВЛ относятся к основным сочетаниям, а в аварийных режимах и при сейсмических воздействиях — к особым сочетаниям.

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:

а) в режимах обрыва проводов и тросов: 0,8 — при расчете промежуточных опор с поддерживающими гирляндами, их фундаментов и оснований; 1,0 — при расчете промежуточных опор со штыревыми изоляторами, их фундаментов и оснований; 0,95 — при расчете анкерных опор, их фундаментов и оснований;

б) при воздействии сейсмических нагрузок — 0,8.

Виды опор и назначение

Согласно принятой классификации, опоры бывают силовыми и несиловыми. Они отличаются по конструкции, особенностям установки, несущей способности. Несиловые применяют для фиксации осветительного оборудования, питающий кабель к которому проводится под землей.

Для силовых моделей опор прокладка кабеля предусмотрена по воздуху. Их используют для освещения городских улиц, трасс, магистралей, для прокладки самонесущих изолированных проводов между населенными пунктами, поддержки линий питания, которые эксплуатируются электротранспортом – от трамваев до троллейбусов. Допустимый уровень нагрузок может достигать 3 тонн и зависит от того, из какого материала выполнена конструкция и какие габариты у обустраиваемого основания.

Для того чтобы эксплуатация опор была максимально длительной, бесперебойной, важна правильная установка фундаментов, которые будут устойчивы к нагрузке, оказываемой проводами. Если фундамент будет залит некорректно, сократится эксплуатационный ресурс опор, повысится вероятность их падения при сильных порывах ветра.

Существует и другая классификация силовых опор по форме. Их подразделяют на трубчатые, конические, граненые. Трубчатые имеют круглое сечение, а поэтому нагрузка равномерно распределяется по их поверхности. В производстве таких опор применяют большое количество стали, что неминуемо ведет к увеличению веса и цены.

Основой для граненных опор служит стальной прокат толщиной от 4 мм, кромки свариваются с помощью одного-двух продольных швов. Среди преимуществ таких конструкций числятся легкость, низкая стоимость, минимальные затраты на транспортировку и монтаж. Их поверхность может дополнительно защищаться с помощью антикоррозийной обработки слоем горячего цинка.

Способы установки опор освещения

Выделяют две технологии монтажа опор освещения:

1. Фланцевая. При монтаже применяют закладной фундамент под опору освещения из железобетона. Этот метод оптимален для легких опор и позволяет грамотно их центрировать.
2. Прямостоечная. Основой для опор служат предварительно пробуренные в грунте отверстия. Фиксацию осуществляют с помощью бетонного раствора. Такая технология дешевле фланцевой.

Рассмотрим установку опор на примере их фиксации к фундаменту с помощью металлических фланцев, приваренных снизу и предусмотренных в базовой комплектации опор. Допустимо применение готовых монолитных блоков, к которым уже приварены шпильки. Основой для блоков предварительно подготовленная песчано-гравийная подушка. Когда опора установлена на фундамент, фланец фиксируется с помощью гаек.

Расчет фундамента под опору освещения

При расчетах следует учитывать нагрузку на фундамент, которую оказывает столб, арматура, кронштейны и сами светильники. Принимают во внимание и другие факторы:

• Ветровая нагрузка – варьируется в зависимости от региона. При сильных порывах ветра возможны колебания опоры, что нужно учитывать при проведении технических расчетов и монтаже.
• Высота опоры освещения.
• Тип кронштейна.
• Характеристики грунта (ключевое значение имеет несущая способность почвы, нормативной прочностью при сжатии принято считать показатель в 150 Н/кв. м).

При установке одностоечной или узкобазовой опоры проводят расчеты по деформациям с учетом величины нормативной нагрузки. Важны и все характеристики грунта – от показателя консистенции до угла внутреннего трения. Эти параметры в обязательном порядке учитываются для типовых фундаментов.

Источник

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 n должны приниматься по таблице.

При расчете опор, фундаментов и оснований в монтажных режимах на все виды нагрузок вводится единый коэффициент перегрузки n = 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.

Расчет нагрузок

Расчет нагрузки на столбы выполняется с учетом всех статических и динамических воздействий. К постоянным воздействиям относится суммарный вес:

• опоры;
• арматуры;
• консолей;
• фланцевых оснований;
• светильников;
• проводов.

Расчеты выполняются с коэффициентами, разработанными для различных конфигураций стоек, консолей и светильников.

Также учитывается нарастание нагрузок, вызванных порывами ветра в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Данные берутся из справочной таблицы для ветровых районов.

Что создает нагрузки на опорную конструкцию?

На осветительные стойки постоянно оказывают воздействие:

• ветровые нагрузки;
• грунт, грунтовые воды;
• светотехника;
• электросеть;
• оборудование для проведения сервисных работ и т.п.

С учетом этих факторов большое внимание уделяется весу не только самого столба, но и всего сопутствующего оборудования: ЛЭП, светильников, основания, консолей и т.д. Нагрузки на опору освещения жестко регламентированы, для расчета максимально допустимого значения применяют коэффициенты со СниП 2.01.07-85 и других нормативных документов.

Опоры наружного освещения, соответствующие стандартам качества, можно выбрать в каталоге ТПК «СЭТ» https://svetilniki-opory.com/opory-osveshenia. Кроме изготовления конструкций, компания занимается расчетами и монтажом опор освещения на объекте.

Расчет высоты опор освещения

Стандартная высота столбов освещения варьируется от 4 до 12 метров. Ее расчет выполняется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

1. Высота установки светильников над проезжей частью должна быть не менее 6,5 м. В этом случае применяются конструкции с консольным выносом, устанавливаемые на силовых опорах. При обслуживании фонарей с оборудованной телескопической вышки допускается размещение светильников выше или ниже высоковольтной линии с их удалением по горизонтали не менее 0,6 м. Если используются иные методы техобслуживания, то фонари монтируются ниже ВЛ с удалением по вертикали от 0,2 м и горизонтали от 0,4 м. Надземная высота опоры при этом будет составлять 8-9 метров.
2. Высота установки светильников над пешеходными зонами должна быть от 3 м. В парковых зонах часто используются конструкции торшерного типа. Они имеют привлекательный дизайн и мягко рассеивают свет во все стороны.
3. Минимальная высота опор декоративного освещения сооружений, газонов и т.д. стандартами не регламентируется.
4. Установка фонарей ниже уровня земли допускается при организации дренажной или другой системы водоотвода.

Важно! Наибольшей устойчивостью к температурным перепадам обладают металлические опорные конструкции. Их можно использовать во всех климатических зонах.

Расчеты высоты опор

На прочность и вес конструкции напрямую влияет высота столба. Ее расчет производится в соответствии с «Правилами устройства электроустановок». По высоте опорные сооружения разделяют на:

• Дорожные (магистральные). Минимальная высота установки светильников над проезжей частью – 6,5 м. Этот вариант предусматривает монтаж выносного кронштейна. В случаях, когда планируется использование телескопической вышки для техобслуживания, допускается установка опоры ниже или выше высоковольтной линии с выносом консоли на 0,6 м. Если для обслуживания не нужна вышка, то столб должен быть ниже линии электропередач минимум на 0,2 м, а консоль вынесена хотя бы на 0,4 м. Для освещения дорог используются конические модели с 6-8 гранями, которые выполняют функцию ребер жесткости.
• Уличные. Светильники над пешеходными зонами устанавливаются не ниже 3 м от земли. При обустройстве уличного освещения в основном используют круглоконические стойки, а фонари монтируют в таком количестве, чтобы они не создавали светового загрязнения.
• Декоративные. Конкретных требований к форме и высоте таких столбов нет. Главное – они должны быть корректно подключены и надежно зафиксированы. Но широкое распространение получили цилиндрические круглые столбы торшерного типа от 1,5 м. Они самые низкие, но и самые красивые среди других, дают мягкий рассеянный свет.

Сегодня самыми универсальными считаются металлические опоры освещения. Благодаря тому, что их оцинковывают, они могут быть применены в различных климатических условиях.

Расчет опоры освещения на устойчивость

Под опору устраивается бетонный фундамент. Размер основания рассчитывается с учетом несущей способности грунта. Если таких данных не имеется, то принимается расчетная единица прочности на сжатие равная 150 Н/м2, соответствующая почве максимальной плотности.

Глубина закладки фундамента определяется в зависимости от высоты столба. Основание имеет квадратное сечение для обеспечения равномерного распределения нагрузок во всех направлениях.

Стойка бетонируется с определенным заглублением, либо производится ее фиксация к фундаменту посредством закладных элементов. При этом важно установить столб строго вертикально. Максимальные отклонения от вертикали регламентируются нормативами.

Расчет опоры освещения на устойчивость проводится с проведением опытных испытаний. При этом выполняется проверка на изгиб, кручение, опрокидывание под воздействием динамических сил.

Модификации опор создаются для эксплуатации в различных условиях. Важно, чтобы их технические параметры соответствовали рекомендациям строительных нормативов, геологическим и климатическим особенностям местности.

Источник

Проектирование стоек освещения

Проектирование опор освещения включает:

• Выбор формы, материала и высоты стоек.

Столбы бывают конические (круглые в сечении) и пирамидальные (граненые, восьмигранные). Форма конуса считается более предпочтительной, так как такая конструкция способна выдерживать порывы ветра до 44 м/с.

Материал стоек – чаще металл. Выдерживая перепады температур от -50 до +50 градусов, он позволяет устанавливать конструкции в разных климатических условиях.

Высота столбов, как правило, варьируется от 4 до 12 метров (для установки над проезжей частью, над пешеходной зоной, для декоративного освещения) и рассчитывается в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

Учитывает все статические (постоянные) и динамические воздействия на стойки. К постоянным нагрузкам относят суммарный вес самой опоры, арматуры, консолей, фланцевых оснований, светильников и проводов (расчеты выполняются с коэффициентами, разработанными для различных конфигураций стоек, консолей и светильников).

К динамическим воздействиям относят нарастание нагрузок (толкающее усилие), вызванное порывами ветра (расчеты выполняются с коэффициентом динамического нарастания, который учитывает увеличение нагрузки в присутствии колебаний, вызванных порывами ветра), гололедно-ветровые нагрузки.

• Проведение исследований на устойчивость.

Расчет на устойчивость проводится с выполнением опытных испытаний на изгиб, кручение, опрокидывание под воздействием динамических сил.

Нормативные нагрузки

10. Нормативные вертикальные нагрузки Gн1, даН, от веса проводов и тросов определяются по формуле

где Pн1 — нормативный вес провода или троса длиной 1 м, который принимается численно равным массе, кг, указанной в ГОСТ или технических условиях; lвес — 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 Gн2, даН, от веса гололеда на проводах и тросах определяются по формуле

,

где Pн2 — 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 Pн, даН/м2, отвеса гололеда, образующегося на конструкциях опор, определяется но формуле

где b — толщина стенки гололеда, мм, принимаемая в соответствии с 2.5.22, 2.5.31 и 2.5.32 с учетом поправочного коэффициента на высоту, указанного СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» Госстроя России; 0,6 — коэффициент, который учитывает отношение площади поверхности элемента сооружения, подверженной обледенению, к полной площади поверхности элемента; γ — плотность гололеда, принимаемая равной 0,9 г/см3.

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, Qсн, даН, определяется по формуле

где q — скоростной напор ветра, даН/м2, в рассматриваемом режиме работ BЛ, определяемый в соответствии с 2.5.22, 2.5.23, 2.5.26-2.5.28, 2.5.35, 2.5.36 и 2.5.89; с — аэродинамический коэффициент, определяемый для плоских ферм, пространственных решетчатых конструкций и отдельных элементов по указаниям СНиП 2.01.07-85; S — площадь элемента или площадь фермы, м, вычисленная по ее наружному габариту с учетом обледенения конструкции но указаниям п. 12 в гололедных режимах.

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 0000000000*
• для свободностоящих портальных опор 0000000000*
• для стальных и железобетонных опор с оттяжками при шарнирном креплении к фундаментам 0000000000000.

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

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.

Проектирование фундаментов опор освещения

Тип, габариты и несущая способность фундаментов опор освещения рассчитываются в каждом конкретном случае в зависимости от:

• региона эксплуатации (ветровая нагрузка, глубина промерзания грунта);
• результатов инженерно-геологических изысканий для строительства (тип грунта);
• сведений о сейсмичности района строительства;
• данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности осветительных столбов, фундаментов и условий их эксплуатации;
• действующих на опорные конструкции и фундаменты нагрузок;
• условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
• размеров земельных участков для размещения опоры наружного освещения или прожекторной мачты.

Фундаменты должны соответствовать требованиям прочности, то есть способности воспринимать воздействия боковой и вертикальной статических нагрузок от опоры.

Глубина закладки фундамента определяется высотой столба.

имеет опыт проектирования и установки фундаментов из винтовых свай под опоры освещения, к примеру, для участка автодороги 1Р242 «г. Пермь-граница Свердловской области», протяженностью 448 км.

Источник: furnilux.ru