Металлические опоры

Стальные опоры и другие конструкции контактной сети проектируют и изготавливают с соблюдением требований строительных норм и правил. Для изготовления стальных опор контактной сети используют малоуглеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные конструкционные стали. Марку стали выбирают в зависимости от расчетной отрицательной температуры воздуха и толщины используемого проката. За расчетную отрицательную температуру принимают зимнюю температуру воздуха наиболее холодной пятидневки, а для анкерных устройств некомпенсированных проводов — среднюю температуру воздуха наиболее холодных суток.

Все стальные конструкции контактной сети и ВЛ распределяют по группам. Конструкции и элементы несущих, поддерживающих и фиксирующих устройств, изготавливаемые с применением сварки, гнутья или штампования, такие, как опоры, жесткие поперечины, кронштейны воздушных линий (ВЛ) и дополнительных проводов (кроме тяг из круглой стали), кронштейны анкерных оттяжек, стойки консольные и фиксаторные, стойки-надставки для опор и жестких поперечин, траверсы переходных опор; фиксаторы и фиксаторные кронштейны, коромысла анкеровок, отнесены к группе IV. В обозначении класса прочности стали: в числителе — временное сопротивление σ_в, в знамена­теле — предел текучести σ_т, даН/см². Например, классу С44/29 соответствуют стали с временным сопротивлением σ_в = 44 даН/см² и пределы текучести σ_т = 29 даН/см². Стали класса С38/23 имеют расчетное сопротивление на растяжение, сжатие и изгиб 2100 даН/см², класса С44/29—2600 даН/см², С46/33—2900 даН/см².

При технико-экономическом обосновании для сварных конструкций контактной сети допускается использование термически неупрочненных алюминиевых сплавов, например сплава марки АМгб, содержащего 6—7 % магния и 0,5—0,8% марганца. Предел текучести этого сплава 160 МПа, предел прочности 320 МПа. Достоинство конструкций из алюминиевых сплавов заключается в легкости конструкций и отсутствии необходимости применения антикоррозионных покрытий. Последнее обстоятельство весьма ценно, так как снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность линии.

Конструкции металлических опор контактной сети разделяют на сквозные и сплошные. Первые представляют собой пространственные фермы, выполняемые обычно из уголков или швеллеров; ко вторым относят опоры, изготовленные из широкополочных двутавров или труб большого диаметра (15—25 см). Основным преимуществом сквозных конструкций является их меньшая масса, но они более сложны в изготовлении. Опоры сплошной конструкции просты в изготовлении, но требуют большего (на 250—100%) по сравнению с опорами сквозной конструкции расхода металла.

Сквозные опоры классифицируют таким образом:

по форме поперечного сечения - прямоугольные опоры (рис. 11.4, а), стойки которых связаны между собой решеткой обычно из угловой стали, и плоские опоры (рис. 14.10, б и в), имеющие две стойки, связанные между собой или планками, или решетками (стойки таких опор выполняют обычно из швеллеров);

по типу соединительной решетки-опоры с планками (см. рис. 11.4, б), опоры с решеткой (см. рис. 11.4, а и в).

В плоских опорах треугольную решетку обычно выполняют из полосовой или круглой стали (см. рис. 11.4, в и г).

Соединение планкой проще, чем соединение решеткой. Опоры с треугольной решеткой выгоднее, так как они получаются более легкими.

К сплошным относят опоры, изготовляемые из широкополочного двутавра (рис. 11.4, д) и труб. Они могут быть выполнены или из труб одинакового диаметра (рис. 11.4, е) или набраны телескопически из труб различных диаметров (рис. 11.4, ж и з). Последние два типа опор получили наибольшее распространение на городских дорогах.

Рис. 11.4. Конструктивные формы металлических опор

При небольшой высоте и малой массе металлические опоры выполняют, как правило, цельными (неразъемными). Высокие опоры и с большой массой обычно выполняют раздельными (разъемными). В этом случае в бетонный фундамент закладывают анкерные болты и на них устанавливают опору. В отдельных случаях вместо анкерных болтов применяли каркас из угловой стали (постамент). Каркасы удобны для крепления опоры, но вызывают больший расход металла, чем анкерные болты. Цельные опоры проще по конструкции и обычно имеют меньшую массу; раздельные опоры проще в установке.

Форму металлической опоры (пирамидальную, призматическую) выбирают в зависимости от конфигурации эпюры изгибающих моментов. При небольшой разнице между изгибающим моментом в основании опоры и изгибающим моментом в вершине, как это, например, имеет место у консольных опор, выбирают призматическую форму. При треугольной эпюре, на которую рассчитывают опоры гибких поперечин, более целесообразна пирамидальная форма.

Опоры гибких поперечин представляют собой пространственные конструкции в виде четырехгранных ферм пирамидальной формы (рис. 11.5). В углах таких ферм имеются стойки 1 из угловой стали. Раскосы 2 решетки соединяют со стойками сваркой. По высоте опоры собирают из трех-четырех поясов, сечение которых уменьшается по мере снижения изгибающего момента. У каждого стыка 3 устанавливают диафрагмы 4, представляющие собой расположенные накрест два уголка, соединяющие все четыре стойки. Наверху опоры имеют жесткую обвязку 5 с отверстиями для крепления поперечных несущих тросов. Внизу опор устраивают основания 6, с помощью которых соединяют опоры с фундаментами. В местах крепления фиксирующих тросов к стойкам приварены специальные распорки. Для гибких поперечин, перекрывающих до 10 путей, применяют обычно опоры высотой 15 м; для поперечин, перекрывающих более 10 путей, — высотой 20 м. Стойки (пояса) металлических опор контактной сети выполняют по высоте опоры из угловой стали различного сечения. Уголки длиной 5 м (размер, кратный высоте большинства опор) в пределах одной марки (разъемной части опоры) стыкуют с помощью электросварки без стыковых накладок. Для обеспечения транспортировки опор длиной 15 и 20 м на одной четырехосной платформе стык двух марок выполняют болтовым.

Рис. 11.5. Металлическая опора гибкой поперечины высотой 15 м

С целью экономии металла опоры гибких поперечин обычно выполняют направленными (обозначают МН — металлическая направленная), т. е. рассчитывают на приложение нормативной нагрузки только с одной определенной стороны опоры. В этом случае две стойки опоры, которые работают только на растяжение, принимают меньшего сечения, чем две другие, работающие на сжатие с продольным изгибом. Это дает экономию металла на стойки в среднем 4—5 % по сравнению с ненаправленными опорами (обозначают просто М). В самых мощных опорах гибких поперечин (цифры в числителе дроби обозначают нормативный изгибающий момент, тс∙м, в основании опоры в плоскости действия нагрузки, в знаменателе — высоту опоры, м; цифры 73—год разработки опор), кроме стоек, направленными выполнены также раскосы решетки; это дает дополнительную экономию металла 3—4 %. Для менее мощных опор гибких поперечин применение направленной решетки дает небольшую экономию металла, которая не оправдывается получающимся при этом увеличением количества деталей и усложнением изготовления. Все направленные опоры допускают нагрузку (меньшего значения) и в противоположном направлении.

Промежуточные опоры гибких поперечин, допускающие нагрузку в одной плоскости, запроектированы высотой 15 м на нормативные изгибающие моменты в основании опоры 350, 450 и 650 кН-м, а опоры высотой 20 м — на 650, 1050 и 1500 кН-м. Анкерные направленные опоры гибких поперечин и запроектированы высотой 15 м. Они рассчитаны на действие нагрузок в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости гибкой поперечины соответственно на 450 и 650 кН∙м, в плоскости анкеровки проводов — на 250 кН∙м.

Опоры гибких поперечин используют и в качестве опор питающих и отсасывающих линий, а также опор воздушных линий электропередачи напряжением 6 и 35 кВ. Опору можно использовать в качестве угловой питающей линии, она допускает нагрузки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на вершине опоры.

Для установки двухпутных консолей запроектированы промежуточные металлические ненаправленные опоры высотой 13 м типов и на нормативные изгибающие моменты соответственно 100 и 150 кН∙м. Такие опоры используют также в качестве промежуточных опор питающих линий, так как они ненаправленные и не имеют ограничений по высоте приложения нагрузок.

Для установки на станциях в местах, где невозможно расположить железобетонные опоры с оттяжками или необходимо анкеровать более одной цепной подвески на опору, запроектирована анкерная металлическая самонесущая (без оттяжек) консольная опора высотой 10 м типа . Она рассчитана на одновременное действие двух изгибающих моментов: в плоскости, параллельной оси пути, — 400 кН∙м, перпендикулярной оси пути — 100 кН∙м. При отсутствии изгибающего момента поперек пути изгибающий момент вдоль пути может быть увеличен до 550 кН-м. Опора может быть применена в качестве угловой питающей линии.

Для контактной сети, как правило, используются типовые опоры, различающиеся между собой по назначению и конструкции.

Высоту опор - расстояние от верхнего (ВОФ) или условного (УОФ) обреза фундамента до вершины опоры - выбирают в зависимости от высоты подвешивания контактного провода и несущего троса цепных подвесок, конструкции поддерживающих устройств, расположения на опорах контактной сети проводов линий, питающих устройства автоблокировки (ВЛ СЦБ).

Форма и размеры поперечного сечения опор зависят от нормативного изгибающего момента (кН*м) относительно верхнего или условного обреза фундамента, а для консольных опор - еще и нормативного изгибающего момента относительно пяты консоли.

Высота консольных железобетонных опор принята равной 9,6 м, такой же высоты опоры применяют и в качестве стоек жестких поперечин. При этом длина нераздельных опор с учетом фундаментной части составляет 13,6 м , а длина раздельных опор с учетом установки их в стаканный фундамент - 10,8 м.

Металлические опоры для гибких поперечин изготавливают высотой (длиной) 15 и 20 м. Для двухпутных консолей устанавливают металлические опоры высотой 13 м.

При строительстве, реконструкции и капитальном ремонте контактной сети применяют опоры из центрифугированного железобетона с предварительно напряженной арматурой из стальных проволок (струн). Такие опоры называют струнобетонными.

Железобетонные опоры контактной сети по прочности, деформативности и трещиностойкости должны удовлетворять требованиям стандартов и строительных норм и правил.

· Для изготовления стоек применяется бетон особо низкой влагопроницаемости. Для обеспечения требуемых характеристик несущей способности, жесткости и трещиностойкости его прочность для стоек первой группы несущей способности должна быть не ниже марки 400, для остальных групп несущей способности - не ниже марки 500.

· Стойки опор типов С и СО (СС) представляют собой полые конические бесстыковые трубы из предварительно напряженного железобетона с армированием высокопрочной проволокой. Поперечное армирование принято в виде спирали. Для предотвращения стягивания продольной арматуры при навивке спирали по длине стоек предусмотрена установка монтажных колец. В стойках СО (СС), с М^н 45, 60 и 80 кН*м армирование нижней части (у опор длиной 10,8 м от низа опоры на высоту 2 м, у опор длиной 13,6 м - на высоту 4 м) предусмотрено смешанным с установкой дополнительно восьми стержней ненапрягаемой арматуры.

· Смешанное армирование повышает трещиностойкость опор. Кроме того, ненапрягаемая арматура рассчитана на восприятие нормативного изгибающего момента, что исключает потерю несущей способности опоры в случае разрушения напрягаемой арматуры (струн) от электрокоррозии.

· Стойки опор запроектированы; продольная напрягаемая арматура (струны) - из высокопрочной проволоки периодического профиля диаметром 4 - 5 мм; ненапрягаемая арматура из горячекатаных стержней периодического профиля диаметром 10, 12 и 14 мм; спираль - из обыкновенной профилированной арматурной проволоки диаметром 3 мм; монтажные кольца - из стержневой горячекатаной круглой проволоки диаметром 6 мм. Сила натяжения напрягаемой арматуры (струн) для опор с М^н, равным 45, 60, 80 и 100 кН*м, составляет соответственно 375; 600; 865 и 1190 кН.

· Жесткость опор оценивают по прогибу опоры на уровне контактного провода, расположенного на расстоянии 7,3 м от уровня условного обреза фундамента. Этот прогиб при действии нормативного момента М^н не должен быть более 100 мм.

· В стойках опор всех типов длиной 13,6 м предусмотрены отверстия: в верхней части - 11 сквозных конусных отверстий диаметром ЗЗ (38) мм для закладных деталей, в нижней части - восемь сквозных отверстий диаметром 24 мм для вентиляции с целью уменьшения влияния перепада температур наружной и внутренней поверхностей. В отверстия, расположенные в верхней части опор, закладывают болты, на которых крепят с помощью специальных деталей консоли, кронштейны и другие конструкции контактной сети и линии электропередачи. Такое крепление называют креплением на закладных деталях в отличие от ранее применявшегося крепления на хомутах в обхват опор.

· В опорах (стойках) СО (СС) устанавливаемых на участках постоянного тока с повышенной электрокоррозией, стальные закладные детали изолируют как от бетона стенки отверстия, так и от наружной поверхности опоры с помощью изолирующих втулок из полиэтилена.

· В опорах (стойках) С, устанавливаемых на участках переменного тока, а также постоянного тока при отсутствии на этих участках электрокоррозионных процессов, закладные детали изолируют только от бетона стенки с помощью изолирующих трубок из морозостойкой резины. Изолирующие элементы в опорах для контактной сети постоянного тока должны обеспечивать изоляцию закладных деталей от арматуры опор с электрическим сопротивлением не менее 10 000 Ом (при сухой поверхности бетона и закладных деталей).

· Измеряют электрическое сопротивление опор на заводе мегаомметром М1101 напряжением 100 В по схеме, приведенной на Рис. 13, для каждой опоры. Для измерения электрического сопротивления опор для контактной сети постоянного тока в вершине опоры предусмотрен выпуск арматуры - одной проволоки.

· В опорах для контактной сети переменного тока заземляющий провод диаметром 10 мм закладывают в бетон стоек при их изготовлении, он имеет три наружных провода для присоединения отводов к рельсу и консолям. Опоры на участках постоянного тока заземляют проводом диаметром 12 мм, прокладываемым снаружи стоек; он должен быть изолирован от бетона стойки специальными прокладками и закреплен хомутами. Для подключения аппаратуры диагностики в случае укладки заземляющего провода в бетоне стоек С и СО (СС), предназначенных для применения на участках постоянного тока, предусматривается один вывод заземления на поверхность опоры.

· Анкерные опоры (Рис. 14) образуют из промежуточных опор с добавлением одной или двух металлических оттяжек, закрепляемых на железобетонном анкере. Стойки опор длиной - 13,6 м и закапываемые фундаменты ТС устанавливают на специальные опорные плиты, воспринимающие вертикальные нагрузки. Оттяжки изготавливают из отдельных звеньев круглой стали диаметром 20 или 24 мм.

· Унифицированные железобетонные опоры используют также в качестве стоек жестких поперечин, фиксирующих опор, опор питающих и отсасывающих линий и специальных опор.

·

· Для гибких поперечин и крепления двухпутных консолей устанавливают металлические опоры. При однопутных консолях металлические опоры используют только в прибрежных зонах морей и океанов, а в других местах их используют только как анкерные, если невозможно разместить оттяжки железобетонных опор. Применяют металлические опоры и в фидерных линиях - в основном в качестве угловых и анкерных.

· Металлические опоры представляют собой четырехгранные фермы пирамидальной формы со стойками из угловой стали и треугольной решеткой также из уголков. Нижнюю часть выполняют с перекрестной решеткой. Раскосы решетки со стойками соединяют сваркой.

· Опоры собирают из нескольких поясов, у каждого стыка устанавливают диафрагмы, представляющие собой два расположенных крестом уголка, соединяющие все четыре стойки. В местах крепления консолей или анкеровок к стойкам опор приваривают горизонтально расположенные уголки. Наверху опор устанавливают оголовки, соединяющие четыре стойки, а внизу - основания, в которых имеются отверстия для анкерных болтов, крепящих опоры к фундаментам.

· Высота металлических опор гибких поперечин может быть 15 и 20 м. Для удобства транспортировки они выполнены разъемными на высоте второго (от основания) стыка.

· Опоры, не рассчитанные на анкеровку проводов контактной подвески, делают направленными, что дает около 5% экономии металла по сравнению с ненаправленными. Нормативные моменты при высоте 15 м составляют 35, 45 и 65 кН*м, а при высоте 20 м - 65, 105 и 150 кН*м. Опоры, рассчитанные на анкеровку, - ненаправленные и имеют в одной плоскости нормативный момент, равный 25 кН*м, а в плоскости, расположенной перпендикулярно к первой, - 45 и 65 кН*м (при высоте 15 м).

· Опоры высотой 15 м состоят из трех, а высотой 20 м - из четырех поясов (Рис. 16). Все опоры гибких поперечин имеют вдоль пути одинаковую базу, равную 1 м. Базы в направлении поперек пути различны и зависят от нормативного момента, минимальная база составляет 1,2 м, максимальная - 2 м

· Для крепления двухпутных консолей применяют опоры высотой 13 м; выполняют их на два нормативных момента 10 и 15 кН*м. Эти опоры, ненаправленные и неразъемные, состоят из двух поясов. База в направлении поперек пути равна 1 м, вдоль пути - 0,6 м.

· Приведем примеры маркировки металлических опор:
МН45/15-69 - металлическая направленная опора высотой 15 м на нормативный момент 45 кН*м; разработана в 1969 г.; М (65-25)/15-73 - металлическая ненаправленная опора высотой 15 м на нормативные моменты 65 и 25 кН*м; разработана в 1973 г.

· В Трансэлектропроекте разработаны консольные металлические опоры для применения в северных районах (марки МС) и для промышленных районов с агрессивными средами (марки М).

· Эти опоры имеют нормативные изгибающие моменты 4,5; 6,8 и 10 кН*м при высоте 9,6 м, и 6,8 и 10 кН*м при высоте 11,6 м. Анкерные опоры рассчитаны на нормативные изгибающие моменты поперек пути, равные 6, 8 и 10 кН*м при высоте 9,6 м и 8 и 10 кН*м при высоте 11,6 м. На этих опорах устанавливают один или два кронштейна для крепления оттяжек, расположенных в плоскости анкеровки.

· Опоры выполнены решетчатыми с поясами из швеллеров от № 14 до № 18 и решеткой из уголков 32х32х4. База опор поперек пути принята одинаковой и равной 500 мм, а вдоль пути определяется номером швеллеров, из которых выполнены пояса опор.

· Ранее применяли анкерные металлические опоры с однопутными консолями МО 12-35/10 (с оттяжками) и МШ 10-40/10 (широкобазные), а также анкерные опоры с подкосом. В настоящее время устанавливают только одну металлическую анкерную опору М 10-40/10-73. Это неразъемная опора из двух поясов. Она допускает анкеровку одной перегонной подвески с двумя контактными проводами или двух станционных подвесок с одним контактным проводом (с одной стороны) при одновременном действии момента до 10 кН*м в поперечном направлении. При отсутствии этого момента на опоре можно выполнить анкеровку (с одной стороны) перегонной и станционной подвесок. Эту же опору используют в качестве угловой и анкерной в фидерных линиях.

· При установке металлических опор в прибрежных зонах морей и океанов их покрывают свинцовым суриком на натуральной олифе или специальным лаком ВН-ЗО.

· Фундаменты металлических опор бывают монолитными (цельными) и блочными (составлены из отдельных блоков). Для металлических опор используют фундаменты трех типов:

· ФР - раздельные, состоящие из двух железобетонных блоков (Рис. 17.а); Д - одноблочные, железобетонные, двутаврового сечения с подошвой и крыльями (Рис. 17.б); П - одноблочные, бетонные прямоугольного сечения (Рис. 17.в).

· На фундаменты ФР устанавливают все опоры гибких поперечин и анкерные консольные опоры высотой 10 м. Ранее опоры гибких поперечин устанавливали на фундаменты Д. Опоры для двухпутных консолей высотой 13 м могут быть установлены на фундаменты П2-2. Широко применяют фундаменты в виде ростверков со сваями, устанавливаемыми специальными кранами. Соединяют опоры с фундаментами анкерными болтами.

· Ранее применяли фундаменты других типов и опоры с ними соединяли иногда не анкерными болтами, а сваркой; для этого в фундаментах были предусмотрены специальные уголки.