Основные положения расчета и подбора опор

Расчет опор контактной сети включает в себя два этапа:

• разработка типовой конструкции опор, определение их геометрических параметров, несущей способности и условий применения;

• подбор требуемых для электрифицируемых участков типовых опор, исходя из предполагаемых условий эксплуатации (нагрузки, условия обеспечения устойчивости в грунте, климатические и другие условия).

Первый этап решается на уровне научно-исследовательских и предпроектных работ, второй — при проектировании электрифи­цируемой линии.

Расчет конструкций опор контактной сети в соответствии с дей­ствующими нормативными документами должен осуществляться по методу предельного состояния, т.е. состояния, при котором кон­струкция перестает удовлетворять эксплуатационным требовани­ям и разрушается или выходит из строя.

Железобетонные опоры должны рассчитываться по двум груп­пам предельного состояния:

• по несущей способности (прочности или устойчивости);

• по деформациям (жесткости), образованию поперечных тре­щин и предельному их раскрытию.

Задача расчета сводится к обеспечению гарантий для данной конструкции по исключению того или иного ее предельного со­стояния в период эксплуатации. При этом расчет (по предельным состояниям первой группы по несущей способности) является ос­новным и производится для всех железобетонных опор, а по пре­дельным состояниям второй группы (по деформациям) — выпол­няются лишь из-за необходимости обеспечения требуемого прогиба конструкций на уровне подвески контактного провода.

Расчет по этому же предельному состоянию на трещиностойкость опор выполняется с целью предотвращения образования по­перечных трещин в опорах, исключения возможности возникно­вения коррозии арматуры (особенно высокопрочной) в трещинах, обеспечения высокой жесткости (деформативности) опор.

При расчете конструкций по предельным состояниям вводятся поня­тия нормативной и расчетной нагрузки, нормативного и расчетного сопротивления бетона и арматуры, коэффициентов условий работы.

Под нормативной нагрузкой понимается такая нагрузка, которая соответствует условиям нормативной эксплуатации и называется также эксплуатационной. Она определяется на основании опыта эк­сплуатации, расчетов, метеорологических наблюдений и т.д. Одна­ко нормативная нагрузка в силу ряда обстоятельств может быть превышена. Возможное превышение нормативной нагрузки, ее из­менчивость при расчетах учитывается коэффициентами перегрузки «л». Эти коэффициенты устанавливаются дифференцированно для каждого рода нагрузок. Например, для собственного веса бетона коэффициент перегрузки установлен в размере 1,1; для снеговой нагрузки — 1,4; для гололедных нагрузок — 2,0.

При умножении нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки получается расчетная нагрузка. Превышение расчетных нагрузок при эксплуатации недопустимо.

Расчет опорных конструкций по предельному состоянию первой груп­пы производится на расчетные нагрузки, по предельным состояниям второй группы (деформации и трещиностойкости) — на нормативные.

Механические свойства материалов железобетонных опор характеризуются двумя величинами: нормативными и расчетными сопротивле­ниями бетона и арматуры.

За нормативное сопротивление бетона и стали принимается та величина сопротивления, которая проверяется контрольными ис­пытаниями. Расчетные сопротивления бетона и арматуры для пре­дельных состояний первой и второй группы определяются путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежнос­ти, который учитывает изменчивость свойств материалов. В от­дельных случаях для учета особенностей свойств бетона, длитель­ности действия нагрузок, условий и стадий работы конструкций, размера сечения и т.п. расчетное сопротивление материалов ум­ножается на коэффициенты условий работы.

В общем виде формула для расчета несущей способности изгибае­мых опор:

М=Ф(т, R₆ R_a S),

где М— изгибающий момент;

Ф — функция;

т — вводимые в расчет коэффициенты;

R₆ и R_a — расчетные сопротивления бетона и арматуры;

S — геометрические характеристики сечения. Металлические опоры контактной сети рассчитываются так же, как и железобетонные, по двум предельным состояниям: по несущей способ­ности и по деформативности.

При расчете по несущей способности учитываются расчетные на­грузки и расчетные сопротивления стали. Последние определяются путем деления нормативных сопротивлений стали на коэффициенты надежности.

Расчет деформативности опор осуществляется на нормативные на­грузки. При этом расчет должен вестись из условий упругой работы кон­струкции. Формула для расчета прочности:

где М — расчетный изгибающий момент;

W nmin — момент сопротивления сечения;

R_y — расчетное сопротивление стали изгибу по пределу текучести;

Y_e — коэффициент условий работы.

Изменение упругого прогиба консольных опор на уровне контактного провода (без учета поворота фундамента) не должно превышать 65 мм, а упругого прогиба вершины опор гибких попере­чин должно быть не более 1/150их высоты.

Выбор опор из имеющихся типовых производят по прочности и по геометрическим размерам (высоте и размерам в плане), приме­нительно к конкретным условиям. Поскольку в маркировке типо­вых опор контактной сети указаны нормативные изгибающие мо­менты М_н, то опоры подбирают по действующим на опоры изгибающим моментам М^н_ф от нормативных нагрузок, подсчитан­ных для заданных условии установки опор, для чего составляют расчетные схемы, на которых показывают нагрузки, действующие на опоры при соответствующих режимах, и все необходимые для проведения расчетов размеры.

Тип стойки консольной железобетонной опоры подбирают срав­нением действующих на нее перпендикулярно оси пути норматив­ных изгибающих моментов по графикам (см. рис. 8.3.). Действую­щие моменты М*1 в расчетных сечениях опоры на уровне УОФ и на уровне крепления пяты консоли не должны превышать норматив­ные моменты Л/¹¹, т.е. должно выполняться условие М^н_ф ± < М_н.

Расчетным режимом при подборе консольных и фиксирующих опор может быть:

• ветер наибольшей интенсивности, действующий на провода, свободные от гололеда или изморози;

• наибольшая вертикальная нагрузка с учетом веса гололеда или изморози при одновременном воздействии ветра на провода, по­крытые гололедом или изморозью;

• минимальная температура при отсутствии гололеда и ветра. Нормативные нагрузки для заданных условий от веса проводов, гололеда на них и воздействия ветра на провода и нагрузки на опору от изменения направления проводов находят по формулам, приве­денным в главе 7 и приложении 8. Поскольку направление ветра мо­жет быть любым, то при подборе опор его принимают таким, при котором изгибающие моменты от ветровых нагрузок на провода и опору в расчетных сечениях получаются наибольшими. Равномерно распределенные нагрузки от веса консоли и кронштейна обычно за­меняют сосредоточенными нагрузками, приложенными соответствен­но в середине горизонтальной проекции консоли или кронштейна.

Нагрузку от давления ветра на опоры СКЦ и СКЦ_О считают приложенной в точке, находящейся на расстоянии S высоты опо­ры от УОФ: h_on = 0,5 • 9,6 = 4,8 м, и находят по формуле

где с— аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

v — расчетная скорость ветра, м/с;

S_on — площадь диаметрального сечения опоры, м², для опор СКЦ, СКЦ_О S_oп = (0,29 + 0,43) • 9,6 : 2 = 3,46 м².

Изгибающий момент в основании железобетонной опоры (на уровне УОФ) от давления ветра на опору

Подставляя соответствующие значения входящих в нее величин, получают

Расчетным режимом для подбора опор гибких поперечин, как пра­вило, является режим гололеда с ветром, при котором поперечный несущий трос имеет наибольшее натяжение. Расчетным сечением всегда является основание опоры. Опоры гибких поперечин под­бирают по изгибающим моментам относительно основания опоры от горизонтальных составляющих натяжений поперечного не­сущего троса Н п , верхнего Н _{ф в} и нижнего Н _{ф н} фиксирующих тросов и нагрузки от давления ветра на опору Р_ОП по формуле

При подборе опор гибких поперечин считают, что нагрузка от поперечного несущего троса приложена на вершине опоры h = 15 м или h_n - 20 м (для опор соответственно высотой 15 и 20 м); от верхне­го фиксирующего троса — в точке на высоте h, _B = 9,9 м; от нижнего фиксирующего троса — на высоте h±_H = 7,4 м или h _{ф н} = 7,5 м (для опор высотой 20 м); ©т давления ветра на опору — на высоте S h _п, т.е. h _оп = 0,5-15 = 7,5 м или h _оп = 0,5-20 = 10 м (для опор высотой 20 м).

Нагрузку от давления ветра на решетчатую опору гибкой попе­речины определяют с учетом коэфициента с_х - 1,4 и S_on = φ_оп S, где S — площадь поверхности стороны опоры, определенная по ее наружному габариту, м² (размеры опор см. рис. 8.11);

φ = 0,5/0,6 — коэффициент, учитывающий заполнение стойками и раскосами площади поверхности стороны опоры, на которую воздействует ветровая нагрузка.

Металлические опоры контактной сети также подбирают по нор­мативным изгибающим моментам. Чтобы учесть в обобщенном виде изменчивость нагрузок в различных климатических районах и их сочетания нормативные изгибающие моменты, полученные в резуль­тате расчетов, умножают на коэффициент к, т.е. должно выполняться условие М^н_фк /М^н. Значения коэффициента к, принимаемые при подборе опор гибких поперечин, приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.6