Основы расчета мачт

Мачты. Основные понятия

Менее металлоемки и более дешевые по сравнению с башнями, применяют при высоте опор более 150 м.

Состоят из ствола, опирающегося на центральный фундамент, оттяжек с анкерными фундаментами. Ствол – чаще решетчатый, призматической формы, трех или четырехгранные. Расстояние между соседними ярусами крепления оттяжек не более 40b – при четырехгранной форме ствола и не более 30b – при трехгранной.

Расчаливают трехгранные – тремя оттяжками. Четырехгранные – в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях, трубчатая мачта – 3-мя, 4-мя и более оттяжками. Угол наклона оттяжек близок к 45⁰. В высоких мачтах оттяжки подкрепляют реями (рисунок 1).

Анкеры стаканного типа с цинковым сплавом ЦАМ 9-1,5 л. Оттяжки из стальных оцинкованных канатов по группе СС, нераскручивающиеся, одинарной свивки (усилие до 325 кН) или двойной крестовой свивки с металлическим сердечником. После вытяжки усилием, равным 60% от разрывного Е=1,67*10⁵ МПа и Е=1,47*10⁵ МПа.

Основы расчета мачт

При расчете мачту расчленяют на ствол и оттяжки. Вначале мачту рассматривают как систему однопролетных балок, шарнирно опертых в местах крепления вант и находящихся под воздействием ветра в направлении одной из оттяжек. Тогда усилие тяжения в наветренной оттяжке будет равно

а – башня; б – мачта; 1 – ствол; 2 – оттяжка; 3 – рея; 4 – центральная опора; 5 – анкерная опора   Рисунок 1 – Основные виды конструктивных схем высотных сооружений

N_t=k·R_0i/sin α_i, (1)

R_0i – сумма реакций балок в i-ом узле; k=1,2.

При назначении диаметра каната считают, что N_t не должно превышать половины разрывного усилия.

Размеры сечения ствола определяют по М и N

М=0,1q·l² (2)

N=0,5∑N_t·cos α_i + ∑N_g (3)

Расчетной схемой ствола является упругий многопролетный стержень, опирающийся снизу на несмещаемую опору и поддерживаемый упругоподатливыми опорами в точках крепления оттяжек (рисунок 2).

а – расчетная схема; 1 – ствол мачты; 2 – упругоподатливая опора; 3 – сила тяжения оттяжек; 4 – ветровая нагрузка; 5 – вертикальная нагрузка; 6 – шарнирная опора; б – эпюра изгибающих моментов; в – эпюра поперечных сил; г – эпюра продольных сил; д – схема размещения оттяжек при стволе квадратной формы сечения; е – то же, при стволе треугольной формы сечения   Рисунок 2 – К определению усилий в стволе мачты

Неизвестными в этой многократно статически неопределимой системе являются усилия в оттяжках, смещения точек крепления оттяжек и моменты в стволе в тех же точках.

Существуют несколько способов расчета, но они весьма трудоемки. Расчетные комплексы позволяют решить задачу на ЭВМ.

Проверка принятого диаметра каната выполняется по формуле

N_max=σ_max·A ≤ N_p·γ_с·γ_вт/γ_m (4)

где γ_m =1,6; N_р – разрывное усилие; γ_с=0,8; γ_вт=0,95.

По найденным усилиям M, N и Q проверяют прочность и устойчивость элементов ствола. При проверке устойчивости мачты в целом расчетное усилие в стволе должно в 1,3 раза меньше критической силы.

При проектировании ствол мачты разбивают на опорную, оттяжные и промежуточные секции.

Широко применяют фланцевые соединения на высокопрочных болтах.

Число болтов определяют по формуле

N=N/A_вh·R_вh·γ_с·γ_в, (5)

Толщину фланца, из условия его работы на изгиб

t ≥ (6)

где k₁=σ_уn/240; k₁- по таблице, в зависимости от отношений r₁/r₂ и t/t_w.

Угловые швы крепления фланца к трубе рассчитывают по усилию в поясе N_c

K_w=N_c/ℓ_w·γ_c·[β·R_w·γ_w]_min (7)

и проверяют на действие растягивающего N_t и M=α·N_t

(8)

Кроме того, выполняют конструирование узла крепления оттяжек с помощью валика из высокопрочной стали.