Методика определения расчетных длин элементов перекрестной решетки стальных опор воздушных линий электропередачи

Введение. Суммарная мощность электрических станций и протяженность электрических сетей в Российской Федерации значительно увеличиваются с каждым десятилетием из-за постоянного промышленного развития городов и пригорода. Это требует вовлечения огромных материальных и трудовых ресурсов в сфере энергетического строительства, поэтому следует определить и реализовать все возможные пути снижения капиталоемкости электрических сетей высокого и сверхвысокого классов напряжения. Для целей практики, помимо решения собственно задачи устойчивости, необходимо определить сочетание внешних нагрузок (крутящего момента и продольной силы), предопределяющее наименьшее из возможных значение критического параметра.

Материалы и методы. Из-за различной длины отдельных раскосов опор и нарастания усилий в поясах к основанию степень податливости узлов линейному и угловому смещениям оказывается неодинаковой, отчего теряют
устойчивость лишь некоторые раскосы. В статье рассмотрена башня квадратного сечения не с наклонными, а с параллельными поясами, в которой решетка и пояса имеют соответственно одинаковые сечения и на ее свободном конце действуют возрастающий крутящий момент и неизменная по величине продольная сила, приложенная относительно вертикальной оси опоры. Благодаря симметрии системы и внутренних усилий в момент потери устойчивости произойдет симметричная деформация теряющих устойчивость раскосов. Задача решалась, используя систему канонических уравнений метода перемещений в численно-аналитической постановке. Рассмотрено применение изложенной методики для определения расчетных длин раскосов решетки на примере нижней секции опоры 1П330-1.

Результаты. Исследуемый фрагмент опоры в плане конструктивного решения является пространственной стержневой стальной стойкой, узлы которой не совмещены в смежных гранях и состоящей из 12 панелей. Конструктивные элементы секции представляют собой стержни из одиночных уголков. Стык происходит посредством болтового соединения. Для раскосов каждой панели определены канонические коэффициенты и графически решено уравнение устойчивости, из которого найдены коэффициенты расчетной длины.

Выводы. Представленная численно-аналитическая методика позволяет определить коэффициенты расчетных длин элементов ствола башенной опоры в зависимости от продольного усилия и отношения погонных жесткостей пояса и раскоса. Полученные коэффициенты ориентировочно на 10–15 % ниже существующих в отечественных нормах. В результате выявлен резерв несущей способности опор, что указывает на возможность совершенствования методики решения задачи устойчивости элементов.

1. Тимошенко С.П., Завьялов В.Н. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. М. : АСВ, 2013. 808 с.

2. Tanasoglo A., Garanzha I. Stress-strain state experimental researches of the lattice support pole sections for overhead power transmission line 110 kV // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 196. Р. 02019. DOI: 10.1051/matecconf/201819602019

3. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Киев : СКАД, 2011. 604 с.

4. Кадисов Г.М. Динамика и устойчивость сооружений. М. : АСВ, 2017. 272 с.

5. Шевченко Е.В. Анализ критериев устойчивости решетчатых башенных опор ВЛ // Вестник ДонНАСА. 2013. № 13 (4). С. 101–114.

6. Pustovgar A., Tanasoglo A., Garanzha I., Shilova L., Adamtsevich A. Optimal design of lattice metal constructions of overhead power transmission lines // MATEC Web of Conference. 2016. Vol. 86. Р. 04003. DOI: 10.1051/matecconf/20168604003

7. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащеников Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений. М. : Наука, 2014. 413 с.

8. Назим Я.В. Особенности проектирования и расчета конструкций переходных опор ВЛ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. № 11 (3). С. 38–49.

9. Миронов A.A., Шевченко Е.В. Проблемы устойчивости стержней башенных решетчатых опор воздушных линий электропередачи // Вестник ДонНАСА. 2017. № 3 (113). С. 11–24.

10. Golikov A., Gubanov V. Atypical structural systems for mobile communication towers // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365 (5). P. 052010. DOI: 10.1088/1757-899X/365/5/052010

11. Shevchenko Ye., Nazim Y., Tanasoglo A., Garanzha I. Refinement of wind loads on lattice support structures of the intersystem overhead power transmission lines 750 kV // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117 (1). Рp. 1033–1040. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.225

12. Ohsaki M. Optimization of finite dimensional structures. Tokyo : CRC Press Taylor & Francis Group, 2019. 221 p.

13. Design of latticed steel transmission structures. New York : A.S.C.E, 2021. 98 p.

14. Bazant Z.P., Cedolin L. Stability of structures: elastic, inelastic, fracture, and damage theories. New York : Oxford University Press, 2010. 1011 p.

15. Coşkun S.B. Advances in computational stability analysis. Rijeka : InTech, 2018. 132 p.

16. Winterstetter T., Schmidt H. Stability of circular cylindrical steel shells under combined loading // Thin-Walled Structures. 2012. Vol. 40 (10). Pp. 893–909. DOI: 10.1016/S0263-8231(02)00006-X

17. Yoo C.H., Lee S.C. Stability of structures — principles and applications. New York : Elsevier Academic Press, 2017. 529 p.

18. Yang B. Stress, strain, and structural dynamics: an interactive handbook of formulas, solutions, and MATLAB Toolboxes. Cambrige : Elsevier Academic Press, 2020. 314 p.

19. Горохов Е.В., Васылев В.Н. Силовые испытания устойчивости фрагментов опор ВЛ 330кВ // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. Vol. 15 (3). С. 53–62.

20. Назим Я.В., Горохов Е.В. Оптимизация решетки опор ВЛ по критерию устойчивости стержней // Металлические конструкции. 2017. № 21 (2). С. 20–36.

21. Саливон Ю.И., Бакаев С.Н. Алгоритм мониторинга технического состояния решетчатых опор высоковольтных линий электропередачи // Металлические конструкции. 2018. № 18 (2). С. 135–149.

22. Fomenko S.A., Garanzha I.M., Tanasoglo A.V. Damper as a rigid insert for rigid bus structures oscillation damping // Materials Science Forum. 2018. Vol. 931. Pp. 14–18. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.931.14

23. Fomenko S., Garanzha I., Tanasoglo A., Vershinin V. Theoretical and experimental researches of spring damping flexural oscillations for beam structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 661 (1). Р. 012053. DOI: 10.1088/1757-899X/661/1/012053