Проектирование стальных решетчатых конструкций линий электропередачи с использованием параметров надежности на примере анкерно-угловой опоры У220-2+9

Введение. Обеспечение надежности решетчатых конструкций опор воздушных линий электропередачи (ВЛ) является первоочередной задачей проектировщика. Если расчет и проектирование типовых конструкций массового строительства ведется в соответствии с действующими нормативными документами, то вопрос обеспечения гарантируемого минимально требуемого уровня надежности опор ВЛ осуществляется с применением различного рода коэффициентов надежности. По сути, остаются FORM-методы (методы определения надежности строительных конструкций первого порядка), так как SORM-методы (методы второго порядка) крайне сложны в реализации. При этом однозначный алгоритм определения характеристик надежности конструкций опор ВЛ действующие нормативные документы не дают.

Материалы и методы. Предлагается методика определения склонности стальных конструкций линий электропередачи к лавинообразному обрушению на базе численного обоснованного установления исключаемых элементов системы для формирования вторичной расчетной схемы. В основе лежит расчет на базе метода конечных элементов (МКЭ) в геометрически и конструктивно-нелинейной постановке. Данная методика позволяет четко выявить наиболее ответственные стержни конструкции, а не назначать их на основе инженерного опыта или рекомендаций.

Результаты. Приводится методика определения численных характеристик надежности стальных конструкций линий электропередачи на базе МКЭ в стохастической постановке. В качестве ключевой характеристики выступает дальность отказа β. Искомая надежность системы находится между нижним значением βmin (характеристика одного наиболее ответственного элемента системы) и верхним значением βmax (характеристика для группы наиболее ответственных элементов системы), установленных при анализе конструкции на склонность к лавинообразному обрушению. С целью апробации предложенных методик выполнен анализ надежности анкерно-угловой опоры У220-2+9. По результатам расчетов выявлена недостаточная надежность конструкции для расчетной ситуации с максимальными из рассматриваемых нагрузок.

Выводы. Разработана методика анализа склонности стальных стержневых конструкций опор линий электропередачи к лавинообразному обрушению, позволяющая определять наиболее опасные элементы системы для конкретно заданного вида загружения.

1. Ведяков И.И., Еремеев П.Г., Соловьев Д.В. Научно-техническое сопровождение и нормативные требования при реализации проектов зданий и сооружений повышенного уровня ответственности // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 12. С. 14–19. EDN VRJMYQ.

2. Бармотин А.А., Дмитренко Е.А., Волков А.С., Машталер С.Н., Недорезов А.В., Казак К.А. и др. Информационное моделирование при выполнении обследования зданий // Современное промышленное и гражданское строительство. 2024. Т. 20. № 2. С. 93–109. EDN WFDUZE.

3. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Цепляев М.Н., Мущанов А.В. Комплексный подход к оценке надежности пространственных металлических конструкций // Строительство: наука и образование. 2024. Т. 14. № 1. С. 6–23. DOI: 10.22227/2305-5502.2024.1.1. EDN WGPYND.

4. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Кащенко М.П., Зубенко А.В. Надежность пространственных стержневых конструкций усеченных большепролетных куполов // Металлические конструкции. 2023. Т. 29. № 1. С. 47–61. EDN RWWBHA.

5. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Кащенко М.П., Дудов Н.В. Обеспечение регламентируемого уровня надежности стальной стержневой конструкции повышенной ответственности на примере покрытия СК «Ильичёвец» в г. Мариуполь // Металлические конструкции. 2025. Т. 31. № 1. С. 35–46. DOI: 10.71536/mc.2025.v31n1.4. EDN ICQFZG.

6. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Мущанов А.В., Цепляев М.Н. Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 5. С. 763–777. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.5.763-777. EDN GEAKOH.

7. Смирнова Н.С. Оптимизация реконструкции воздушных линий электропередачи с учетом надежности энергоснабжения потребителей : дис. … канд. техн. наук. Макеевка, 2023. 187 с.

8. Сенькин Н.А. Учет прогрессирующего обрушения при проектировании опор воздушных линий электропередачи // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 4 (93). С. 37–46. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-4-37-46. EDN MXCQXB.

9. Сенькин Н.А., Филимонов А.С. Взаимодействие конструктивных элементов в линейной цепи воздушной линии электропередачи // Жилищное строительство. 2024. № 1–2. С. 101–108. DOI: 10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108. EDN SCMQKH.

10. Arsalan H., Zeashan H., Qi H. Monitoring of Overhead Transmission Lines : а Review from the Perspective of Contactless Technologies // Sensing and Imaging. 2017. Vol. 18. Issue 1. DOI: 10.1007/s11220-017-0172-9

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

12. Fu X., Li H.N., Li G., Dong Z.Q., Zhao M. Failure Analysis of a Transmission Line Considering the Joint Probability Distribution of Wind Speed and Rain Intensity // Engineering Structures. 2021. Vol. 233. P. 111913. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.111913

13. Fu X., Wang J., Li H.N., Li J.X., Yang L.D. Full-scale Test and its Numerical Simulation of a Transmission tower under Extreme Wind Loads // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019. Vol. 190. Pp. 119–133. DOI: 10.1016/j.jweia.2019.04.011

14. Филимонов А.С. Предложения по защите промежуточной опоры ВЛ 750 кВ с оттяжками от прогрессирующего обрушения // Серия «Строительство» : сб. ст. магистрантов и аспирантов. 2021. С. 391–398. EDN LNFUUV.

15. Танасогло А.В., Гаранжа И.М., Федорова С.Р. Мониторинг одностоечных свободностоящих опор воздушных линий электропередачи при действии ветровых нагрузок // Жилищное строительство. 2023. № 12. С. 73–78. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-73-78. EDN ZSSEHX.

16. Kondrateva O.E., Voronkova E.M., Loktionov O.A. Impact assessment of weather and climate events on overhead transmission lines reliability with voltages up to 110-220 kV // 2021 3rd International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). 2021. Pp. 1–6. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388054

17. Garanzha I.M., Tanasoglo A.V., Ademola H.A., Pisareva M.M. Dynamic behavior of power transmission line supports under wind influence // Magazine of Civil Engineering. 2025. Nо. 18 (1). P. 13301. DOI: 10.34910/MCE.133.1