RU239142U1 - Фундамент опоры линии электропередачи - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, а именно к фундаментам опоры воздушных линий электропередач. Техническим результатом является повышение устойчивости конструкции. Фундамент опоры линии электропередачи, содержащий две многогранные стойки, соединенные между собой металлической балкой, соединенную с металлической балкой монтажную площадку, муфты, опорные пластины, присоединенные к многогранным стойкам при помощи муфт, соединительные пластины, соединенные с многогранными стойками посредством сварки и с металлической балкой при помощи болтового соединения, отличающийся тем, что многогранные стойки выполнены в форме полых многоугольных призм. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно к фундаментам опоры воздушных линий электропередач.

Из уровня техники известен фундамент опоры линии электропередачи (патент RU 113527 U1, опубл. 20.02.2012). Фундамент опоры линии электропередачи, включающий сваи, объединенные металлическим ростверком, содержащий в центре фланец, ростверк выполнен в виде совокупности не менее трех балок, пересекающихся в центре ростверка, при этом свободные концы балок выполнены с возможностью соединения с верхними концами свай. Сваи могут быть установлены с наклоном к центру ростверка и выполнены составными по длине, а фланец может быть прикреплен к ростверку посредством опорного кольца с ребрами жесткости.

Недостатками данного технического решения является форма свай, которая приводит к низкой устойчивости к скручиванию и нагрузкам, особенно, в грунтах с повышенными требованиями к устойчивости.

Наиболее близким техническим решением является ростверк фундамента опоры линии электропередачи (патент RU 113280 U1, опубл. 10.02.2012). Ростверк фундамента опоры линии электропередачи содержит снабженный фланцем центральный элемент, соединенный с периферийными элементами. Центральный элемент выполнен в виде вертикальной стойки, а периферийные элементы выполнены в виде совокупности трех и более соединительных обойм (на чертежах изображены четыре обоймы), выполненных с возможностью крепления к фундаменту. Обоймы соединены между собой затяжками, при этом верхний конец вертикальной стойки соединен с обоймами посредством раскосов, а ее нижний конец соединен с обоймами посредством дополнительных затяжек. Кроме того, в ростверке между нижним концом вертикальной стойки и затяжками могут быть установлены V-образные распорки.

К недостаткам данного устройства можно отнести металлоемкость, т.к. большое количество соединительных элементов приводит к повышенному расходу металла, а также неравномерное распределение нагрузки на сваях.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устойчивого к скручиванию и смятию, и локальным деформациям при контакте с грунтом и камнями при монтажных нагрузках основания для установки опор воздушных линий электропередач.

Данная задача решается благодаря тому, что техническое решение выполнено с применением двух многогранных стоек и соединяющей их металлической балки, равномерно распределяющей нагрузку между многогранными стойками.

Техническим результатом является повышение устойчивости конструкции.

Технический результат достигается тем, что устройство выполнено с использованием двух многогранных стоек, металлической балки для распределения нагрузки, опорных и соединительных пластин с ребрами жесткости, а также конструкции муфт.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Фундамент опоры линии электропередачи, вид спереди.

Фиг. 2 - Фундамент опоры линии электропередачи, вид сбоку.

Фиг. 3 - Опорная пластина, вид сверху.

Фиг. 4 - Сравнительная таблица геометрических характеристик многогранной стойки и круглой трубы.

Фундамент опоры линии электропередачи состоит из двух наклоненных друг к другу многогранных стоек 3, соединяющей их металлической балки 2, опорных пластин 5, к которым присоединены многогранные стойки при помощи муфт 4, соединительных пластин 6, соединенных с многогранными стойками при помощи сварки и соединенных с металлической балкой при помощи болтового соединения. На металлической балке размещена монтажная площадка 1, представляющая собой металлическую пластину с круглыми отверстиями и выполненной с возможностью размещения на ней башмака опоры линии электропередачи. Монтажная площадка соединена с металлической балкой при помощи сварки.

Пластина монтажной площадки может быть выполнена с отверстиями разных размеров, с разным количеством и расположением отверстий исходя из характеристик отверстий на опорной пластине башмака решетчатой опоры. Металлическая балка обеспечивает равномерное распределение нагрузок между многогранными стойками. Опорная пластина и соединительная пластина располагаются в нижней и верхней частях фундамента опоры линии электропередачи соответственно. Соединительная пластина служит для соединения многогранной стойки и металлической балки, на соединительной пластине выполняются круглые отверстия, обеспечивающие возможность болтового соединения с металлической балкой. Опорная пластина и соединительная пластина снабжены ребрами жесткости прямоугольной формы, обеспечивающими большую площадь прилегания и повышающими сопротивление многогранной стойки фундамента опоры линии электропередачи скручиванию после обратной засыпки грунтом котлована. Опорные пластины служат для равномерного распределения нагрузки от вышележащих конструкций на грунт.

Соединение опорной пластины и многогранной стойки выполняется через муфту посредством резьбовых шпилек и гаек. Для обеспечения точности сборки и правильного позиционирования элементов фундамента опоры линии электропередачи относительно друг друга муфта и большая по длине часть многогранной стойки со стороны муфты снабжены круглыми сквозными отверстиями, расположенными на разных гранях их призм. Муфта соединяет многогранную стойку 3 с опорной пластиной 5, она необходима для обеспечения возможности сборки конструкции на монтаже (на объекте). В свою очередь разборная конструкция позволяет увеличить норму загрузки автомобильного и железнодорожного транспорта.

Преимущество фундамента опоры линии электропередачи, содержащего две многогранные стойки, соединенные с двумя опорными пластинами, перед фундаментами, которые содержат только одну опору, состоит в увеличении сопротивления скручиванию, повышении устойчивости к опрокидыванию всей конструкции, удовлетворяя условиям установки опор воздушных линий электропередачи в грунтах с повышенными требованиями к устойчивости. Устойчивость к скручиванию является важным параметром, т.к. опоры линии электропередачи подвергаются значительным крутящим нагрузкам от ветра, натяжения проводов и гололедных образований, при недостаточной устойчивости фундамента опоры линии электропередачи к скручиванию опора может деформироваться или даже разрушиться.

Многогранные стойки и муфты представляют собой полые многоугольные призмы, две грани которых являются простыми многоугольниками с четным количеством вершин, лежащими в параллельных плоскостях, а остальные грани - параллелограммы, имеющие общие стороны с этими многоугольниками. Внутренний размер полости призмы муфты является равным наружному размеру призмы многогранной стойки. Применение многогранной стойки в виде полой призмы дает возможность точного подбора размеров поперечного сечения в конкретных условиях использования для обеспечения минимальной металлоёмкости. Возможное количество граней многогранных стоек - от 6 до 16 граней, количество граней многогранника влияет на жёсткость многогранной стойки.

Для расчета количества граней применяется методика выбора оптимального количества граней, которая основывается на комплексном инженерном расчете. В отличие от использования готовых труб круглого сечения, использование многогранных стоек и возможность расчета количества граней позволяют корректировать размер поперечного сечения (диаметр описанной окружности) и количество граней (предпочтительное количество от 6 до 16) исходя из начальных характеристик места расположения опор линий электропередачи.

На фиг. 4 представлен сравнительный анализ устройства с сечением 219 мм и 16 гранями и круглой трубы с сечением 219 мм. Сравнительный анализ на сопротивление показал, что использование граней в конструкции повышает прочность на 3,97% и увеличивает сопротивляемость деформации на 3,97%. Методика расчета:

расчет фундамента на выдергивающую нагрузку аналитическим способом по формулам СП 22.13330.2016, данный расчет служит для определения типоразмеров фундамента, габаритов плиты в плане и глубины заложения;

расчет фундамента на сжимающую нагрузку аналитическим способом по формулам СП 22.13330.2016;

расчет фундаментов по прочности материала в программном комплексе SCAD;

расчет фундамента в программе «Мидас» совместно с грунтовым основанием в 3D постановке для окончательного принятия решения.

Многоугольное поперечное сечение для многогранной стойки обеспечивает повышенную устойчивость к деформациям, снижает концентрацию напряжений. Наличие граней приводит к более плавному распределению напряжений по периметру сечения под нагрузкой при изгибе и сжатии. Вершины многоугольника создают локальные зоны повышенной жесткости, эффективно сопротивляющиеся смятию и локальным деформациям при контакте с грунтом и камнями при монтажных нагрузках, особенно в области муфты и опорной пластины. Плоские грани многоугольника многогранной стойки создают большую площадь контакта и лучшее механическое зацепление с окружающим грунтом после обратной засыпки котлована, повышая сопротивление многогранной стойки фундамента опоры линии электропередачи к скручиванию относительно металлических фундаментов мелкого заложения с использованием при производстве трубы круглого сечения. Такая форма многогранных стоек обеспечивает повышение устойчивости за счет более равномерного распределения нагрузок, повышение долговечности фундамента опоры линии электропередачи за счет повышения устойчивости к скручиванию, т.к. скручивание приводит к микротрещинам и усталостным разрушениям материала опоры.

Внутренняя полость многогранных стоек может быть заполнена различными материалами, например, гидрофобным пенополиуретаном плотностью 20-40 кг/м³, предотвращающим появление конденсата на внутренней поверхности многогранной стойки, защищая тем самым металл стойки в скрытых полостях от коррозии.

Фундамент опоры линии электропередачи изготавливается с использованием листового проката для формирования многогранной стойки. Такой вид изготовления является экономически выгодным при производстве по сравнению с запатентованными ранее металлическими фундаментами мелкого заложения, при производстве которых используются готовые круглые трубы. Плоские листы позволяют эффективно раскраивать заготовки необходимых размеров, соответствующих расчетам по предъявленным нагрузкам проектируемых линий опор ЛЭП, значительно сокращая количество отходов металла по сравнению с использованием труб фиксированных сечений, имеющих ограниченный набор диаметров. Применение предлагаемой методики использования листового проката для изготовления многогранной стойки дает возможность рассчитать многогранную стойку конкретного диаметра с количеством граней, соответствующих расчетам по предъявленным нагрузкам проектируемых опор линий электропередачи и по физико-механическим характеристикам грунтов проектируемой трассы линии электропередачи. Появляется вариативность параметров заготовки, нет необходимости поиска или заказа нестандартных труб, осуществляется быстрая адаптация производства под требования расчетных нагрузок конкретного проекта. Технология изготовления (резка, гибка, сварка) из листа является стандартной и широко освоенной на металлообрабатывающих предприятиях, не требующей сложного специализированного оборудования для формовки труб или профилирования, что снижает трудозатраты и себестоимость изготовления.

Способ изготовления позволяет выполнять многогранные стойки с различным количеством граней, количество граней зависит от предполагаемых нагрузок и физико-механических характеристик грунта. Увеличение количества граней позволяет усиливать прочностные характеристики конструкции без увеличения расхода материала и размеров. При одном и том же диаметре сечения, многогранная стойка с большим количеством граней будет иметь больший момент инерции и момент сопротивления изгибу по сравнению с многогранной стойкой с меньшим количеством граней. При выборе количества граней влияют и физико-механические свойства грунта: для сыпучих грунтов требуется увеличение количества граней, тогда как для плотных грунтов можно выбрать меньшее количество граней. При расчете необходимого количества граней, исходя из оценки физико-механических свойств грунта, важно обеспечить надежное сцепление многогранной стойки с грунтом после обратной засыпки. Плоские грани создают значительно большее механическое зацепление, чем гладкая труба. Увеличение количества граней приводит к увеличению периметра сечения, следовательно, и площади контакта с грунтом. Это критически важно для передачи касательных нагрузок (на скручивание, выдергивание) в слабых и сыпучих грунтах.

Описание методики расчета количества граней:

1. Сбор исходных данных (нагрузки от опоры ЛЭП (нормативные и расчетные значения, геотехнический отчет с характеристиками грунтов).

2. Предварительный расчет. На основе нагрузок и характеристик грунта рассчитываются требуемые сечения многогранной стойки, размеры опорной пластины и момент сопротивления.

3. Подбор количества граней. Для выбранного диаметра выполняется серия расчетов для разного количества граней. Для каждого варианта рассчитываются фактические значения момента сопротивления и площади контакта с грунтом.

Пример реализации устройства

Пример реализации приведен для анкерно-угловых опор типа У330н-3 с подставками +5, +9 и +14 м, рассчитанные на III ветровой район (ветровой давление Q_max=650.00 Н/м²) и IV гололедный район (толщина стенки гололеда 25 мм). Опоры рассчитаны на район по гололеду V включительно. Для установки опор был произведен расчет фундаментов опоры линии электропередачи с учетом характеристик грунта. После расчетов под требуемые нагрузки определен тип фундамента опоры линии электропередачи и металлической балки: Фундамент опоры линии электропередачи ФМА-325(16)-4.3-2/3 с балкой Б2-А.

Фундамент опоры линии электропередачи ФМА-325(16)-4.3-2/3 можно раскрыть как фундамент многогранный для анкерно-угловой опоры (ФМА), диаметр многогранной стойки 325 мм, (16) - количество граней в многогранной стойке, высота фундамента опоры линии электропередачи - 4,3 м, размер плиты основания: длина 3 м, ширина 2 м. Угол наклона многогранной стойки относительно опорной пластины составляет 82°. Каждая соединительная пластина имеет по 4 отверстия для крепления с металлической балкой. В центральной части балки находится монтажная площадка с 4 отверстиями для крепления опоры ЛЭП. Металлическая балка подбирается по Типовому проекту: 3.407-115 «Унифицированные фундаментные конструкции ВЛ 35 - 500 кВ.

Сборка фундамента опоры линии электропередачи производится до погружения в котлован. Многогранная стойка фундамента опоры линии электропередачи надевается на опорную пластину, выравнивается по отверстиям и закрепляется шпильками.

Таким образом, преимуществами применения полезной модели являются снижение металлоемкости, устойчивость к скручиванию и нагрузкам в грунтах с повышенными требованиями к устойчивости, равномерное распределение нагрузки между многогранными стойками и возможность размещения внутри многогранных стоек антикоррозионных материалов.

Claims (3)

1. Фундамент опоры линии электропередачи, содержащий две многогранные стойки, соединенные между собой металлической балкой, соединенную с металлической балкой монтажную площадку, муфты, опорные пластины, присоединенные к многогранным стойкам при помощи муфт, соединительные пластины, соединенные с многогранными стойками посредством сварки и с металлической балкой при помощи болтового соединения, отличающийся тем, что многогранные стойки выполнены в форме полых многоугольных призм.

2. Фундамент опоры линии электропередачи по п.1, отличающийся тем, что опорные пластины снабжены ребрами жесткости прямоугольной формы.

3. Фундамент опоры линии электропередачи по п.1, отличающийся тем, что многогранная стойка выполнена путем сгибания листа металла с продольным сварным швом.