[МЕТОД]

Привет всем любителям опор ЛЭП!

Вопрос: как делать расчет опоры ЛЭП на сейсмику?

В поисках ответа я нашел информацию, которой поделюсь ниже на примере расчета решетчатой свободностоящей опоры из уголков типа П330-2т+5 по нормам Украины. Для СНГ уверен будет что-то похожее. Если у кого есть что добавить – буду рад. Тема специфическая)

1. В нормах и литературе [1]-[4] указано, что опоры ЛЭП весьма сейсмостойки, т.к. сейсмические нагрузки будут меньше, чем нагрузки от основных режимов работы опоры по ПУЭ (ветер, лед, тяжение и обрывы проводов).

2. В работе [5] указано: «для правильного решения создания сейсмостойких конструкций опор ВЛ электропередач необходима разработка расчетных моделей и методик расчета сейсмостойкости строительных конструкций ВЛ». Я таких методик не нашел.

3. В ПУЭ и ДБН В.1.1-12 «Сейсмика» нет конкретики по расчету опор ЛЭП.

4. В нормах и литературе [1]-[4] указано, что провода и изоляторы имеют частоту собственный колебаний f=0.1-0.3 Гц, а опоры – 2-6 Гц, поэтому они не передают друг другу ускорений. Следовательно, при расчете в МКЭ массы для динамики будем собирать только от веса опоры (и льда на опоре). Собственный вес опоры принимаем с коэффициентом сочетания 0,95 (Табл 6.1 ДБН «Сейсмика»). Лед на опоре учитываем при высоте опоры >= 50 м, или при толщине стенки льда >= 28мм (п.2.5.36 ПУЭ). Лед учитываем с коэффициентом сочетания 0,8 (п.2.5.75). В нашем примере для опоры П330-2т+5 лед не учитываем.

5. Ветер не учитываем (Таблица 2.5.14 ПУЭ, п 6.1.2 ДБН «Сейсмика»).

6. Нагрузки от веса проводов и изоляторов (учесть к=0,95), веса льда на проводах (учесть к=0,8) и от тяжения для анкерных опор (учесть к=0,8) рассматривать в РСУ как статические нагрузки (на динамику не влияет).

7. Делаем модель в МКЭ. В моем случае ЛИРА САПР 2013. Файл прилагаю.

7.1 Для опоры П330-2т+5 для динамики учитываем только собственный вес. Загружаем автоматически через «добавить собственный вес» с коэффициентом: 1,04 (цинк) * 1,05 (болты) * 1,15 (фасонки) * 1,1 (Yfm) * 1.05 (Yn) * 0.95 (сочетание) = 1,38. Далее при помощи «суммирования нагрузок» узнаем вес по каждому уровню раскосов и заменяем распределенную нагрузку точечной на узлы ствола опоры. Нагрузку от траверс тоже прикладываем точечно на ствол опоры. Это делается для того, чтобы ЛИРА лучше собирала модальные массы (>85% - п. 6.3.10 ДБН «Сейсмика»).

7.2 В таблице динамических загружений выбираем: Воздействие №36 (ДБН «Сейсмика»), Форм 10, сейсмика 8 б, грунт категории 2, К1=1,0, К2=1,4, К3=1,5 (для башенных сооружений), Кгр=1,0. Сейсмические нагружения делаем по Х, Y, Z, XY.

7.3 Делаем расчет. Смотрим для справки собственную частоту колебаний: f=1.1 Гц. Маловато конечно… Также полезно посмотреть на деформацию опоры на виде сверху при различных формах колебания – возможно нужно будет направить сейсмику по другим направлениям вслед направлению деформации опоры. Смотрим усилия в поясах по РСУ: N=-350 кН. Добавляем вес проводов и льда около 70 кН, итого N=-420 кН. Смотрим на усилия в поясах при основных режимах расчета: N=-570 кН. 420/570=75%. Делаем вывод, что сейсмическое загружение дает меньшие усилия.

8. Чтобы получить частоту не 1,1 Гц, а 2-6 Гц – нужно повышать жесткость опоры (делать опору шире, применять более мощные уголки и т.п.).

Литература
1 EN50341-1:2012. «Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV - Part 1: General requirements - Common specifications». Brussel 2012.
2 EN 1998-6:2005 «Design of structures for earthquake resistance - Towers, masts and chimneys». Europe 2005
3 International Council on Large Electric Systems (CIGRE) «Overhead Lines. Green Book». Paris 2017.
4 ASCE/SEI 10-15 «Design of Latticed Steel Transmission Structures». Reston, Virginia, USA 2015.
5 13тм-т1 Критерии и основные технические требования к сейсмостойкости подстанций и линий электропередач. Том 1. Анализ стойкости электротехнического оборудования при землетрясениях и лабораторных испытаниях и предложения по повышению его стойкости. Москва 1996.
6 Правила устройства электроустановок (ПУЭ 2017 Украина), Киев 2017
7 ДБН В.1.1-12:2014 «Сейсмика», Киев 2014

[olf_]

По теме не отпишу (новогодние праздники, затем 21 год такой же чумачедчий как 20-й).
Обращаю внимание на стиль изложения и логику. Хороший пример, хорошая проработка вопроса.

[alexfr]

может, стоит просмотреть Соколова "Опоры ЛЭП" (стр32-34).
Очень похоже, что для горизонтальных толчков с башней будет все в порядке, но стоит проверить траверсы-консоли на вертикальный толчок с коэф. динамичности бета=5

[Бахил]

Сообщение от alexfr с коэф. динамичности бета=5

А чё не 10? Это же не балкон.

[МЕТОД]

Alexfr, благодарю!

Рассмотрим информацию из книги Соколова «Опоры ЛЭП» 1961, стр. 32-34 относительно траверс.

«Местные соединения рассчитываются на импульсивные силы (предшествующие силам инерции длиннопериодных) колебаний, возникающие в местах жестких прикреплений гибких элементов к элементам, имеющим большую массу или жесткость, путем введения значения коэффициента альфа=5».

Как замечено выше, альфа это наш бета из ДБН «Сейсмика»).

Ниже я кратко опишу, как я понимаю этот расчет.

1. Расчет в МКЭ (например ЛИРА). Удаляем все лишнее и оставляем только траверсу. Назначаем шарнирные связи в месте прикрепления к опоре (на болтах). Задаем распределенную нагрузку от собственного веса. Делаем расчет.

2. В таблицах результатов смотрим, что массы собрались >85%, смотрим периоды и проценты масс по каждой форме. При сейсмике перпендикулярно траверсе получилось: по форме 1 (Т=0,3с) - N=3.1 кН; по форме 2 (Т=0,1с) - N=5.0 кН; по форме 6 (Т=0,04с) - N=0.7 кН. По таблице 6.7 ДБН «Сейсмика» находим соответствующие формам коэффициенты бета. Эти бета ЛИРА уже учла сама. Учтем, что должно быть бета = 5.
N=SQRT((3.1*5/2.5)^2+(5*5/2.5)^2+(0.7*5/1.8)^2)=12 кН.
При сейсмике по вертикали по этой же методике получаем N=5 кН.

3. Добавляем собственный вес и лед на проводах с коэффициентами сочетаний соответственно 0,95 и 0,8, учитываем, что коэффициент надежности по ответственности в аварийном режиме меньше, чем в основном (если смотреть ДБН «Надежность»). Сравниваем с расчетом на основные режимы. У меня получилось 12+105=117 кН (сейсмика) < 125 кН (основной режим). При необходимости проверки сечений - можно учесть коэффициенты, повышающие прочность сечений при мгновенных нагрузках.

4. Мне не очень нравятся формы колебаний по визуализации и по проценту масс. Поэтому я сделал еще один файл, где траверсу представил в виде четырех стержней и нагрузил соответствующей распределенной нагрузкой. В такой простой задаче уже собираются 100% масс в одной из форм каждого направления сейсмики (перпендикулярно траверсе и по вертикали) и визуализация красивая. Усилия в поясе по методике выше при сейсмике перпендикулярно траверсе 10 кН, при вертикальной сейсмике 5.5 кН. Значит расчет выше считаем правильным.

Файлы прилагаю.