Процесс построения опоры для линии электропередачи в условиях ветрености: необходимые качества
Содержание
1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность
1.1 Постановка задачи и исходные данные
1.2 Определение характеристик провода
1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима
1.4 Вычисление длины критических пролётов
1.5 Расчёт кривых провисания провода
2.1 Постановка задачи и исходные данные
2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору
2.3 Определение усилий в стержнях фермы
2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы
1. Расчёт проводов ЛЭП на прочность
1.1 Постановка задачи и исходные данные
Цель курсового проекта: Спроектировать линию электропередачи (ЛЭП) и рассчитать для неё опоры при заданном ветровом районе по гололёду.
Для заданной линии ЛЭП необходимо определить нагрузки, действующие на провод для трёх расчётных режимов, напряжения в проводе, стрелу провеса, величину наибольшего провисания и её координаты, первоначальную длину провеса.
Построить кривые провисания проводов.
При расчёте принято:
длина пролёта l = 300 м;
разность уровней точек подвеса h = 35 м;
марка провода по ГОСТ 839-59 - АС-400;
район по гололёду - IV;
район по ветру - VI;
температура, при которой подвешен провод Т0 = 0°С;
среднегодовая температура TIII = 0°С;
минимальная температура TI = - 40°С;
коэффициент скоростного напора k = 1.
1.2 Определение характеристик провода
Площадь сечения провода F = 493,3 мм2.
Расчётный диаметр провода d = 29 мм.
Расчётный вес провода qп = 1,840 даН/м.
Модуль упругости материала Е = 8900 даН/мм2.
Коэффициент температурного линейного расширения град -1.
1.3 Определение расчётной нагрузки для каждого режима
1.3.1 I режим - минимальной температуры (TI = - 40°С; гололёд и ветер отсутствуют). Интенсивность нагрузки от собственного веса для провода марки АС-300 по ГОСТ 839-59
даН/м
Удельная нагрузка
1.3.2 II режим - максимальной нагрузки (TII = - 5°С; гололёд и ветер)
Толщина стенки гололёда b = 20 мм (IV район).
Скоростной напор ветра даН/м2 (I район; при наличии гололёда скоростной напор принимается равным 25% от нормативного qн).
Удельный вес льда провода
.
Интенсивность нагрузки от гололёда:
даН/м.
Интенсивность нагрузки от давления ветра:
даН/м
(Здесь с = 1,2 - аэродинамический коэффициент).
Суммарная интенсивность нагрузки:
даН/м.
Удельная нагрузка
1.3.3 III режим - среднегодовой температуры (TI = 0°С; гололёд и ветер отсутствуют).
Как и для I режима:
даН/м; .
Вычисленные нагрузки и допускаемые напряжения для трёх режимов сведены в таблицу.
|
Расчётный режим |
Допускаемые напряжения, даН/мм2 |
Температура Т, °С |
Интенсивность нагрузки, даН/м |
Удельная нагрузка, |
|
I II III |
11,5 13,0 7,75 |
40 5 0 |
1,840 4,82 1,840 |
0,00372 0,00977 0,00372 |
1.4 Вычисление длины критических пролётов
Длину критических пролётов вычисляем по формуле:
По этой формуле находим, принимая
0,9933
Полученное соотношение критических величин пролётов ( ) соответствует случаю № 2, пролеты и в этом случае фиктивные, физического смысла не имеют и находятся на пересечении прямой III - III с продолжением кривых I - III и II - III (см. рис.1) Для пролетов L расчет. < L 2 кр. исходным является режим I, а при L расчет. > L 2 крит. режим II, где L расчет. - длина пролета, по которому ведется расчет (задана по условию).
Рисунок 1
1.5 Расчёт кривых провисания провода
1.5.1 Режим II. Горизонтальное натяжение нити:
даН.
Величина наибольшего провисания:
Абсцисса, определяющая положение низшей точки:
Из решения видно, что низшая точка кривой провисания лежит за пределами пролёта.
Стрела провисания
м
Конечная длина провода
Первоначальная длина провода
По выполненным расчётам строим кривую провисания провода
(рис.2).
Рис.2
1.5.2 Режим I
Для режима I используем уравнение состояния провода
где индекс m означает исходный режим, индекс n - исследуемый режим.
В нашем случае имеем:
или
После упрощения получим:
откуда даН/мм2.
Дальнейший расчёт проводим аналогично расчёту режима II:
даН;
;
;
;
По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму I (см. рисунок 3).
Рис.3
1.5.2 Режим III
Для режима III имеем:
или
После упрощения получим:
откуда даН/мм2.
даН;
;
;
;
По полученным данным строим кривую провисания провода аналогично режиму III (см. рисунок 4).
2. Расчёт опоры ЛЭП
2.1 Постановка задачи и исходные данные
Для расчётной схемы опоры ЛЭП необходимо:
определить интенсивность давления на ферму ветровой нагрузки (район по ветру I);
определить усилия в элементах плоской фермы;
подобрать из условия устойчивости безопасные размеры поперечного сечения отдельно для поясов и раскосов решётки в виде равнобокого уголка;
рассчитать опасный узел сварного и болтового соединений, выполнить эскизы этих узлов.
При расчёте принять:
допускаемые напряжения при растяжении и сжатии для прокатных профилей даН/см2 (210 МПа);
допускаемые напряжения для сварных швов, болтов, заклёпок на срез даН/см2 (130 МПа); на смятие даН/см2 (340 МПа);
сосредоточенный момент
сосредоточенная сила Р = 1000 даН (0,01 МН);
параметр а = 2 м.
2.2 Расчёт ветровой нагрузки, действующей на опору
Определим величину расчётного скоростного напора:
даН/м2,
Где даН/м2 –
скоростной напор ветра (VI район)
n = 1,3 - коэффициент перегрузки для высотных сооружений;
k =1 - поправочный коэффициент изменения скоростного напора, зависящий от высоты и типа местности (см. п.1.1).
Коэффициент лобового сопротивления для пространственной четырёхгранной фермы при направлении ветра на грань:
где
Сх = 1,4 - аэродинамический коэффициент для плоской фермы;
m = 0,3 - коэффициент увеличения давления ветра на подветренную грань, зависящий от типа решётки.
Площадь проекции опоры на плоскость, перпендикулярную направлению ветра (рисунок 3):
,
где
м2 - площадь проекции прямоугольной части;
м2 - площадь проекции трапециевидной части;
-угол наклона боковой стороны трапеции к ветру.
При этих значениях получим:
м2.
Вычисляем давление ветра на опору:
даН,
где
b = 1,5 - коэффициент увеличения скоростного напора, учитывающий его динамичность и пульсацию;
поправочный коэффициент при действии ветра на ребро;
расчётная площадь проекции конструкции по наружному обмеру на плоскость, перпендикулярную направлению ветра; здесь коэффициент заполнения плоской фермы.
Интенсивность ветровой нагрузки
даН/м.
Принимаем qw = 131 даН/м.
2.3 Определение усилий в стержнях фермы
2.3.1 Определение узловой нагрузки
Интенсивность распределённой нагрузки разносим по узлам фермы. Усилие, приходящееся на одну панель, определяем по формуле:
тогда
2.3.2 Вычисление реакций в опорах
Из условий равновесия:
Рис.5
Вычисление усилий в стержнях фермы
Для определения усилий в стержнях используем метод сечений и способ вырезания узлов.
рис.7
сечение I - I (рис.7)
Условия равновесия:
рис.8
рис.9
2) сечение 2 - 2 (рис.9)
Условия равновесия:
рис.10
Рис.11
3) сечение 3 - 3 (рис.11)
Условия равновесия:
Рис.12
сечение 4 - 4 (рис.15)
Рис.13
Условия равновесия:
Рис.14
рис.15
Сечение 5-5 (рис.18)
Рис.16
Условия равновесия:
Рис.17
Рис.18
Сечение 6-6 (рис. 20)
Условия равновесия:
Рис. 19
Рис. 20
Рис.21
сечение 7-7 (рис.24)
Рис.22
Рис.23
Условия равновесия:
По найденным значениям строим эпюры внутренних усилий в стержнях фермы (рис.25).
Рис.24
рис.25
2.4 Подбор безопасных размеров поперечного сечения стержней фермы
Наибольшее сжимающее усилие в поясе даН.
Безопасные размеры поперечного сечения равнобокого уголка находим из условия прочности при растяжении:
Из условия устойчивости при сжатии имеем:
принимая j0 = 0,5 в первом приближении. Согласно ГОСТ 8509-57, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 100´100´10, для которого F = 19,2 см2 и imin = 1,96 см. Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:
По справочной таблице для гибкости l = 103,6, используя линейную интерполяцию, находим:
По сортаменту окончательно выбираем равнобокий уголок 100´100´10, для которого A = 19,2 см2 и imin = 1,98 см.
Аналогичным образом определяем необходимые размеры сечения для стержней решётки.
Из условия устойчивости при сжатии имеем:
принимая j0 = 0,5 в первом приближении.
Согласно ГОСТ 8509-93, по сортаменту выбираем равнобокий уголок 63´63´4, для которого F = 4,96 см2 и imin = 1,25 см.
Вычисляем гибкость стержня, считая элементы пояса шарнирно закреплёнными по концам:
Гибкость очень велика, поэтому выбираем равнобокий уголок 80´80´7, для которого F = 10,8 см2 и imin = 1,58 см.
Гибкость стержня
Окончательно принимаем для раскосов уголок 80´80´7.
