опорная конструкция для линии электропередачи

Формула изобретения

Опорная конструкция для линии электропередачи, представляющая собой пространственную ферму, содержащая фигурные пояса, расположенные на расстоянии друг от друга и связанные между собой соединительными элементами с образованием замкнутого поперечного контура, каждый фигурный пояс выполнен многогранным, изогнутым в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под тупым углом к ней отогнутых поверхностей, образующих ребра жесткости пояса и выполненных заданной геометрической формы, а соединительные элементы прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы, при этом ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, отличающаяся тем, что каждый фигурный пояс выполнен пятигранным из сплошного изогнутого металлического листа или из сваренных по высоте фермы отдельных листов, центральная поверхность фигурного пояса выполнена плоской, при этом все поверхности каждого фигурного пояса, расположенные наклонно к вертикальной оси пространственной фермы или параллельно последней, выполнены в форме равнобедренного треугольника или трапеции, а основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорным конструкциям в виде пространственной фермы для линии электропередачи высокого напряжения (ЛЭП).

У наиболее часто применяющихся и более надежных свободностоящих опорах (без оттяжек) усилия в поясах стоек определяются в основном изгибающими моментами от нагрузок, которые в нормальных режимах направлены перпендикулярно оси высоковольтной линии, а в аварийных - вдоль оси высоковольтной линии. Так как изгибающие моменты в верхних сечениях меньше, а в нижних больше, секции выполняют с наклонными поясами, чтобы по возможности сблизить усилия в поясах верхних и нижних панелей каждой секции. При равенстве этих усилий можно полностью использовать прочность материала поясов по всей высоте секции, что минимизирует затраты стали на пояса. Однако большой наклон поясов приводит к расширению стоек опор в нижней части, увеличению массы решетки и необходимости установки опор на три или четыре фундамента.

Для уменьшения площади, занимаемой опорной конструкций для ЛЭП, числа фундаментов и массы решетки в настоящее время применяются узкобазовые опоры, крепящиеся к одному фундаменту. При выполнении конструкции стоек этих опор аналогично конструкции широкобазовых вследствие уменьшения ширины стойки возрастают усилия в поясах, а вследствие уменьшения наклона поясов усилия в поясах верхних и нижних панелей каждой секции существенно различаются. Поэтому прочность поясов, подобранных по максимальным усилиям (в нижних панелях), в остальных панелях секций полностью не используется. По этим причинам расход стали на пояса в узкобазовых опорах существенно увеличивается.

Отмеченные недостатки узкобазовых опор, выполненных по типу широкобазовых, частично устраняются применением узкобазовых многогранных стоек из гнутого листа со сплошным поперечным сечением в виде правильного многоугольника. Размеры поперечного сечения многогранной стойки с целью экономии материала обычно уменьшаются от максимального в нижней части до минимального в верхней в соответствии с уменьшением изгибающих моментов. Подобные конструкции нашли применение в качестве типовых опор для ВЛ 110 и 220 кВ (см. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.425, 426, а также Пособие по проектированию опор ВЛ и ОРУ подстанций напряжением выше 1 кВ. М., Центральный институт типового проектирования, 1989, с.58,59).

Недостатком опоры со стойкой сплошного многогранного сечения остается относительно большой расход материала. Так как при изгибе напряжения в волокнах, расположенных в районе нейтральной оси сечения, оказываются существенно ниже допускаемых, т.е. прочность материала в этих волокнах полностью не используется.

Известна опорная конструкция в виде пространственной фермы многоугольного поперечного сечения для ЛЭП, включающая фигурные пояса, выполненные из листового материала, образующего при изгибе жесткий профиль, и прикрепленные к ним элементы решеток, при этом боковые пояса пространственной фермы выполнены трехгранными из отдельных металлических сплошных листов, изогнутых по всей высоте опорной конструкции, и включает в себя расположенные под тупым углом друг к другу плоскости в форме равнобедренных треугольников посередине и примыкающих к ним по двум боковым сторонам прямоугольников, образующих ребра жесткости поясов, причем плоскости треугольника и прямоугольников расположены наклонно к вертикальной оси пространственной фермы, а элементы решеток жестко прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних боковых поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы, при этом прямоугольные ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах, опорная конструкция в поперечном сечении у основания и узлах секционного соединения выполнена восьмиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной (RU, заявка 94020592, Е 04 Н 12/00, опубл. 1996).

Данная конструкция опоры ЛЭП принята в качестве прототипа.

Опорная конструкция по данному решению обладает высокой механической прочностью за счет выбора рациональной конфигурации поперечного сечения, переменного по всей длине бескаркасной пространственной фермы. Однако анализ действующих на ферму по ее высоте нагрузок показывает, что в верхнерасположенных секциях жесткость участков повышена и не используется полностью. Это определено тем, что прямоугольники, являющиеся ребрами жесткости, имеют постоянную ширину по высоте пояса и по высоте фермы. Размеры ребра жесткости в зоне вершины фермы неоправданно велики, что приводит к повышенному расходу металла и утяжелению фермы. В связи с этим целесообразно разработать пути снижения расхода металлического листа, идущего на ребра жесткости в зонах, не требующих сильного превышения жесткости действующим нагрузкам.

Известна опорная конструкция для линии электропередачи, представляющая собой пространственную ферму многоугольного поперечного сечения, содержащую, по крайней мере, три фигурных пояса, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой элементами решеток с образованием замкнутого поперечного контура, каждый фигурный пояс выполнен трехгранным из металлического сплошного листа, изогнутого в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под тупым углом к ней отогнутых поверхностей, образующих ребра жесткости пояса и выполненных заданной геометрической формы, плоскости указанных поверхностей пояса расположены наклонно к вертикальной оси пространственной фермы, а элементы решеток жестко прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы, при этом ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах, причем центральная поверхность пояса выполнена в форме равнобедренного треугольника или трапеции, а каждое из примыкающих к центральной поверхности пояса по двум ее боковым сторонам ребро жесткости пояса выполнено по форме в виде равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции, при этом основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы (RU, патент №2204672, Е04Н 12/10, опубл. 20.05.2003).

Опорная конструкция по данному решению обладает высокой механической прочностью за счет выбора размеров поверхностей, формирующих при использовании трех граней определенную жесткость конструкции. Для получения заданной жесткости центральная поверхность каждого пояса, являясь плоской, выполняется достаточно развитой площади, что приводит к повышенному расходованию металлического листа и утяжелению фермы в целом.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по оптимизации расхода металлического листа за счет выбора рациональной конфигурации поперечного сечения, переменного по всей длине бескаркасной пространственной фермы.

Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении расхода стали при изготовлении поясов при сохранении жесткости фермы действующим по высоте фермы нагрузкам.

Указанный технический результат достигается тем, что в опорной конструкции для линии электропередачи, представляющей собой пространственную ферму, содержащую фигурных пояса, расположенные на расстоянии друг от друга и связанные между собой соединительными элементами с образованием замкнутого поперечного контура, каждый фигурный пояс выполнен многогранным изогнутым в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под тупым углом к ней отогнутых поверхностей, образующих ребра жесткости пояса и выполненных заданной геометрической формы, а соединительные элементы прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы, при этом ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, каждый фигурный пояс выполнен пятигранным из сплошного изогнутого металлического листа или из сваренных по высоте фермы отдельных листов, центральная поверхность фигурного пояса выполнена плоской, при этом все поверхности каждого фигурного пояса, расположенные наклонно к вертикальной оси пространственной фермы или параллельно последней, выполнены в форме равнобедренного треугольника или трапеции, а основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид пространственной фермы опорной конструкции.

Согласно изобретению опорная конструкция представляет собой пространственную ферму многоугольного поперечного сечения для ЛЭП, включающую в себя выполненные из изогнутого в поперечной плоскости листового материала фигурные пояса (или фигурные пояса выполнены из отдельных листов, сваренных между собой по высоте фермы) и прикрепленные к ним соединительные элементы, например элементы решеток в виде раскосов, посредством которых указанные пояса связаны между собой. Опорная конструкция решетчатой пространственной формы с поясами переменного по длине сечения содержит фигурные пояса, расположенные на расстоянии друг от друга и соединенные между собой раскосами с образованием замкнутого поперечного контура.

Каждый фигурный пояс выполнен пятигранным из металлического сплошного листа или сваренных между собой отдельных листов по всей высоте опорной конструкции с образованием расположенных под тупым углом друг к другу трех плоскостей, первая из которых, являющаяся центральной, выполнена плоской по форме в виде заданной геометрической фигуры, две другие, примыкающие к центральной по двум боковым ее сторонам под тупым углом, и примыкающие к последним под тупым углом другие плоские пластины также выполнены по форме в виде заданной геометрической фигуры. При этом две другие плоскости, примыкающие к центральной по двум боковым ее сторонам, образуют ребра жесткости пояса.

Центральная поверхность пояса может быть выполнена в форме трапеции, а каждое из примыкающих к центральной поверхности пояса по двум ее боковым сторонам ребро жесткости пояса может быть выполнено по форме в виде равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции. При этом основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции должно быть расположено в основании фермы.

Плоскости поверхностей трехгранного пояса расположены наклонно к вертикальной оси пространственной фермы или параллельно последней, а элементы решеток жестко прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних поясов и размещены с ними в одной плоскости каждой боковой грани пространственной фермы. Ребра жесткости соседних поясов расположены параллельно друг другу, концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах.

Ниже приводится пример конкретного исполнения изобретения.

Опорная конструкция для ЛЭП по чертежу выполнена в виде пространственной фермы, которая включает фигурные угловые пояса 1 с одной, например, треугольной гранью 2, двумя, например, прямоугольными боковыми гранями 3, двумя крайними гранями 4, примыкающими к граням 3 под тупым углом, и элементы решетки в виде раскосов 5.

Пространственная ферма опорной конструкции ЛЭП по чертежу образована четырьмя фигурными поясами, соединенными между собой элементами решетки. Каждый пояс 1 фермы выполнен пятигранным из сплошного листа утолщенного металлического проката фигурного кроя, изогнутого на пять плоских геометрических фигур. Две крайние плоские грани 4 примыкают под тупым углом к плоским средним боковым граням 3 пояса 1 и выполняют функцию ребер жесткости.

Элементы решеток в виде раскосов 4 прикреплены жестко внахлест к внутренним поверхностям крайних граней 4 соседних поясов 1 и размещены по всей высоте боковых граней, а раскосы 5 соседних боковых граней фермы состыкованы в общих узлах крепления смежного с ними пояса 1. Элементы решетки могут быть выполнены из уголкового или круглого профиля.

Поверхности двух соседних трехгранных поясов 1 и смежная с ними поверхность боковой грани и аналогично поверхности двух противолежащих поясов и смежная с ними боковая грань фермы могут быть выполнены из монолитно совмещенных, сплошных фигурных металлических листов утолщенного профиля. Элементы решеток прикреплены к прямоугольным граням 4 этих совмещенных поясов 1 только по двум боковым граням фермы.

Пятигранный пояс для фермы в зависимости от высоты опорной конструкции и расчетных нагрузок может быть выполнен с центральной поверхностью в виде равностороннего треугольника и ребер жесткости в виде трапеций или в виде равносторонних треугольников. Пояс в центральной части может быть выполнен в виде трапеции, по бокам которой расположены ребра жесткости, имеющие форму трапеции, или прямоугольников, или треугольников. Трапеция по форме может быть равнобочной.

Таким образом, опорная конструкция представляет собой пространственную ферму с пятигранными поясами. Сечение каждого пояса непрерывно уменьшается от нижнего конца к верхнему концу за счет изменения ширины средней грани. Элементы решетки могут быть выполнены из прокатного или гнутого уголка, а также из круглого профиля или трубы; крепление к крайним граням поясов возможно на сварке или болтах.

Наклон осей поясов и угол между их гранями подобраны таким образом, что ширина решетчатых граней будет постоянной по высоте конструкции, что удобно для унификации элементов решетки.

Такая конструкция имеет небольшую металлоемкость и облегченный вес, может быть быстро смонтирована.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется специальной технологии, кроме той, что в настоящее время используется при изготовлении фермных конструкций.