ЖБ_опоры(Стыцюк)
реклама
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ОПОРЫ Необходимость экономии стали, которая применяется во всех областях народного хозяйства страны, неоднократно заставляла обращаться к железобетону как заменителю стали. Бетон является искусственным материалом, получаемым в результате химической реакции, происходящей в смеси цемента и каменных (так называемых инертных) материалов, замешанных с водой. Железобетонные конструкции обладают высокой механической прочностью и долговечностью, но недостатком их является большая масса. Отсутствие высокопрочных сталей и бетона соответствующих марок долгое время не позволяло применять железобетонные опоры встроительстве высоковольтных линий, для которого транспортабельность конструкции играет решающую роль. Помимо транспортных затруднений, опоры из бетона низких марок с обычной арматурой не давали и экономического эффекта. В настоящее время освоение бетона марки 400 и выше и высокопрочной арматуры устранило указанные выше препятствия для внедрения железобетонных опор. Прочность бетона зависит от ряда факторов: прочности заполнителя, формы крупного заполнителя, способа укладки бетона и его уплотнения, а также значения водоцементного отношения. Водоцементным отношением называется отношение количества воды затворения к количеству цемента по массе. При прочих равных условия чем больше водоцементное отношение, тем меньше прочность бетона. Обычно водоцементное отношение не должно быть более 0,55. Подвижность и находящаяся в прямой от нее зависимости удобоукладываемость бетона зависят от количества воды затворения: чем больше воды, тем больше подвижность бетонной массы. Необходимость соблюдения пределов водоцементного отношения требует для подвижных бетонов большего расхода цемента, чем для жестких. Наиболее экономичным по расходу цемента является жесткий бетон, но его уплотнение наиболее сложно. При механизированном поточном изготовлении железобетонных изделий способами укладки, обеспечивающими необходимую плотность, являются вибрирование и центрифугирование. Вибрирование может производиться как различного рода вибраторами — инструментами или навесными приборами, так и на вибростолах. Центрифугирование выполняется только для определенного вида изделий — труб, опор и требует специальных машин — центрифуг. Центрифугирование обеспечивает очень хорошее уплотнение бетона. Значения основных характеристик бетона по прочности на сжатие, по прочности на осевое растяжение, по прочности на растяжение при изгибе, по морозостойкости, по водонепроницаемости называют марками бетона или проектными марками бетона. Бетон характеризуется обычно так называемой кубиковой прочностью, т. е. сопротивлением раздавливанию бетонного кубика размером 20 X 20 X 20 см, подвергнутого испытанию через 28 суток после его изготовления. По кубковой прочности (да Н/см2) определяется марка бетона по прочности на сжатие. Прочность на сжатие может быть установлена путем испытания кубов с другими размерами. Марка бетона в последнем случае определяется по данным испытания с введением корректирующего коэффициента. Марки бетона по прочности на растяжение — осевое и при изгибе — определяются прочностью (да Н/см2), полученной при испытании соответствующих образцов. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости устанавливаются на основании испытаний образцов, форма которых, а также технология испытаний определяются стандартами. По прочности на сжатие для стоек и траверс железобетонных опор применяется тяжелый бетон марки 400 и выше, для остальных элементов сборных конструкций (например, уборные фундаменты)— бетон марки не ниже 200. По морозостойкости для всех элементов опор линий электропередачи 35 кВ и выше необходимо применять бетон марки Мрз 200, а для элементов опор линий электропередачи ниже 35 кВ — бетон марки Мрз 150. Стойки всех железобетонных опор, а также траверсы портальных опор изготовляются с применением стержневой арматуры периодического профиля и канатной (прядевой) арматуры из семипроволочных и девятнадцатипроволочных канатов (прядей). Армирование стержнями выполняется смешанным — с добавлением к основным, предварительно напряженным стержням ненапряженных стержней, длина которых подбирается в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. При таком армировании достигается некоторая экономия стали за счет уменьшения ее в верхней части стоек. Канатное (прядевое) армирование выполняется предварительно напряженными канатами (прядями). Для некоторых конических стоек применяется и смешанное армирование с добавлением ненапряженной стержневой арматуры, если это дает существенную экономию высокопрочных канатов. Для армирования стоек железобетонных опор и железобетонных траверс портальных опор в качестве продольной арматуры применяются: а) сталь арматурная стержневая горячекатаная периодического профиля классов А-IV; A-V и A-VI; б) семипроволочные канаты (пряди) класса П-7 по ГОСТ 13840—68 и девятнаддатипроволочные канаты (пряди) класса П-19 по ТУ 14-4-22-71. Для армирования прочих элементов железобетонных опор используется сталь арматурная классов А-II и А- III. Поперечная арматура выполняется из проволоки арматурной диаметром 3— 5,5 мм класса В-1.PL Конструкции железобетонных опор Железобетонные опоры по сравнению с металлическими более долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют наименьшего ухода и ремонта. Основным преимуществом железобетонных опор по сравнению со стальными является уменьшение расхода стали на 40— 75% в зависимости от типа опор. По способу изготовления железобетонные опоры можно разделить на две основные группы: опоры, бетонируемые на месте их установки, и опоры заводского изготовления. За рубежом построен ряд линий с железобетонными опорами, изготовленными на месте. При больших расстояниях и продолжительной зиме бетонирование опор на месте нецелесообразно. Поэтому в отечественной практике линейного строительства применяются железобетонные опоры заводского изготовления. На основании проектных разработок установлены конструкции основных строительных элементов железобетонных опор — стоек и траверс, наиболее удобные для транспортировки и монтажа. Для линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше стойки опор и траверсы портальных опор приняты в виде центрифугированных железобетонных труб, конических или цилиндрических. Для линий электропередачи напряжением 35 кВ приняты или центрифугированные стойки или стойки из вибробетона, а для линий более низкого напряжения — только из вибробетона. Центрифугированные стойки по форме выполняются двух видов — коническими и цилиндрическими. Рис. 8-1. Стойки железобетонных опор Конические стойки имеют длину 22,6 м при наружном диаметре в комле 560 мм и 26,0 м при диаметре в комле 650 мм. Для свободностоящих анкерных угловых опор изготовляется укороченная стойка длиной 19,5 м в опалубке стойки диаметром 650 мм. Таблица 8-1. Основные размеры применяемых стоек Форма стойки Коническая Цилиндрическая Цилиндрическая свая Типоразмер Длинна м Наружный диаметр Толщина стенки мм мм нижний верхний внизу вверху 1 22.6 560 334 70-90 50-70 2 26.0 650 410 70-80 50-60 3 19.5 650 470 70-80 55-65 4 22.2 560 50 80 5 26.4 560 50 70 6 20.0 800 65 Цилиндрические стойки имеют длину 22,2 и 26,4 м — обе при наружном диаметре стойки 560 мм. В качестве стойки для свободно-стоящих анкерных угловых опор может быть также использована цилиндрическая свая длиной 20 м с наружным диаметром 800 мм. Рис. 8-2. одноцепная опора ВЛ 35 кВ с вмбростойкой Рис.8-3. Промежуточная двух цепная опора с центрифугированной стойкой Рис.8-4. Анкернаяугловая одноцепная стойкой. опора ВЛ 35 кВ с центрифугированной Рис. 8-5. Промежуточная угловая опора ВЛ 35 кВ стойка. Масса стоек длиной 22,6 и 22,2 м находится в пределах 5 т. Масса стоек длиной 26,0 и 26,4 м не превышает 7 т. Масса сваи диаметром 800 мм составляет 8 т. На рис. 8-1 показаны конструкции стоек, основные размеры которых приведены в табл. 8-1. На линиях 35 кВ применяются свободностоящие промежуточные опоры. На рис. 8-2 показана одноцепная промежуточная опора с вибрированной стойкой, предназначенная для подвески проводов марки до АС 95/16. Двухцепная промежуточная опора с центрифугированной стойкой СК-2 представлена на рис. 8-3. Рис. 8-6. Промежуточная одноцепная опора ВЛ 110 кВ Рис. 8-7. Промежуточная двухцепная опора ВЛ 110 кВ Анкерные угловые опоры для одноцепных линий 35 кВ выполняются с центрифугированными стойками и оттяжками. Общий вид такой опоры показан на рис. 8-4. Траверсы этих промежуточных и анкерных опор — металлические, оцинкованные. Для двухцепных опор линий 35 кВ в качестве анкерных используются опоры 110 кВ. На линиях электропередачи 35 кВ широко применяются промежуточные угловые опоры (рис. 8-5). Промежуточные одноцепные и двухцепныё опоры 110—150 кВ выполняются одностоечными свободностоящими на конических стойках. На одноцепных опорах принято треугольное расположение проводов, на двухцепных — расположение по шестиугольнику (так называемое расположение «бочкой»). Траверсы опор — металлические оцинкованные. В свое время были рассмотрены варианты железобетонных траверс для опор линий НО кВ, но они оказались весьма трудоемкими и, главное, увеличивали вес верхней части, создавая дополнительный «паразитный» момент от вертикальных нагрузок на прогибах. Общий вид одноцепной унифицированной опоры линии ПО кВ дан на рис. 8-6, а двухцепной на рис. 8-7. Крепление траверс к стволу может быть выполнено с помощью болтов, пропущенных через специальные отверстия в стволе, (рис. 8-8), или с помощью стальных хомутов, охватывающих ствол и имеющих цапфы для крепления на них концов поясов траверс (рис. 8-9). Металлические траверсы подвергаются горячей оцинковке, поэтому они выполняются либо из отдельных стержней, собираемых на болтах, либо со сваркой элементов встык. Оцинкованные траверсы не требуют ухода в процессе эксплуатации, во всяком случае, довольно долгое время, обеспечивая, таким образом, капитальность построенной линии электропередачи. Крепление гирлянд к траверсам промежуточных железобетонных опор выполняется с помощью стандартной арматуры (скоба КГП) и показано на рис. 8-10. Анкерные угловые одноцепные опоры — одностоечные, с расщепленными оттяжками, обеспечивающими прочность и жесткость при действии не только изгибающих, но и крутящих моментов,— применяются на линиях электропередачи ПО кВ. Схема такой опоры с деталями основных узлов показана на рис. 8-11, а фотография установленной опоры — на рис. 8-12. Одноцепные промежуточные опоры линий электропередачи 220 кВ также выполняются одностоечными с треугольным расположением проводов. Для ствола опоры используется коническая стойка длиной 26 м, диаметром в комле 650 мм. Траверсы опоры крепятся хомутами или болтами. Для подвески гирлянды к траверсе применяются стандартные детали. На рис. 8-13 показана промежуточная опора линии 220 кВ с проводами до АС 400/51 включительно. Анкерные угловые опоры для линий 220 кВ на железобетонных промежуточных опорах выполняются стальными. Рис. 8-11. Анкерная угловаяодноцепная одностоечная железобетонная опора ВЛ 110кВна оттяжках Одностоечные двухцепные опоры линий 220 кВ становятся неэкономичными вследствие очень небольшой высоты подвески нижнего провода даже при использовании стойки длиной 26,0 м. Двухцепные опоры линий 220 кВ выполняются портальными с горизонтальным растяжением проводов, с металлическими траверсами на двух цилиндрических стойках 26,4 м. Портальная двух-цепная опора представлена на рис. 8-14, однако она, несмотря на ее Рис. 8-12. Анкерная угловая железобетонная опора на оттяжках Рис. 8-13. Промежуточная одноцепная железобетонная опора ВЛ 220 кВ Рис. 8-14. Промежуточная двухценная портальная опора ВЛ 220 кВ экономические преимущества, сложна в монтаже. Поэтому в ряде случаев более целесообразно применять в качестве двухцепной опоры две спаренные одноцепные опоры, установленные друг против друга с фиксирующей распоркой. Схема такой опоры дана на рис. 8-15. При горизонтальном расположении проводов на линиях 330— 500 кВ применяются портальные промежуточные опоры на оттяжках (рис. 8-16 и 8-17). Стойки и траверсы опор выполняются из железобетонных цилиндрических труб диаметром 560 мм. Длина стоек всех опор одинакова и равна 22,2 м. Траверса опоры линий 330 кВ имеет длину 18,4 м, линий 500 кВ — 22,2 м. Траверса и стойки в плоскости портала соединяются шарнирно, в этих же узлах крепятся и верхние концы оттяжек, Стойки нижними концами посредством шарниров опираются на грибовидные фундаменты, колонны которых имеют такой же наклон, как и стойки. На нижний конец стойки надет специальный башмак, в плите которого имеются сферическая выточка и центральное отверстие. Рис. 8-15. Промежуточная спаренная двухцепная опора ВЛ 220 кВ Плита башмака опирается на выпуклую стальную литую Рис. 8-15. Промежуточная спаренплиту, лежащую на колонная двухцепная опора ВЛ 220 кВ железобетонного подножника, через которую проходит фиксирующий штырь подножника. При попирании башмака на плиту железобетонного подножника штырь входит в центральное отверстие башмака и препятствует соскальзыванию стойки. Оттяжки опор. выполняются двойными из стального спирального каната (ГОСТ 3064—66) диаметром 15,5 и 17 мм. В верхнем узле канат перепускается через вал, на который надет коуш. Нижние концы оттяжек крепятся к якорным плитам с помощью U-образных анкерных тяг, имеющих на концах нарезку для регулировки их натяжения; концы канатов заделаны в клиновых зажимах. Траверсы опор линий 330 и 500 кВ усилены системой тяг, которые уменьшают изгибающие моменты, действующие на траверсы от вертикальных нагрузок. Детали верхних узлов показаны на рис. 8-18. Рис. 8-16. Промежуточная одноцепная железобетонная опора ВЛ 330 кВ Рис. 8-17. Промежуточная железобетонная опора ВЛ 500 кВ На линиях электропередачи 330 кВ широкое применение нашла портальная свободностоящая опора, показанная на, рис. 8-19, отличающаяся простотой конструкции и монтажа при хороших экономических показателях. Опора имеет две железобетонные стойки, устанавливаемые в пробуренные котлованы, и металлическую траверсу. Рис. 8-18. Детали узлов портальной железобетонной опоры на оттяжках Рис. 8-19. Промежуточная одноцепная портальная железобетонная опора ВЛ 330 кВ Для повышения устойчивости конструкции в плоскости опоры установлены две перекрестные ветровые связи из круглой стали, снабженные натяжными устройствами. Стойки опоры, на которых смонтированы части траверсы, устанавливаются отдельно. Траверсы замыкаются в общую конструкцию после установки стоек. Такой способ монтажа дает возможность использовать механизмы, применяющиеся для сооружения линий на одностоечных железобетонных опорах, не загружая механизированные колонны специальными механизмами. Рис. 8-20. Промежуточная портальная железобетонная опора ВЛ 500 кВ Рис. 8-21. Промежуточная одностоечная железобетонная опора ВЛ 330 кВ Благодаря указанным преимуществам эта портальная опора, получившая название опоры типа ПВС, в последнее время нашла применение также и на линиях электропередачи 500 кВ (рис. 8-20). На линиях электропередачи 330 кВ Северо-запада европейской части Р.Ф. применялись одностоечные железобетонные опоры с расщепленными оттяжками. Такая опора показана на рис. 8-21. Для портальных опор типа ПВС и одностоечных опор используются цилиндрические стойки 4-го и 5-го типоразмеров (табл. 8-1). Армирование стойки стержневой арматурой показано на рис. 8-22, канатной — на рис. 8-23. Продольный разрез Армирование в развертке Рис. 8-22. Армирование стойки стержневой арматурой Напряженная стержневая арматура выполняется из стали классов A-IV, A-V и A-VI. При выполнении арматуры из этой стали напряжению подвергается, как правило, только часть стержней, число которых выбирается из условия ограничения ширины раскрытия трещин нормативными значениями. В конических трубах стоек одностоечных свободностоящих опор с линейно возрастающей книзу эпюрой изгибающих моментов площадь продольной арматуры изменяют по длине трубы в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, если это не встречает технологических трудностей. Для изменения площади арматуры по длине трубы применяют стержни разной длины. Концы всех стержней обычно доводят до края широкой части каркаса, иногда часть стержней имеет незначительные осевые смещения. Площадь сечения арматуры в узкой части каркаса уменьшается на отметках, до которых доходят более короткие стержни. В одном сечении должно заканчиваться не менее трех стержней, расположенных в каркасе через 120 дуговых градусов. Этим достигается удовлетворительная равнопрочность части трубы, расположенной за сечением «обрыва» стержней, при любых изменениях плоскости изгиба. «Обрыв» большого числа стержней практически не повышает качественных показателей трубы, приводя к перерасходу арматурной стали. Продольная арматура из семипроволочных и девятнадцатипроволочных канатов (прядей) выполняется с предварительным напряжением всех канатов. Для некоторых стоек в сечение кольца добавляется ненапряженная стержневая арматура, т. е. применяется также смешанное армирование. Применение смешанного армирования при треугольной эпюре изгибающего момента дает экономию напряженной арматуры. Поперечная арматура стоек выполняется в виде односторонней однозаходной спирали из низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки. Наиболее употребительными диаметрами такой проволоки являются 4 и 5 мм. При постоянном крутящем моменте по высоте стойки для сечений с меньшим диаметром требуется более частая спираль, чем для сечений с большим диаметром. На расположенном в грунте участке стойки, где перерезывающие силы достигают больших значений, предусматривается также более частая спираль. Монтажные кольца выполняются из круглой стали диаметром 8 или 10 мм. Эти кольца обеспечивают жесткость каркасов со стержневой арматурой, необходимую для намотки спирали, для переноски каркасов и т. п. В каркасах с проволочной арматурой часть колец выполняется с направляющими штырями, служащими для выравнивания прядей. При намотке спирали кольца препятствуют смещению прядей к оси стойки. По концам стоек с проволочной арматурой ставятся дополнительные кольца, предохраняющие концы трубы от разрушения при передаче натяжения арматуры на бетон. Закладные детали устанавливаются в стойках опор, в которых траверсы крепятся с помощью сквозных болтов. Они выполняются из отрезков трубы или свариваются из двух отрезков равнобоких уголков и крепятся к арматурному каркасу с помощью колец. Эти кольца служат одновременно и для фиксации деталей. Для стоек анкерных угловых одностоечных опор на оттяжках применяются железобетонные цилиндрические трубы длиной 22,2 м и наружным диаметром 0,56 м. Толщина стенок труб принимается разной в соответствии с расчетом для разных опор, а также в зависимости от вида принятой арматуры. Арматурный каркас этих стоек, так же как и конических стоек одностоечных свободностоящих опор, состоит из продольной арматуры, поперечной арматуры в виде односторонней однозаходной спирали, монтажных колец и закладных деталей (рис. 8-23). Рис. 8-23. Армирование стойки канатной (прядевой) арматурой Закладные детали крепятся к арматурному каркасу. Схема закрепления определяется характером и значением передаваемых через эту деталь усилий. Железобетонные опоры (ВНИПЙ сельэлектро) линий 0,4 кв. Железобетонные опоры линий 0,4 кв разработаны для I—IV ветровых районов с толщиной стенки гололеда 5—10 мм. Опоры рассчитаны на подвеску до пяти электрических проводов и четырех проводов радиосети. Наименьшее расстояние от проводов электросети до поверхности земли в пролете принято 6 м. Траверсы опор выполнены из металла и прикреплены к опорам болтами. Изоляторы крепятся на стальных штырях. На опорах подвешивают алюминиевые провода марок А-16 — А-50. Расчетные пролеты приняты независимо от характера местности и сечения проводов и приведены ниже. Ветровой район Пролет, м Толщина стенки гололеда, мм Опоры изготовляются из бетона марок 300—400. Основные размеры опор приведены на рис. 11-23. Рис. 11-23. Железобетонные опоры линий 0,4 кв. а — промежуточная П-0,4; вес 483 кг; объем бетона 0,19 м'; б—перекрестная промежуточная ПП-0,4; вес 496 кг; объем бетона 0,19 м1; в — ответвительная промежуточная ОП-0,4; вес 502 кг; объем бетона 0,19 мг; г—анкерная А-0,4: вес 1016 кг; объем бетона 0,39 м?; д — перекрестная анкерная ПА-0,4; вес 1 048 кг; объем бетона 0,39 м3; е — ответвительная анкерная ОА-0,4; вес 1216 кг; объем бетона 0,44 м*. . Железобетонные опоры (ВНИПИ сельэлектро) линий 6—10 кв. Стойки опор пустотелые прямоугольного сечения изготовляются из вибрированного предварительно напряженного железобетона. Опоры с оттяжками рекомендуется применять в ненаселенной местности. Промежуточные опоры одностоечные с горизонтальным расположением проводов со штыревыми изоляторами. Железобетонная траверса крепится к стойке болтовым соединением. Опоры рассчитаны в нормальном режиме на ветровые нагрузки I—IV районов по ветру и гололеду, воздействующие на опору, и на три провода марки А-70. Максимальный расчетный изгибающий момент, воздействующий на опору на уровне земли, 2,7 Т·м. В аварийном режиме промежуточные опоры рассчитаны на условную нагрузку от обрыва одного провода, равную 150 кГ. Сложные опоры — угловые, анкерные, угловые промежуточные, концевые, ответвительные, опоры с разъединителем и разрядником — выполнены с использованием стоек промежуточных опор. Траверсы, подтраверсники, оттяжки и детали крепления этих опор приняты металлические. Опоры рассчитаны на подвеску проводов следующих марок: алюминиевых А-25 — А-70, сталеалюминиевых АС-16 — АС-50 и стальных ПС-25 (с пониженным тяжением). Наименьшие расстояния от провода до поверхности земли приняты для ненаселенной местности 6,0 м и для населенной 7,0 м. Изоляторы приняты типа ШС-10. Заземление осуществляется при помощи наружного спуска. Заземление металлических штырей осуществляется сваркой с выпусками из железобетонной траверсы. Металлические узлы и выпуски траверсы соединяются с наружным спуском заземлений сваркой. Основные размеры опор приведены на рис. 11-28—11-30. Рис. 11-28. Промежуточные железобетонные опоры линий 6—10 кв. а — свободно стоящая П-10; б — угловая с оттяжкой УП-10; в — повышенная свободно стоящая ПП-10. Рис. 11-30. Анкерные железобетонные свободно стоящие опоры — АА-10; б — концевая КА-10.
