опорная конструкция для линии электропередачи

Формула изобретения

1. 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, отличающаяся тем, что 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.

2. Опорная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении у основания и узлах секционного соединения ферма выполнена восьмиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной.

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 напряжение 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 неоправдано 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.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по оптимизации расхода металлического листа за счет выбора рациональной конфигурации не только поперечного сечения, переменного по всей длине бескаркасной пространственной фермы, но и конфигураций форм поверхностей поясов.

Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении расхода стали при изготовлении поясов и оптимизации форм поясов по высоте фермы в соответствии с действующими по высоте фермы нагрузками для облегчения конструкции многогранной металлической узкобазовой опоры, опирающейся на один фундамент.

Указанный технический результат достигается тем, что в опорной конструкции для линии электропередачи, представляющей 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, центральная поверхность пояса выполнена в форме равнобедренного треугольника или трапеции.

При таком исполнении средней части пояса каждое из примыкающих к центральной поверхности пояса по двум ее боковым сторонам ребро жесткости пояса может быть выполнено по форме в виде прямоугольника или равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции, при этом основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы.

В поперечном сечении у основания и узлах секционного соединения ферма выполняется восьмиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной.

Для повышения устойчивости опорной конструкции и упрощения ее монтажа поверхности двух соседних трехгранных поясов и смежная с ними боковая грань фермы и поверхности двух других противоположно расположенных трехгранных поясов и смежной с ними боковой грани выполнены совмещенными из одного сплошного листового материала фигурного профиля.

Эти отличительные признаки являются новыми по сравнению с известными аналогами и в совокупности необходимыми для достижения нового технического результата, заключающегося в создании облегченной быстромонтируемой опорной конструкции для линии электропередачи высокого напряжения, обладающей повышенной устойчивостью и механической прочностью в нормальном и аварийном режимах.

Существенными признаками этой опорной конструкции в виде пространственной фермы являются:

- трехгранная конструкция поясов пространственной фермы со сплошными плоскостями в виде геометрических фигур из цельнотянутого листового металлического полотна;

- наклонное размещение к вертикальной оси пространственной фермы с образованием поперечного сечения фермы в форме четырехугольника;

- размещение ребер жесткости поясов в плоскостях боковых граней как частей ее поверхности, образованной элементами решетки;

- выполнение двух пар противолежащих поясов и смежных с ними боковых граней со сплошными поверхностями, выполненными из монолитно совмещенных фигурных листов.

- выполнение центральной поверхности пояса в форме равнобедренного треугольника или трапеции и выполнение каждого из примыкающих к центральной поверхности пояса по двум ее боковым сторонам ребра жесткости по форме в виде прямоугольника или равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции с расположением основания каждого треугольника или большего основания каждой трапеции в основании фермы.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с четырьмя поясами, первый пример исполнения;

на фиг. 2 - общий вид пространственной фермы с двумя парами совмещенных поясов, второй пример исполнения;

на фиг. 3 - общий вид пояса опорной конструкции, первый пример исполнения;

на фиг. 4 - общий вид пояса опорной конструкции, второй пример исполнения;

на фиг. 5 - общий вид пояса опорной конструкции, третий пример исполнения;

на фиг. 6 - общий вид пояса опорной конструкции, четвертый пример исполнения;

на фиг. 7 - общий вид пояса опорной конструкции, пятый пример исполнения.

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 и прикрепленные к ним элементы решеток в виде раскосов, посредством которых указанные пояса связаны между собой. Опорная конструкция решетчатой пространственной формы с поясами переменного по длине сечения содержит, по крайней мере, три фигурных пояса, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой раскосами с образованием замкнутого поперечного контура.

Каждый фигурный пояс выполнен трехгранным из металлического сплошного листа, изогнутого по всей высоте опорной конструкции с образованием расположенных под тупым углом друг к другу трех плоскостей, первая из которых, являющаяся центральной, выполнена по форме в виде заданной геометрической фигуры (например, равнобедренного треугольника, фиг. 1), а две другие, примыкающие к центральной по двум боковым ее сторонам, также выполнены по форме в виде заданной геометрической фигуры (например, прямоугольников, фиг. 1). 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 (фиг. 4-6), 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 (фиг. 6) или трапеции (фиг. 3, 4). 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, 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.

В поперечном сечении у основания и узлах секционного соединения ферма выполнена восьмиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной.

Поверхности двух соседних трехгранных поясов и смежная с ними боковая грань фермы и поверхности двух других противоположно расположенных трехгранных поясов и смежной с ними боковой грани могут быть выполнены совмещенными из одного сплошного листового материала фигурного профиля, как это представлено на фиг. 2.

Ниже приводится пример конкретного исполнения изобретения.

Опорная конструкция для ЛЭП по фиг. 1 выполнена в виде пространственной фермы, которая включает фигурные угловые пояса 1 с одной, например, треугольной гранью 2 и двумя, например, прямоугольными гранями 3 и элементы решетки в виде раскосов 4.

Пространственная ферма опорной конструкции ЛЭП по фиг. 1 образована четырьмя фигурными поясами, соединенными между собой элементами решетки. Каждый пояс 1 фермы выполнен трехгранным из сплошного листа утолщенного металлического проката фигурного кроя, изогнутого на три плоские геометрические фигуры в форме равнобедренного треугольника, образующего среднюю боковую грань 2 пояса 1, и в форме прямоугольников, образующих две крайние грани 3 этого пояса фермы.

Две крайние плоские грани 3 примыкают под тупым углом к плоской средней грани 2 пояса 1 и выполняют функцию ребер жесткости.

Одна крайняя грань 3 каждого соседнего пояса 1 размещена в плоскости смежной с ними боковой грани фермы и является одновременно составной частью этой боковой грани по всей ее высоте.

Элементы решеток в виде раскосов 4 прикреплены жестко внахлест к внутренним поверхностям крайних граней 3 соседних поясов 1 и размещены по всей высоте боковых граней, а раскосы 4 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 (фиг. 2). Элементы решеток прикреплены к прямоугольным граням 3 этих совмещенных поясов 1 только по двум боковым граням фермы.

Трехгранные пояса 1 и смежные с ними боковые грани образуют поперечное сечение пространственной фермы в форме восьмиугольника, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной (фиг. 1, 2).

Трехгранный 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 (фиг. 3) или в виде равносторонних треугольников (фиг. 7). Пояс в центральной части может быть выполнен в виде трапеции (фиг. 4-6), по бокам которой расположены ребра жесткости, имеющие форму трапеции (фиг. 4), или прямоугольников (фиг. 5), или треугольников (фиг. 6). Трапеция по форме может быть равнобочной.

Таким образом, опорная конструкция представляет собой пространственную ферму с, по крайней мере, тремя трехгранными поясами и тремя решетчатыми гранями. 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.

Длинномерная опорная конструкция может быть выполнена для удобства транспортировки и монтажа секционно из составных фигурно гнутых по краю листовых металлических полос, прикрепленных друг к другу верхними и нижними краями, например, с помощью встроенных с внутренней их стороны фланцевых соединений, выполненных из уголкового или плоского профиля, и сваркой.

Такая конструкция пространственной фермы из сплошных фигурно гнутых металлических листов с большей площадью сечения в основании опорной конструкции, чем площадь сечения у вершины опоры, и с восьмигранной пространственной фермой с боковыми гранями, усиленными ребрами жесткости 3 и раскосами 4, имеющими общие узлы крепления на каждом поясе 1, имеет высокую механическую прочность к изгибающим и крутящим нагрузкам при выполнении многоцепной опоры ЛЭП и при обрыве одного из фазных проводов ЛЭП высокого напряжения.

Одновременно такая конструкция имеет небольшую металлоемкость и облегченный вес, может быть быстро смонтирована. При сборке фермы опорной конструкции необходимо соблюсти правильность углов наклона боковых поясов к центральной вертикальной оси опоры и расположение поясов относительно друг друга в поперечном плане. Для решения этой задачи предусмотрено, что при сборке опорной конструкции, приведенной на фиг. 1, 2, расстояние между смежно расположенными прямоугольниками соседних поясов выполняется одинаковым по высоте пространственной фермы. В этом случае легко регулируется положение поясов относительно друг друга, что позволяет собирать ферму в соответствии с пространственным расположением ее поясов и наклонов к вертикальной оси фермы. В этом случае можно использовать раскосы различной длины. Возможно ориентированное положение поясов относительно друг друга при использовании элементов решеток, выполненных в виде раскосов одинаковой длины. Так как раскосы 4 соседних боковых граней фермы состыкованы в общих узлах крепления смежного с ними пояса, то при использовании раскосов одинаковой длины при сборке фермы пространственно пояса выкладываются в соответствии с заданным расположением относительно друг друга и с учетом наклонов к вертикальной оси фермы. Возможно для решения задачи контроля правильности пространственного положения элементов фермы комбинированное сочетание одинакового расстояния между смежно расположенными прямоугольниками соседних поясов и раскосов одинаковой длины.

Изложенный прием сборки опорной конструкции применим и для других примеров исполнения поясов.

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