ОПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2003 года по МПК E04H12/10 

Изобретение относится к строительству, 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 конструкцией для ЛЭП, числа фундаментов и массы решетки в настоящее время применяются узкобазые опоры, крепящиеся к одному фундаменту. При выполнении конструкции стоек этих опор аналогично конструкции широкобазых 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 узкобазых опорах существенно увеличивается.

Отмеченные недостатки узкобазых опор, выполненных по типу широкобазых, частично устраняются применением узкобазых 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 при увеличении нагрузок, воздействующих на опору, например для повышенных переходных опор, при использованию проводов большого сечения или в районах с большой скоростью ветра, возрастают изгибающие моменты, воздействующие на нижнюю часть опоры, и, начиная с некоторой величины значения изгибающих моментов, решение, предложенное в прототипе, не позволяет обеспечить требуемой механической прочности без увеличения базы фермы, что переведет предложенную конструкцию в разряд широкобазых опор. Это определено тем, что повышение механической прочности предложенной конструкции к восприятию изгибающих моментов может достигаться только двумя способами:
- увеличением толщины металлического листа, используемого для изготовления трехгранных поясов, и для этого способа существует предел по технологическим возможностям оборудования завода-изготовителя и по оптимальному соотношению толщины листа и формы пояса;
- увеличением базы (расстояния между противоположными боковыми гранями фермы).

В связи с этим целесообразно разработать пути увеличения механической прочности фермы к воздействию изгибающих моментов без увеличения толщины металлического листа, используемого для изготовления поясов, и без увеличения базы фермы.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению механической прочности пространственной фермы к восприятию изгибающих моментов без увеличения толщины металлического листа поясов и без расширения базы фермы.

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 увеличения механической прочности пространственной фермы к восприятию изгибающих моментов без увеличения толщины металлического листа поясов и без расширения базы фермы.

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 в основании выполнен с гранями из металлического сплошного листа, изогнутого в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под заданным 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, каждый фигурный пояс в основании выполнен пятигранным с образованием расположенных пяти плоскостей, первая из которых является центральной, две другие боковые поверхности, смежные с центральной поверхностью, расположены по двум боковым ее сторонам под прямым углом к ней, две крайние поверхности, примыкающие к боковым поверхностям, расположены под тупым углом к боковым поверхностям, а центральная поверхность пояса выполнена в форме равнобедренного треугольника, или прямоугольника, или трапеции.

При этом каждая боковая поверхность, примыкающая к центральной поверхности пояса по ее боковой стороне, а также каждая крайняя поверхность, примыкающая к боковой поверхности пояса, выполнены по форме в виде прямоугольника или треугольника, или трапеции с расположением основания каждого треугольника или большего основания каждой трапеции в основании фермы.

В поперечном сечении у основания ферма может быть выполнена шестнадцатиугольной, а вершина опорной конструкции в плане может быть выполнена четырехугольной или восьмиугольной или шестнадцатиугольной.

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:
- пятигранная конструкция поясов пространственной фермы со сплошными плоскостями в виде геометрических фигур из цельнотянутого листового металлического полотна;
- наклонное размещение к вертикальной оси пространственной фермы;
- размещение ребер жесткости поясов в виде боковых и крайних плоскостей как частей ее поверхности;
- расположением плоскостей пояса под заданными углами по отношению друг к другу;
- выполнением поверхности пояса в форме равнобедренного треугольника или трапеции или прямоугольника.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан общий вид пространственной фермы опорной конструкции с четырехугольным верхним поясом, первый пример исполнения, центральная плоскость - треугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - прямоугольник;
на фиг. 2 - то же, что на фиг.1, второй пример исполнения, центральная плоскость - треугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция;
на фиг.3 - общий вид пространственной фермы опорной конструкции с восьмиугольным верхним поясом, первый пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция;
на фиг. 4 - то же, что на фиг.3, второй пример исполнения, центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция;
на фиг. 5 - то же, что на фиг.3, третий пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция;
на фиг.6 - то же, что на фиг.3, четвертый пример исполнения, центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - прямоугольник;
на фиг.7 - общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, первый пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - трапеция;
на фиг. 8 - то же, что на фиг.7, второй пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - трапеция;
на фиг. 9 - то же, что на фиг.7, третий пример исполнения, центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - прямоугольник;
на фиг. 10 - то же, что на фиг.7, четвертый пример исполнения, центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - трапеция;
на фиг. 11 - то же, что на фиг.7, пятый пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - прямоугольник;
на фиг. 12 - то же, что на фиг.7, шестой пример исполнения, центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - прямоугольник;
на фиг.13 - то же, что на фиг.7, седьмой пример исполнения, центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - трапеция.

Согласно настоящего изобретения 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, предпочтительно четыре, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой раскосами с образованием замкнутого поперечного контура.

Каждый фигурный пояс выполнен из металлического сплошного листа, изогнутого по всей высоте опорной конструкции с образованием расположенных под заданными углами друг к другу плоскостей, первая из которых, являющаяся центральной, может быть выполнена по форме в виде заданной геометрической фигуры (например, равнобедренного треугольника или трапеции, или прямоугольника, фиг.1, 3, 4), две другие, примыкающие к центральной по двум боковым ее сторонам, являющиеся боковыми, также выполнены по форме в виде заданной геометрической фигуры (например, равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции, или прямоугольника, фиг.6, 7, 9), а две плоскости, расположенные по бокам сторон боковых плоскостей, являющиеся крайними также могут быть выполнены в виде заданной геометрической фигуры (например, равнобедренного или прямоугольного треугольника или трапеции (фиг.5), или прямоугольника (фиг.6). Плоскости, примыкающие к центральной по двум боковым ее сторонам, образуют ребра жесткости пояса.

Каждый фигурный пояс в основании выполнен пятигранным с образованием расположенных пяти плоскостей, первая из которых является центральной, две другие боковые поверхности, смежные с центральной поверхностью, расположены по двум боковым ее сторонам под прямым углом к ней, две крайние поверхности, примыкающие к боковым поверхностям, расположены под тупым углом к боковым поверхностям. При этом основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции должно быть расположено в основании фермы.

Плоскости поверхностей пятигранного 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 крайней грани пространственной фермы, концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах.

В поперечном сечении у основания ферма выполнена шестнадцатиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной или восьмиугольной, или шестнадцатиугольной в зависимости от величины воздействующих на ферму нагрузок.

Поверхности двух соседних пятигранных поясов за счет объединения смежно расположенных крайних их поверхностей могут быть выполнены совмещенными из одного сплошного листового материала фигурного профиля (иллюстративно пример не приводится).

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 центральной, например, треугольной гранью 2, двумя, например, выполненными треугольными по форме боковыми гранями 3, двумя, выполненными по форме прямоугольными, крайними гранями 4 и элементы решетки в виде раскосов 5.

Пространственная ферма опорной конструкции ЛЭП по фиг.1 образована четырьмя фигурными поясами соединенных между собой элементами решетки. Каждый пояс 1 фермы выполнен пятигранным из сплошного листа утолщенного металлического проката фигурного кроя, изогнутого на пять плоских геометрических фигур в форме равнобедренного треугольника, образующего среднюю центральную грань 2 пояса 1, в форме треугольников, образующих боковые грани 3, и в форме прямоугольников, образующих две крайние грани 4 этого пояса фермы.

Две крайние плоские грани 4 примыкают под тупым углом к плоским боковым граням 3 пояса 1, а последние примыкают к центральной грани под прямым углом и выполняют функцию ребер жесткости.

Одна крайняя грань 4 каждого соседнего пояса 1 размещена в плоскости, смежной с ними крайней грани фермы, и является одновременно составной частью этой боковой грани по всей ее высоте.

Элементы решеток в виде раскосов 5 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.

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 центральной и боковых граней. 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 конструкци, что удобно для унификации элементов решетки.

На фиг. 2 представлен пример исполнения фермы с четырехугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - треугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция.

На фиг.3 показан общий вид пространственной фермы опорной конструкции с восьмиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 4 представлен пример исполнения фермы с восьмиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 5 представлен пример исполнения фермы с восьмиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 6 представлен пример исполнения фермы с восьмиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - треугольник, крайние плоскости - прямоугольник.

На фиг.7 показан общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 8 представлен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 9 представлен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - прямоугольник.

На фиг. 10 представлен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - трапеция.

На фиг. 11 представлен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - прямоугольник.

На фиг. 12 представлен общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - трапеция, боковые плоскости - трапеция, крайние плоскости - прямоугольник.

на фиг.13 - общий вид пространственной фермы опорной конструкции с шестнадцатиугольным верхним поясом, у которого центральная плоскость - прямоугольник, боковые плоскости - прямоугольник, крайние плоскости - трапеция.

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, имеет высокую механическую прочность к изгибающим и нагрузкам рабочих режимов и скручивающим нагрузкам аварийных режимов ЛЭП высокого напряжения.

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

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорным конструкциям в виде пространственной фермы для линии электропередачи высокого напряжения. Технический результат: уменьшение расхода стали при изготовлении поясов и оптимизация форм поясов по высоте фермы в соответствии с действующими по высоте фермы нагрузками для увеличения механической прочности пространственной фермы к восприятию изгибающих моментов без увеличения толщины металлического листа поясов и без расширения базы фермы. Опорная конструкция для линии электропередачи представляет 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 в основании выполнен с гранями из металлического сплошного листа, изогнутого в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под заданным углом к ней отогнутых поверхностей, образующих ребра жесткости пояса и выполненных заданной геометрической формы. Элементы решеток жестко прикреплены к крайним ребрам жесткости соседних поясов. Концы элементов решеток смежных боковых граней фермы прикреплены к общим узлам на ее поясах. Каждый фигурный пояс в основании выполнен пятигранным с образованием расположенных пяти плоскостей, первая из которых является центральной, две другие боковые поверхности, смежные с центральной поверхностью, расположены по двум боковым ее сторонам под прямым углом к ней, две крайние поверхности, примыкающие к боковым поверхностям, расположены под тупым углом к боковым поверхностям, а центральная поверхность пояса выполнена в форме равнобедренного треугольника, или прямоугольника, или трапеции. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

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 в основании выполнен с гранями из металлического сплошного листа, изогнутого в поперечной плоскости по всей высоте опорной конструкции с образованием заданной геометрической формы центральной поверхности и расположенных под заданным 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 каждый фигурный пояс в основании выполнен пятигранным с образованием расположенных пяти плоскостей, первая из которых является центральной, две другие боковые поверхности, смежные с центральной поверхностью, расположены по двум боковым ее сторонам под прямым углом к ней, две крайние поверхности, примыкающие к боковым поверхностям, расположены под тупым углом к боковым поверхностям, центральная поверхность пояса выполнена в форме равнобедренного треугольника, или прямоугольника, или трапеции. 2. Опорная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что каждая боковая поверхность, примыкающая к центральной поверхности пояса по ее боковой стороне, выполнена по форме в виде прямоугольника, или треугольника, или трапеции. 3. Опорная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что каждая крайняя поверхность, примыкающая к боковой поверхности пояса, выполнена по форме в виде прямоугольника, или треугольника, или трапеции. 4. Опорная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении у основания ферма выполнена шестнадцатиугольной, а вершина опорной конструкции в плане выполнена четырехугольной, или восьмиугольной, или шестнадцатиугольной. 5. Опорная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы. 6. Опорная конструкция по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что основание каждого треугольника или большее основание каждой трапеции расположено в основании фермы.