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. Расчёт опоры ЛЭП
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
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 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).
/>--PAGE_BREAK--
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.