Меню

Расчет нагрузок фундамента опор освещения



Расчет нагрузки на опору освещения

Организация наружного освещения призвана обеспечить безопасное и комфортное передвижение в темное время суток. Установка фонарей производится на опоры. Их тип и габариты зависят от назначения и условий эксплуатации. При проектировании подбирается высота и форма стоек, проводятся расчеты нагрузок и исследование на устойчивость.

Расчет нагрузок

Расчет нагрузки на столбы выполняется с учетом всех статических и динамических воздействий. К постоянным воздействиям относится суммарный вес:

  • опоры;
  • арматуры;
  • консолей;
  • фланцевых оснований;
  • светильников;
  • проводов.

Расчеты выполняются с коэффициентами, разработанными для различных конфигураций стоек, консолей и светильников.

Также учитывается нарастание нагрузок, вызванных порывами ветра в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Данные берутся из справочной таблицы для ветровых районов.

Расчет высоты опор освещения

Стандартная высота столбов освещения варьируется от 4 до 12 метров. Ее расчет выполняется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

  1. Высота установки светильников над проезжей частью должна быть не менее 6,5 м. В этом случае применяются конструкции с консольным выносом, устанавливаемые на силовых опорах. При обслуживании фонарей с оборудованной телескопической вышки допускается размещение светильников выше или ниже высоковольтной линии с их удалением по горизонтали не менее 0,6 м. Если используются иные методы техобслуживания, то фонари монтируются ниже ВЛ с удалением по вертикали от 0,2 м и горизонтали от 0,4 м. Надземная высота опоры при этом будет составлять 8-9 метров.
  2. Высота установки светильников над пешеходными зонами должна быть от 3 м. В парковых зонах часто используются конструкции торшерного типа. Они имеют привлекательный дизайн и мягко рассеивают свет во все стороны.
  3. Минимальная высота опор декоративного освещения сооружений, газонов и т.д. стандартами не регламентируется.
  4. Установка фонарей ниже уровня земли допускается при организации дренажной или другой системы водоотвода.

Важно! Наибольшей устойчивостью к температурным перепадам обладают металлические опорные конструкции. Их можно использовать во всех климатических зонах.


Расчет опоры освещения на устойчивость

Под опору устраивается бетонный фундамент. Размер основания рассчитывается с учетом несущей способности грунта. Если таких данных не имеется, то принимается расчетная единица прочности на сжатие равная 150 Н/м2, соответствующая почве максимальной плотности.

Глубина закладки фундамента определяется в зависимости от высоты столба. Основание имеет квадратное сечение для обеспечения равномерного распределения нагрузок во всех направлениях.

Стойка бетонируется с определенным заглублением, либо производится ее фиксация к фундаменту посредством закладных элементов. При этом важно установить столб строго вертикально. Максимальные отклонения от вертикали регламентируются нормативами.

Расчет опоры освещения на устойчивость проводится с проведением опытных испытаний. При этом выполняется проверка на изгиб, кручение, опрокидывание под воздействием динамических сил.

Модификации опор создаются для эксплуатации в различных условиях. Важно, чтобы их технические параметры соответствовали рекомендациям строительных нормативов, геологическим и климатическим особенностям местности.

Источник

Устройство фундамента под опоры освещения

07 сентября 2020

Закладные элементы, которые служат основой при монтаже опор уличного освещения, бетонируются в грунте. Основание из железобетона надежно удерживает опоры, предотвращая их падение, без проблем эксплуатируется долгие годы даже в сложных климатических условиях.

Виды опор и назначение

Согласно принятой классификации, опоры бывают силовыми и несиловыми. Они отличаются по конструкции, особенностям установки, несущей способности. Несиловые применяют для фиксации осветительного оборудования, питающий кабель к которому проводится под землей.

Для силовых моделей опор прокладка кабеля предусмотрена по воздуху. Их используют для освещения городских улиц, трасс, магистралей, для прокладки самонесущих изолированных проводов между населенными пунктами, поддержки линий питания, которые эксплуатируются электротранспортом – от трамваев до троллейбусов. Допустимый уровень нагрузок может достигать 3 тонн и зависит от того, из какого материала выполнена конструкция и какие габариты у обустраиваемого основания.

Для того чтобы эксплуатация опор была максимально длительной, бесперебойной, важна правильная установка фундаментов, которые будут устойчивы к нагрузке, оказываемой проводами. Если фундамент будет залит некорректно, сократится эксплуатационный ресурс опор, повысится вероятность их падения при сильных порывах ветра.

Существует и другая классификация силовых опор по форме. Их подразделяют на трубчатые, конические, граненые. Трубчатые имеют круглое сечение, а поэтому нагрузка равномерно распределяется по их поверхности. В производстве таких опор применяют большое количество стали, что неминуемо ведет к увеличению веса и цены.

Основой для граненных опор служит стальной прокат толщиной от 4 мм, кромки свариваются с помощью одного-двух продольных швов. Среди преимуществ таких конструкций числятся легкость, низкая стоимость, минимальные затраты на транспортировку и монтаж. Их поверхность может дополнительно защищаться с помощью антикоррозийной обработки слоем горячего цинка.

Способы установки опор освещения

Выделяют две технологии монтажа опор освещения:

  1. Фланцевая. При монтаже применяют закладной фундамент под опору освещения из железобетона. Этот метод оптимален для легких опор и позволяет грамотно их центрировать.
  2. Прямостоечная. Основой для опор служат предварительно пробуренные в грунте отверстия. Фиксацию осуществляют с помощью бетонного раствора. Такая технология дешевле фланцевой.

Рассмотрим установку опор на примере их фиксации к фундаменту с помощью металлических фланцев, приваренных снизу и предусмотренных в базовой комплектации опор. Допустимо применение готовых монолитных блоков, к которым уже приварены шпильки. Основой для блоков предварительно подготовленная песчано-гравийная подушка. Когда опора установлена на фундамент, фланец фиксируется с помощью гаек.

Другая технология устройства фундамента под опоры освещения подразумевает применение бетонного раствора вместо готовых блоков. Работы в данном случае осуществляются в строго выверенной последовательности:

  1. В грунте обустраивается отверстие нужных размеров с круглым или прямоугольным сечением. На сыпучих грунтах при монтаже фундамента приходится дополнительно устанавливать опалубку. Она армируется с помощью металлической рамы, к которой приварены анкерные болты.
  2. Яма заполняется бетонным раствором. Когда раствор застыл и высох, на что уходит от 2 до 5 дней, монтируется сама опора.

Документы, регулирующие установку (СНИПы, ГОСТы)

Нормы монтажа опор освещены в нормативах СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства» (пункт «Сборка и установка опор»). Кроме этого, при установке ориентируются на «Правила устройства электроустановок ПУЭ» (седьмое издание).

Расчет фундамента под опору освещения

При расчетах следует учитывать нагрузку на фундамент, которую оказывает столб, арматура, кронштейны и сами светильники. Принимают во внимание и другие факторы:

  • Ветровая нагрузка – варьируется в зависимости от региона. При сильных порывах ветра возможны колебания опоры, что нужно учитывать при проведении технических расчетов и монтаже.
  • Высота опоры освещения.
  • Тип кронштейна.
  • Характеристики грунта (ключевое значение имеет несущая способность почвы, нормативной прочностью при сжатии принято считать показатель в 150 Н/кв. м).

При установке одностоечной или узкобазовой опоры проводят расчеты по деформациям с учетом величины нормативной нагрузки. Важны и все характеристики грунта – от показателя консистенции до угла внутреннего трения. Эти параметры в обязательном порядке учитываются для типовых фундаментов.

Источник

Пример расчета металлической стойки. Расчет металлических колонн. Расчет центральной стойки

Расчет нагрузок

Расчет нагрузки на столбы выполняется с учетом всех статических и динамических воздействий. К постоянным воздействиям относится суммарный вес:

  • опоры;
  • арматуры;
  • консолей;
  • фланцевых оснований;
  • светильников;
  • проводов.

Расчеты выполняются с коэффициентами, разработанными для различных конфигураций стоек, консолей и светильников.

Также учитывается нарастание нагрузок, вызванных порывами ветра в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Данные берутся из справочной таблицы для ветровых районов.

Нагрузки, воздействующие на столбы

На столбы воздействуют нагрузки от собственного веса, веса забора и напора ветров. Опоры легко выдерживают осевые нагрузки, направленные сверху вниз, и плохо — боковые (на изгиб). Поскольку усилия от веса забора являются осевыми, ими можно пренебречь. Обратите внимание, что это утверждение не относится к столбам, на которые консольно навешены ворота или калитка.

Ветровые нагрузки являются боковыми, пытаются согнуть опоры и вывернуть их из земли, а величина усилий бывает довольно значительной. Она зависит от скорости ветра и массы воздуха. В одном кубометре содержится 1,22 кг воздуха. Эта величина зависит от давления, влажности и сильно возрастает при ливнях и снежных бурях. Изменения массы учитываются в формулах введением коэффициента запаса прочности.

Читайте также:  Когда как появился фундамент

Сила, воздействующая на один квадратный метр поверхности забора рассчитывается по формуле:

F=0,61V2/9,8,

где F — сила ветра в кгс, V — скорость воздуха в м/сек, 0,61 — половина удельного веса воздуха, 9,8 — коэффициент для перевода ньютонов в килограммы силы. Подставив в формулу значения скорости можем определить, что при скорости ветра 5 м/сек на квадратный метр забора воздействует сила величиной 1,56 кгс, при 15 м/сек — 14,01 кгс, при 25 м/сек — 38,9 кгс.

Следует знать, что при скорости ветра свыше 25 м/сек объявляется штормовое предупреждение, а ветер со скоростью 30 м/сек считается ураганным.
Рекомендация: Для надежной работы столбов важна не только их прочность, но и надежность крепления к почве. При малом заглублении фундаментов ураганным ветром может вывернуть самые прочные опоры. Поэтому специалисты рекомендуют заглублять опоры в почву на глубину, большую половины высоты пролета.

  • Выбору распашных ворот для дачи посвящена данная публикация.
  • Последовательность работ при монтаже водосточной системы приведена здесь.
  • В чем преимущества стекломагниевого листа и какова область его применения, читайте в нашей статье.

Расчет высоты опор освещения

Стандартная высота столбов освещения варьируется от 4 до 12 метров. Ее расчет выполняется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

  1. Высота установки светильников над проезжей частью должна быть не менее 6,5 м. В этом случае применяются конструкции с консольным выносом, устанавливаемые на силовых опорах. При обслуживании фонарей с оборудованной телескопической вышки допускается размещение светильников выше или ниже высоковольтной линии с их удалением по горизонтали не менее 0,6 м. Если используются иные методы техобслуживания, то фонари монтируются ниже ВЛ с удалением по вертикали от 0,2 м и горизонтали от 0,4 м. Надземная высота опоры при этом будет составлять 8-9 метров.
  2. Высота установки светильников над пешеходными зонами должна быть от 3 м. В парковых зонах часто используются конструкции торшерного типа. Они имеют привлекательный дизайн и мягко рассеивают свет во все стороны.
  3. Минимальная высота опор декоративного освещения сооружений, газонов и т.д. стандартами не регламентируется.
  4. Установка фонарей ниже уровня земли допускается при организации дренажной или другой системы водоотвода.

Важно! Наибольшей устойчивостью к температурным перепадам обладают металлические опорные конструкции. Их можно использовать во всех климатических зонах.

Определение сил, действующих на опору

Расчет опоры следует начинать с определения приложенных к ней сил от всех нагрузок и воздействий.

Нормативные значения собственного веса частей опоры рассчитывают по предварительно назначенным размерам и объемному весу материалов, а также примеров конструкции опор. Пролетные строения, как правило, проектируют раньше, чем опоры, поэтому постоянные опорные давления от пролетных строений Ар определить нетрудно.

Нормативное вертикальное давление от веса грунта на выступающие подземные части опор (например, на обрезы фундамента) определяют по формуле

где γн – нормативное значение объемного веса грунта, тс/м3; Н – высота столба грунта, м.

Нормативное значение горизонтального давления грунта от его собственного веса определяют по формуле

где ; φн – нормативный угол внутреннего трения грунта.

Эпюра нормативного горизонтального давления ер представляет собой треугольник. Равнодействующую этого давления можно определить, находя объем этой эпюры в зависимости от ширины и очертания грани опоры, на которую передается давление. В простейшем случае, если эта грань имеет постоянную по высоте ширину В, равнодействующая

и приложена на расстоянии 1/ЗH от низа рассматриваемой грани опоры.

При глубине заложения фундамента не более 3 м. допускается принимать характеристики грунта на всей высоте, как для грунта насыпи. Если грань опоры, на которую передается давление, не сплошная, а состоит из отдельных стенок, стоек или свай, то с учетом заклинивания грунта между ними расчетную ширину грани опоры принимают равной удвоенной суммарной ширине всех стоек, но не более полной ширины по внешним граням крайних стоек.

Если глубина заложения фундамента более 3 м. и на грань опоры передается давление от нескольких слоев грунта с различными объемным весом и углом внутреннего трения, то эпюра этого давления в пределах каждого слоя грунта имеет участки с различными углами наклона. Величину нормативного горизонтального давления грунта для низа первого (верхнего) слоя определяют по формуле

Для последующих слоев грунта давление находят по аналогичным формулам, но вводят в расчет высоту всех слоев грунта, приведенную к объемному весу и углу внутреннего трения для рассматриваемого слоя. Так, для третьего сверху слоя (рис. 18.1) давление

Индексы 1, 2, 3 показывают, что величины относятся к первому, второму и третьему слою, считая сверху.

Рис. 18.1 – Эпюра давления грунта на опору

Величину равнодействующих горизонтального давления для каждого слоя можно подсчитать как объемы соответствующих эпюр давлений, а положение этих равнодействующих по высоте определить, вычислив координату центра тяжести каждого объема.

Характеристики грунтов определяют на основании данных инженерно–геологических изысканий. Предварительно можно принимать средние значения характеристик, а для грунтов засыпки устоев γн = 1,8 тс/м2 и φн = 35±5° в зависимости от того, какое значение является более невыгодным для опоры. Коэффициент перегрузки для веса грунта принимают 1,2 или 0,8 – наиболее невыгодный для опоры.

Опорные давления Aq и моменты Mq от временной вертикальной подвижной нагрузки на пролетных строениях определяют, загружая линии влияния этих силовых факторов соответствующими эквивалентными нагрузками.

Горизонтальное давление грунта на опору от действия временной нагрузки, расположенной на насыпи, рассчитывают по формуле

где q – вертикальное равномерно распределенное давление в рассматриваемом слое грунта от временной нагрузки, т/м2.

При определении q необходимо учитывать распределение нагрузки в теле насыпи. Принимают, что вертикальное давление распределяется под углом arctg 0,5 к вертикали. Исходя из этого, можно определить вертикальное давление от временной нагрузки на любой глубине, а затем перейти от вертикального давления к горизонтальному по формуле, приведенной выше.

Эпюра горизонтального давления грунта от временной нагрузки (рис. 18.2) в верхней части имеет участок с постоянной ординатой, потому что ширина распределения вертикального давления bр меньше ширины устоя B и горизонтальное давление передается на устой полностью. На глубине больше Н1 ширина распределения давления b больше ширины устоя B, поэтому на устой действует лишь часть горизонтального давления. Так, на глубине h вертикальное давление равно

а горизонтальное (на всю ширину устоя)

Интенсивность временной нагрузки

где k – эквивалентная равномерно распределенная нагрузка, которая берется для α = 0 и длины загружения l, равной длине призмы обрушения поверху:

Можно принимать l = 0,5Н.

Рис. 18.2 – Эпюра давления грунта от временной нагрузки

На основе эпюры и схемы (см. рис. 18.2) получены формулы для определения равнодействующих сил давления насыпи на устои и точек их приложения. Для однопутных устоев железнодорожных мостов равнодействующие прямолинейной и криволинейной частей эпюры

а плечи их относительно низа эпюры

Значения коэффициентов α, ξ приведены на (рис. 18.3). Для железнодорожных мостов α и ξ определяют в зависимости от H, a α1 и ξ1 – в зависимости от Н1.

Рис. 18.3 – Зависимость коэффициентов α, β, ξ от H

Для многопутных устоев при несимметричной относительно оси устоя нагрузке можно определить равнодействующие отдельно для четырех площадей (рис. 18.4):

Плечи еI сил ЕIq и ЕIIIq, а также еII сил ЕIIq и ЕIVq определяют по данным формулам, причем для плеч сил ЕIIIq и ЕIVq в этих формулах H1, α1, ξ1 заменяют на Hʹ1, αʹ1, ξʹ1.

Читайте также:  Ленточные фундаменты согласно снип

Рис. 18.4 – Давление на устой от несимметричной нагрузки

При определении давления грунта от автомобильных, колесных и гусеничных нагрузок необходимо учитывать, что давление колес на насыпь является сосредоточенным и замена его равномерно распределенной вдоль оси дороги эквивалентной нагрузкой приведет к большим неточностям.

Давление от оси колес считают распределенным на площади шириной S (расстояние между внешними гранями ободьев колес) и длиной b (длина соприкасания ската автомобиля с учетом распределения через дорожное покрытие под углом 45°). Для колесной и гусеничной нагрузок b принимают равной длине призмы обрушения, но не более 3,6 м. для НК–80 и не более 5 м. для НГ–60. Вертикальную нагрузку переносят к задней грани устоя под углом призмы обрушения, располагая ее наиболее невыгодным образом (рис. 18.5); затем переходят к горизонтальной нагрузке, умножая вертикальную на μ. Угол призмы обрушения определяют по формуле

Рис. 18.5 – Давление на устои от автомобильной нагрузки

Если в направлении, перпендикулярном оси моста, давление не распределяется, например в устоях с обратными стенками, то равнодействующую горизонтального давления определяют по формуле

Распределение нагрузки в поперечном направлении учитывают, умножая значения ординат эпюры горизонтального давления на коэффициент β (см. рис. 18.3).

При расчете мостов, расположенных на кривой в плане, учитывают воздействие центробежной силы в виде равномерно распределенной горизонтальной нагрузки, направленной от центра кривой. Центробежную силу считают приложенной на 2,5 м. выше головки рельса. Для мостов под железную дорогу нормативную величину этой нагрузки с каждого пути определяют по формуле

где k – эквивалентная временная вертикальная нагрузка, тс/м; υ – наибольшая скорость движения поездов , но не более 120 км/ч; R – радиус кривой, м.

Для автодорожных и городских мостов нормативную величину C равномерно распределенной нагрузки от центробежной силы с каждой полосы движения автомобилей принимают равной (в тс/м):

где K – класс нагрузки; λ – длина загружения.

Центробежную силу от колесной и гусеничной нагрузки представляют в виде сосредоточенной силы:

При расчете мостов под автомобильную дорогу центробежную силу считают приложенной на 1,5 м выше уровня проезда. При R ≥ 600 м. ее не учитывают.

Удары колес подвижного состава учитывают в виде равномерно распределенной поперечной горизонтальной нагрузки, нормативную величину которой для железнодорожной нагрузки с одного пути принимают равной sгy = 0,84 т/м, а для мостов под автомобильную дорогу – в виде распределенной нагрузки sry = 0,05 К тс/м, а также сосредоточенной силы s = 0,5 К тс. Нагрузку от горизонтальных ударов прикладывают в уровне верха головки рельса или в уровне верха проезжей части.

Поперечная ветровая нагрузка действует на опору, на главные фермы пролетного строения, на его проезжую часть и на железнодорожный подвижной состав. Воздействие ветра на автомобили невелико и в расчетах не учитывается.

Воздействие ветра принимают в виде нагрузки, равномерно распределенной по площади расчетной ветровой поверхности:

где q0 – скоростной напор ветра, зависящий от района расположения сооружения, кгс/м2; k – поправочный коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора по высоте; сп – аэродинамический коэффициент, зависящий от типа конструкции.

Расчетную ветровую поверхность для определения давления ветра W1 на части опоры принимают по их контуру, давление ветра Wгф на сквозные главные фермы – по контуру с введением коэффициентов, учитывающих уменьшение ветровой нагрузки за счет промежутков между элементами. Так, для пролетных строений с двумя сквозными главными фермами с треугольной или раскосной решеткой этот коэффициент равен 0,2. Для определения давления ветра Wпс на железнодорожный подвижной состав расчетная поверхность имеет вид сплошной полосы высотой 3 м. с центром тяжести, расположенным на 2 м. выше головки рельса. Давление ветра Wпч на проезжую часть рассчитывают по ее контуру за вычетом полосы высотой 0,5 м, так как часть высоты продольных балок закрыта поясом главной фермы.

Поперечные горизонтальные нагрузки, равномерно распределенные по длине пролета, прикладывают к опоре в виде равнодействующих сосредоточенных сил, собирая их с пролетов, примыкающих к опоре (обычно с половины каждого из этих пролетов). Определяют равнодействующие от центробежной силы C, горизонтальных ударов S и ветра, действующего на главные фермы, Wгф, проезжую часть Wпч и на подвижной состав Wпс.

Давление льда на опору в направлении поперек оси моста при вертикальных гранях опоры рассчитывают исходя из усилия, необходимого для разрушения льда при движении ледяного поля на опору. Усилие, действующее на опору, определяют по формуле

где h – толщина льда, м, принимаемая равной 0,8 от наибольшей за зимний период; b – ширина опоры, м; m – коэффициент формы опоры (при полуциркульном очертании передней стенки он равен 0,9, при заострении уменьшается в зависимости от угла заострения, например, для угла 90° m = 0,69); Rp – нормативный предел прочности льда, принимаемый равным при первой подвижке 75 тс/м2 и при ледоходе на наивысшем уровне 45 тс/м2; А – климатический коэффициент, зависящий от района расположения моста (0,75–2,25). Если опора имеет наклонный ледорез, то давление льда определяют по формулам, учитывающим разрушение льда при изгибе. Эти формулы, а также указания по определению давления льда в более сложных случаях приведены в СН 200–62.

Нагрузку от навала судов учитывают для опор мостов на судоходных реках в виде сосредоточенной силы Sнс, приложенной на высоте 2 м. от расчетного судоходного уровня, если опора не имеет выступов, фиксирующих высоту приложения этой нагрузки, и если более низкое положение ее не является невыгоднейшим для опоры. Величина нагрузки от навала судов изменяется в очень широких пределах (от 15–160 тс) в зависимости от класса реки и направления действия этой нагрузки. Значения нагрузок от навала судов приведены в СН 200–62.

Действующую на опору тормозную силу для железнодорожной подвижной нагрузки с одного пути определяют как силу трения, возникающую при торможении, если колеса подвижного состава не вращаются:

где λ – длина загружения (обычно пролет); k – временная эквивалентная нагрузка для длины загружения λ и α = 0.

Для двухпутных мостов учитывают тормозную силу только с одного пути; для мостов под автомобильную нагрузку – для всех полос одного направления Т = 0,Зkλ, но не более 2,2 К и не менее 0,7 К, где К – класс автомобильной нагрузки. Торможение тяжелых колесных и гусеничных нагрузок не учитывают.

Тормозную силу считают полностью передающейся на опору через неподвижные опорные части. Однако и через подвижные опорные части может быть передана некоторая часть торможения вследствие трения. Величина этой силы зависит от состояния опорных частей, правильности их положения, наличия смазки и др. Условно считают, что через скользящие подвижные опорные части может передаваться на опору 50%, а через катковые или валковые опорные части – 25% полного тормозного усилия. Если на опоре расположена неподвижная опорная часть одного пролетного строения и подвижная часть другого, то сумму тормозных усилий принимают равной полному тормозному усилию от большего из опирающихся на опору пролетных строений.

К числу горизонтальных нагрузок относится также продольное давление ветра на главные фермы Wпрф, а также на части опоры Wпрi. Первую из этих сил принимают для сквозных ферм в размере 60%, а для сплошных балок – в размере 20% от соответствующего поперечного давления ветра. Продольное давление ветра на опору определяют по расчетной ветровой поверхности, соответствующей направлению ветра. Интенсивность ветровой нагрузки считают такой же, как и при расчете давления ветра в направлении поперек оси моста. Продольное давление ветра на подвижной состав не учитывают.

Читайте также:  Тип фундамента для сруба бани

При устройстве судоходных пролетов необходимо учесть нагрузку Sприс от навала судов, направленную вдоль оси моста. При направлении движения льдин под углом к оси опоры вводят в расчет также динамическое давление от ударов льдин о боковую грань опоры. При этом принимают давление льда в начальной стадии ледохода Hпрл или при наивысшем уровне ледохода Hʹпрл в зависимости от того, какая из этих нагрузок (обычно наибольший момент относительно рассчитываемого сечения опоры) оказывает на опору более неблагоприятное воздействие. Нормативную величину нагрузок умножают на соответствующие коэффициенты перегрузки. Все усилия от воздействий, зависящих от временной вертикальной подвижной нагрузки (центробежная сила, удары колес подвижного состава, давление грунта от нагрузки на насыпи, тормозная сила), принимают с такими же коэффициентами перегрузки, что и временную вертикальную нагрузку.

Временную вертикальную нагрузку при расчете сквозных железобетонных или стальных конструкций опор учитывают с динамическим коэффициентом (за исключением расчета массивных частей опор и их оснований).

Нагрузки и воздействия вводят в расчет опор в наиболее невыгодных сочетаниях. Следует принимать во внимание, что одновременное действие различных максимально возможных нагрузок маловероятно. Поэтому ряд нагрузок и воздействий в одно и то же сочетание не вводят. Так, например, не учитывают одновременно горизонтальные поперечные удары колес подвижного состава и ветровую нагрузку, силы тяги и торможения и нагрузку от давления льда и навала судов и др.

Кроме того, при расчете опор, на которые передается опорное давление от временной вертикальной подвижной нагрузки с нескольких железнодорожных путей, вводят понижающие коэффициенты к нормативным эквивалентным нагрузкам от второго и третьего пути ε, принимаемые от 0,85 до 1,00 в зависимости от длины загружения. Кроме того, при длине загружения более 25 м дополнительно при λ от 15 до 25 м. учитывают коэффициент, определяемый по интерполяции между 1,0 и 0,7, а при λ > 25 м равный 0,7.

К автомобильной нагрузке равномерно распределенной на всех полосах, кроме одной, вводят коэффициент 0,5.

Усилия и моменты, действующие на опору, принимают в расчете в следующих сочетаниях:

  • только постоянные нагрузки;
  • сочетание постоянных и основной временной нагрузки, а также временных нагрузок, неизбежно сопутствующих основной. При этом следует выбирать такое положение временной нагрузки на мосту, чтобы оно было наиболее невыгодным для рассчитываемой части или сечения опоры;
  • сочетания нагрузок, перечисленных в п. «б», с другими дополнительными нагрузками, выбираемые наиболее невыгодными для опоры. Чтобы учесть малую вероятность совпадения максимальных величин временных нагрузок, к основной нагрузке вводят коэффициент сочетаний hс = 0,8, а ко всем дополнительным нагрузкам hс = 0,7.

Для расчета сечений опоры и естественных оснований дополнительные сочетания, включающие в себя горизонтальные нагрузки, направленные поперек и вдоль оси моста, рассматривают отдельно (действие продольных и поперечных нагрузок не суммируют). При расчете свайных фундаментов для определения нагрузки на сваи в дополнительные сочетания нагрузок включают горизонтальные воздействия, направленные как вдоль, так и поперек моста.

Если не очевидно, какое из возможных сочетаний нагрузок является самым невыгодным для опоры, ее сечения и элементы следует проверить на несколько сочетаний.

Расчет опоры освещения на устойчивость

Под опору устраивается бетонный фундамент. Размер основания рассчитывается с учетом несущей способности грунта. Если таких данных не имеется, то принимается расчетная единица прочности на сжатие равная 150 Н/м2, соответствующая почве максимальной плотности.

Глубина закладки фундамента определяется в зависимости от высоты столба. Основание имеет квадратное сечение для обеспечения равномерного распределения нагрузок во всех направлениях.

Стойка бетонируется с определенным заглублением, либо производится ее фиксация к фундаменту посредством закладных элементов. При этом важно установить столб строго вертикально. Максимальные отклонения от вертикали регламентируются нормативами.

Расчет опоры освещения на устойчивость проводится с проведением опытных испытаний. При этом выполняется проверка на изгиб, кручение, опрокидывание под воздействием динамических сил.

Модификации опор создаются для эксплуатации в различных условиях. Важно, чтобы их технические параметры соответствовали рекомендациям строительных нормативов, геологическим и климатическим особенностям местности.

Расчет металлических столбов на прочность

Перед расчетом столбов необходимо определиться с высотой и длиной пролета. При изменении размеров расчет придется повторить. Для примера рассчитаем столб для пролета длиной 2,5 и высотой 2 метра. Принимаем расчетную скорость ветра равной 25 м/сек. Тогда на столб будет воздействовать сила

F=2х2,5х38,9=194,5 кгс.

Точка приложения силы находится в 1,25 метра над уровнем почвы (половина высоты пролета плюс расстояние от почвы до нижней кромки полотна). Тогда на нулевой отметке на столб будет воздействовать крутящий момент

М = FLk = 194,5 х 1,25 х 1,5 = 364,7 кгс·м,

где k=1,5 — коэффициент запаса прочности, L =1,25 м — длина плеча приложения силы.

Максимально допустимый изгибающий момент трубы должен быть больше действующего на столб крутящего момента. Он рассчитывается по формуле:

М = σW/1000,

где σ — предел текучести металла (для стали 10 равен 20 кгс/кв. мм), W — момент сопротивления сечения (куб. мм), 1000 — коэффициент для пересчета миллиметров в метры.

Момент сопротивления для круглой трубы определяется по формуле:

W=π(D4-d4)/32D,

где n — число пи, равное 3,14, D и d внешний и внутренний диаметры трубы в миллиметрах.

Для квадратной трубы формула следующая:

W=(H4-h4)/6H,

где H и h — внешняя и внутренняя ширина грани сечения.

Последовательность расчетов следующая:

  • рассчитывают крутящий момент, воздействующий на столб;
  • выбирают трубу и по геометрическим размерам определяют момент сопротивления, затем — максимально допустимый изгибающий момент;
  • если максимальный изгибающий момент намного больше крутящего, повторяют расчет для трубы меньшего диаметра, если наоборот — большего. Расчеты ведутся до выбора оптимального варианта.

Согласно расчетов для выбранного в качестве примера пролета подходит круглая труба с наружным диаметром 89 мм и толщиной стенки 3,5 мм, максимальный момент для которой равен 386 кгс·м, или квадратная труба 60х60 мм с толщиной стенки 3 мм и максимальным моментом 457 кгс·м.

Рекомендация: Форма сечения опор не имеет особого значения для их прочности. Выбирайте металлический профиль исходя из эстетичности, удобства монтажа и экономических соображений.

Пример расчета башни на полную ветровую нагрузку определенную «ручным» способом

Рассмотрим башню с параллельными поясами высотой 30м. Размер в плане а=3х3м.


Рис. 6. Расчетная модель башни

Нагрузки на башню:

  • собственный вес;
  • вес оборудования 1тс в уровне верха башни (0.25тс в узел);
  • ветер полный на грань;
  • ветер полный на диагональ.

Ветровая нагрузка прикладывается как узловая в уровне верха расчетного поля. Величина полной ветровой нагрузки складывается из статической и пульсационной составляющих. Рассматривается 6 расчетных полей по высоте.


Рис. 7. Схема приложения нагрузок на ствол башни при действии ветра на грань

Рис. 8. Схема приложения нагрузок на ствол башни при действии ветра на диагональ

Ветровая нагрузка на диагональ прикладывается в виде составляющих Х и Y: W(x,y)=W*cos45⁰.

Усилия в элементах башни при действии ветровой нагрузки на грань.


Рис. 9. Усилия от полной ветровой нагрузки при действии ветра на грань

Проверка. Общий момент в основании башни Мг=∑Wiг*Zi=68.35тс*м. Нагрузка на фундамент F=(Мг/а)/2=(68.35/3)/2=11.39тс


Рис. 10. Нагрузки на фрагмент для опорных узлов башни при действии ветра на грань

Как видно результаты программного и «ручного» определения нагрузок на фундаменты сходятся.

Усилия в элементах башни при действии ветровой нагрузки на диагональ.


Рис. 11. Усилия от полной ветровой нагрузки при действии ветра на диагональ

Проверка. Общий момент в основании башни Мд=∑Wiд*Zi=82тс*м. Нагрузка на фундамент F=(Мд/а*√2)=(82/3*1.414)=19.33тс

Нагрузки на фрагмент в основании башни:


Рис. 12. Нагрузки на фрагмент для опорных узлов башни при действии ветра на диагональ

Источник