CC BY
54
М. К. Кудерин, Г. М. Мажидов, Г. Н. Каржаубаева
Озык к¥рылыс технологияларын жэне замануи конструктивен схемаларын т^ргызу гимараттарын пайдалану
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттiк университетi, Павлодар к.
Материал 12.12.16 баспага TYCTi.
M. K. Kuderin, G. М. Magidov, G. N. Karjaubaiyeva
Application of advanced construction technologies and modern structural schemes of construction buildings
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 12.12.16.
Озыц цурылыс технологияларын жэне замануи конструктивтж схемаларын тургызу гимараттарын цолдануы, алдын-ала кернеуленген арматураларды элементтерт пайдалануын болжайды.
Application of advanced construction technologies and modern structural schemes of construction buildings involves the use ofprestressed reinforcing elements.
УДК 69.693.5
М. К. Кудерин1, Л. В. Снитко2, Т. Д. Базарбек3, Н. Шырынхан4
1д.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар; 2Костанайский инженерно-педагогический университет, г. Костанай; 3магистранты, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
ФУНДАМЕНТ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Из практики эксплуатации опор линий электропередачи напряжением 35-110 кВ в Казахстане и других регионов известно, что при обводнении грунтов, в частности, супесей суглинков и глин, в период весеннего половодья и затяжных дождей в осенний период, значительно нарушается устойчивость железобетонных опор установленных как в сверленые котлованы без ригелей, так и в сверленные и вкопаные котлованы с ригелями.
Ключевые слова: железобетонные конструкции, устойчивость сооружений.
ВВЕДЕНИЕ
По данным КазГИИ [1] на территории Казахстана подтапливается более 144 городов и посёлков. Для некоторых городов республики (Павлодарской, Костанайской, Акмолинской и др. областей) характерны периодические колебания уровня грунтовых вод с периодичностью 7-10 лет. По данным ТОО «ГиП Проект»
ежегодно, например, в Костанайской и Павлодарской областях нарушается устойчивость железобетонных опор высоковольтных линий электропередачи.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Нарушению устойчивости опор способствуют значительные знакопеременные ветровые нагрузки, приводящие к возникновению колебательной системы опор в местах их установки в грунт. Согласно типовой инструкции по эксплуатации воздушных линий электропередачи [2] предельное отклонение опоры от вертикальной оси вдоль и поперёк линии электропередачи (отношение отклонения верхнего конца стойки опоры к её высоте) для одностоечных железобетонных опор не должно превышать 1:150. При длине пролёта (расстояние между опорами) до 200 м максимальное отклонение верхнего конца опоры не должно превышать 100 мм, а при длине пролёта более 200 м - 200 мм [3].
Как видно из рис. 1 при нарушении устойчивости опоры эти показатели намного выше предельных. Для обеспечения устойчивости свободностоящих железобетонных опор предложен фундамент, условно названных мембранным (рис. 2; 3).
Рисунок 1 - Нарушение устойчивости свободностоящей железобетонной опоры ЛЭП
Базой для такого фундамента предлагается использовать стандартный железобетонный подножник ФС1-4 для слабых грунтов [4; 5; 6] с размерами основания (опорной плиты) 2,7х3,5 м с учетом установки фундамента длинной стороной основания вдоль линии электропередачи. Глубина установки в копаный котлован - 3,0 м при высоте фундамента 3,2 м. В качестве базового варианта можно использовать также составной фундамент ФСС1-4 высотой 3,2 м с глубиной заделки в котлован 3,0 м и размерами опорной плиты 3,5х3,5 м.
Предлагается 2 варианта исполнения конструкции фундамента: с трубчатой стойкой (рис. 2) и с полой стойкой прямоугольной формы (рис.3). Высота
трубчатой стойки 3,2 м, внутренний диаметр равен диаметру стандартной стойки опоры, увеличенному на величину зазора для бетонирования.
О
ё *
ШШтъ
Ш1
Рисунок 2 - Мембранный фундамент с трубчатой стойкой
Наружная поверхность трубчатой стойки может быть выполнена конусной формы с уклоном 10 % для увеличения прочности и жёсткости в нижней её части. Толщина стенки трубчатой стойки фундамента 55 мм. Трубчатая стойка предусматривается сквозной до основания фундамента, чтобы стойка опоры проходила насквозь до упора в дно котлована.
Рисунок 3 - Мембранный фундамент с полой стойкой прямоугольной формы
Внутренний диаметр стойки фундамента d складывается из наружного диаметра опоры D2 по ГОСТ 22687-85 [7] и зазора на бетонирование 150 мм с каждой из двух диаметрально противоположных сторон.
Фундамент предусматривает наличие двух рёбер (условно названных мембранами), расположенных в плоскости симметрии фундамента вдоль длинной стороны опорной плиты. В верхней части каждой мембраны предусматривается скос примерно параллельно скосу верхней части опорной плиты.
Стойка изготавливается совместно с опорной плитой методом вибрирования. В форму закладывается сетчатая арматура из стальной проволоки диаметром 12 мм. Одновременно в стойку и плиту устанавливается закладные детали в виде стальных пластин размерами 120х100х10 мм для присоединения мембраны электросваркой.
Мембраны изготавливаются отдельно методом вибрирования с установкой в них сетчатой арматуры, затем привариваются к закладным деталям в стойке и плите при сборке фундамента.
Каждую мембрану предлагается изготавливать конусной формы по высоте в плоскости, перпендикулярной её ширине. Конусная форма поперечного сечения ребра (мембраны) основана на анализе известном из сопротивления материалов эпюры распределения нормальных напряжений по высоте фундамента при рассмотрении ребра как консольной плиты, условно распределённой на элементарные (единичные) элементы шириной, равной 1 и толщиной, равной ^ каждый из которых рассматривается как консольная балка, подверженная прямому изгибу.
На основании этой гипотезы выведена формула для определения толщины стенки ребра (мембраны) [3;8].
где К1 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние касательных напряжений, влияющих на сопротивление грунта сдвигу под действием горизонтальных сдвигающих сил.
где т - полное сопротивление грунта сдвигу;
с1 - удельное сцепление грунта (параметр линейности), кН/м2; а1 - для песчаных грунтов нормальное напряжение в месте перехода мембраны в опорную плиту определяется по, кН/м2;
р - угол внутреннего трения грунта, град;
Ь - высота ребра (мембраны) определяется по центру ребра от верхней точки до места перехода в опорную плиту, м.
Зависимость К1 от с1 представлена на рис. 4.
й = В2 + 300, мм, В = й +110, мм.
(1) (2)
(3)
(4)
К1
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Расчетные значения параметра линейности, С1,кНУм2
О 5 10 15 20 25 30 35
Расчётные значения удельного сцепления, С1,ьсНУм2
Рисунок 4 - График зависимости коэффициента К1 от расчётного значения параметра линейности для песчаных грунтов (1) и удельного сцепления для глинистых грунтов и суглинков (2)
Получено:
- для песчаных грунтов К1 = 1,73...2,93;
- для глинистых грунтов К1 = 1,03...1,49.
На основании зависимости (3) рассчитаны размеры поперечного сечения мембран при различных значениях с1, кН/м2. По результатам этих расчётов можно рекомендовать толщину стенки мембраны в месте перехода в опорную плиту 100^140 мм, в верхней части у кромки отсыпки котлована 60^70 мм.
При анализе устойчивости фундамента под действием горизонтальных сдвигающих сил он рассматривается как опрокидываемый по деформированной схеме. Мембраны рассматривались, как один сплошной ригель по ширине равной ширине длинной стороны опорной плиты, а по высоте - высоте установки фундамента в котлован в центре угла скоса верхней части мембраны. Увеличение боковой поверхности фундамента в контакте с грунтом за счёт мембран способствовало увеличению отпора грунта при воздействии горизонтальных сдвигающих сил пропорционально этому параметру. Ось поворота фундамента в сборе со стойкой опоры под действием горизонтальных сдвигающих сил была принята по нижней кромке опорной плиты при условии, что относительная глубина центра поворота О, представляющая отношение расстояния от центра поворота фундамента к его глубине установки в котлован для случая одного ригеля, равной 1.
В этом случае угол поворота фундамента в сборе с опорой определяется по [7]. С помощью компьютерной программы <^иап1:-1» были составлены модели деформирования для различных грунтов при установке опоры ПБ35-3.1т с двумя марками проводов для нормального режима эксплуатации, и выполнен математический анализ.
ВЫВОДЫ
На основании проведённых исследований представляется возможным сделать следующие выводы:
1 В результате математического анализа установлено, что угол поворота в, рад в основании железобетонной опоры ПБ35-3.1т при одинаковых характеристиках грунтов и ветровой нагрузке в случае установки в мембранный фундамент уменьшается в 2,3^4 раза по сравнению с установкой в копаный фундамент с банкеткой и ригелями и в 1,35^2,75 раза по сравнению с установкой в копаный фундамент с ригелями без банкеток.
2 Расчётный экономический эффект от внедрения мембранного фундамента как средства повышения устойчивости железобетонных опор в обводнённых и слабых грунтах составил:
- по сравнению с установкой опоры в копаный котлован с тремя ригелями без банкетки в случае применения на ЛЭП провода;
- АС95/16 - 5080692 тенге;
- АС150/24 - 8133466 тенге;
- при установке опоры в копаный котлован с тремя ригелями с банкеткой в случае применения на ЛЭП провода;
- АС95/16 - 5162982 тенге;
- АС150/24 - 8215756 тенге.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Ашинбаев, М. У., Пустогачёв, В. А., Сарсенова, З. И. Исследование по проектированию и устройству оснований и фундаментов на подтопляемых территориях (на примере г. Акмолы) // Отчёт по научно-техническому проекту. УДК 624.131.23. - Алматы, 1997. - 70 с.
2 Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ. Часть 1.- М. : ОРГРЭС, 1991. - 108 с.
3 Виноградов, Д. Е. Закрепление опор линий электропередачи 35-750 кВ. -М. : Энергия, 1977. - 88 с.
4 ГОСТ 22687.0-85 - Стойки железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Технические условия.
5 Ткаченко, В. В., Снитко, Л. В. Мембранный фундамент для опор линий электропередачи // Вестник ПГУ, № 4. - Павлодар, 2004. - С. 122-126.
6 Снитко, Л. В. Повышение устойчивости линий электропередачи в обводнённых грунтах // Совершенствование инженерно- технического обеспечения технологических процессов в АПК: Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии. - Оренбург, 2006. - № 7. - С. 108-112.
7 Справочник по проектированию линий электропередачи. Под ред. М. А. Реута и С.С. Рокотяна. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергия, 1980. - 296 с.
Материал поступил в редакцию 12.12.16.
М. К. Кудерин1, Л. В. Снитко2, Т. Д. Базарбек1, Н. Шырынхан1 Электр желшерш тем1рбетон т1ректерш коры
:С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университет^ Павлодар к.;
2^останай инженерлж-педагогикалык университет^ ^останай к.
Материал 12.12.16 баспаFа тYстi.
М. К. Kuderin1, L. V. Snitko2, Т. D. Bazarbek1, N. Shirinkhan1 Foundation for reinforced concrete poles of power lines
1S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar;
2Kostanay Engineer-Pedagogical University, Kostanay.
Material received on 12.12.16.
Пайдалануга тэжiрибесiнен вольтты электр жеттзу желтерт Казацстанда 35-110 кВ цолдайды жэне взге аймацтарда ол топырацты суару кезтде, эЫресе, саздацтар мен саз суглинка, кузде квктемгi су тасцыны мен цатты жауындар кезецде айтарлыцтай орнатылган темiрбетон тiректерiн турацтылыцты бузылган деп белгш ригельдерi жоц орлар бургыланган, цазылган шуццырларды квредi.
From the practice of voltage transmission lines 35-110 kV supports operation in Kazakhstan and in other regions, it is known that during the soil watering, especially sandy loam and clay loam, in the period of spring floods and heavy rains in autumn, the stability of reinforced concrete poles installed in drilled pits without crossbars, and in the drilled and dug pits with bolts is significantly disrupted.
