Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

ДІЙСНА РОБОТА АНТЕННИХ ОПОР ПІД ДІЄЮ

ОЖЕЛЕДНЬО-ВІТРОВИХ ВПЛИВІВ

Альохін Андрій Михайлович

Макіївка - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаській національній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України на кафедрі металевих конструкцій.

Науковий керівник	доктор технічних наук, професор Горохов Євген Васильович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри металевих конструкцій;
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Кулябко Володимир Васильович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, м. Дніпропетровськ, професор кафедри металевих, дерев'яних і пластмасових конструкцій;
	кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Лебедич Ігор Миколайович, ВАТ «УкрНДІпроектстальконструкція» ім. В.М. Шимановського, м. Київ, завідувач відділу нових типів конструкцій.

Захист відбудеться «19» лютого 2009 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I навчальний корпус, зала засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Україна, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2.

Автореферат розісланий « 19 » січня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М.М. Зайченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сьогодні в Україні зі збільшенням простору мобільного зв'язку з'явилася необхідність у проектуванні антенних опор радіорелейних систем. Антенні опори - це узкобазі опори, для яких однією з основних є II група граничних станів: деформативність (парусність) опор під дією вітрових, ожеледних та поєднання ожеледньо-вітрових навантажень і впливів, які за своєю природою є динамічними. Подібна специфіка накладає ряд особливих вимог не тільки на стадії проектування і монтажу, але й на стадії експлуатації забезпечення роботи ретранслятора, згідно з технологічними вимогами.

В існуючій вітчизняній нормативно-технічній літературі рекомендують враховувати ожеледнє навантаження на елементи кругового перетину великого діаметра (більше 70 мм) і елементи, відмінні від кругових, залежно від товщини стінки ожеледі і коефіцієнта обмерзання µ₂. Цей коефіцієнт, що є відношенням покритої ожеледдю площі поверхні елемента до всієї його поверхні, приймається в нормах 0,6 незалежно від форми і розмірів елемента. Таким чином, навантаження на одиницю поверхні елементів споруд залежить тільки від району ожеледності. Тим часом, фактичні ожеледні навантаження на елементи можуть істотно відрізнятися від розрахункових значень. В справжніх умовах набрати статистику з ожеледних відкладеннь на профілі за різних умов ожеледних утворень практично неможливо.

Таким чином, рішення задач, пов'язаних з вивченням дійсних природньо-кліматичних навантажень і впливів на антенні опори, а також урахування коефіцієнта обмерзання µ₂ на площинні елементи дозволить внести зміни в методику розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах держбюджетної НДР Д 2-01-06 «Моніторинг і підвищення надійності повітряних ліній електропередачі під дією ожеледньо-вітрових навантажень і впливів» (держ реєс. №0106U002950) і кафедральної держбюджетної тематики К-2-08-06 «Удосконалення формоутворення металоконструкцій на основі діагностики і моніторингу залишкового ресурсу, економіко-математичне моделювання режиму експлуатації будівель і споруд» (держ реєс. №0106U000101). У цих роботах автором проведені теоретичні й експериментальні дослідження впливу ожеледньо-вітрових навантажень на антенні опори.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є уточнення дійсної роботи і розрахункових зусиль в елементах конструкцій антенних опор на основі одночасного урахування ожеледних і вітрових впливів.

Поставлена мета досягається вирішенням таких задач:

-виконати оцінку впливу ожеледньо-вітрових впливів на антенні опори, що діють на конструктивну форму, розрахунок й експлуатацію;

-вирішити математичну задачу імітації ожеледі в кліматичній камері для визначення масштабних коефіцієнтів;

-розробити методику, випробувальну установку, алгоритм і автоматизований комплекс проведення випробувань імітації ожеледних відкладень на кутникові профілі антенних опор;

-виконати експериментальні дослідження ожеледних відкладень і одержати коефіцієнти обмерзання µ₂ на кутникові профілі;

-провести статичні й динамічні дослідження антенної опори АО-60 під дією ожеледньо-вітрових впливів з отриманим коефіцієнтом обмерзання µ₂;

-виконати експериментальні дослідження дії ожеледньо-вітрових впливів на статичні і динамічні властивості антенної опори АО-60 для визначення переміщень, власної частоти коливань (резонансу) і перевірити розрахункову схему при динамічних випробуваннях;

-запропонувати зміни в методику розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів з отриманим коефіцієнтом обмерзання µ₂.

Об'єкт дослідження - металеві ґратчасті антенні опори радіорелейного зв'язку.

Предмет дослідження - закономірності дії ожеледньо-вітрових навантажень і впливів на дійсну роботу антенних опор радіорелейного зв'язку.

Методи досліджень. Статичні методи обробки випадкових даних; методи будівельної механіки; методи чисельного моделювання на основі методу скінчених елементів; експериментальні методи досліджень; натурні випробування.

Наукова новизна одержаних результатів:

-теоритично і експериментально обгрунтовані основні положення методики проведення випробувань моделювання ожеледних відкладень на кутникові профілі;

-отримані коефіцієнти обмерзання µ₂ на кутникові профілі, які дозволять внести зміни в методику розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів;

-вперше проведені статичні і динамічні натурні випробування антенної опори АО-60 під дією ожеледньо-вітрових впливів, що дозволили отримати уточненні значення переміщень і характеристики частот власних коливань.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблена методика і випробувальна установка проведення випробувань в кліматичній камері дозволила визначити значення коефіцієнтів обмерзання µ₂ на кутникові профілі, що надоло змогу уточнити основні характеристики стану конструкцій, що деформуються, і провести статичні і динамічні випробування антенних опор радіорелейного зв'язку в натурних умовах:

-радіощогли з трикутною опорною рамою Self Standing Pole «TRIPOD» ТОВ «Консалтінг Бізнес Груп» (2005р.);

-радіощогли з чотирикутною опорною рамою Self Standing Pole «TRIPOD» ТОВ «Консалтінг Бізнес Груп» (2005р.);

-сталевої телекомунікаційної щогли «Mast-2» ТОВ «Консалтінг Бізнес Груп» (2005р.);

-антенної опори АО-60 ТОВ «Співдружність» (2006р.).

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень одержані автором самостійно. Особистий внесок автора полягає в наступному:

-безпосередній участі в проведенні натурних і лабораторних випробуваннях і дослідженнях;

-розробці всіх методик і виконанні чисельних експериментів, приведених в дисертації;

-розробці випробувальної установки для визначення коефіцієнта обмерзання µ₂ на кутникові профілі;

-аналізі і статичної обробці даних, отриманих при випробуваннях і чисельних дослідженнях;

-систематизації і науковому аналізі отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на III Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Будівлі та споруди із застосуванням нових матеріалів» (м. Макіївка, 2004р.); IV Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Застосування нових матеріалів конструкцій, технологій при вирішенні екологічних проблем природокористування та охорони навколишнього середовища» (м. Макіївка, 2005р.); V Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Будівлі та споруди із застосуванням нових матеріалів» (м. Макіївка, 2006р.); VI Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Будівлі та споруди із застосуванням нових матеріалів та технологій» (м. Макіївка, 2007р.); VIII Міжнародній промисловій конференції «Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах» (м. Славське, Карпати, 2008р.); VII Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Будівлі та споруди із застосуванням нових матеріалів та технологій» (м. Макіївка, 2008р.); Науково-практичній конференції «Реконструкція діючих підстанцій, повітряних і кабельних ліній електропередачі в умовах зростання потужностей енергоспоживання» (м. Макіївка, 2008р.).

У повному обсязі дисертаційна робота доповідалася на розширеному засіданні кафедри «Металеві конструкції» Донбаської національної академії будівництва і архітектури (жовтень 2008р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано шість друкованих робіт, у тому числі п`ять статей у наукових журналах та збірнику статей, що входять до переліку ВАК України.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п`яти розділів, висновків, списку використаних джерел (220 найменувань), трьох додатків. Зміст дисертації викладено на 198 сторінках, у тому числі 147 сторінок основного тексту, 23 сторінки списку використаних джерел, 60 повних сторінок з рисунками і таблицями, 27 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дисертаційного дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення роботи, подано інформацію щодо структури та обсягу дисертації, апробації дисертаційної роботи.

У першому розділі аналізуються стан питання і наукові досягнення в галузі вивчення дії ожеледньо-вітрових впливів на статичну і динамічну поведінку антенних опор. Зроблено огляд науково-технічної і нормативної літератури за трьома напрямами: розрахунок і проектування антенних опор; особливості природно-кліматичних навантажень і впливів; аналіз водності і розмірів хмарних крапель, які впливають на імітацію ожеледі на несучі профілі антенних опор, а також їх облік при статичних і динамічних розрахунках.

Проблемам створення надійних конструкцій антенних споруд з високими техніко-економічними показниками присвячені основні роботи А.Г. Соколова і Г.А. Савицького. У них розглянуті питання розрахунку і раціонального конструювання. Проаналізувавши основні конструктивні схеми ґрат башт, переваги надавали баштам з пірамідальним контуром і хрестовими ґратами, оскільки вони краще за інші сприймають зусилля від вітрових навантажень, а також забезпечують найбільшу жорсткість конструкції і тому в цей час є найпоширенішими у вивченні такого класу конструкцій (70% антенних опор проектуються з хрестовими ґратами і шпренгелями).

Методи розрахунку ґратчастих башт розглянуто в роботах І.М. Рабіновича, Ю.А. Радцига, К.Г. Протасова, І.М. Лебедича, А.І. Виноградова, В.В. Трофимовича. Вивчення дії ожеледньо-вітрових навантажень і впливів на ґратчасті башти проаналізовані в роботах вчених Донбаської національної академії будівництва і архітектури: Горохова Є.В., Шевченка Є.В., Василєва В.М., Турбіна С.В.

З теорії коливань фундаментальними є роботи А.М. Крилова, Я.Г. Пановка, М.К. Снітка, С.П. Тимошенка та інших авторів. Дослідженню питань динаміки споруд присвячені роботи М.І. Казакевича, В.В. Кулябка, Р. Клафа, Дж. Пензієна, А.В. Перельмутера, Е.С. Сорокіна, І.М. Рабіновича, С.П. Тимошенка та інших вчених. Таким чином, проблема динамічної поведінки елементів антенних опор достатньо вивчена теоретично, тоді як експериментальні дослідження з цього питання для натурних болтових башт висотою 60м і більше не проводилися.

Основними навантаженнями на антенні опори є ожеледньо-вітрові навантаження і впливи. Останні масові аварії влітку і восени 2000 р. через обмерзання призвели до аварії 20391 лінії електропередачі, було зруйновано понад 307 тис. залізобетонних опор ПЛ, стали непридатними для подальшої експлуатації понад 3420 тонн дротів. Природу й екстремальні значення навантажень від ожеледі певною мірою спричиняють аварії конструкцій через перевантаження ожеледдю, тому правильний облік ожеледі з вітром дозволить запобігти аваріям.

Складно, а інколи практично неможливо, за реальних умов набрати статистику з ожеледних відкладень на профілях за різних умов обледеніння. Цю роботу можна виконати в кліматичній камері, що дозволяє моделювати ожеледні відкладення.

Аналіз конструктивних форм антенних опор радіорелейного зв'язку, розрахунку, технології їх виготовлення, експлуатації і дії ожеледньо-вітрових впливів показав необхідність їх подальшого дослідження, оскільки зі збільшенням вітрових і ожеледних навантажень змінюється дійсна робота антенних опор. Практично відсутні роботи, у яких би враховувався коефіцієнт обмерзання на площинні елементи м₂ при статичному і динамічному розрахунку антенних опор для визначення несучої здатності, деформативності, механічної міцності і власної частоти коливань під дією ожеледньо-вітрових впливів.

Огляд літератури і проведенний аналіз дали можливість сформулювати мету і задачі досліджень.

У другому розділі наводиться розв`язання математичної задачі імітації ожеледі на площинні елементи антенних опор шляхом вирішення системи основних співвідношень для визначення масштабних коефіцієнтів, які впливають на моделювання ожеледі в кліматичній камері з подальшим перенесенням їх на натурний об'єкт.

Дослідження, яке проводиться за методом моделі, має дві задачі: відтворити явище, подібне натурі, і виконати на моделі весь необхідний комплекс спостережень і вимірювань, результат яких буде, застосований і до натури, і до моделі.

Фізичне єство обмерзання профілів за натурних умов і на моделі однакове. Явища відрізняються тільки масштабами процесів, які відбуваються, а як об'єкти теоретичного аналізу натура і модель тотожні.

У результаті проведеного аналізу встановлено, що задача, пов'язана з моделюванням процесу обмерзання поверхні профілю, складається з виявлення значущих масштабних коефіцієнтів.

Для визначення масштабних коефіцієнтів, які впливають на моделювання ожеледі, була розв`язана система чотирьох нелінійних рівнянь алгебри:

(1)

(2)

(3)

, (4)

що містять вісім масштабних коефіцієнтів, що визначають залежність від:

K_V - швидкості вітру, м/с.;

K_ф - часу випробування за умов обмерзання, с.;

K_b - розміру випробовуваної конструкції, мм;

K_н - кінематичної в'язкості повітря, м²/с.;

K_d - діаметра крапель, мм;

K_м - температури зовнішнього повітря, ⁰С;

K_n - числа крапель;

K_сb - водності (густини) хмари, кг/м³.

При вибраному розмірі профілю К_в і шляхом підбору параметрів х, у, z система рівнянь (1) - (4) має розв`язок:

(5)

У результаті розв`язання математичної задачі встановлено, що на створення ожеледі в камері впливають масштабні коефіцієнти швидкості і напряму вітру, температури зовнішнього повітря, діаметра хмарних крапель, водності хмари, розміру профілю й часу проведення випробувань.

У третьому розділі представлена методика і результати випробувань імітації ожеледі на несучі елементи рівнобічних кутників антенних опор.

Для проведення експериментальних досліджень імітації ожеледі на кутниках була розроблена методика проведення випробувань у кліматичній камері.

Головна умова створення ожеледі - імітація водності хмари в камері з розсіюванням крапель, подібних туману, мряці, хмарності й дощу, як це відбувається за реальних умов.

Процес випробувань був розділений на 7 етапів. На кожному з етапів проводилася зміна температури зовнішнього повітря, напрям і швидкість вітрового потоку, зміна атмосферних опадів (мряки, туману, хмарності й дощу) і часу дії опадів.

На першому етапі випробувань на важіль встановлювався зразок кутника. Протягом 120 хвилин охолоджувався профіль до температури зовнішнього повітря t_н=-3⁰С.

Найнебезпечнішими напрямами вітру на антенні опори є вітер під кутами 90⁰ і 45⁰, тому для проведення випробувань на першому етапі задавався вітер під кутом 90⁰. Швидкість вітру регулювалася за двома орієнтаціями щодо повітряного потоку - найбільшого і якнайменшого опору (V=3-18м/с).

Відцентровими форсунками імітуємо мряку з радіусом крапель 2…25мкм. Вода охолоджувалася до температури зовнішнього повітря, подібній реальним умовам. Випробування тривали 40 ч 60 хвилин.

У процесі випробувань усі дані записувалися ПК і подавалися у вигляді графіків у реальному масштабі часу. По закінченню нарощування ожеледі замірялися розміри відкладення і його вага.

На семи етапах проводилася зміна профілів, уживаних при проектуванні, розрахунку й випробуванні антенної опори.

На другому етапі змінювався напрям вітру - вітер під 450. Температура повітря, швидкість вітру і радіус крапель не змінювали.

Аналіз результатів показав, що вага профілю з урахуванням ожеледі збільшилася від 2 до 10%, залежно від перетину профілю, температури зовнішнього повітря і діаметра крапель.

Для кутника L45х5 імітувалася ожеледь за напрямом вітру під кутом 90⁰ і 45⁰ при мряці. У результаті досліджень був зроблений висновок, що найнебезпечнішим напрямом вітру є вітер, який діє на опору під кутом 90⁰, оскільки ожеледі на поверхні профілю утворюється більше. Надалі випробування проводилися для напряму вітру під кутом 90⁰. У процесі експерименту проводилися дослідження відкладення ожеледі на вузли антенних опор.

Далі визначався коефіцієнт обмерзання µ₂ - відношення площі поверхні елемента, схильної до обмерзання А₁, до повної площі поверхні елемента А₂.

У результаті експериментальних випробувань були отримані коефіцієнти обмерзання µ₂ на площинні елементи від L35х4 до L120х12, для яких µ₂ змінюється 0,64…0,54. Представлені результати увійшли до запропонованої методики розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів.

У четвертому розділі подано чисельні дослідження поведінки антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів для визначення переміщень і власної частоти (резонансу) коливань на прикладі антенної опори АО-60 за методикою розрахунку, поданою в ДБН В.1.2 - 2:2006 «Навантаження і впливи» і з отриманим коефіцієнтом обмерзання µ₂ на площинні елементи.

Для чисельного вирішення задач статики й динаміки використовувався обчислювальний комплекс «SCAD Croup 11.01» методом скінчених елементів. Розрахункова схема опори задавалася просторовою з жорстким прикріпленням розкосів до поясів.

Для визначення переміщень антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів був проведений статичний розрахунок антенної опори АО-60 за чотирьма схемами завантаження за напрямами Х, У, і склали:

-1-а схема завантаження - вітер під 90⁰, власна маса і вага обладнання: f_x=518мм, f_y=17мм;

-2-а схема завантаження - вітер під 45⁰, власна маса і вага обладнання: f_x=408мм, f_y=377мм;

-3-а схема завантаження - 0,25 від максимальної дії вітру на одну грань, власна маса, вага обладнання й ожеледь за ДБН В.1.2 - 2:2006 «Навантаження і впливи»: f_x=245мм, f_y=8мм;

-4-а схема завантаження - 0,25 від максимальної дії вітру на одну грань, власна маса, вага обладнання й ожеледь з отриманим коефіцієнтом µ₂: f_x=251мм, f_y=8мм.

За результатами статичного розрахунку переміщення опори за методикою ДБН В.1.2 - 2:2006 «Навантаження і впливи»і з отриманим коефіцієнтом обмерзання µ₂ на площинні елементи збільшились на 3%.

При зборі навантажень були враховані отримані коефіцієнти обмерзання µ₂ на площинні елементи.

Для визначення першої власної частоти коливань (резонансу) від власної ваги опори був проведений динамічний розрахунок методом модального аналізу. Теоретичні значення частоти власних коливань антенної опори АО-60 склали f₁ =1,089 Гц, період коливань Т=0,918371с.

У п`ятому розділі представлені статичні й динамічні випробування антенної опори АО-60 на Полігоні ДонНАБА для перевірки результатів теоретичних досліджень зміни рівня несучої здатності, деформативності й резонансу під дією ожеледньо - вітрових впливів.

Для вивчення особливостей взаємодії антенних опор з ожеледньо-вітровими впливами була розроблена експериментальна установка і проведені статичні й динамічні випробування. Як об'єкт дослідження прийнята чотиригранна узкобаза антенна опора АО-60 з ґратами розкосу з окремих кутників.

Випробування навантажень моделювалися за чотирьма схемами завантаженя, представлених у розділі 4. Завантаження опори проводилося за п'ятьма ступенями: 50%, 75%, 90%, 95% і 100% від граничних завантажень.

Після кожної схеми завантаження опора розвантажувалася, проводився візуальний огляд металевих конструкцій і метизів для виявлення дефектів. Якщо в процесі випробувань дефектів знайдено не було, переходили до подальших схем завантаження.

У результаті проведеного експерименту був зроблений висновок, що несуча здатність і деформативність опори АО-60 під дією ожеледньо-вітрових впливів за чотирьма схемами завантаженя забезпечена.

Аналіз переміщень, отриманих експериментальним шляхом, і порівняння їх з розрахунковими показуєть, що значення переміщень, отриманих розрахунковим шляхом, відрізняються від експериментальних даних на 8% (табл. 1).

Таблиця 1. Максимальні переміщення опори АО-60

Номери точок	Розрахунок	Експеримент
	Схеми завантаження
	1	2	3	4	1	2	3	4
	f, мм	f, мм	f, мм	f, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1X	518	408	245	251	560	441	265	272
1Y	250	377	8,0	8,0	270	408	30	35

Для перевірки розрахункової схеми і визначення власної частоти коливань (резонансу) антенної опори АО-60 вперше в Україні були проведені динамічні випробування такого класу опор. Збудження коливань опори здійснювалося: вібратором з регульованою частотою обертання ексцентрично закріпленого вантажу (вібромашиною) й методом обриву тарированої скоби.

За наслідками дослідження отримані значення власних частот коливань вібромашиною і методом обриву тарированої скоби 1,06ч1,1Гц.

У результаті динамічних випробувань встановлено, що розрахункова схема прийнята вірно.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Результати проведених досліджень величин ожеледньо-вітрових впливів дозволили встановити їх істотний вплив на показники деформованого стану і дійсну роботу антенних опор, що полягають в уточненні розрахункових величин в елементах (2…13%) від розрахункових значень статичних і динамічних навантажень.

2. Вирішена математична задача імітації ожеледі в кліматичній камері і, як результат, отримані масштабні коефіцієнти швидкості і напряму вітру, водності хмари, діаметра хмарних крапель, температури зовнішнього повітря, розміру випробовуваної конструкції і часу проведення випробувань, які впливають на моделювання ожеледі.

3. Розроблена методика, алгоритм і автоматизований комплекс проведення ожеледних випробувань, використання якої дозволило визначити коефіцієнти обмерзання м₂ на кутникові профілі. Встановлено, що найнебезпечним напрямом вітру на антенні опори під дією ожеледньо-вітрових впливів є вітер під кутом 90⁰, що підтверджене результатами випробувань.

4. У результаті виконаних теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що основне уточнення ожеледньо-вітрових впливів може бути досягнутим урахуванням за допомогою напряму вітру і коефіцієнта обмерзання м₂, який змінюється від 0,54 до 0,64.

5. Проведенні теоретичні дослідження роботи антенної опори АО-60 під дією статичних і динамічних навантажень з урахуванням ожеледньо-вітрових впливів дозволили уточнити основні характеристики деформованого стану конструкцій (дійсні переміщення і частоти власних коливань 1,06…1,1 Гц) в межах 8% у порівнянні з традиційними методами розрахунку. Результати підтверджуються даними експериментальних досліджень, для яких розбіжність із статичним розрахунком склали 8%, динамічним - 3%.

6. Запропонована уточнена методика розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів упроваджена при проектуванні оптимальних антенних опор радіорелейного зв'язку ТОВ «Співдружність» і щогл ТОВ «Консалтінг Бізнес Груп». Це дозволило підвищити надійність опор і виключити можливість перенапруження конструктивних елементів поясів у нижніх панелях у порівнянні з традиційними методами розрахунку.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Климатическая камера ДонНАСА / [Горохов Е.В., Васылев В.Н., Тимофеев Н.В., Саливон Ю.И., Алёхин А.М.]; // Вісник ДонДАБА. - Макіївка, 2004. - Вип. 2004-2 (44). - С. 150-153.

2. Анализ условия подобия. Методика моделирования интегрального коэффициента захвата на провода электросетевых систем / Горохов Е.В., Васылев В.Н., Коваль В.И., Алёхин А.М. // Металеві конструкції. - 2006. - Т. 10, № 2. - С. 135-139.

3. Краевые условия для постановки испытаний в условиях искусственного обледенения / Горохов Е.В., Васылев В.Н., Коваль В.И., Алёхин А.М. // Металеві конструкції. - 2007. - Т. 13, № 2. - С. 97-102.

4. Алёхин А.М. Методика проведения испытаний решетчатых башен под действием гололедно-ветровых воздействий на Полигоне ДонНАСА //Материалы Восьмой ежегодной межд. конф. «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» - К.: УИЦ «Наука. Техника. Технология». - 2008. - С. 475-478.

5. Алёхин А.М. Влияние масштабных коэффициентов K_V, K_B, K_ф и Kн на имитацию гололеда в климатической камере ДонНАСА / А.М. Алёхин // Металеві конструкції. - 2008. - Т. 14, № 1. - С. 31-41.

6. Алёхин А.М. Анализ равенств нахождения масштабных коэффициентов для имитации гололеда в климатической камере ДонНАСА / А.М. Алёхин // Металеві конструкції. - 2008. - Т. 14, № 2. - С. 77-84.

Особистий внесок автора в даних публікаціях:

У роботах [1, 2, 3] участь у створенні кліматичної камери, розробки методики інтегрального коефіцієнта захоплення на дроти електромережевих систем і постановки краєвих умов для проведення випробувань в умовах штучного обмерзання.

АНОТАЦІЯ

Альохін А.М. Дійсна робота антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Донбаська національна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України. - Макіївка, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню дії ожеледньо-вітрових впливів на дійсну роботу антенних опор і визначенню коефіцієнта м₂. Отримана система основних співвідношень і розроблений алгоритм розв`язання рівняння першої і другої половини загальної системи, що характеризує умови подібності модельного і натурного процесу осадження хмарних крапель. Визначені масштабні коефіцієнти швидкості й напряму вітру, діаметра хмарних крапель, водності хмари, температури зовнішнього повітря, розміру профілю і часу проведення випробувань. Розроблена експериментальна установка, алгоритм й автоматизований комплекс для імітації ожеледньо-вітрових впливів на площинні елементи, які дозволяють варіювати масштабними коефіцієнтами швидкості й напряму вітру, діаметра хмарних крапель, водності хмари, температури зовнішнього повітря, розміру профілю і часу проведення випробувань. У результаті експерименту імітації ожеледних відкладень на площинні елементи антенної опори отримані коефіцієнти обмерзання µ₂ для напряму вітру під кутом 90⁰ і 45⁰. Встановлено, що найнебезпечнішим напрямом вітру на антенні опори під дією ожеледньо-вітрових впливів є напрям під кутом 90⁰. Виконані теоретичні й експериментальні дослідження антенної опори АО-60 під дією ожеледньо-вітрових впливів для визначення переміщень. При проведенні сертифікаційних випробувань антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів експериментально доведена й перевірена розрахункова схема при динамічному розрахунку антенних опор й отримані частоти власних коливань. Розроблена методика розрахунку антенних опор під дією ожеледньо-вітрових впливів з урахуванням отриманих коефіцієнтів обмерзання µ₂.

Ключові слова: антенні опори, ожеледньо-вітрові впливи, статичний і динамічний розрахунки, моделювання, кліматична камера, переміщення, деформації, частота власних коливань, резонанс, коефіцієнт обмерзання µ₂, методика розрахунку.

АННОТАЦИЯ

Алёхин А.М. Действительная работа антенных опор под действием гололедно-ветровых воздействий. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Министерства образования и наукиУкраины. - Макеевка, 2009.

Диссертация посвящена исследованию влияния гололедно-ветровых воздействий на действительную работу антенных опор и определению коэффициента обледенения м₂.

Содержание диссертации. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены основные результаты, полученные автором, показаны их научная новизна, практическое значение и реализация.

В первом разделе анализируются состояние вопроса и научные достижения в области изучения надежности, эксплуатационной надежности и долговечности антенных опор в поле действия статических и динамических нагрузок. Выполнен обзор научно-технической и нормативной литературы по трем направлениям: принципы расчета и проектирования металлических антенных опор; особенности гололедно-ветровых нагрузок и воздействий; методы создания условий гололеда для моделирования гололедных отложений и учет их при статических и динамических испытаниях. На основании обзора литературы и проведенного анализа сформулированы основные направления исследований.

Во втором разделе приводится решение математической задачи имитации гололеда на плоскостные элементы антенных опор путем решения системы основных соотношений для определения масштабных коэффициентов, влияющих на моделирование гололеда в климатической камере с последующим переносом их на натурный объект. Получены масштабные коэффициенты скорости и направления ветра, температуры наружного воздуха, диаметра облачных капель, водности облака, размера профиля и времени проведения испытаний.

В третьем разделе разработана экспериментальная установка, алгоритм и автоматизированный комплекс для имитации гололедно-ветровых воздействий на плоскостные элементы, позволяющие варьировать масштабными коэффициентами скорости и направления ветра, температуры наружного воздуха, диаметра облачных капель, водности облака, размера профиля и времени проведения испытаний. Представлены методика и результаты испытаний имитации гололеда на несущие профили антенных опор: равнополочные уголки.

В четвертом разделе представлены численные исследования поведения антенных опор под действием гололедно-ветровых воздействий для определения перемещений и собственной частоты (резонанса) колебаний на примере антенной опоры АО-60. Произведены статические и динамические численные исследования по методике расчета, изложенной в ДБН В.1.2 - 2:2006 «Нагрузки и воздействия», и с полученным коэффициентом обледенения м₂ в климатической камере.

В пятом разделе представлены статические и динамические испытания антенной опоры АО-60 на Полигоне ДонНАСА для проверки результатов теоретических исследований изменения уровня несущей способности, деформативности и резонанса под действием гололедно-ветровых воздействий. Разработана методика расчета антенных опор под действием гололедно-ветровых воздействий. Проверена расчетная схема при динамическом расчете и определены деформации в основных расчетных режимах.

В выводах приводятся результаты теоретических и натурных исследований антенных опор под действием гололедно-ветровых воздействий.

Ключевые слова: антенные опоры, гололедно-ветровые воздействия, статический и динамический расчеты, моделирование, климатическая камера, перемещения, деформации, частота собственных колебаний, резонанс, коэффициент обледенения м₂, методика расчета.

SUMMARY

Alyokhin А.М. An Actual Operation of Antenna Towers under Icing and Wind Effects. - Manuscript.

The Thesis for the Candidate Degree, Speciality 05.23.01 - Engineering Structures, Buildings and Constructions. - The Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Makeevka, 2009.

The thesis is devoted to the investigation of icing and wind effects on an actual operation of antenna towers and to the determination of the coefficient м₂. There was created a system of fundamental relations and an algoritm of solving the equatiens of the first and second halves of the common system characteriging the conditions of similarity of the model and full scale processes of cloud drops precipetation was synthesized. There were determined the scale velocity and wind direction, cloud drop diameter, cloud water content, surrounding air temperature, a shape size and testing time factors. There was created an experimental plant, an algorithm, and an automated complex to simulate icing and wind effects on plane elements which make it possible to modify scale velocity and wind direction factors, cloud drop diameter, cloud water content, surrouding air temperature, shape simulating icing deposits on the antenna tower plane elements resulted in the icing factors м₂ for wind directions 90⁰ and 45⁰. There was found ont that the most dangerous wind direction under icing and wind effects on antenna towers is the direction at an angle of 90⁰. The antenna tower AT - 60 was theoretically and experimentally investigated under icing and wind effects to determine its movements. When carrying out certification tests on antenna towers under icing and wind effects a design sheme was experimentally proved and verified at the dynamic analysis of the antenna towers and natural ascillations was obtained. There were developed methods of designing antenna towers under icing and wind effects regarding the icing factors м₂ obtained.

Keywords: antenna towers, icing and wind effects, static and dynamic analyses, simulation, climatic chamber, movements, deformation, natural ascillation frequency, resonance, icing factor м₂, method of computation.

Размещено на Allbest.ru

...