Устойчивость платформы при действии ветровой нагрузки

Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»

УДК 624:539.3

Устойчивость платформы при действии ветровой нагрузки

Федоров Михаил Викторович

доцент

Россия, Саратов

Расчет мачты выполнен для массы М_m = 1000 кг.

Высота мачты Н = 10 м.

Масса антенны М_а = 80 кг.

Диаметр антенны Д_п = 750 мм.

Число антенн n = 2.

Высота основания мачты от земли Н_з = 30 м.

Сечение мачты - равносторонний треугольник со стороной, а = 1080 мм.

Основание мачты - равносторонний треугольник со стороной а₁ = 1530 мм.

Раскосы - 13 алюминиевых труб наружным диаметром d = 40 мм на каждой грани треугольной призмы мачты. Угол наклона оттяжки к горизонту B = 62^о 21'.

Число оттяжек 3, которые расположены в плане с шагом через 120^о. Диаметр троса оттяжки d_отт = 9,2 мм. Площадь сечения троса по наружному диаметру F_тр = 31,9 мм. Диаметр высокопрочных болтов (ГОСТ 22356 - 77), крепящих мачту к основанию d = 20 мм. Наименьшее временное сопротивление болта R = 1100 Н/мм² = 110 кг/ мм² = 1100 МПа.

Значение размеров, указанных на рис. 1:

Нн = 935 + 400 = 1335 мм = 1,34 м;

L = 10 м; G = 10 кН; I = 3800 мм;

а_м = 1080 мм; h_м = 935 мм.

С_м = 312 мм; h_м = 820 мм;

I_а = 1500 мм;

а_осн = 1530 мм;

С_осн = 442 мм; h_осн = 1325 мм.



Рис 1. Расчетная схема подъема мачты.

Изменение величины Т₀ = Т_max при других значениях начального подъема нижней грани мачты при использовании подвижного блока приведены в табл. 1.

Таблица 1

Подбор величины усилия Т₀

Ннач, м	Тmax, кН (кг)	Ннач, м	Тmax, кН (кг)	Ннач, м	Тmax, кН (кг)
1,2	17,1 (1710)	1,7	15,7 (1570)	2,2	14,5 (1450)
1,5	16,3 (1630)	2,0	14,9 (1490)	2,5	13,7 (1370)
1,6	16,0 (1600)	2,1	14,7 (1470)	-	-

Подъем мачты выполняться в безветренную погоду.

Тогда усилие среза оси поворота равно

.(1)

(2)

Усилие на один болт составит кН.

Ось поворота А состоит из двух высокопрочных болтов М 20 с площадью сечения F_б = 3,14 ^-4 м² .

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, равно

,(3)

где Мпа,

_в = 0,9 - коэффициент условий работы,

А = 3,14 ^-4 м² - площадь среза болта,

n_S = 2 - число расчетных срезов одного болта.

Подставляя в (3) численные значения, получаем

кН.(4)

кНкН.(5)

Прочность болтов оси поворота А достаточна.

Усилие среза оси блока имеет вид

.(6)

Здесь

.(7)

Максимальное значение перерезывающей силы при = ₀

кН.(8)

Для оси блока используется высокопрочный болт М16 с R_bS = 418 Мпа и А_б = 2,01 см².

Расчетное усилие, которое может воспринять болт при двух поверхностях среза:

кН

Условие прочности выполняется:

кН <кН

Расчет прочности крепящих мачту к платформе болтов, проводим по следующей схеме. решетчатый алюминиевый мачта прочность

Из условия равенства опрокидывающего ветрового момента М_В = 114 кНм и момента, создаваемого реакцией крепежного высокопрочного болта М 20, находим растягивающее усилие в болте по формуле:

. (9)

Отсюда

кН(10)

(без учета предварительной затяжки).

Расчетное усилие высокопрочного болта равно

кН.(11)

При эксплуатации мачты оттяжки работают совместно с болтами, крепящими основание. Наиболее опасным является направление ветра в плоскости, образованной мачтой и одной из оттяжек. В этом случае на дополнительное растяжение работает одна оттяжка и один болт крепления основания мачты.

Расчетная схема этого случая представлена на рис. 1.

Уравнение равновесия имеет вид:

.(12)

Уравнение совместной деформации

. (13)

. (14)

Или . (15)

Так как , (16)

где Т - дополнительное усилие в оттяжках, возникающее от ветра; l_отт = 5,17 м - длина оттяжки; E_отт = 1,58·10⁵ Мпа - модуль упругости каната двойной свивки (оттяжка); F_отт = 31,9 мм² - сечение оттяжки; E_отт = 2,06 Па - модуль упругости болта М 20; F_стт = 3.14 м² - сечение болта М 20; l_б = 80 мм - длина болта.

Подставляя (16) в (15), получаем

. (17)

С учетом длины болта равной l_б = 80 мм. (18)

.(19)

Выполнив вычисления, получим:

Т11,27 = R_BZ0,0365. (20)

Отсюда R_BZ = 30,9кН (309 т). (21)

ТТ19= 0. (22)

Отсюда Т_В = 0,4 кН. (23)

Т = 0,4 + 8,31 + 5,8 = 14,5 кН. (24)

Здесь Т_В = 0,4 кН. - натяжение от ветра; Т₀ = 8,310 кН - монтажное натяжения оттяжки; Т_t = 5,8 кН - увеличение натяжения оттяжки при понижении температуры (перепад t = 60^о С).

Так как болтовые соединения являются шарнирными, то усилие в оттяжке при действии ветра составляет

кН. (25)

Полное рабочее усилие в оттяжке равно

Т = Т_о + Т_В + Т_t = 8,3 + 40,9 + 5,8 = 55,0 кН (5,5 т)

Принимаем за расчетное усилие Т = 55,0 кН.

Устойчивость платформы при действии ветровой нагрузки. Опрокидывающий ветровой момент равен М_о = 114 кНм .

Уравновешивающий момент от действия веса платформы и веса мачты

M_ур = (G_пл + G_м), (26)

здесь r = 3 - плечо уравновешивающего момента (размеры платформы 6х6 м, центр тяжести находится в центре платформы, т. е. r = 6/2 = 3 м).

Платформа состоит из 8 швеллеров N18, длиной 6 м каждый. Погонный вес швеллера - 16,3 кг/м (163 Н/м).

Общий вес швеллеров равен

G_шв = 16,3 кН (782 кг)

Проемы между швеллерами закрыты двумя стальными настилами из листа 3 мм и прутками из арматуры. Принимаем, что закрыты 3 проема листами 3 мм. Вес листов

G_л = 7850= 5090 н (509 кг)

Общий вес платформы G_пл = 7,82 + 5,09 = 12,91 кН (1291 кг).

Уравновешивающий момент от действия веса равен

M_ур = 12,91 = 38,7 кНм.

Таким образом, равновесия опрокидывающего ветрового момента и компенсирующего момента от веса платформы с мачтой нет:

М_ур = 38,7 кНм < М_в = 114 кНм.

Для компенсации ветрового момента необходимо дополнительное закрепление платформы. Это закрепление осуществляется 4 болтами М 20 за плиты покрытия. Все соединения платформы с плитами покрытия выполнены через промежуточную стойку из швеллера N18.

Расчетное усилие болта М 20 класса 4,8 на растяжение:

кН. (27)

Расчетное усилие болта на срез

кН. (28)

Для удержания платформы от опрокидывания и горизонтального смещения достаточно двух болтов.

Расчетные усилия на анкерные стойки равны

кН,

кН.

Расчетное сопротивление болта класса 4,6 на срез R _ВS = 150 Мпа. Расчетное усилие болта М 12 равно

кН

Для заанкерования оттяжки необходимо

болта.

Из условия прочности на смятие

. (29)

Площадь сжатия должна быть не менее

м² (500 см²). (30)

При четырех болтах диаметром 12 мм

,

т.е. произойдет смятие кладки.

Анкер должен крепится к закладной детали (типа отрезка швеллера) длиной не менее 150 мм с площадью смятия стены 560 см² .

При установке закладной детали необходим раствор кладки не ниже М75 и строго фиксированное положение самой закладной детали.

Прочность швеллера N5 (А = 6,16 см²), соединяющего анкерную стойку с закладной деталью, достаточна:

кН.

Па. (31)

Напряжение от изгиба вертикальной составляющей Р= 48,7 кН при плече l = 0,09 м:

Па.

Напряжение от изгиба горизонтальной составляющей Р = 25,2 кН при плече l = 1,42 м

 Па.

. (32)

Требуемая длина сварного шва определяется из условий прочности:

По металлу шва

. (33)

По металлу границы сплавления

. (34)

Здесь _с = 0,9 - коэффициент условий работы конструкции;

K_f = 6 мм - катет шва; _f = 0,7; _Z = 1 - коэффициенты, зависящие от марки стали, вида шва и т. д.;_wf = 1,0; _wz = 1,0 - коэффициенты условий работы шва; Kf = 0,006 м - катет шва (K_f = 6 мм). Используя (31), (32), (33), находим l_w = 430 мм. Используя (31), (32), (34), получаем l_w = 425 мм.

Вывод

Все расчеты выполнены в запас прочности. Рекомендуется использовать предложенную методику для оценки напряженного состояния неинвентарных узлов и деталей решетчатой алюминиевой мачты типа МАР.

Библиографический список

1. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с Изменениями N 1, 2), СП (Свод правил) от 29 августа 1985 года №20.13330.2010.- М.: ОАО "ЦПП", 2010.

2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции (с Изменениями), СП (Свод правил) от 14 августа 1981 года №16.13330.2010. Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2005

3. Г. А. Савицкий. Основы расчета радиомачт, - М: , Связьиздат, 1978.-216с.

Аннотация

УДК 624:539.3

Устойчивость платформы при действии ветровой нагрузки. Федоров Михаил Викторович

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Россия, Саратов, доцент кафедры «Теория сооружений и строительных конструкций», e-mail:cityfmv@mail.ru

Обсуждается устойчивость платформы при действии ветровой нагрузки. Все расчеты выполнены в запас прочности. Рекомендуется использовать предложенную методику для оценки напряженного состояния неинвентарных узлов и деталей решетчатой алюминиевой мачты типа МАР.

Ключевые слова: Устойчивость платформы, ветровая нагрузка, основание мачты, оттяжки, площадь сечения троса.

Abstract

The stability of the platform under wind load. Fedorov, Mikhail Viktorovich. FGBOU IN "Saratov state technical University named after Gagarin Yu. a." Russia, Saratov, associate Professor of" theory of structures and constructions", e-mail:cityfmv@mail.ru

Discusses the stability of the platform under wind load. All the calculations are performed in a margin of safety. It is recommended to use the proposed methodology for the evaluation of the stress state reinventory of parts and aluminum latticed mast type MAR.

Key words: Stability of the platform, the wind load, the mast base, guy wires, cross-sectional area of the cable.

Размещено на Allbest.ru

...