Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет мачты

ТМ-36-23.360.00 РР

2003 г.

Содержание

1.Расчетные формулы

1.1 Ветровая нагрузка

1.2 Устойчивость ствола мачты

1.3 Натяжение оттяжек мачты

2.Расчет ствола мачты

2.1 Расчетные схемы

2.2 Расчет трубной стойки

2.2.1 Ветровая нагрузка

2.2.2 Расчет на устойчивость

2.3 Расчет ферменных секций

2.3.1 Параметры фермы

2.3.2 Участок 4

2.3.3 Участок 3

2.3.4 Участок 2

2.3.5 Участок 1

2.3.6 Соединение секций

2.3.7 Перекладины

3.Расчет оттяжек

3.1 Нагрузка от ветра

3.1.1 Приведенная нагрузка

3.1.2 Узловая нагрузка

3.1.3 Нагрузка на анкер

3.2 Нагрузка от льда и ветра

3.2.1 Приведенная нагрузка

3.2.2 Узловая нагрузка

3.3 Натяжение оттяжек

4.Расчет силовых элементов

4.1 Опорный узел

4.2 Талреп

4.3 Крепление каната

5.Монтаж мачты

6.Заключение

Список использованной литературы

1.Расчетные формулы

1.1 Ветровая нагрузка

Полная ветровая нагрузка P_{п, i} c учетом 1-й формы собственных колебаний:

P_{п, i} = К P_{с, i} ,

где К - коэффициент, учитывающий 1-ю форму собственных колебаний;

где - число стандартов нормального распределения, зависящий от суммарного времени эксплуатации и типа ветрового воздействия;

Н - пульсационный параметр, зависящий от высоты и типа местности;

А - коэффициент масштаба конструкции;

В₁ - спектральный коэффициент, зависящий от отношения f₀₁/V, для 1-й частоты собственных колебаний;

₁ - коэффициент, учитывающий несинхронность пульсаций ветрового воздействия;

- коэффициент затухания.

По результатам расчетов аналогичных мачтовых конструкций принято:

К_мах = 1,74

P_{с, i} - статическая ветровая нагрузка на i-й элемент.

P_{с, i} = С_i F_i q_p K_{H i} n,

где С_i - аэродинамический коэффициент проекции i-го элемента на

плоскость перпендикулярную ветровому потоку.

По ОСТ 92-9249-80 при V_х d_i

50 0,014 = 0,7

50 0,033 = 1,65 < 2,9 м²/с - С_i =1,2

50 0,051 = 2,55

50 0,3 = 15 > 7 м²/с - С_i = 0,7

для плоских элементов С_i = 1,4.

F_i - наветренная площадь, м²;

q_p - расчетный скоростной напор, Па.

По ГОСТ 16350-80 "Климат СССР" скорость ветра 40 м/с и более в Арктическом климатическом районе по результатам четырехсрочных наблюдений была 1 час в году при min tC от -34,9 до -30,0, при этом max плотность воздуха p_t = 1,48 кг/м³ (ОСТ 92-9249-80).

q_{p max} = 0,5 p_t V² = 0,5 1,48 50² = 1850 Па

K_{H i} - коэффициент увеличения скоростного напора по высоте (см. ОСТ 92-9249-80).

n - коэффициент перегрузки, n = 1,1 (ОСТ 92-9249-80).

1.2 Устойчивость ствола мачты

Расчет на устойчивость производится по формулам для сжато-изогнутых стержней.

Напряжение от внецентренного сжатия

,

где: - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения, зависящий от условной гибкости и приведенного эксцентриситета m₁,

,

где - коэффициент длины;

i - радиус инерции;

R - расчетное сопротивление.

,

где - коэффициент влияния формы сечения и эксцентриситета.

1.3 Натяжение оттяжек мачты

Расчет оттяжек производится по формулам для гибких нитей.

Приведенная нагрузка на оттяжку

; кг/м,

где g - вес каната на единицу длины (с учетом обледенения), кг/м;

w - давление ветра на единицу длины каната, нормального к направлению ветра;

- угол наклона оттяжки к горизонту;

- угол в плане между направлением оттяжки и наветренной оттяжкой, принятой за начало отсчета углов;

- угол между направлением ветра и наветренной оттяжкой.

Узловая нагрузка при трех оттяжках и = 60

Натяжение оттяжек при изменении исходного состояния

где Е - модуль упругости каната;

F - площадь поперечного сечения каната;

q - скоростной напор ветра;

- коэффициент температурного удлинения.

2.Расчет ствола мачты

2.1 Расчетные схемы

2.2 Расчет трубной стойки

2.2.1 Ветровая нагрузка

Участок 6. К_{Н 6} = 1,275

Р_{n 6} = 1,74(0,70,30,3+1,210,03)18501,2751,1 = 447 Н = 45,56 кг

Участок 5. К_{Н 5} = 1,265

Труба 511,5; F = 2,33 см²; l = 60 см; w = 2,8 см³; i = 1,755 см

Р_{n 5} = 1,741,20,60,05118501,2651,1 = 164,5 Н = 16,77 кг

кг/м

кгм

Участок .

Р_n5¹ =1,74[1,20,10,057+1,4(0,150,05+0,0050,45)]1850 1,261,1= 91,4 Н = 9,32 кг

2.2.2 Расчет на устойчивость. Участок 5

кг

Приведенный эксцентриситет m₁ = m

= 1,3 - 0,002 = 1,3 - 0,002 68,4 = 1,163

т.к. m₁ > 20, то проверки на устойчивость не требуется, расчет только на изгиб (см. выше).

2.3 Расчет ферменных секций

2.3.1 Параметры фермы (рис. 2)

Ферма L = 8 2750 =22000; S = 304; a = 360

Труба 33 1,5; I₀ = 1,84 см³; i = 1,115 см; F₀ = 1,48 см²

Труба 14 1; i = 0,46.

R = 2 h = 207,846; r = 16,5

I_{x max} = I₀ +(2 h)² F₀ +2 (I₀ + h² F₀) =

= 1,84+20,78²1,48+2(1,84+10,39² 1,48) = 964,56 см⁴

Z_max = 2 h + r = 20,7846 +1,65 = 22,43 см

см³

см; i_{y min} = 14,71 см

;

Длина раскоса (рис. 3)

= 49,82 sin = 0,764;

Площадь цилиндрических элементов 1-й секции.

F_ц = 2,750,0333+0,4280,0149+0,2880,01492 = 0,39875 м²

Площадь плоских элементов 1 секции

F_п = 0,005 0,45 2 +0,025 (0,36 - 0,033) 9 = 0,078 м²

2.3.2 Участок 4

К_Н4 = 1,21.

Ветровая нагрузка

Р_n.4 = 1,74 (1,2 0,39875 + 1,4 0,078) 2 1850 1,21 1,1 =

= 5036 Н = 513,4 кгс

кгс/м

кгм

Расчет сил

 кг

кг

кг

кг

кг

Предварительно выбираем канат 6,0 - 1960 ГОСТ 2172-80

P_р = 2710 кгс; m = 0,1755 кг/м

кг

Расчет на прочность

кг/см² < [ ] = 1200

Сжимающее усилие в раскосе

кг

Условная гибкость раскоса

;

Напряжение в раскосе

кг/см² < [ ]

Напряжение в сварочном шве

кг/см² < [ ]

Расчет на устойчивость

Приведенная гибкость участка

Условная гибкость

Приведенный эксцентриситет

тогда

кг/см² < [ ]

Допускаемое усилие в 5

кг

кг

2.3.3 Участок 3

Расчет на прочность. К_Н3 = 1,09

Р_n3 = 1,74 0,5877 2 1850 1,09 1,1 = 4536 Н = 462,4 кг

кг/м

кг м

кг

кг

кг

кг

кг

кг

Расчет на устойчивость

Условная гибкость

Приведенный эксцентриситет

тогда

кг

2.3.4 Участок 2

Расчет на прочность. К_Н2 = 0,965

Р_n2 = 1,74 0,5877 2 1850 0,965 1,1 = 4016 Н = 409,4 кг

кг/м

кг

кг

кг

кг

кг

кг

Расчет на устойчивость.

;

тогда

кг

кг

2.3.5 Участок 1

Расчет на прочность. К_Н1 = 0,835

Н = 354,2 кг

кг/м

кг м

кг

кг

кг

кг

кг

кг

кг

Расчет на устойчивость

;

тогда _{вн 1} = 0,402

кг/см² < [ ]

[N_y2] = _вн1 F_бр R = 0,402 4,44 1200 = 2142 кг > N_y2 = 1756

N_y3 = 2142 - 1756 = 386 кг.

2.3.6 Соединение секций

Наибольшая нагрузка на болты (рис.2)

кг

Болты М10 d₁ = 0,8376² , Ст. 35.

кг/см² < [_p ]_II = 950

2.3.7 Перекладины

Труба 25 15 1,5 (рис. 3); I_X = 0,888 см⁴; W_X = 0,7107 см³

Для защемленной балки

кгм

кг/см² < [ ]

см⁴

см³

кг/см² < _Т

проектирование мачты ветроустойчивость арктический район

3.Расчет оттяжек

3.1 Нагрузка от ветра

3.1.1 Приведенная нагрузка

Скоростной напор при V_max

кг/м²

Давление ветра на единицу длины

W_в = 1,2 d q_max = 1,2 6 10^-3 180 = 1,296 кг/м

Приведенная нагрузка боковая

кг/м

3.1.2 Узловая нагрузка

Узловая нагрузка от ветра в плоскости биссектрисы между оттяжками при V_max без льда

кг

Суммарная узловая нагрузка узла 4

кг

кг

кг

кг

кг

кг

3.1.3 Нагрузка на анкер (рис. 4)

кг

кг

Анкер - швеллер № 6,5; W_a = 15 см³; F = 7,51 см²; h = 15 см

кг/см²

3.2 Нагрузка от льда и ветра

3.2.1 Приведенная нагрузка

Толщина корки льда 20 см, скоростной напор ветра 30 кг/м², t = -5С.

кг

Площадь сечения льда

см²

Объемный вес льда для IV района 0,5 т/м³

кг/м

Нагрузка от собственного веса и льда

кг/м

Наибольшая приведенная нагрузка при угле направления ветра 120 и угле между оттяжками 120 для максимально нагруженной оттяжки в узле 4.

кг/м

Приведенная нагрузка к уравнению гибкой нити (рис. 5)

кг/м

3.2.2 Узловая нагрузка

Площадь 1-ой секции при обледенении 20 мм

м²

м²

Приведенная площадь

м²

Узловая нагрузка при обледенении

кг

кг

кг

3.3 Натяжение оттяжек

Т.к. узловая нагрузка от оттяжек U_4л больше, чем узловая нагрузка при V_max, то за начальное берем состояние при V_max .

кг/м

Канат 6,1-Г-В-Ж-Н-1860 (190) ГОСТ 3063-80

F = 21,68 мм²; m = 0,186 кг/м; Р_пр = 40350 Н; Р_К = 3593 кг;

Е = 1,88 10⁴ кг/мм²; = 12 10^-6;

Допускаемое натяжение при V_max

кг

кг/м

Натяжение оттяжки при обледенении

;

кг кг

При t = -5C, обледенении и ветре р = 30 кг/м² относительное натяжение больше, чем при ветре V_max = 50 м, р = 180 кг/м² и t = -35C.

Данные по оттяжкам сводим в таблицу

№ узла	Nк	Ny	[Ny]	Ny	Nк max в	Nк.л.	Нм
2	426,6	1756	2142	386	444		288
3	616,4	1513	1785	272	650		128
4	680	1022,6	1220	197,4	730	359	93
5	560	483,2	618	135	635		56

Из условия устойчивости мачты монтажное натяжение

Натяжение для узла 4 при Н_монт = 93; t₁ = 11C; q₁ = 0,186 кг/м и обледенении t₂ = -5C; q₂ = 1,816 кг/м

кг кг

Стрела провисания при монтаже

м

Стрела провисания при обледенении

м

Натяжение для узла 4 при Н₁ = 93; t₁ = 11C; q₁ = 0,186 кг/м и V_max: t₂ = -35C; q₂ = 1,308 кг/м

кг

4.Расчет силовых элементов

4.1 Опорный узел

кг

В опоре уголок 404; I_X = 4,58 cм⁴; I_X1 = 8,53 cм⁴; Z₀ = 1,13 см;

F = 3,08 см² и планка 550.

Ось изгиба

см

см

Момент инерции

cм⁴

cм³

кг/см²

4.2 Талреп

кг

Ст. 25

М 121,75 d₁ = 1,0106 см

кг/см²

4.3 Крепление каната

Болты М8. 88. Ст. 35, зак.

Усилие затяжки

кг

Момент затяжки

кгсм

Требуемое количество болтов

Берем 6 болтов.

Планки Ст 3 h_min = 9

см³

Ширина планки

см

Берем b = 3,0 см

кг/см²

5.Монтаж мачты

Подъем собранной мачты производится краном за проушины между 3 и 4 участками (рис.6). При этом напряжение на 2 участке

кг/м

кгм < M_{3 max} = 317.9

кг/cм² < [ ]

Напряжение в узле 4:

<M_{4 max} =352.9 кгм

кг/cм² < [ ]

Расстояние от опорной оси до центра масс

кгм

м

Усилие на оттяжке 5 при отклонении мачты от вертикали на 5

кг

6.Заключение и выводы

Расчет показал, что прочность элементов мачты для предельных случаев нагрузки обеспечивается.

Список использованной литературы

1.Агрегаты специального назначения. Методика расчета ветровых нагрузок. ОСТ 92-9249-80.

2.Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М. 1962.

3.Климат СССР. ГОСТ 16350-80.

4. Муханов К.К. Металлические конструкции. М. 1963.

5.Нагрузки и воздействия. СНиП 2.01.07-85.

6.Савицкий Г.А. Основы расчета радиомачт. М. 1953

7.Соколов А.Г. Опоры линий передач. Расчет и конструирование. М. 1961.

8.Справочное пособие по сопротивлению материалов. Под общей ред. М.Н. Рудицина. Минск 1969.

9.Справочник проектировщика металлоконструкций. М. 1995.

Размещено на Allbest.ru

...