Рекомендации по расчету металлических мачтовых сооружений в Жамбылской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАЧТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ В ЖАМБЫЛСКОЙ ОБЛАСТИ

Алимбаев Б.А., Садыков З.О.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, г. Тараз

В настоящее время области применения мачтовых сооружений расширяются. Ранее они использовались преимущественно для распространения радиосигналов, а сейчас с применением и распространением мобильной связи потребность на мачтовые сооружения увеличивается. Увеличивается разнообразность конструктивных решений мачтовых сооружений.

Целью настоящей статьи является облегчение труда проектировщиков, конструкторов при выборе конструктивных решений мачтовых сооружений.

В настоящее время широкому применению мачтовых сооружений на территории нашей страны препятствует сложность их инженерного расчета и поэтому перед нами стоит цель облегчить труд инженеров проектировщиков в расчете мачт для дальнейшего их использования в строительстве, что позволит широко и эффективно их использовать, а так же избежать аварий, и сократит вероятность несчастных случаев.

Для осуществления данной цели необходимо решить ряд сложных инженерных задач, а именно исследовать влияние ветра на мачтовые сооружения, сущность, зональность распространения и изменение силы ветра. мачтовый радиосигнал ветер

На основе существующего опыта применяя мачт выбрать наиболее удачные конструктивные схемы и решения обеспечивающих их прочность, надежность, долговечность и дешевизну.

Произвести сложные инженерные расчеты, а именно рассчитать ветровую нагрузку на мачты различных высот и диаметров.

Произвести нелинейный расчет мачт для определения усилий возникающих в стволах мачт.

На основе полученных результатов (усилий, перемещений, прогибов, углов поворотов и т.п.) произвести расчет стволов по предельным состояниям.

Методом последовательных приближений найти предварительные наименьше допустимые толщины стенок стволов мачт.

На основе полученных результатов провести расчет на различные виды резонанса, после чего уточнить длину консольной части и среднего пролета для изменения частоты собственных колебаний с целью исключения возможности возникновения такого явления как резонанс во всех его формах [1]. Резонансом называют такое явление при котором совпадении частоты возмущающей силы с частотой собственных колебаний амплитуды колебаний нарастают до значительных размеров (теоретически при пренебрежении потерями до бесконечности) [1].

После данного уточнения провести окончательный динамический не линейный расчет мачты и произвести окончательный подбор толщины стенки стволов мачт.

Определение ветровой нагрузки на данное сооружение производилось согласно нормам действующего на территории РК СНиП 2.01.07-85* [2] в табличной форме при помощи редактора Excel.

Инженерные расчеты были выполнены в программном комплексе ЛИРА САПР. Эти расчеты были произведены с помощью нелинейного расчёта ввиду не линейности мачты в целом и колебаний ее в частности, как ствола мачты так и его оттяжек. Колебания мачты представляет с собой весьма сложный процесс и расчёт их производится с рядом допущений [1].

Причиной возникновения последних является различные виды резонанса.

С помощью данных номограмм инженер строитель может не прибегая к сложным и трудоемким расчетам требующих глубоких познаний в строительной аэромеханике, динамике зданий и сооружений, он сможет быстро выбрав мачту необходимых геометрических размеров и величины полезной нагрузки может определить толщину стенки ствола мачты.

Данные номограммы для определения толщины стенки стволов мачты построенные на основе полученных результатов исследования высотных стальных мачт представлены ниже на рисунках 1-5.

На которых представлено изменение толщин стенок стволов в зависимости от высоты мачты и диаметра ее ствола.

По осям номограмм отмечены градуированные шкалы, по оси абсцисс отмечены значения высоты мачт, где шаг градуирования составляет 20 м, а по оси отмечены значения толщины стенок стволов мачт, шаг градуирования составляет 5 мм, исключением является номограмма №1 где на оси абсцисс нанесены толщины стенок стволов мачт, а на оси ординат даны высоты. В номограмме представлены кривые изменения толщин стенок каждая из которых подписана и относится к конкретному диаметру ствола мачты.

Практическое использование данных номограмм сводится к следующему: для начала инженер обращается к таблице с типоразмерами мачт указанных в номограммах, где отражены геометрические размеры, величины полезной нагрузки, характеристика ствола мачты и оттяжек. Подобрав удовлетворяющую техническому заданию мачту инженер строитель обращается к одной из номограмм на которой отмечена интересующая его мачта. Номограмму следует читать следующим образом: зная высоту мачты со стволом необходимого диаметра инженер ищет ось, на которой отмечена высота соответствующая высоте интересующей его мачты и откладывает отрезок перпендикулярный к данной оси до пересечения с кривой которая относится к тому или иному конкретно интересующего его диаметру ствола мачты. От точки пересечения инженер откладывает второй отрезок соединяющий точку пересечения первого отрезка и ось на которой отмечена толщина стенки ствола мачты. Найденное значение и является интересующей его величиной измеряемой в мм.

Из проведенной нами работы можно подвести небольшой итог и сделать следующий вывод. Исследование и расчет мачтовых сооружений проводился для третьего ветрового района к которому относится Жамбылская Область, а так же большая часть территории Казахстана и изучения уже существующих трудов посвященных данной теме и из выше сказанного становится ясно что основным воздействием на мачтовые сооружения в частности и высотных сооружений в целом является ветровая нагрузка. Как известно ветер - это весьма сложный природный процесс, действие которого не подчиняется линейным законам и характер его воздействия является динамическим, что осложняет процесс расчета ввиду того что помимо нелинейности самой задачи расчета как маты так и само воздействие ветра что в свою очередь весьма нелегкой задачей усложняется еще и динамическим воздействием ветра в результате пульсации последнего а так же сейсмического воздействия [1]. Ввиду чего расчет мачтовых сооружений весьма долгий и трудоемкий процесс.

На ряду со значением ветровой нагрузки и аэродинамической характеристикой как элементов так всего высотного сооружения в целом т.е., это относится не только к мачтам, а ко всем высотным строениям, еще одним не маловажным является такая характеристика самого сооружения как период собственных колебаний, как всего сооружения так и его частей в частности ввиду существования таких явления как ветровой резонанс и сейсмическое воздействие. Для борьбы с ветровым резонансом в мачтовых сооружениях существуют различные способы одним из которых является увеличение или уменьшение периода собственных колебаний что в свою очередь повлечет за собой исключение возможности возникновения ветрового резонанса или к ничтожно малой вероятности, а так же повысит сейсмостойкость сооружения не прибегая к дополнительным мероприятиям для борьбы с резонансом или установки дорогостоящих гасителей устраняющих как ветровое воздействие так и сейсмическое [1].

В ходе данного исследования была обнаружена не линейная зависимость изменения толщины стенки стволов мачт выполненных в виде круглого цилиндра в зависимости от высоты мачты т.е. учет зональности воздействия ветра, что подразумевает с собой увеличение с высотой ветровой нагрузки, формы поперечного сечения ствола мачты в данном случае круг от которого в свою очередь зависит лобовое сопротивление ствола воздействию ветра т.е. чем хуже эта характеристика тем больше величина воздействия ветра, что тем самым повлечёт удорожание сооружения, длины расчетного пролета и гибкости данные характеристики зависят от такой характеристики как период собственных колебаний сооружения, т.е., тем самым варьируя длиной пролета уменьшением пролета и увеличением количества ярусов оттяжек или его увеличением и тем самым сокращением количества ярусов оттяжек от чего в конечном итоге зависит как гибкость так и период собственных колебаний сооружения [1].

Рис. 1. Номограмма для определения толщины стенки ствола мачт диаметром от 0,273 до 1,6м и высотой до 280 м

Рис. 2. Номограмма для определения толщины стенки ствола мачт диаметром от 2 до 3,3м и высотой до 300м

Рис. 3. Номограмма для определения толщины стенки ствола мачт диаметром от 3,6 до 4,4 м и высотой до 300 м

Рис. 4. Номограмма для определения толщины стенки ствола мачт диаметром 4,5 м и высотой до 300 м

Рис. 5. Номограмма для определения толщины стенки ствола мачт диаметром от 5 до 6,0м. и высотой до 300 м

Мачта представляет с собой экономически выгодное сооружение сфера применение которого со временем все больше и больше расширяется. Данный результат позволит облегчить работу проектировщиков и исключит необходимость производить каждый раз сложные инженерные расчеты, занимающее значительное время и требующих глубокого понимания и суть данной проблемы.

Литература

1. Савицкий Г.А. Основы расчета радиомачт. Москва 1953. - С. 25; 55; 193; 241; 255-256.

2. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. - С. 10-13, 33, 35, 37.

Размещено на Allbest.ru