АНКЕРНАЯ ОПОРА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ANCHOR SUPPORT OF POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области строительства опор высоковольтных линий электропередачи, в частности к конструкциям V-образных шарнирных опор, геометрическое положение которых регулируется натяжением оттяжек.
Известны V-образные опоры линии электропередачи, содержащие образованный наклонными стойками V-образный ствол, несущий горизонтальные траверсы, раскрепленные оттяжками (см. патент SU 604951, МПК: Е04Н 12/00, опубл. 30.04.78; патент SU 630376, опубл. 30.11.79). Наклонные стойки, в первом случае, выполнены в виде пространственных ферменных конструкций, во втором - в виде плоских ферм, соединенных между собой горизонтальными диафрагмами и гибкими раскосами.
Возможность регулирования положения ствола натяжением оттяжек обеспечивает возможность использования V-образных опор в зонах ослабленных и просадочных грунтов, в местах прохождения подземных выработок.
Недостатком упомянутых аналогов является сравнительно низкая устойчивость конструкции в отношении скручивающих нагрузок, что позволяет их использовать только в качестве промежуточных опор линий электропередачи.
Другим недостатком упомянутых аналогов является использование вертикальных заглубленных фундаментов, устройство которых сопряжено с применением специальной техники, мокрыми бетонными работами, сваркой и прочими трудностями, которые существенно усложняют строительство линии, повышают его стоимость и длительность.
Известна анкерная угловая опора на оттяжках, содержащая вертикально установленную на фундаменте и закрепленную оттяжками стойку, в верхней части которой размещены консоли для крепления проводов линии электропередачи (патент RU 2379451, МПК: Е04Н 12/06, опубл. 21.01.2010). К недостаткам таких одностоечных (мачтовых) конструкций следует отнести сравнительно низкую несущую способность, неравномерность распределения нагрузок по стволу опоры, и также - необходимость устройства мощного заглубленного фундамента.
Известны конструкции быстромонтируемых опор линий электропередачи, не требующие устройства сложных фундаментов, включающие поверхностно размещенную опорную платформу (ростверк) из перекрещивающихся секций и установленную на ней мачту с траверсой, зафиксированную оттяжками (например, патент RU 120683, опубл. 27.09.2012 или патент RU 2539042, опубл. 10.01.2015). Однако эти опоры не отличаются большой несущей способностью и надежностью и рассчитаны на кратковременное использование, например в случае аварии или ремонта основной линии. При этом высока вероятность опрокидывания опоры при проседании грунта, что обусловлено закреплением оттяжек на опорной платформе.
В качестве наиболее близкого, по наличию сходных конструктивных признаков, аналога для заявляемого технического решения принята опора линии электропередачи (патент RU 2256049, МПК: Е04Н 12/08, опубл. 10.07.2005), содержащая опирающиеся на поверхностный фундамент наклонные стойки, расположенные V-образно, закрепленные к стойкам оттяжки, жесткую траверсу и перекрестные связи, соединяющие стойки между узлами крепления оттяжек.
Использование поверхностного фундамента позволяет исключить земляные работы, за счет чего существенно упростить и ускорить установку опоры.
К существенным недостаткам ближайшего аналога следует отнести сравнительно низкую надежность и неустойчивость конструкции в отношении крутящих нагрузок. В случае использования такой опоры в качестве анкерной, высоки вероятность скручивания опоры у основания и вероятность разрушения фундамента под действием сил тяжения проводов и в аварийных ситуациях при обрыве провода.
Предлагаемое изобретение направлено на создание надежной и быстромонтируемой V-образной конструкции, которая могла бы использоваться в качестве стационарной анкерной и анкерной угловой опоры.
Сущность изобретения как технического решения заключается в том, что в анкерной опоре линии электропередачи, содержащей опирающиеся на поверхностный фундамент наклонные стойки, расположенные V-образно, закрепленные к стойкам оттяжки, жесткую траверсу и перекрестные связи, соединяющие стойки между узлами крепления оттяжек, согласно заявляемому изобретению, поверхностный фундамент выполнен в виде опорной балки, размещенной перпендикулярно оси траверсы, при этом стойки дополнительно соединены между собой поперечными диафрагмами, выполнены с расширением в нижней части и закреплены на опорной балке посредством двух опорных узлов, разнесенных по ее длине на расстояние 0,8-4 м.
В отличие от ближайшего аналога, предлагаемая V-образная опора имеет удлиненный поверхностный фундамент в виде опорной балки, размещенной перпендикулярно к оси траверсы опоры, и расширяющиеся книзу стойки, закрепленные на балке фундамента посредством двух, а не одного как в аналогах, опорных узлов, разнесенных между собой по длине опорной балки на заданное расстояние.
Такое решение позволило увеличить опорную площадь V-образной конструкции и за счет этого существенно повысить устойчивость опоры в отношении любых нагрузок, в том числе скручивающих, а также снизить нагрузки на фундамент за счет перераспределения давления по длине опорной балки между опорными узлами, благодаря чему исключить вероятность разрушения фундамента и обеспечить надежную и долговременную эксплуатацию опоры.
Благодаря тому, что стойки дополнительно к перекрестным связям соединены между собой поперечными диафрагмами, существенно повышена жесткость V-образного ствола опоры и его несущая способность.
Все это в совокупности позволяет использовать предлагаемую конструкцию в качестве анкерной и анкерной угловой опоры и исключает скручивание опоры под действием сил тяжения проводов при монтаже линии и в аварийных ситуациях при обрыве одного или нескольких проводов, обеспечивает надежную работу конструкции в течение длительного срока эксплуатации.
При этом использование поверхностного фундамента полностью исключает проведение земляных работ. Предлагаемая опора достаточно просто и быстро собирается в полевых условиях при отсутствии спецтехники.
Заданное расстояние между опорными узлами составляет от 0,8 до 4 м, оптимально 3-3,5 м. Меньшее расстояние между опорными узлами (менее 0,8 м) не позволит достигнуть вышеупомянутые технические результаты.
Увеличение расстояния между опорными узлами более 4 м экономически нецелесообразно, т.к. ведет к повышению металлоемкости конструкции и занимаемой площади без существенного увеличения устойчивости опоры.
С целью упрощения монтажных работ опорные узлы могут быть смонтированы на одной общей пластине, выполненной с элементами закрепления на опорной балке. Пластина обеспечивает жесткую фиксацию заданного расстояния между опорными узлами и при этом позволяет дополнительно увеличить опорную площадь конструкции и снизить нагрузки на фундамент.
Каждая стойка, предпочтительно, выполнена в виде плоской решетки, вертикальные пояса которой, соединенные элементами решетки (раскосами или горизонтальными планками), имеют сопряженные, жестко связанные между собой верхние концы и расходящиеся нижние, при этом последние снабжены элементами закрепления в опорных узлах.
С целью облегчения процессов транспортировки и монтажа каждый пояс может быть выполнен составным из секций, соединяемых между собой посредством разборных, например, болтовых соединений.
Жесткая траверса выполнена в виде балки-распорки, соединяющей верхние концы стоек, и снабжена изолирующей подвеской для обводки шлейфов.
Поперечные диафрагмы также выполнены в виде плоских решеток, размещенных в уровнях закрепления оттяжек. Между диафрагмами размещены перекрестные связи в виде жестких или гибких раскосов. Такое межстоечное соединение обеспечивает уравновешивание сил, действующих на вертикальные пояса стоек, и исключает их изгиб, способствует перераспределению усилий от оттяжек равномерно на обе стойки, а в случае аварии и обрыва проводов исключает падение конструкции.
В предпочтительном примере осуществления изобретения оттяжки закреплены к стойкам в трех уровнях: уровне траверсы и двух поперечных диафрагм.
Второй конец оттяжек фиксируется в отдельно стоящих анкерных фундаментах, разнесенных по разные стороны от ствола опоры. В случае проседания грунта в зоне одного из анкерных фундаментов, опора удерживается за счет других, что исключает опрокидывание конструкции.
Предлагаемая опора относится к болтовым опорам. Все элементы опоры, включая плоские решетки стоек и диафрагм, собираются посредством болтовых соединений, что не только обеспечивает удобство транспортировки, но и упрощает технологию защиты от коррозии, благодаря возможности применения метода горячей оцинковки, выполняемого в заводских условиях.
Предлагаемая V-образная конструкция отличается высокой несущей способностью и при этом занимает сравнительно небольшую площадь и не требует устройства сложных заглубленных фундаментов, в отличие от известных одностоечных и многостоечных анкерных угловых опор (например, раскрытых в патентах SU 1470917, SU 1701876, SU 1041658, SU 533714, RU 2379451).
В отличие от анкерных опор с консолями предлагаемая V-образная конструкция с траверсой в виде балки-распорки, соединяющей верхние концы стоек, обеспечивает симметричное распределение нагрузок на фундамент, что также способствует устойчивости опоры.
На чертежах представлена предлагаемая анкерная опора линии электропередачи:
на фиг. 1 - опора, общий вид;
на фиг. 2 - вид опоры сбоку;
на фиг. 3 - вид сверху;
на фиг. 4 - пример использования опоры в качестве анкерной угловой, объемная проекция.
Анкерная опора линии электропередачи, общий вид которой приведен на фиг. 1, включает опирающиеся на поверхностный фундамент 1, зафиксированные оттяжками 2 наклонные стойки 3 и 4, расположенные V-образно и соединенные между собой поперечными диафрагмами 5 и перекрестными связями 6, и жесткую траверсу для подвешивания проводов в виде балки-распорки 7, соединяющей верхние концы стоек 3 и 4, снабженную изолирующей подвеской 8 для обводки шлейфов.
Поверхностный фундамент 1 выполнен в виде удлиненной опорной балки (далее - опорная балка 1), размещенной перпендикулярно оси траверсы 7. В качестве такого фундамента может быть использована железобетонная свая соответствующих размеров, обладающая достаточным весом, которая укладывается непосредственно на грунт.
Каждая стойка (3,4) выполнена в виде плоской решетки с вертикальными поясами 9 и 10, верхние концы которых сопряжены (жестко связаны) между собой, а нижние концы - разведены и закреплены в опорных узлах 11 и 12 соответственно, смонтированных на опорной балке 1 (см. фиг. 2-3).
Каждый опорный узел 11 и 12 обеспечивает возможность шарнирного закрепления двух вертикальных поясов: по одному поясу каждой стойки 3 и 4, соответственно. Между собой опорные узлы 11 и 12 разнесены по длине опорной балки 1 на заданное расстояние s, составляющее от 0,8 до 4 м, оптимально - 3-3,5 м.
Между собой пояса 9 и 10 каждой стойки жестко связаны элементами решетки 13.
Поперечные диафрагмы 5, выполненные в виде плоских решеток, размещены между узлами крепления оттяжек 2 к стойкам (см. фиг. 3-4).
Для изготовления ответственных несущих элементов опоры таких как: балка-распорка 7 траверсы, вертикальные пояса 9 и 10 стоек и распорки диафрагм 5, целесообразно использование прямоугольных замкнутых профилей, которые при минимальных весовых параметрах отличаются высокой механической прочностью и жесткостью к изгибу и кручению, что позволяет опоре с запасом выдерживать нагрузки при тяжении проводов и обрывах.
Для связевых элементов опоры могут быть использованы уголки и другие незамкнутые профили.
Опора доставляется к месту установки в полностью или частично разобранном виде.
Для удобства транспортировки и монтажа вертикальные пояса 9 и 10 стоек могут быть выполнены составными из секций, соединяемых посредством фланцевых болтовых соединений.
Выполнение опоры полностью сборной болтовой обеспечивает удобство транспортировки и позволяет применить для элементов опоры метод горячего цинкования, обеспечивающий наиболее надежную защиту от коррозии.
Благодаря использованию поверхностного фундамента и болтовых соединений, предлагаемая опора имеет возможность быстрого разворачивания без использования тяжелой строительной техники, за счет применения легких монтажных механизмов и средств малой механизации. Расчетное время сборки и монтажа опоры составляет ~5 ч.
С целью повышения производительности монтажных работ опорные узлы 11 и 12 могут быть смонтированы на одной общей пластине 14, устанавливаемой на опорной балке 1 и закрепляемой, например, посредством хомутовых стяжек.
Собранная V-образная конструкция, установленная на фундаменте, фиксируется оттяжками 2, которые закрепляют к стойкам 3 и 4 в трех уровнях: уровне траверсы 7 и уровнях поперечных диафрагм 5. Второй конец оттяжек 2 закрепляют в отдельно стоящих анкерных фундаментах 15, разнесенных по разные стороны от ствола опоры.
В случае проседания грунта в зоне одного из анкерных фундаментов 15, опора удерживается за счет других, что исключает опрокидывание конструкции.
Регулирование оттяжек 2 позволяет компенсировать погрешности подготовки поверхности земли либо исключить подготовку вовсе, а также компенсировать сезонные вспучивания и просадки грунта.
К траверсе 7 подвешивают провода 16 линии электропередачи. Используемые для закрепления проводов элементы сцепной арматуры, опорные и подвесные изоляторы, входящие в состав изолирующей подвески 8, являются стандартными изделиями заводского производства и на чертежах не показаны.
Предлагаемая конструкция может быть использована в качестве простой анкерной опоры, размещаемой на прямолинейном участке линии электропередачи, а также в качестве анкерной угловой (см. пример, фиг. 4).
В процессе эксплуатации опоры нагрузки от веса и тяжения проводов равномерно передаются на стойки 3 и 4 опоры и распределяются по площади опорной балки 1 между опорными узлами 11 и 12, что обеспечивает высокую устойчивость опоры и исключает разрушение фундамента, позволяет опоре выдерживать высокие скручивающие нагрузки в процессе монтажа линии и в аварийных ситуациях.
Межстоечное соединение, выполненное в виде перекрестных связей и поперечных диафрагм жесткости, размещенных между узлами крепления оттяжек к стойкам, обеспечивает уравновешивание сил, действующих на вертикальные пояса стоек, исключает их изгиб, способствует перераспределению усилий от оттяжек равномерно на обе стойки, а в случае аварии и обрыва проводов исключает падение конструкции.
Предлагаемая V-образная конструкция выдерживает высокие механические нагрузки от веса и сил тяжения проводов, ветра и снега, что позволяет использовать ее в качестве стационарной анкерной и анкерной угловой опоры в течение длительного срока, до 50 лет и более.