1. «Рекультивация территорий бывшего ОАО
«Средневолжский завод химикатов» (г. Чапаевск)»
ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Приложение 6 раздела 4, том 4.2.2.
Расчетная записка
2014
2. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
3
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
Содержание
Стр.
Введение………………………………………………………………………………………… 4
1. Общее описание и конструктивные решения………………….……….….……….. 6
1.1. Основные данные опор………………………………………….………….………… 6
1.2. Стандарты расчетов……………………………………………….…………………. 6
2. Расчетная схема……………………………………..………………..…………………... 7
2.1. Нагрузки и схемы загружений………………………………………….…… ………. 7
2.2. Собственный вес………………………………………………………………………. 9
2.3 Ветровая нагрузка……………………………………………………….……………. 9
3. Результаты расчетов……………………………………........................................... 10
3.1. Нагрузки по обрезу фундаментов…………………………………………………… 10
3.2. Деформации……………………………………………………………………………… 11
3.3. Напряжения………………………………………………………………………………. 11
4. Выводы и рекомендации……………………………………………………………….. 12
Список использованных источников……………………………………………………… 13
3. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
4
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
Введение
Настоящий расчет прочности выполнен в рамках разработки проектной
документации по титулу: «Рекультивация территорий бывшего ОАО
«Средневолжский завод химикатов» (г. Чапаевск)»».
Настоящий расчет выполнен с целью проверки несущей способности
металлоконструкций многогранных опор.
Цели работы:
1) Составление расчетной схемы опоры, отвечающей нормативным
документам;
2) Проверка несущей способности конструктивных элементов;
3) Определение деформаций сооружения и отдельных конструктивных
элементов;
4) Определение нагрузок на фундаменты.
Характер работы:
Расчетно-аналитический.
Расчеты проведены с помощью проектно-вычислительного комплекса
(ВК), реализующего метод конечных элементов в форме метода
перемещений.
Состав работ:
1) изучение предоставленной Заказчиком проектной документации;
2) разработка пространственной конечно-элементной модели;
3) постановка граничных условий;
4) определение загружений расчётной модели;
5) тестирование расчётной модели;
6) конечно-элементное исследование напряжённо-деформированного
состояния модели;
7) оценка несущей способности конструктивных элементов;
4. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
5
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
8) анализ и инженерная интерпретация полученных результатов;
9) определение нагрузок на фундаменты;
10) составление технического отчёта по результатам расчёта
пространственной модели.
5. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
6
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
1.1 Основные данные опор
1. Общее описание и конструктивные
решения
В данном проекте рассмотрены анкерно-угловые и промежуточные
многогранные стальные опоры индивидуальной разработки. В рамках
данного проекта применятся 5 типов опор. Каждая опора представляет собой
стальной свободностоящий многогранный столб. Конструкция ствола опоры
состоит из нескольких секций. Секции и траверсы имеют вид усеченной
пирамиды. Соединение секций между собой выполнено путем посадки с
натяжением. Геометрические размеры секций, высоты и длины траверс опор
представлены на чертежах №Ч2/190/2013-КР4.2-11.
Профили элементов опор выполнены из листового гнутого проката из
стали ASTM с расчётным пределом текучести 450 Н/мм2
. Крепление опор к
фундаментам выполнено с помощью анкерных болтов.
1.2 Стандарты расчетов
Конструктивная схема сооружения – нелинейная стержневая система.
Расчет выполнен при следующих условиях:
Расчетные климатические условия:
- максимальное давление ветра Wо 500, Па
- нормативное давление ветра при гололеде
Wг
160
, Па
- эффективная толщина стенки гололеда bэ
25
,
мм
Расчетная температура воздуха:
- при гололеде и максимальном ветре, °С -5
- минимальная, °С -45
- максимальная, °С +40
- среднегодовая,°С +5
6. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
7
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
В соответствии с ГОСТ Р 54257-2010 сооружение относится ко 2-му
(нормальному) уровню ответственности.
Расчетные нагрузки приняты в соответствии со СНиП 2.01.07-85 и ПУЭ-7.
Расчет выполнен при условии абсолютной жесткости фундаментов.
Сейсмичность: до 6 баллов (несейсмичный).
Тип местности по п.2.5.6. ПУЭ-7: А.
Отметка основания опор относительно уровня основного рельефа
местности: 0,0 м.
2. Расчетная схема
2.1. Нагрузки и схемы загружений
Нагрузки на опоры от проводов и тросов для всех рассматриваемых
режимов были предоставлены Заказчиком. На рис. 2.1.1-2.1.3 представлены
схемы загружения для опоры типа У110-1+5С. Для данной расчетной схемы
рассматривались следующие расчетные загружения:
1) Нормальный режим (провод и трос не оборваны и свободны от
гололеда). Максимальный ветер;
2) Нормальный режим (провод и трос не оборваны и покрыты голольдом).
Ветер и гололед;
3) Аварийный режим (обрыв фазы провода);
Рис.2.1.1. Нормальный режим. Максимальный ветер Рис.2.1.2. Нормальный режим. Ветер+гололед
7. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
8
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
Рис.2.1.3. Аварийный режим. Оборван провод
На рис. 2.1.4-2.1.6 представлены загружения для опор типа У110-2+5Е,
У110-2+9С, У110-2+14, У110 8+9. Для данных расчетных схем
рассматривались следующие расчетные загружения:
1) Нормальный режим (провод и трос не оборваны и свободны от
гололеда). Максимальный ветер;
2) Нормальный режим (провод и трос не оборваны и покрыты голольдом).
Ветер и гололед;
3) Аварийный режим (обрыв фазы провода);
Рис.2.1.4. Нормальный режим. Максимальный ветер Рис.2.1.5. Нормальный режим. Ветер+гололед
8. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
9
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
Рис.2.1.6. Аварийный режим. Оборван провод
Собственный вес конструкций из расчета объемного веса металла с
нормативным объемным весом 7,85 Т/м
2.2 Собственный вес
3
вычисляется с учетом коэффициента
надежности по нагрузке.
Определение ветровой нагрузки произведено в соответствии с ПУЭ-7 с
учетом пульсаций, вызываемых порывами ветра.
2.3 Ветровая нагрузка
Нормативное ветровое давление Wo = 500 Па;
Нормативное ветровое давление при гололеде Wг = 160 Па.
Коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса
металлических конструкций – 1,05.
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке принят равным 1,3 (при
расчете по первой группе предельных состояний).
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке принят равным 1,1 (при
расчете по второй группе предельных состояний).
Коэффициент надежности по голольду принят равным 1,3.
Информация по нагрузкам для каждой опоры представлена в данном
Приложении 6 в конце расчетной записки.
9. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
10
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
3. Результаты расчетов
Усилия, напряжения и деформации элементов по каждой опоре
представлены в Приложении 6 в конце расчетной записки.
3.1. Нагрузки по обрезу фундаментов
Максимальные нагрузки по обрезу опоры У110-1+5С составляют:
- Rx,y
- R
= 175866 Н;
z
- М = 3298 кНм.
= 144244 Н;
Максимальные нагрузки по обрезу опоры У110-2+5Е составляют:
- Rx,y
- R
= 293574 Н;
z
- М = 5943 кНм.
= 156013 Н;
Максимальные нагрузки по обрезу опоры У110-2+9С составляют:
- Rx,y
- R
= 295557 Н;
z
- М = 7166 кНм.
= 183779 Н;
Максимальные нагрузки по обрезу опоры У110-2+14 составляют:
- Rx,y
- R
= 298892 Н;
z
- М = 8700 кНм.
= 213831 Н;
Максимальные нагрузки по обрезу опоры У110-8+9 составляют:
- Rx,y
- R
= 588736 Н;
z
- М = 16892 кНм.
= 507071 Н;
3.2 Деформации
У110-1+5С:
10. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
11
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
- наибольшее отклонение оси сооружения от вертикали составляет 73,64 мм
при допустимой величине 214,2 мм.
У110-2+5Е:
- наибольшее отклонение оси сооружения от вертикали составляет 74,29 мм
при допустимой величине 247,5 мм.
У110-2+9С:
- наибольшее отклонение оси сооружения от вертикали составляет 96,22 мм
при допустимой величине 280,8 мм.
У110-2+14:
- наибольшее отклонение оси сооружения от вертикали составляет 109,93
мм при допустимой величине 322,5 мм.
У110-8+9:
- наибольшее отклонение оси сооружения от вертикали составляет 127,43
мм при допустимой величине 372,5 мм.
3.3 Напряжения
Проверка элементов была выполнена по СНиП II-23-81/
Максимальные напряжения сжатия в расчетном сечении ствола опоры
составляют:
У110-1+5С:
– 358,9 Н/мм2
У110-2+5Е:
на уровне основания, несущая способность использована
на 91%. Напряжения не превышают расчетное сопротивление стали ASTM.
– 370,8 Н/мм2
У110-2+9С:
на уровне основания, несущая способность использована
на 91%. Напряжения не превышают расчетное сопротивление стали ASTM.
– 379,6 Н/мм2
У110-2+14:
на уровне основания, несущая способность использована
на 85%. Напряжения не превышают расчетное сопротивление стали ASTM.
– 344,9 Н/мм2
на уровне основания, несущая способность использована
11. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
12
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
на 82%. Напряжения не превышают расчетное сопротивление стали ASTM.
У110-8+9:
– 351,6 Н/мм2
на уровне основания, несущая способность использована
на 78%. Напряжения не превышают расчетное сопротивление стали ASTM.
4. Выводы и рекомендации
На основании проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что
многогранные опоры отвечают требованиям нормативных документов по
прочности, деформативности и устойчивости и подходят для применения в
рамках проекта «Рекультивация территорий бывшего ОАО «Средневолжский
завод химикатов» (г. Чапаевск)»».
12. Приложение 6, раздела 4,
том 4.2.2.
Лист
13
Изм. Кол.уч Лист № док Подпись Дата
Список использованных источников
1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия;
2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции;
3. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-
81*) / ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР,
1989. — 148 с.;
4. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции
зданий и сооружений. (Справочник проектировщика). / Под общ. ред. засл.
строителя, лауреата госуд. премии СССР В.В. Кузнецова. – М.: изд-во АСВ,
1999. – 528 с.: ил.;
5. Глава 2.5. ПУЭ-7/Утв. Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №
204;
13. 1
Приложение А
ОПОРА Y110-1+5Е
ФАКТОР 29.8 м, Y110-1+5Е, Угол 90°.
---------------------------------------------------- РАСЧЕТ _ИТОГО_ ----------------------------------------------------
Высота на анкерн. плитой,м 25.80 Диаметр у основания, мм 1 430.00 Вес основания, кг 6 854
Диаметр топа, мм 570.00
Соотношение мм/м 29.7315 Грани: 12 шт.
Соединение секций /Первый/ /Второй/
Высота над землей (m) 11.80 21.70
Тип Нахлест Нахлест
Нахлест длина (mm) 1854 1434
Макс. осевая нагр. (N) 176 769 64681
Характеристика секций /Первый/ /Второй/ /Третий/
Диам. Основания, мм 1430.00 1150.29 853.46
Диаметр топа, мм 1079.17 800.83 570.00
Толщина, мм 10.0000 8.0000 5.0000
Длина, м 11.800 11.754 9.534
Вес, кг 3707 2296 850
------------------------------------------- АНАЛИЗ _ИТОГО_ -------------------------------------------
Уров. Сек. 1 Уров. Сек. 2 Уров. Сек. 3 Топ
Расчетная случ. Схема Схема2(1) - W Схема2(1) - W Схема2(1) - W Схема4 - Bk E Схема2(1) - W
Высота (m) 0.00 0.00 11.80 21.70 29.80
Результ. Момент (N-m) 5 943 553 5 943 553 2 475 874 397 268 0
Срезающее (N) 294 791 294 791 293 037 90 947 0
Осевая наг. (N) 153 699 153 699 104 067 62 354 0
Расч. напряжение (MPa) 370.79 370.79 330.21 159.01 0.00
Допустимое напр. (MPa) 410.16 410.16 421.28 375.24 450.00
Допустимое/Расч. напряжение 1.11 1.11 1.28 2.36 99.90
Сервисные знач. (mm) 0.00 0.00 181.40 460.60 1 039.85
37. 25
ФАКТОР 29.8 м, Y110-1+5Е, _Угол 90°.
*** Характеристики опорного фланца, косынок и сварных элементов ***
Диаметр фланца: 1 430.0 mm Материал косынок: 450.0 Mpa
Диаметр окружности болтов: 1 640.0 mm Толщина косынок: 10.0 mm
Диаметр болтов: 48 mm Высота косынок: 450.0 mm
Кол-во болтов: 28 Катет гориз. Сварных швов: 10.0 mm
Материал болтов: 386.0 Mpa Катет вертик. Св. швов: 10.0 mm
НАПРЯЖ ПЛОЩ. __: 1 473 mm^2 Допустимое напряжение: 230.0 Mpa
ДОПУСТИМОЕ НАПР. __: 386.0 Mpa Вес анкерной группы: 1 033.3 kg
Материал фланца: 325.0 Mpa Диаметр кондуктора: 1 792 mm
Толщина фланца: 50.0 mm Длина болта: 1 900.0 mm
*** координаты болтов ***
№ п.п. X У № п.п. X У № п.п. X У
1 820.00 0.00 * 2 799.44 182.47 * 3 738.79 355.78
4 641.10 511.26 * 5 511.26 641.10 * 6 355.78 738.79
7 182.47 799.44 * 8 0.00 820.00 *
*** Результаты расчета ***
*** Для болтов *** *** Для фланца ***
Расстояние м/у болтами: 3.833 * d Расчетное Напряжение: 83.2 Mpa
Макс. Раст. сила: 512 148 N Допустимое напряжение: 325.0 Mpa
Макс. Сж. сила: -523 292 N Вывод: OK!
Допустимое усилие: 568 578 N Ширина фланца: 1 774.4 mm
Вывод: OK!
*** Для косынок *** *** Для сварных соединений ***
Расчетное напряжение: 135.7 Mpa Допустимое напряжение: 230.0 Mpa
Допустимое напряжение: 450.0 Mpa Напряжение в гориз. швах: 215.5 Mpa
Вывод : OK! ВЫВОД: OK!
Расчетное касательное напряжение: 116.3 Mpa Напряжение в вертик. швах: 135.8 Mpa
Доп. Касат. напряж: 259.8 Mpa ВЫВОД: OK!
ВЫВОД: OK!
Ширина: 162.2 mm
Максимальные Усилия по обрезу фундамента*
X-ОСЬ (N-M) 5 922 985
Y-ОСЬ (N-M) -492 573
СРЕЗАЮЩЕЕ (N) 293 573
ВЕРТИК. СИЛА (N) 156 013
38. 26
_ РАСЧЕТ
Траверса 3.5m
Длина
Диаметр
основания
Диаметр
топа
Толщина
Кол-во
граней
Предел
текучести,
МПа
Катет
сварного
шва
Допустимое
напряжение
для сварного
соединения
Вес
3.50 m 381.0 mm 190.5 mm 5.00 mm 6 sides 450. 9 mm 248. MPa 133.6 kg
*************** Точка с мин. Коэф-том запаса ***************
Расстояние от
основания
траверсы
Момент инерции Площадь сечения Напряжение Коэф-т запаса
0.00 m 12788 cm4 65.1 cm2 266 MPa 1.53
----- БОЛТЫ РАСЧЕТ
НОМЕР ТИП ДОП ДИАМЕТР ДЛИНА ПЛОЩ. ************ СРЕЗ ************
MAX. СИЛА MAX. НАПРЯЖ ДОП. НАПРЯЖ к
16 8.8 3.0 mm 24.00 mm 83 mm 452.4 mm**2 74. kN 163. MPa 360. MPa 2.21
---------- ----------: Схема2(1)a- Вет. 45 + гол. Схема2(1)a- Вет. 45 + гол.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ВЫСОТА (M): 23.50 23.50
ПОЛОЖЕНИЕ: 0.0 180.0
СИЛАS (NEWTONS)
ПОПЕРЕЧНАЯ: 2400 -2400
ПРОДОЛЬНАЯ: 43836 -43836
ВЕРТИК. : 13312 13310
MOMENT (NEWTON-METERS)
X-ОСЬ: 44035 44035
Y-ОСЬ: 152774 -152774
ДЕФОРМАЦИИ(MILLIMETERS):
X-НАПРАВЛ.: 40.2 -40.2
Y-НАПРАВЛ.: 11.4 11.4
39. 27
Траверса 5m
Длина
Диаметр
основания
Диаметр
топа
Толщина
Кол-во
граней
Предел
текучести,
МПа
Катет
сварного
шва
Допустимое
напряжение
для сварного
соединения
Вес
5.00 m 381.0 mm 190.5 mm 6.00 mm 6 sides 450. 11 mm 248. MPa 228.2 kg
*************** Точка с мин. Коэф-том запаса ***************
Расстояние от
основания
траверсы
Момент инерции Площадь сечения Напряжение Коэф-т запаса
0.00 m 15224 cm4 77.9 cm2 321 MPa 1.40
----- БОЛТЫ РАСЧЕТ
НОМЕР ТИП ДОП ДИАМЕТР ДЛИНА ПЛОЩ. ************ СРЕЗ ************
MAX. СИЛА MAX. НАПРЯЖ ДОП. НАПРЯЖ к
16 8.8 3.0 mm 24.00 mm 89 mm 452.4 mm**2 105. kN 233. MPa 360. MPa 1.55
---------- ----------: Схема2(1)a- Вет. 45 + гол. Схема2(1)a- Вет. 45 + гол.
ВЫСОТА (METERS): 19.50 19.50
ПОЛОЖЕНИЕ: 0.0 180.0
СИЛА (NEWTONS)
ПОПЕРЕЧНАЯ: 2400 -2400
ПРОДОЛЬНАЯ: 43979 -43979
ВЕРТИК. : 14238 14238
MOMENT (NEWTON-METERS):
X-ОСЬ: 64954 64964
Y-ОСЬ: 218569 -218569
деформации (MILLIMETERS):
X-НАПРАВЛ.: 98.8 -98.8
Y-НАПРАВЛ.: 28.6 28.6
40. 28
Опора Y110-2-0
ФАКТОР 24.8 м, Y110-2-0, Угол 90°.
.
---------------------------------------------------- РАСЧЕТ _ИТОГО_ ----------------------------------------------------
Высота на анкерн. плитой,м 24.80 Диаметр у основания, мм 1 190.00 Вес основания, кг 4 589
Диаметр топа, мм 460.00
Соотношение мм/м 30.4839 Грани: 12 шт.
Соединение секций /Первый/ /Второй/
Высота над землей (m) 6.80 16.70
Тип Нахлест Нахлест
Нахлест длина (mm) 1721 1295
Макс. осевая нагр. (N) 174 588 63 577
Характеристика секций /Первый/ /Второй/ /Третий/
Диам. Основания, мм 1190.00 1051.17 746.40
Диаметр топа, мм 982.71 696.92 460.00
Толщина, мм 10.0000 8.0000 5.0000
Длина, м 6.800 11.621 9.395
Вес, кг 1847 2032 709
------------------------------------------- АНАЛИЗ _ИТОГО_ -------------------------------------------
Уров. Сек. 1 Уров. Сек. 2 Уров. Сек. 3 Топ
Расчетная случ. Схема Схема2(1) - W Схема2(1) - W Схема2(1) - W Схема4 - Bk E Схема2(1) - W
Высота (m) 0.00 0.00 6.80 16.70 24.80
Результ. Момент (N-m) 4 447 778 4 447 778 2 465 917 397 418 0
Срезающее (N) 291 538 291 538 291 554 90 978 0
Осевая наг. (N) 131 522 131 522 102 864 61 172 0
Расч. напряжение (MPa) 401.94 401.94 395.73 208.85 0.00
Допустимое напр. (MPa) 450.00 450.00 443.25 413.11 450.00
Допустимое/Расч. напряжение 1.12 1.12 1.12 1.98 99.90
Сервисные знач. (mm) 0.00 0.00 77.39 359.95 913.35