Краснощеков Юрий Васильевич - д-р техн. наук
644082, г. Омск, ул. Энгельса, д. 1
Author ID: 789982
Krasnoshchekov Yuriy Vasilyevich - Doctor of Technical Sciences
1, Engels Street, Omsk, 644082
Author ID: 789982
Введение. В статье приведены результаты исследования общей гибкости сквозного стержня, моделирующего решетчатую башню. Объектом исследования является четырёхгранный стержень пирамидальной формы. Обращается внимание на несоответствие значимости общей гибкости и деформаций сдвига решётки при оценке приведённой гибкости стержней переменного сечения по действующим нормам проектирования стальных конструкций. Цель статьи анализ исследований и способов оценки общей гибкости решетчатых башен и разработка практического способа на основе метода конечных элементов. Предлагаемый способ основан на получении коэффициента длины переменного сечения из соотношения жёсткостей (радиусов инерции) опорного и эффективного сечений. Характеристики эффективного сечения получают по прогибу стержневой модели переменного сечения с учётом изменчивости по длине площади сечения поясов. На примере расчёта типовых башен антенных опор выполнено сравнение значений коэффициента длины, полученных разными способами.
Материалы и методы. Расчёт сквозного стержня переменного сечения на устойчивость сводится к рассмотрению отношения изгибных жёсткостей условных стержней с постоянными сечениями при равенстве критических сил сжатия. Изначально коэффициент длины стержня определяли из отношения моментов инерции конечных сечений при постоянстве площади сечения поясов. Полученные из анализа данных разных источников значения коэффициента длины переменного сечения значительно расходятся со значениями, определёнными по нормам проектирования башен ЛЭП. Расхождение связано с разным подходом к учёту возможной изменчивости площади сечения поясов по длине стержня. В настоящее время доступность метода конечных элементов для расчёта на изгиб стержневых моделей любой сложности позволяет без труда уточнять общую гибкость сквозного стержня. В примере расчёта показано, что гибкость сквозного стержня антенной опоры с переменной площадью сечения поясов близка к гибкости башен ЛЭП пирамидальной формы.
Выводы. В реальных конструкциях башен площадь сечения поясов башен обычно изменяется по высоте в соответствии с действующими усилиями, гибкостью поясов и сортаментом материала, применяемого для поясов. При решении задачи по определению коэффициента длины стержня переменного сечения разработан метод эффективного сечения. Момент инерции эффективного сечения легко определяется расчётом на изгиб модели пирамидальной башни в конечных элементах с учётом переменности не только геометрии сечений, но и площади сечения поясов. Предлагаемый метод рекомендуется применять при расчёте общей устойчивости башен антенных опор.
Introduction. The article presents the research results of the overall flexibility of a through-rod which is modeling a lattice tower. The object of the study is a tetrahedral pyramid-shaped rod. Special attention is paid to the discrepancy between the importance of total flexibility and lattice shear deformations when evaluating the reduced flexibility of rods with variable cross-section according to current steel structure design standards. The purpose of the article is to analyze studies and methods for assessing the overall flexibility of lattice towers and to develop a practical method based on the finite element method. The proposed method is based on obtaining the length coefficient of a variable cross-section from the ratio of stiffness (radius of inertia) of the support and effective sections. The characteristics of the effective section are obtained from the deflection of the variable cross-section rod model, taking into account the variability in the length of the sectional area of the belts. Using the example of calculating typical towers of antenna supports, a comparison of the values of the length coefficient obtained by different methods has been performed.
Materials and methods. The calculation of the through-rod of variable cross-section for stability is reduced to considering the ratio of the bending stiffness of conventional rods with constant cross-sections when the critical compressive forces are equal. Initially, the rod length coefficient was determined from the ratio of the moments of inertia of the end cross-sections with a constant sectional area of the belts. The values of the variable section length coefficient obtained from the analysis of data from different sources differ significantly from the values determined by the design standards of towers for power transmission lines. The discrepancy is connected with the different approach to accounting the possible variability of the sectional area of the belts along the length of the rod. Currently, the availability of the finite element method for calculating the bending stress strength of rod models of any complexity makes it easy to refine the overall flexibility of the through-rod. The calculation example shows that the flexibility of the through-rod of the antenna support with a variable sectional area of the belts is close to the flexibility of pyramid-shaped towers for power transmission lines.
Conclusions. In real tower constructions, the sectional area of the tower belts usually varies with height in accordance with the forces involved, the belt flexibility, and the grade of material used for it. For solving the problem of determining the length coefficient of the rod with variable cross-section, an effective cross-section method has been developed. The moment of inertia of the effective cross-section is easily determined by calculating the bending stress strength of the pyramid tower model in finite elements, taking into account the variability of not only the geometry of the sections, but also the sectional area of the belts. The proposed method is recommended to be applied in calculation of the overall stability of antenna towers.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.