Действительная работа сооружений: взаимодействие конструкций и грунтового основания решетчатых опор воздушных линий электропередачи

Введение. Современное промышленное освоение территорий Сибири и Дальнего Востока осуществляется, прежде всего, за счет интенсивного строительства магистральных воздушных линий электропередачи (ВЛ) напряжением 220–500 кВ. Решение вопроса действительной работы конструкций опор и фундаментов представляет актуальность для обеспечения требуемой надежности электроснабжения ответственных потребителей в тяжелых климатических и транспортно отдаленных условиях. Перемещения фундаментов в слабых грунтах приводят к существенному изменению напряженно-деформированного состояния надфундаментной конструкции, создавая аварийные повреждения и инциденты на ВЛ. Однако современное проектирование опор ВЛ выполняется раздельно для фундаментов и надфундаментной конструкции. Объект исследования — стальные типовые решетчатые опоры ВЛ новой унификации, предмет исследования — взаимодействие конструкций, фундаментов и основания в сооружениях типа решетчатых опор ВЛ.

Материалы и методы. Осуществлен литературный обзор по теме взаимодействия конструкций, фундаментов и грунтового основания стальных опор ВЛ, включающий анализ экспериментальных и теоретических результатов, свидетельствующий об отсутствии методики единого расчета системы «конструкции, фундаменты и грунтовое основание» для опор ВЛ, основанной на использовании современных программных комплексов (ПК). Приведены результаты натурных испытаний опор ВЛ с фундаментами на грунтовых основаниях, проведенных в 1979–1980 гг. при участии автора, свидетельствующие о значительных перемещениях фундаментов при нагрузках основных расчетных режимов.

Результаты. В результате расчета таких систем с фундаментами на деформирующемся грунтовом основании с использованием современных ПК получены новые результаты, существенно отличающиеся от полученных при натурных испытаниях на жестком силовом полу или на неподвижных фундаментах.

Выводы. Выполнение расчетов конструкций опор и фундаментов системы «конструкция – фундамент – основание» обеспечивает более точное проектирование конструкций для каждого пикета трассы, так называемое индивидуальное проектирование, что значительно сократит расход стали и бетона по сравнению с типовым проектированием, а также повысит надежность конструкций опор и фундаментов ВЛ.

1. Кудишин Ю.И., Михалев Н.Я., Туснин А.Р., Беленя Е.И. Из серии «Наши юбиляры». М. : МГСУ, 2013. 40 с.

2. Санжаровский Р.С., Сенькин Н.А. Профессор В.А. Трулль — талантливый ученый и педагог (к 100-летию со дня рождения) // Архитектура, строительство, транспорт. 2016. С. 70–73.

3. Стрелецкий Н.С. Избранные труды. М. : Стройиздат, 1975. 422 с.

4. Трулль В.А. Исследование действительной работы конструкций опор воздушных линий электропередачи : автореф. дис. … д-ра техн. наук. Л., 1966. 43 с.

5. Исследование действительной работы стальных конструкций промышленных цехов : сб. ст. / под ред. проф. С.А. Бернштейна. М. ; Л. : Госстройиздат, 1938. 196 с.

6. Шапиро Г.А. Действительная работа стальных конструкций промышленных цехов. М. : Госстройиздат, 1952. 285 с.

7. Беленя Е.И. Экспериментальное исследование предельных состояний комбинированных стальных рам при статической нагрузке // Доклады межвузовской конференции по испытаниям и сооружениям. 1958. С. 120–129.

8. Беленя Е.И. Действительная работа и расчет поперечных рам стальных каркасов одноэтажных производственных зданий : автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 1959. 26 с.

9. Хомутецкий Н.Ф., Аистов Н.Н., Квасников Е.Н., Лобовиков А.С. Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт за 125 лет. 1832–1957. Л. : Госстройиздат, 1958. 211 с.

10. Черных А.Г., Рыбнов Е.И., Сенькин Н.А., Шмидт А.Б., Гордиенко В.Е., Астахов И.В. и др. Исследование работы металлических и деревянных конструкций и оценка срока их службы с учетом условий эксплуатации. СПб., 2022. 356 с. EDN IDBLHY.

11. Трулль В.А., Сенькин Н.А. Исследование влияния перемещений фундаментов на усилия в стержнях сооружений башенного типа // Металлические конструкции и испытания сооружений : межвузовский тематический сб. тр. 1980. С. 25–32.

12. Сенькин Н.А. Исследование совместной работы конструкций и основания сооружений башенного типа : дис. … канд. техн. наук. Ленинград, 1980. 143 с.

13. Сенькин Н.А. Учет совместной работы конструкций и основания при проектировании стальных опор линий электропередачи // Взаимодействие оснований и сооружений. Подземные сооружения и подпорные стены : тр. Междунар. конф. по геотехнике ТК-207 ISSMGE. 2014. Т. 2. С. 93–100.

14. Сенькин Н.А., Белякова Т.Е., Мальчиков Д.А., Васильев В.С. Действительная работа стальных конструкций воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше // Металлические конструкции. 2022. Т. 28. №. 1. С. 5–18. EDN FEJAMT.

15. Herman A., Cuer N.R., DiGiola A.M.Jr., Vanner M.J. The Design of Transmission Line Support Foundations — an Overview 206 // CIGRE. Working Group. 2002. 68 p.

16. Richards D.J., Powrie W., Blake A.P. Full-scale tests on laterally loaded railway overhead line equipment mast foundations // Géotechnique. 2023. Vol. 73. Issue 3. Рp. 189–201. DOI: 10.1680/jgeot.20.p.312

17. Varghese A., Thomas J. Influence of Soil-Structure Interaction on the Structural Performance of D-30 Transmission Line Tower // Springer Transactions in Civil and Environmental Engineering. 2019. Рp. 61–71. DOI: 10.1007/978-981-13-1202-1_5

18. Jendoubi A., Legeron F. Soil-Structure Interaction Effects on Dynamic Behaviour of Transmission Line Towers // Computers, Materials & Continua. 2022. Vol. 70. Issue 1. Рр. 1461–1477. DOI: 10.32604/cmc.2022.018832

19. Zhang G., Liu M., Cheng S., Wang M., Zhao C., Zhao H. et al. Research on Transmission Line Tower Tilting and Foundation State Monitoring Technology Based on Multi-Sensor Cooperative Detection and Correction // Energy Engineering. 2024. Vol. 121. Issue 1. Рp. 169–185. DOI: 10.32604/ee.2023.027907

20. Zhang S., Fan Z., Sun L., Qiu J. Influence of Goaf on Stability of Transmission Line Tower Foundation // E3S Web of Conferences. 2022. Vol. 358. Р. 010003. DOI: 10.1051/e3sconf/202235801003

21. Shu Q. Research on anti-foundation-displacement performance and reliability assessment of 500 kV transmission tower in mining subsidence area // The Open Civil Engineering Journal. 2011. Vol. 5. Issue 1. Рp. 87–92. DOI: 10.2174/1876523801104010087

22. Shu Q., Yuan G., Huang Z., Ye S. The behaviour of the power transmission tower subjected to horizontal support’s movements // Engineering Structures. 2016. Vol. 123. Рp. 166–180. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.05.027

23. Shu Q., Yuan G., Jia L., Wang Y.A., Zhou J. A new simple design method for the plate foundation of a transmission tower in subsidence area // The Open Civil Engineering Journal. 2016. Vol. 10. Issue 1. Рp. 251–265. DOI: 10.2174/1874149501610010251

24. Zhuang X., Wen W., Zhou R., Tao G., Li W. The Effect of Pore Solution on the Hysteretic Curve of Expansive Soil under Cyclic Loading // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2023. Vol. 19. Issue 7. Рp. 1963–1981. DOI: 10.32604/fdmp.2023.026348

25. Barabash M., Tomashebskyi A. Bar analogues for modelling of building structures // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2020. Vol. 16. Issue 3. Рp. 100–106. DOI: 10.22337/2587-9618-2020-16-3-100-106

26. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. Киев : Будивельник, 1967. 184 c.

27. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л. : Стройиздат, 1988. 415 с.

28. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г., Шашкин В.А. Основы совместных расчетов зданий и оснований. СПб. : Геореконструкция, 2014. 328 с.

29. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. М. : Высшая школа, 1981. 317 с.

30. Разоренов И.Ф. Экспериментальные исследования устойчивости одиночных фундаментов при действии горизонтальной нагрузки // Труды Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства. Вып. 13: Основания и фундаменты. 1955. С. 55–145.