Основи розрахунку щогл

Щогла складається з жорсткого стовбура, який працює на стиск і згин, та відтяжок, які можуть працювати тільки на розтяг.

Як правило стовбури виконують решітчастими 3 - або 4 - гранної призматичної форми. Для надання стовбуру необхідної жорсткості відстані між сусідніми ярусами кріплення відтяжок приймаються :

a40b – для 4 – гранного стовбуру;

а30b – для 3 – гранного стовбуру.

Ширина грані «b» в типових тригранних щоглах з трубчатих стержнів приймається:

при H = 45…120м – b0,8м;

при H = 100…250м – b1,35м;

при H = 150…400м – b2,2м.

Місця кріплення відтяжок погоджують з розміщенням обладнання. Для тригранних щогл використовують три відтяжки, розміщені під кутом одна до одної, для 4 - гранних – чотири відтяжки, розміщені у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Кут нахилу відтяжок до горизонту приймають приблизно . Для відтяжок використовують стальні оцинковані канати.

Розрахункова схема стовбура щогли - це ненарізна багатопролітна балка, пружними опорами якої служать вузли примикання відтяжок. Відтяжки є гнучкими нитками, навантаженими розподіленим навантаженням від власної ваги та вітру, кінці яких закріплені в різних рівнях.

Така здавалось би проста за конструкцією вантово-стержнева система відрізняється досить складним характером поведінки під навантаженням, що пов’язано з особливістю роботи відтяжок як гнучких ниток, навантажених поперечним навантаженням. Зменшення або збільшення прольоту гнучкої нитки (тобто зближення або розходження кінців) відбувається як від пружного подовження чи скорочення, так і в результаті зміни форми провисання нитки від змінних навантажень, якими для відтяжок є вітер, обледеніння, температурні перепади. Внаслідок цього виникають значні переміщення відтяжечних вузлів стовбура щогли, що за величиною досягають поперечного розміру стовбура. Зміна ексцентриситету вертикальних сил у стовбурі призводить до появи в ньому додаткових згинаючих моментів. Таким чином, великі деформації щогли призводять до того, що її розрахункова схема змінюється під навантаженням, а тому необхідно виконувати розрахунок за деформованою схемою методом послідовного наближення.

Працездатність щогл забезпечується попереднім натягом відтяжок, в результаті чого вони можуть сприймати стискаючі зусилля, а також збільшується їх поздовжня жорсткість за рахунок зменшення стріли провисання.

Перед розрахунком розробляється конструктивна схема щогли з призначенням форми і основних розмірів елементів стовбура, необхідних для визначення вітрового тиску на щоглу.

Розрахунок щогли виконується в два етапи. На першому, наближеному етапі, коли перерізи відтяжок ще невідомі (а відповідно, ще невідомі ні вага ниток, ні вітрове навантаження на них), відтяжки розглядаються як невагомі нитки, і переміщення вузлів кріплення їх до стовбура щогли не враховуються. В результаті стовбур умовно розраховується, як балка на жорстких опорах. Для спрощення попередніх розрахунків в вузли опирання такої балки вводяться шарніри. Отримана таким чином спрощена розрахункова система використовується для попереднього підбору перерізів стовбура і відтяжок. Для цього в напрямку на одну з відтяжок визначається розрахункове вітрове навантаження на стовбур щогли. За результатами розрахунків будується епюра фактичного вітрового тиску на стовбур щогли, яка в межах ділянок між вузлами кріплення відтяжок замінюється еквівалентним рівномірно розподіленим навантаженням. Таким чином, стовбур щогли розглядається як система розрізних балок, навантажених вітровим тиском (рис.17.6). Для кожної балки визначаються опорні реакції і обчислюється сума реакції балок в кожному вузлі. Тоді зусилля розтягу в i-тій відтяжці визначається як (рис.17.7):

,