Дополнение к «Разрешению…»№718 от21.06.2004 года.

 

 

 

 Расчёт на прочность антенных сооружений RZ0AK.

 

1. Параметры антенных канатиков.

 

	Медь	Бронза	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь
Структура	7х7х0,2	7х7х0,2	18Fe x 1Cu x 0,4	7x7x0,11	7x7x0,16	7x7x0,22	1x19x0,31	1x19x0,4
Номинальный диаметр, мм	1,8	1,8	2,1	1	1,5	2	1,5	2
Разрывная нагрузка, кгс (дкН)	40	62	390	70	160	300	230	380

 

2. Проволочные тросы для растяжек.

 

	Сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь
Структура	1х19х0,4	7х7х0,22	7х7х0,16	7х7х0,2	7х7х0,23	7х7х0,26
Номинальный диаметр, мм	2,0	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
Разрывная нагрузка, кгс (дкН)	390	300	425	665	812	1130

 

3. Синтетические фалы.

 

	Полиамид	Поли- пропилен	Поли-эстер	Дакрон	Полиэтилен	Арамид
Структура
Номинальный диаметр, мм	4,6,8,10	6,8,10	4,5,6,8,10	2,4 4,8 7,9	6, 8	4, 6, 8
Разрывная нагрузка, кгс (дкН)	320,740, 1320,2040	540,940, 1400	400,540, 750,1400, 2550	120, 360, 830	900-1500, 1400-2700	540, 1270, 2350

*допустимая нагрузка натяжных фалов не должна превышать 30% разрывной нагрузки (троекратный запас прочности).

** при длине фала от 20 до 80м натяжение его должно составлять от 10 до 15дкН (10-15 кГс).

 

4. Ветровая нагрузка.

ВН-горизонтальные силы, действующие на опорную трубу и возникающие вследствие ветрового сопротивления антенны (DIN IEC 597, ч.1, раздел 39).

ВН определяется соотношением W=cqA, где W-ветровая нагрузка в Н, с-множитель (фактор формы), для круглой формы с=1,2 , А-площадь сечения  (кв.м), q-скоростной напор в Н/м2.

Оценка ветровой нагрузки, которую приводят предприятия-изготовители антенн, исходит из скоростного напора величиной 800 Н/м2 для высот до 20м, что соответствует скорости ветра 129 км/час (35,8 м/сек), т.е. силе ветра 12 баллов.

При монтаже выше 20м над грунтом или выше 8 этажа здания ветровой напор считается равным 1100 Н/м2.

В открытой местности, например на вершинах холмов и гор, ветровой напор принимается равным 1440 Н/м2.

 

Высота установки	До 20 м 6-7 этаж	Выше 20 м 8-10 этаж	Откр. местн. (телецентр)
Скорость ветра км/час (м/сек)	129 (35,8)	155 (42)	175 (47)
Ветровая нагрузка Н/м2 (кГс/м2)	800 (80)	1100 (110)	1440 (144)

 

5. Изгибающий момент.

 

ИМ-сила, действующая на все элементы мачты антенны и приложенная к верхней точке крепления.

M=WL,

где М-изгибающий момент в Н/м, W-ветровая нагрузка в Н, L-длина (высота) мачты от её основания до места крепления антенны в м.

Согласно VDE 0855, нельзя  выходить за предел допустимого изгибающего момента

М=1650 Нм (165 кГс) при нижнем креплении антенны (за основание и без оттяжек и расчалок). При расчаливании антенны корректировка М осуществляется необходимым количеством ярусов оттяжек путём ступенчатого расчёта с учётом требований по расчаливанию трубы антенны.

Расчаливание трубы антенны осуществляется участками не более 1/6 от всей её длины.

Антенные устройства высотой до 10м включительно сооружаются без согласования с властями. Высотой антенны считается расстояние от основания до самой высокой точки антенного устройства.

Стандартов на проверку статических расчётов мачты не существует, однако местные власти вправе выдвинуть претензии к антенне в пределах дозволенной 10-метровой высоты, если сочтут её не соответствующей окружающей обстановке, но подобные претензии не поддаются чёткой правовой оценке.

 

6. Расчёт типовой  GP –вертикальной штыревой антенны.

 

6.1 Исходные данные:

·        Высота установки антенны –более 20 м (кровля 9-этажного здания).

·        Максимальная расчётная скорость ветра-155 км/час (42 м/сек).

·        Ветровой напор-1100 Н/м2 (110 кГс/м2).

·        Материал антенны-составная мачта из стандартных стальных труб диаметром 42,4мм (2 секции по 4,5 м и стандартная судовая антенна длиной 6,5м диаметром у основания 25 мм).

·        Материал оттяжек-стальная проволока диаметром 4мм, разрывная нагрузка более 800 кГс. 4-яруса стальных оттяжек и 4 фала у вершины из полиамидного шнура диаметром 2 мм, разрывная нагрузка около 120 кГс.

6.2 Оценка ветровой нагрузки:

-площадь сечения антенны A=(3,14*R1*Ll)*2+(3,14*R2L2),

где R1=42,4:2=21,1 mm т.е. 0,0211м; L1=4,5*2=9м; R2=25:2=12,5mm т.е. 0,0125м; L2=6,5м.

A=3,14*0,0211*9+3,14*0,0125*6,5=0,851м2

W=cqA=1,2*110*0,851=112,332 кГс.

 

6.3  Изгибающий момент:

 

            M=W*L=112,332*15,5=1741,135 кГс*м

Т.о. при допустимом М=165 кГс*м при креплении антенны только за основание её, необходимо расчаливание трубы антенны не менее, чем в 15,5:6=2,6 т.е. 3-х местах.

С учётом схемы и принципа работы антенны существует необходимость крепления к вершине её 2-х проводящих ёмкостных нагрузок по 8,5м и, естественно, 2-х изолирующих полиамидных расчалок. Следовательно, суммарное количество ярусов-4, что при своей избыточности дополнительно повысит надёжность работы антенны на изгиб верхних секций антенны.

 

Секционная проверка на изгиб:

-первые 2 секции трубы по 4,5м будут характеризоваться следующими параметрами каждая:

L1,2=4,5m; A=0,0297m2, тогда W1,2=cqA=1,2*110*0,0297*4,5=16,5 кГс, а  M=WL=16,5*4,5=74,25 кГс*м  т.е. удовлетворяют предъявляемым требованиям.

-последующие 2 секции труб по 3,25 м будут характеризоваться следующими параметрами каждая:

L3,4=3,25m; A=0,0127m2, тогда W3,4=cqA=1,2*110*0,0127*3,25=5,252кГс, а M=WL=5,252*3,25=17 кГс*м , что свидетельствует о троекратном запасе на изгиб.

 

С учётом того, что допустимая разрывная нагрузка используемых для растяжек и расчаливания материалов многократно превышает действующие изгибающие моменты (800>>165), расчёты растяжек и расчалок не имеют практического смысла и не приводятся.

 

 

7. Расчёт типовой телескопической антенны армейского образца с установленным на вершине  вращающимся направленным излучателем типа  Yagi.

 

 

7.1 Исходные данные:

·        Высота установки антенны –более 20 м (кровля 9-этажного здания).

·        Максимальная расчётная скорость ветра-155 км/час (42 м/сек).

·        Ветровой напор-1100 Н/м2 (110 кГс/м2).

·        Материал антенны-стандартные телескопические алюминиевые (Д16Т) секции диаметром 100-50мм (6 секций по 1,85 м).

·        Материал оттяжек-стальная проволока диаметром 4мм, разрывная нагрузка более 800 кГс 3-яруса  и 4 фала у вершины из стального многожильного изолированного троса диаметром 3,5 мм, разрывная нагрузка около 812 кГс.

·        Вращающийся направленный излучатель типа  Yagi массой 15 кг.

7.2 Оценка ветровой нагрузки:

-площадь сечения антенны A=(3,14*R1*Ll),

где R1=(100+50):4=37,5 mm т.е. 0,0375м; L1=10м;                                                A=3,14*0,0375*10=1,178м2

Ветровая нагрузка W=cqA=1,2*110*1,178=155,496 кГс.

 

6.3  Изгибающий момент:

 

            M=W*L=155,496*10=1554, 96 кГс*м

Т.о. при рекомендуемом М=165 кГс*м при креплении антенны только за основание её, необходимо расчаливание трубы антенны не меннее, чем в 10:6=1,7 т.е. 2-х местах.

С учётом того, что к вершине мачты L=0,5м крепится вращающийся излучатель, то в этом месте необходим ещё дополнительный ярус оттяжек для полной компенсации изгибающего и крутящего моментов данного узла системы мачта-излучатель (классический вариант) . Принимаем суммарное количество ярусов-5, что при своей избыточности дополнительно повысит надёжность работы на изгиб секций антенны.

 

Секционная проверка на изгиб:

-первая секции мачты 1,85м будет характеризоваться следующими параметрами:

L1=1,85m; A=3,14*0,050*1,85=0,028m2, тогда W1=cqA=1,2*110*0,028*1,85=6,8 кГс, а

M=WL=6,8*1,85=12,58 кГс*м т.е. удовлетворяют предъявляемым требованиям c многократным запасом.

-последующие 2 секции труб L2,3 по 1,85 м будут характеризоваться следующими параметрами :

L2,3=3,7m; A=0,056m2, тогда W2,3=cqA=1,2*110*0,056*3,7=13,6кГс, а M=WL=13,6*3,7=50,32 кГс*м  т.е. удовлетворяют предъявляемым требованиям c многократным запасом.

-последующие 3 секции труб L4,5,6 по 1,85 м будут характеризоваться следующими параметрами:

L4,5,6=5,55m; A=0,084m2, тогда W4,5,6=1,2*110*0,084*5,55=61,54 кГс, т.е. а M=WL=61,54*5,55=341,5 кГс*м , что подтверждает принятое решение о применении  верхнего яруса оттяжек из многожильного стального троса (см. выше).

 -конечная секция (вращающийся излучатель) будет характеризоваться следующими параметрами:

Lк=0,5m; A=3,14*0,025*0,5=0,039m2

Lизл= 6m; A=(3,14*0,025*6)=0,471m2 (траверса 6м трубки Д16Т диаметром 50мм, расположенная горизонтально, крепится в своей средней части к оконечной секции и влияет в основном только на осевое кручение мачты). Аобщ=0,039+0,471=0,51 m2

W общ=1,2*110*0,51*0,5=33,66 кГс, а Mобщ=WL=33,66*0,5=15,83 кГс*м, что не превышает рекомендуемого значения.

С учётом того, что допустимая разрывная нагрузка используемых для растяжек и расчаливания материалов многократно превышает действующие изгибающие моменты (800>>165), расчёты растяжек и расчалок не имеют практического смысла и не приводятся.

Каждая из мачт фиксируется на кровле четырьмя группами оттяжек через 90 градусов в плане с радиусом около 5м. Размещение мачт и групп оттяжек в основном документе и приложениях к нему.

                                                                                              П.В. Малюта / RZ0AK/

                                                                                              02.03.2005 года.