Руководство по выбору железобетонных опор: подробное объяснение типов G, Y и BY

В списках закупок железобетонных опор, на чертежах проектирования линий и заводских табличках чаще всего встречаются обозначения G, Y и BY. На первый взгляд это просто разные буквы, но за ними стоят три различных способа армирования и логики восприятия нагрузки. Для проектировщиков, закупщиков и строителей понимание этих трёх обозначений важнее, чем простое сравнение цен.

Опора G: арматура берёт нагрузку на себя

G обозначает железобетонную опору, также называемую опорой без предварительного напряжения. Её конструкция относительно проста: продольная обычная арматура плюс спиральная арматура, снаружи залит бетон. Внешняя нагрузка в основном воспринимается продольной обычной арматурой, это обычный железобетонный элемент. Главное преимущество опоры G — хорошая пластичность, проще говоря, она гнётся, но не ломается. Когда нагрузка превышает проектное значение, обычная арматура сначала начинает течь, опора изгибается и деформируется, но не разрушается сразу. Это даёт эксплуатационному персоналу время обнаружить и заменить её. В угловых опорах, концевых опорах и других местах, воспринимающих небалансированное натяжение проводов, такая пластичность очень важна.

В реальной эксплуатации после нескольких лет работы на некоторых линиях у части опор появляются кольцевые или продольные трещины. Как только трещины образуются, дождевая вода и влага легко проникают к арматуре, начинается коррозия, и долговечность становится долгосрочным слабым местом опор G. Поэтому опоры G подходят для условий, где требуется высокая пластичность и возможен регулярный осмотр, но в агрессивных средах необходима усиленная антикоррозионная защита или другие меры.

Опора Y: бетон предварительно обжимается

Y обозначает предварительно напряжённую железобетонную опору. При изготовлении высокопрочная стальная проволока или пряди сначала растягиваются до проектного натяжения, затем заливается бетон и производится центробежное формование. После пропаривания до достижения заданной прочности анкерные концы арматуры обрезаются. При усадке арматуры бетону сообщается предварительное сжимающее напряжение. Когда опора воспринимает ветровую нагрузку, натяжение проводов или гололёдную нагрузку, это предварительное сжатие компенсирует часть растягивающих напряжений, тем самым повышая трещиностойкость. По сравнению с опорами G, опоры Y позволяют экономить сталь, они легче, толщина стенки может быть меньше, что облегчает транспортировку и монтаж. В промежуточных опорах изгибающий момент от собственного веса проводов и ветровой нагрузки относительно невелик, поэтому преимущества высокой трещиностойкости и лёгкости опор Y проявляются легко. Их часто применяют на распределительных линиях 10 кВ и ниже, особенно на участках с небольшим диаметром проводов и короткими пролётами.

Однако недостатки опор Y столь же очевидны. Ограниченные толщиной стенки и классом прочности бетона, количество предварительно напряжённой арматуры ограничено, несущая способность относительно низкая. В некоторых стандартных типоразмерах максимальный класс нагрузки предварительно напряжённых опор ограничен, и они обычно не подходят для воспринимающих большие изгибающие моменты несущих опор. Более критичен риск хрупкого разрушения. При воздействии внешних сил, значительно превышающих проектное значение, например, сильного ветра, удара или обрыва провода, предварительно напряжённая арматура может внезапно оборваться, и опора разрушается практически без заметного предупреждения. Кроме того, натяжной конец предварительно напряжённой опоры является слабым местом антикоррозионной защиты. Вблизи засолённых грунтов, прибрежных районов или химических парков хлорид-ионы представляют большую угрозу коррозии арматуры, и долговечность может быть ниже, чем у опор без предварительного напряжения.

Опора BY: два вида арматуры выполняют свои задачи

BY обозначает частично предварительно напряжённую железобетонную опору. Её продольная основная арматура состоит из двух частей: предварительно напряжённая арматура отвечает за трещиностойкость, а обычная арматура — за несущую способность и пластичность. От вершины к основанию опоры коэффициент армирования может увеличиваться по участкам, так что площадь поперечного сечения, коэффициент армирования и несущая способность соответствуют изгибающему моменту от внешних сил, обеспечивая армирование по потребности. По своим характеристикам опора BY занимает промежуточное положение между опорами G и Y. По сравнению с конструкцией, где предварительно напряжённая арматура расположена по всей длине, опора BY позволяет сэкономить определённое количество стали. Она сохраняет преимущества трещиностойкости, обеспечиваемые предварительно напряжённой арматурой, и одновременно за счёт обычной арматуры улучшает характер разрушения, избегая риска хрупкого разрушения чисто предварительно напряжённой опоры.

Истинная ценность опор BY наиболее полно проявляется на высоковольтных линиях. Для угловых опор без оттяжек 10 кВ, концевых опор, а также воздушных линий 35–330 кВ часто необходимо одновременно обеспечить высокую трещиностойкость и высокую несущую способность. Чисто предварительно напряжённые опоры не обладают достаточной несущей способностью, а чисто обычные опоры относительно слабы в контроле трещинообразования. Гибридное армирование опор BY как раз заполняет этот пробел. В последние годы появляются стандарты и изделия для частично предварительно напряжённых опор с большим изгибающим моментом для высоковольтных линий, что подтверждает эту тенденцию. Для районов с большими пролётами, большим сечением проводов, сильным гололёдом или сильным ветром опоры BY часто являются более сбалансированным выбором.

Выбор: учитывать и нагрузки, и окружающую среду. Если запомнить только один принцип выбора, его можно сформулировать так: для промежуточных опор предпочтительны опоры Y; для несущих опор, таких как угловые, концевые и анкерные, предпочтительны опоры BY или G. Промежуточные опоры воспринимают небольшие изгибающие моменты, поэтому преимущества высокой трещиностойкости и лёгкости опор Y могут быть полностью реализованы. Несущие опоры воспринимают небалансированное натяжение проводов, изгибающие моменты велики и разнонаправлены, поэтому требуются гибридное армирование опор BY или пластичность опор G.

Экологические факторы также нельзя игнорировать. Вблизи прибрежных районов, засолённых грунтов и химических парков хлорид-ионы представляют большую угрозу коррозии натяжного конца предварительно напряжённой арматуры, поэтому опоры G или опоры BY со специальной антикоррозионной обработкой надёжнее. В районах с сильным ветром и гололёдом следует отдавать предпочтение опорам Y или BY с хорошей трещиностойкостью, чтобы избежать ускоренного раскрытия трещин при циклах замораживания-оттаивания. В районах с большими перепадами температур и попеременным увлажнением и высыханием также следует обращать внимание на толщину защитного слоя бетона и класс контроля трещиностойкости. Суть выбора железобетонных опор не в том, чтобы сравнить, у кого выше прочность, а в том, чтобы характер разрушения опоры соответствовал возможностям эксплуатации и обслуживания линии. Опоры G обладают хорошей пластичностью, опоры Y — высокой трещиностойкостью, опоры BY сочетают и то, и другое. Понимание логики армирования, стоящей за G, Y и BY, позволяет принимать более обоснованные решения на чертежах и в закупочных списках, а также находить более подходящий баланс между стоимостью, долговечностью и безопасностью.