/
Текст
А Г СОКОЛОВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
КОНСТРУКЦИИ
АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ
А. Г. СОКОЛОВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
Москва — 1971
УДК 624.97.014.2
3—2—5
110—1971
Монография состоит из трех частей: в первой из¬
ложены общие положения проектирования и строитель¬
ства металлических конструкций антенных устройств,
во второй — их конструктивные решения и в третьей —
даны приемы расчета. Рассмотрены металлические кон¬
струкции антенных устройств различного назначения,
работающих на различных диапозонах радиоволн: ки¬
лометровом, центометровом, декаметровом. метровом,
дециметровом, сантиметровом и даже миллиметровом,
часть из них нашла в последнее десятилетие широкое
применение для спутниковой и космической связи и для
радиоастрономии. В книге отражены особенности рабо¬
ты этих конструкций.
Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков
таких сооружений, студентов и научных работников.
ВВЕДЕНИЕ
Для современной науки и практики характерно взаимопро¬
никновение различных областей научных разработок и
внедрение в практику взаимно достигнутых результатов. Уже оп¬
ределились отрасли науки, которые, опираясь на успехи смеж¬
ных отраслей, в самом широком объеме используются во всех
сферах практической деятельности.
К числу таких отраслей относятся радио и электроника.
Развитие радио и электроники сопровождалось и сопровож¬
дается развитием антенной техники, а следовательно, и при¬
кладной ее части — конструктивных решений антенных уст¬
ройств, которые рассматриваются в предлагаемой книге.
Конструкции современных антенных устройств очень раз¬
нообразны и сложны, геометрические размеры их достигают
сотен метров и даже превышают километры. В подавляющем
большинстве они изготовляются из металла. Доля стоимости
этих конструкций в общем комплекте радиообъектов составля¬
ет в среднем 50%.
Металлические конструкции антенных устройств в большин¬
стве случаев не защищены от метеорологических воздействий.
Поэтому при создании таких конструкций приходится помимо
технологических требований тщательно учитывать особенности
метеорологических воздействий на сооружения и, сообразуясь
с ними, устанавливать конструктивные формы.
В книге рассмотрены металлические конструкции антенных
устройств разного назначения, работающих с использованием
различных диапазонов радиоволн: километрового, центометро¬
вого, декаметрового, метрового, дециметрового, сантиметрового
и даже миллиметрового. Конструкции антенных устройств, ра¬
ботающие на последних трех диапазонах радиоволн, нашли
в последнее десятилетие широкое применение для спутниковой
и космической связи и для радиоастрономии. К этим антенным
устройствам предъявляются особые требования по сохранению
их формы, и расчет по второму предельному состоянию для них
является определяющим, что также отражено в книге.
Комплекс вопросов, связанных с разработкой инженерной
части металлических конструкций антенных сооружений и их
воздействием, чрезвычайно разнообразен. Вопросы эти затра¬
1
3
гивают прикладную климатологию, аэродинамику, аэроупру¬
гость, расчет многократно статически неопределимых нелиней¬
ных предварительно напряженных систем, динамические воз¬
действия и связанные с ними усталостные явления, а также
практику производства, и в первую очередь изготовления, мон¬
тажа и выверки подобных конструкций.
Многие из этих вопросов представляют самостоятельный
большой интерес и выходят далеко за рамки настоящей рабо¬
ты. В таких случаях автор ссылается на обширную библиогра¬
фию, приводимую в конце книги.
Глава I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
§ 1. Исторический обзор
Вместе с бурным развитием радио и электроники, происхо¬
дившим в XX в., и особенно в его второй половине, так же бур¬
но развивалась антенная техника и сопутствующая ей об¬
ласть — инженерные конструкции антенных устройств.
На заре развития радио инженерные конструкции антенных
устройств были нужны лишь для поддерживания проволочных ан¬
тенн на определенной высоте и представляли собой опоры не¬
большой, по современным понятиям, высоты с небольшими на¬
грузками от антенн и выполнялись в виде башен или мачт.
В настоящее время металлические конструкции антенных уст¬
ройств превратились в чрезвычайно сложные инженерные соо¬
ружения. Они выполняются не только в виде опор, поддержи¬
вающих антенны различного назначения, но и в ряде случаев
состоят из комплекса конструкций сложной геометрической
формы, которые сами являются неотъемлемой частью антенного
устройства.
Дату 7 мая 1895 г. демонстрации А. С. Поповым на заседа¬
нии Русского физико-химического общества передачи сигналов
без применения проводов на несколько метров принято считать
днем изобретения радио. В марте 1896 г. на заседании этого же
общества были переданы слова «Генрих Герц» на расстояние
250 м.
Уже в первый период применения радио (до 1899 г.) даль¬
ность передач доходила до 44 км, высота стационарных антенн
достигала 56 м, а временных (на змее) — 100 м. Некоторые
данные о линиях радиосвязи приведены в табл. 1.
При первых опытах, осуществляемых в морском ведомстве,
применялись деревянные одноствольные мачты, которые выпол¬
нялись по типу корабельных (рис. 1). Уже в это время инже¬
нерная часть антенн существенно влияла на развитие радиопе¬
редач, поскольку единственным приемом увеличения мощности
и дальности передачи являлось увеличение геометрических раз¬
меров антенных систем. Это дало возможность построить не¬
сколько стальных мачт со стволом из одной трубы, выполнен-
5
Таблица 1
Дата
Пункт передачи
Высота
антенны, м
Пункт приема
Высота
антенны,
м
Длина
линии, км
Май
1897 г.
Стенка Крон¬
штадтской га¬
вани
—
Баркас «Рыбка»
9
0,7
Июль
1897 г.
Остров Трей-
кар-Сари
18
То же
9
2,8
Крейсер «Африка»
20
5,3
Июль
1897 г.
Транспорт «Ев¬
ропа!
16
То же
20
5,3
Июль
1898 г.
Остров Тупа-
рон-Сари
—
20
8,5
Август
1899 г.
Броненосец
«Георгий По¬
бедоносец»
34
Броненосец «Три
святителя»
—
16,4
34
Крейсер «Капитан
Сакен»
18
25
100*
То же
18
29
Декабрь
1899 г.
Остров Гогланд
18
Котка
56
44
* Антенна была поднята на змее.
ных по типу деревянных, но не нашедших в дальнейшем широ¬
кого применения.
Для временных радиостанций антенны прикреплялись к зме¬
ям (см. табл. 1) или к воздушным шарам (рис. 2).
Несмотря на отечественное изобретение радио в период с
1900 до 1910 г., развитие его в России шло по линии выполне¬
ния отечественных заказов заграничными фирмами, и лишь в
1910 г. организуется радиотелеграфное депо морского ведомст¬
ва и ряд радиостанций осуществляется отечественными силами.
В 1914 г. строятся: в Москве на Ходынке искровая радио¬
станция мощностью 100 кет; для военного ведомства мощные ра¬
диостанции в Николаеве, Ташкенте, Чите, Кушке; в системе поч¬
тово-телеграфного водомства радиостанции на севере для ме¬
теослужбы и связи Камчатки и Сахалина с Владивостоком.
В 1914—1915 гг. были спроектированы и построены решетча¬
тые металлические и деревянные мачты высотой ПО м и решет-
6
чатые металлические башни треугольной формы в плане (рис.
3) высотой 75 и 90 м, служившие для подвески достаточно тя¬
желых для того времени антенных сетей.
Несмотря на отечественный приоритет, вследствие полити¬
ческой и индустриальной отсталости России антенная техника
радиостанций
того периода отставала от зарубежного уровня. Так, в Герма¬
нии антенны уже подвешивались на опоры высотой около 200 .и
(Науэн).
1917—1927 гг.
Первая мировая и далее гражданская войны затормозили
развитие радиотехники, и лишь с 1919 г. по непосредственному
указанию В. И. Ленина радиостроительство получило новый
толчок. Этот период характеризуется строительством вещатель¬
ных радиостанций, работающих преимущественно в диапазоне
радиоволн длиной от 200 до 2000 мм. И лишь начиная с 1925 г.
начал использоваться диапазон более коротких радиоволн
(10—50 м).
В 1922 г. в Москве на Шаболовке вводится в строй самая
мощная (—12 кет) для того времени в мире ламповая радио¬
вещательная станция. В качестве опоры для антенны была ис¬
пользована запроектированная В. Г Шуховым башня высотой
7
Рис. 3. Металлическая
треугольная стальная Рис. 4. Башня Шухова высотой Рис. 5. Деревянная четырехстволь-
башня (1914—1915 гг.) 165 я, построенная в 1922 г. ная мачта (1919 г.)
8
150 м (в дальнейшем она была надстроена до 165 м) в виде
сетчатого гиперболоида вращения (рис. 4) и осуществленная
при участии А. П. Таланкина.
В этот же период строятся новые радиостанции в Москве»
Ленинграде и Нижнем Новгороде с проволочными антеннами,
I
Рис. 6. Общий вид антенных устройств на
Ташкентской радиостанции, 1924—1926 гг.
поддерживаемыми в большинстве четырехствольными деревян¬
ными мачтами высотой 100—150 м, имеющими несколько яру¬
сов оттяжек (рис. 5).
Первая радиотелеграфная коротковолновая линия связи
Москва — Ташкент была построена в 1924—1926 гг. В качестве
опор для поддерживания антенны были применены металличе¬
ские башни треугольной формы в плане (рис. 6).
В 1922 г. по проекту группы научных сотрудников (Н. Н. Аи¬
стов и др.) Петроградского института гражданских инженеров
было построено семь радиомачт высотой 120,5 м со стволом из
уголков для СССР и Персии, которые собирались на земле и
9
поднимались с помощью падающих стрел высотой 13,5 и 40 м.
Последний этап подъема такой мачты в Персии показан на
рис. 7.
В этот период появились первые теоретические работы по
мачтостроению (С. Я. Турлыгин, С. К. Баксаков и др.), связан¬
ные в основном со строительством деревянных мачт и печатав¬
шиеся в журналах «Радиотехник» и «Телеграфия и телефония
без проводов».
В. И. Ленин придавал огромное значение развитию радио¬
средств и организации общегосударственной сети радиостан¬
ций. При Наркомате почт и телеграфа был организован Ра¬
диотехнический совет, который занимался вопросами эксплуа¬
тации и накапливания опыта по антенным устройствам. Совету
Народного Хозяйства передавались все радиозаводы, чем было
положено начало советской радиопромышленности, независи¬
мой от иностранных фирм.
В этот и последующий период весьма плодотворно работал
Г В. Шулейкин, занимавшийся комплексом вопросов, связан¬
ных с антенно-мачтовыми конструкциями.
1927—1941 гг.
В декабре 1927 г. XV съезд партии утвердил Директивы по
первому пятилетнему плану, которым были намечены невидан¬
ные ранее масштабы развития народного хозяйства СССР.
Для реализации этого плана впервые в СССР (и России)
приступили к созданию промышленности стальных конструкций
с организацией специальных заводов и монтирующих организа¬
ций. Уже в середине рассматриваемого периода организация
промышленности строительных металлоконструкций была в ос¬
новном завершена. В связи с все возрастающими размерами ан¬
тенных устройств, которые в этот период выполнялись в виде
мачт и башен, разработкой, изготовлением и монтажом конст¬
рукций стал заниматься Наркомат по строительству, обладав¬
ший квалифицированными инженерно-техническими кадрами и
специализированными производствами в области металлострои-
тельства и монтажа.
В начале этого периода большинство опор для антенных
устройств осуществлялось силами Наркомсвязи и выполнялись
они до 1936 г. или в виде деревянных четырехствольных радио¬
мачт1 высотой до 175 м, или в виде безраскосных сварных мачт
из рельсов высотой 205 м и весом 52 т (рис. 8) (в их разработ¬
ке ведущая роль принадлежала Г. В. Шулейкину). К концу
1 Деревянные мачты имели плохие эксплуатационные характеристики —
были недолговечны, возгораемы и в последующий период применялись лишь
для высот до 50 м.
10
Рис. 8. Безраскосные мачты из
рельсов разработки Г. В. Шулей¬
кина (1936 г.)
Отечественной войны они сильно деформировались и последняя
из них была ликвидирована в 1962 г.
С 1935 г. проектные и связанные с ними экспериментальные
разработки и исследования в области инженерных конструк¬
ций антенн производились в проектной конторе Стальконструк-
ция (в настоящее время ЦНИИПроектстальконструкция Госст¬
роя СССР), организованной на основе проектного бюро В. Г. Шу¬
хова. Изготовлялись эти конст¬
рукции на заводах, подчиненных
Главстальконструкции Нарком-
строя СССР, а монтаж велся
силами треста Стальконструк-
ция.
Весь этот период характеризу¬
ется строительством большого чи¬
сла новых радиовещательных
станции, количество которых к
концу первой пятилетки (1932 г.)
достигло 57, а к концу второй пя¬
тилетки (1937 г.) превысило 90.
При этом неизменно возрастала
мощность радиостанций и соот¬
ветственно возрастали размеры
антенн и опор.
В 1933 г. была построена ра¬
диостанция им. Коминтерна в Мо¬
скве со сложными проволочными
антеннами, подвешенными на че¬
тырех 200-jw стальных мачтах с
изолированными основаниями, и
оттяжками с секционированными
изоляторами.
В 1937 г. вступила в строй мо¬
щная коротковолновая радиове¬
щательная станция РВ96 с ори¬
гинальными антеннами, предло¬
женными А. Л. Минцем (рис. 9).
В 1938—1939 гг. была постро¬
ена и пущена в эксплуатацию се¬
рия мощных длинноволновых ра¬
диостанций с использованием стальных мачт высотой 200 м из
уголков (рис. 10) и коротковолновых радиостанций с антеннами
по типу, указанному на рис. 9, для объектов Дальнего Востока,
Сибири и Средней Азии. Опыт этих работ был обобщен Е. Ф. Ко¬
тляром [66].
Во время Великой Отечественной войны была сдана в экс¬
плуатацию радиовещательная радиостанция длинных и средних
Н
Рис. 11. Башня-антенна
высотой 205 м (первая
опора обтекаемого типа
1940—1942 гг.)
«X Е
12
радиоволн. Для нее были разработаны оптимальные решения
башен высотой 205 м, изолированных в основании (рис. 11).
В 1941 г. в Москве была начата реконструкция радиоцентра
на Шаболовке с целью использования опоры для установки теле¬
визионной антенны.
В период 1940—1941 гг. в проектной конторе Стальконструк-
ция была проведена большая комплексная исследовательская ра¬
бота, позволившая создать новые типы башен так называемого
обтекаемого типа1. Благодаря этим теоретическим и эксперимен¬
тальным исследованиям в СССР были созданы конструкции ба¬
шен и мачт, явившиеся прототипом большинства последующих
мачт и башен. Башни и мачты этого типа по технико-экономиче¬
ским показателям были лучшими в мировой практике и широко
используются по настоящее время.
В результате проведенных исследований удалось создать
башни с уменьшенной нагрузкой от ветра и соответственно
уменьшить вес их по сравнению с ранее применявшимися типа¬
ми более чем в два раза.
1941—1945 гг.
Этот период характерен полным подчинением всех сторон де¬
ятельности страны военным нуждам. В первую половину этого
периода заканчивалось строи¬
тельство ранее начатых радио¬
станций, и в том числе ранее
указанной сверхмощной радио¬
станции, а также велось пере¬
базирование ряда радиостан¬
ций в тыловые части страны.
Были разработаны мачты для
перевозных военных радио¬
станций (рис. 12), а также
сборно-разборные автоматиче¬
ские метеостанции (рис. 13),
устанавливаемые в отдаленных
точках страны.
С 1943 г. начались перспек¬
тивные разработки по созда¬
нию современных мачт для вос-
Рис. 12. Мачта высотой 60 м для пе¬
ревозных (по ж. д.) радиостанций
1 Работа была выполнена под руководством автора. Коллектив в соста¬
ве А. Г. Соколова, А. А. Господарского, Н. С. Понаморева и Г. А. Савицкого
в 1946 г. был удостоен Государственной премии.
13
14
становления антенного хозяйства на разрушенных немцами ра¬
диостанциях. Были разработаны мачты так называемого инвен¬
тарного типа высотой до 350 м, находящие широкое применение
и в настоящее время (рис. 14).
Предыдущие разработки конструктивных форм радиомачт и
башен явились очень важными для народного хозяйства, и проф.
Н. С. Стрелецкий включил в «Курс металлических конструкций»,
вышедший в 1944 г., а также во все последующие курсы для ву¬
зов по металлическим конструкциям разделы, относящиеся к
этим сооружениям.
1946—1950 гг.
Первый пятилетний план восстановления и развития народно¬
го хозяйства предусматривал полную ликвидацию последствий
второй мировой войны и большую программу строительства, в
том числе объектов радио.
Сравнения, проведенные во время войны с техникой как со¬
юзников, так и противника, позволили выявить как сильные, так
и слабые стороны отечественных разработок в области радио и
электроники и установить, что уровень технических решений это¬
го периода в области строительства башен и мачт в СССР был
благодаря разработкам, проделанным в 1941—1945 гг., наиболее
высоким по сравнению с любой страной мира. В большом коли¬
честве строились синфазные горизонтальные антенны, для кото¬
рых была проведена типизация решений (рис. 15), а также мач¬
ты-антенны на основе инвентарных мачт высотой до 235 м.
Впервые в отечественной практике были разработаны пере¬
возные опоры высотой 20 м* для быстрого развертывания вре¬
менных радиорелейных линий (рис. 16).
В этот же период с участием СССР на основе инвентарных
мачт были построены радиомачты в Польше, Югославии, Болга¬
рии, Румынии и других странах.
Проведенные в этот период разработки трех типов мачт поз¬
волили использовать их для высот от 40 до 400 м (табл. 2).
Проведенная в связи с 50-летием изобретения А. С. Поповым
радио научно-техническая конференция, созванная в 1945 г. оп¬
ределила уровень отечественного и зарубежного состояния в об¬
ласти радио и электроники и наметила перспективы дальнейше¬
го развития, позволившие провести ряд организационно-техни¬
ческих мероприятий и стимулировать развитие радио и электро¬
ники.
Основными выводами, сделанными в это время, было решение
о первоочередной необходимости расширения разработок с
* В дальнейшем эти опоры были модернизированы и их высота увеличе¬
на до 30 м.
15
OOSi OOSU qosh
Рис. 15. Башни для подвески синфазных гори- Рис. 16. Перевозные быстроразвер- Рис. 17. Типовые телевизи-
зонтальных антенн тываемые опоры типа 1948 г онные башни высотой 180+
+ 12 м типа 1954 г.
16
Таблица 2
Принятое
название типа
Форма в плане
и размеры, мм
Вес 1 м, кг
Форма сечения
поясов
Сечение раскосов
Диапазон непре¬
рываемых вы¬
сот, м
Количество яру¬
сов оттяжек
Количество мет¬
ров ствола, укла¬
дываемых на одну
платформу
Инвентарные
>
200—
300
Труба
Круг¬
лая
сталь
150—
400
2—4
7,5
С уменьшен¬
ной базой
ж
200
»
Тру¬
бы
60—
250
2—4
45
С малой ба¬
зой
100
Круглая
сталь
Круг-
лая
сталь
40—
120
2-4
120
целью использования дециметрового, сантиметрового и милли¬
метрового диапазона радиоволн.
Во второй половине рассматриваемого периода началось
практическое использование дециметрового диапазона для ра¬
диорелейной связи, телевидения и др. Приемы передачи УКВ бы¬
ли использованы Г. 3. Айзенбергом для работы в области сред¬
неволновых диапазонов. Для этой цели были созданы гигантские
антенные устройства, разработанные на основе проведения спе¬
циальных научных и экспериментальных исследований и приме¬
нения принципиально нового решения конструкции антенн.
В этот же период были разработаны первые радионавигаци¬
онные устройства с антеннами, подвешенными на инвентарных
мачтах высотой 205 м.
1951—1955 гг.
Этот период характерен строительством большого числа те¬
левизионных центров, количество которых к 1955 г. увеличилось
до нескольких десятков. В связи с этим были разработаны типо¬
вые телевизионные опоры (рис. 17) для установки турникетной
антенны высотой 12 м, антенны ЧМ.— вещания и параболиче¬
ских антенн ПТС и в некоторых случаях и антенн релейной связи
2—44
17
I
Рис. 18. Мачты высотой до 180 м со
стволом из одной трубы для уста¬
новки телевизионных антенн и ан¬
тенн релейной связи
Рис. 19. Антенны тропосферной свя¬
зи (опытные, типа 1956 г.) размером
20X 20 м
Рис 20. Антенны размером 50X50 м с вращением в меридиональной плоско ¬
сти для Бюраканской обсерватории (проект 1956 г.)
В этот же период было развернуто строительство большого
числа радиорелейных линий прямой видимости с использованием
параболических антенн, плоских антенн типа Р-60 и рупорно-па¬
раболических антенн типа «Весна». В качестве опор для поддер¬
живания антенн использовались башни типа, применяемого для
подвески синфазных горизонтальных антенн и ранее разработан¬
ные типы мачт, а также были разработаны мачты высотой до
Рис. 21. Параболический радиотелескоп ФИАН
с угломестноазимутным вращением, диаметром
22 м (1959 г.)
180 м со стволом из одной трубы (рис. 18) с техническим поме¬
щением, расположенным как на стволе, так и на земле.
Были разработаны новые радиостанции, работающие на ди¬
апазоне радиоволн в несколько десятков километров с антенна¬
ми огромных размеров, а также зонтичные антенные устройства,
работающие в более коротком диапазоне радиоволн, используе¬
мые для навигационных целей, для которых были применены ра¬
нее разработанные типы радиомачт высотой до 300 м.
Были начаты также экспериментальные разработки по ис¬
пользованию тропосферной связи. Первые антенны с сетчатым
2*
19
зеркалом размером 20X20 м построены в 1960 г. (рис. 19), а так¬
же велись разработки вращающихся радиоастрономических ан¬
тенн для Бюраканской обсерватории (рис. 20) и параболическо¬
го радиотелескопа (рис. 21) диаметром 22 м для ФИАН (постро¬
ен в 1959 г.).
1956—1970 гг.
Этот период характеризуется использованием диапазона ра¬
диоволн от нескольких миллиметров до нескольких десятков ки¬
лометров, увеличением мощности радиостанций, развитием
строительства остро направленных поворотных и многодиапазон¬
ных антенных систем, предназначенных для различных целей:
радиовещания, телевидения, релейной связи, навигации, обна¬
ружения, локации, сопровождения, телеметрии и др.
20
21
В этот период построено большое количество телецентров, ос¬
нащенных типовыми опорами, указанными на рис. 17.
Практически все крупные города Советского Союза имеют
передающие антенны, обеспечивающие передачу изображения
для большинства жителей страны. Современные типовые теле-
Рис. 26. Типовые теле¬
визионные опоры высо¬
той 350 м в виде мачт
(построены в 1964—
1967 гг.)
Рис. 27. Опора московского телецентра вы¬
сотой 520 м (из них верхние 150 м метал¬
лические)
визионные опоры поддерживают три антенны различного диапа¬
зона: УКВЧМ, УКВ связи, ПТС и антенны релейной связи (пре¬
имущественно рупорно-параболического типа). Вследствие это¬
го у опор высотой до 250 м около 50% высоты ствола покрыто
антеннами. Такие антенны наиболее просто размещаются на
стволах мачт (рис. 22).
В 1960 г. в Виннице построена телевизионная мачта высотой
350 м (рис. 23) — первенец отечественного строения телевизион¬
ных опор такой высоты, выполненная со стволом из одной трубы,
аналогично тому, как это предполагалось сделать в 1956 г. для
22
опоры высотой 550 м для МТЦ (рис.
24). В 1962 г. в Ленинграде сооружена
башня высотой 310 м (рис. 25). Типо¬
вые телевизионные опоры в виде мачт
высотой 350 м с антеннами для пере¬
дачи трех телевизионных программ
построены в городах Могилеве, Слони-
ме, Ушачах, Минске (рис. 26) в 1964—
1967 гг. В 1958—1968 гг. строится опо¬
ра высотой 520 м Московского теле¬
центра с нижней железобетонной
частью (рис. 27), а также запроекти¬
рованы опоры высотой 372 м для
Киева (рис. 28) и многие другие соо¬
ружения.
Современное состояние строитель¬
ной техники позволяет построить меха¬
нически прочные и устойчивые опоры
высотой, в несколько раз превышаю¬
щей высоту Московского телецентра и
наиболее высоких опор, построенных
за рубежом.
Однако стоимость таких опор очень
велика. Так, например, по предвари¬
тельным оценкам японских фирм, на
строительство башни высотой 2400 м
необходимо затратить около 300 млн.
долларов, что корреспондирует сдан¬
ными [172].
Передачи на большие расстояния
осуществлялись и осуществляются с
применением всех видов релейной
связи:
при расстояниях 10—15 тыс. км —
через спутники, используя
станции, оснащенные пара¬
болическими антеннами
(рис. 29);
при расстояниях 1—2
тыс. км — с помощью антен¬
ных устройств (системы
В. Д. Кузнецова), использу¬
ющих ионосферное рассея¬
ние (рис. 30);
при расстояниях до 500 км — с помощью антенн тропосфер¬
ной связи (системы А. 3. Айзенберга и В. Д. Кузнецова, конст¬
руктивное решение В. М. Краснова, Б. Н. Малинина и А. Г. Со¬
колова) с антеннами размером 20X20 и 30X30 м (рис. 31);
наземные
Рис. 28. Проект опоры высотой 372 м
для Киева
23
Рис. 29. Приемо-передающие антенны для работы через искус¬
ственные спутники Земли
24
Рис. 30. Антенна для работы,
с использованием ионосфер¬
ного рассеяния
Рис. 31. Современные ан¬
тенны тропосферной
связи
Рис. 32. Опора для
магистральной ра¬
диорелейной линии с
антеннами прямой
видимости
25
при расстояниях до 50 км антенны прямой видимости — пара¬
болические, плоские и рупорно-параболического типа, распола¬
гаемые на специальных опорах (рис. 32).
Поскольку радиорелейные линии являются одним из решаю¬
щих направлений развития связи по всей территории СССР и с
другими странами, то плановое развитие этой области является
одной из самых актуальных задач.
Рис. 33. Схема длинноволновой радиостанции, используемой для
навигации
В этот же период получили большое развитие навигационные
и длинноволновые радиостанции с огромными проволочными ан¬
теннами, занимающими километровые пространства и устанавли¬
ваемыми на опорах высотой до 350 м. Одна из схем таких антен¬
ных устройств приведена на рис. 33. При их сооружении возник
ряд специфических вопросов, связанных с метеорологическими
воздействиями (одновременность порывов, толщины отложения
гололеда на больших высотах, вибрация и др.).
В современных антенных устройствах этого класса для сохра¬
нения надлежащих усилий в антеннах (а следовательно, и уси¬
лий, действующих от антенны на опоры) применяются автома¬
тические механизмы, дающие сигнал и включающие в действие
подъемно-спусковые лебедки (например, используется предло¬
жение Л. В. Шофлера и др.).
Применяются различные виды антенн: Т-образные пролетом
в несколько километров, причем используется рельеф местности;
антенны, поднимаемые на высоту нескольких километров с по¬
мощью современных аэростатов, по типу того, как это делалось
в миниатюре на заре развития радио (см. рис. 2); стационарные
и вращающиеся по азимуту локационные антенны.
Для временных радиостанций, радиорелейных линий и дру¬
гих находят широкое применение перевозные сборно-разборные
26
Рис. 34. Антенна перевозной радиостанции (1913 г.)
Рис. 36. Перевозное антенное устройство
с параболическим зеркалом диамет¬
ром 10 м
Рис. 35. Перевозная опора в мо¬
мент ее развертывания
27
опоры. Для сравнения на рис. 34 показана полевая радиостанция
1913 г.; на рис. 12 — перевозная (по железной дороге) опора вы¬
сотой 60 м, использованная для радиостанций во время Отечест¬
венной войны; на рис. 13 показаны опоры антенны автоматиче¬
ской перевозной метеостанции (любыми видами транспорта, в
том числе и гужевым); на рис. 16 — быстроразвертывающаяся
опора, используемая для ряда целей; на рис. 35 показана эта же
опора, предназначенная для установки параболических антенн,
в момент развертывания; на рис. 36 — перевозное антенно-мачто¬
вое устройство с параболическим зеркалом диаметром 10 м.
Существуют более современные решения полностью механи¬
зированных быстровозводимых и разбираемых мачт. Основные
трудности при создании таких конструкций заключаются в реше¬
нии кинематики и разработке легких, компактных и надежных
узлов и закрепления конструкций к земле.
В период Великой Отечественной войны и в первое десятиле¬
тие после ее окончания поворотные антенны применялись в ос¬
новном лишь для локации, и поэтому движение антенн ограни¬
чивалось изменением положения по азимуту.
Примерно в этот же период применялись перемещающиеся по
фронту отражающей поверхности и частично в перпендикуляр¬
ном к нему направлении устройства — облучатели, размеры ко¬
торых достигали по высоте 100 м (см. рис. 124).
С 1945 г. возможности познания Вселенной расширились бла¬
годаря применению новых инструментов — радиотелескопов, поз¬
воливших исследовать ее в диапазоне радиоволн и выявить но¬
вые свойства, недоступные при исследованиях в оптическом диа¬
пазоне. Как и в оптических телескопах, при создании радиотеле¬
скопов развитие их конструктивных решений осуществлялось на
основе последних научных открытий и достижений техники.
Отличительной особенностью развития способа исследования
Вселенной с помощью радиотелескопов был очень короткий пе¬
риод времени — всего около двадцати лет, в течение которого
оформилось это новое направление и стало равнозначным с оп¬
тическим исследованием, а в некоторых случаях и более значи¬
мым. За указанный период полноповоротные антенны (к которым
относятся радиотелескопы) превратились в сложные инженерные
сооружения грандиозных размеров, имеющие различные геомет¬
рические формы и размеры, с полностью и частично вращающи¬
мися поверхностями, к которым предъявляются необычайно
жесткие требования в части сохранения формы их теорети¬
ческой поверхности и положения отдельных частей. Для очень
больших радиотелескопов, работающих в нижней части санти¬
метрового диапазона, отклонения поверхности большого зеркала
от теоретического положения в процессе эксплуатации (т. е. от
сил собственного веса, инерционных сил при вращении его и ме¬
теорологических воздействий) не должны превышать величины
10-5 от их генеральных размеров, в то время как в наиболее точ-
28
них стационарных инженерных сооружениях максимальные от¬
клонения ограничиваются величиной не менее 10~3. При этом ос¬
новные размеры радиотелескопов не уступают, а во многих слу¬
чаях и превосходят размеры наибольших стационарных антенн,
используемых для радио, а сами антенны изменяют положение
для того, чтобы иметь возможность непрерывно следить за ис¬
следуемой точкой видимой части небосвода.
Выполнение требований
второго предельного состоя¬
ния в полноповоротных ан¬
теннах сопряжено с больши¬
ми теоретическими и конст¬
руктивными сложностями.
При определенных парамет¬
рах радиотелескопа, харак¬
теризуемых диапазоном при¬
нимаемых радиоволн, раз¬
мером
ла
Рис. 37. График расчета антенных уст¬
ройств по I и II предельным состояниям
большого зерка-
и разрешающей спо¬
собностью, удовлетворить
радиотехнические требова¬
ния, предъявляемые к вто¬
рому предельному состоя¬
нию, возможно лишь с при¬
влечением особых приемов.
Среди них — средства авто¬
матики, позволяющие со¬
хранять теоретическую фор¬
му и взаимное положение зеркал или изменяющих параметры
одного из зеркал таким образом, чтобы в точке приема приходя¬
щие радиоволны имели одинаковую фазу.
Металлические конструкции по условиям прочности и устой¬
чивости обычно не должны иметь отклонений, превышающих
— — — от характерных размеров (высоты или пролета), в
то время как по радиотехническим требованиям максимальные
отклонения в среднем не должны превышать примерно V10. Поэ¬
тому при использовании различного диапазона радиоволн допу¬
стимые деформации ограничиваются условиями прочности до
%>30 м или радиотехническими требованиями при Х<1 л, что
наглядно видно из графика на рис. 37.
Конструкции современных больших вращающихся антенн со¬
стоят из четырех основных неравнозначных частей: зеркальной
системы (собственно антенна); опорно-поворотного устройства,
позволяющего направлять антенну в заданное положение; авто¬
матических устройств, управляющих движением зеркал радио¬
телескопа, а иногда и помогающих тем или иным способом вос¬
становить теоретическое положение поверхности и ее отдельных
29
Рис. 38. Декаметровый Т-образный радиотелескоп УТР-2 Института радиофи¬
зики и электроники АН УССР
частей, и, наконец, строительной части, которая в некоторых ти¬
пах радиотелескопов не только занимает большую долю стоимо¬
сти, но и требует решения ряда специальных задач (см. рис. 39).
Лишь в некоторых типах радиотелескопов, в которых измене¬
ние направления работы радиотелескопа осуществляется радио¬
техническими способами, решение конструкции носит подчинен¬
ный характер и тяжесть основных технических решений перено¬
сится в область радиотехнических устройств. К числу таких
инструментов относится работающий на длине волн 18—30 м
Т-образный радиотелескоп УТР-2, сооружаемый Институтом ра¬
диофизики и электроники АН УССР. Телескоп занимает площадь
2400X1200 м и состоит из 1440 вибраторов (рис. 38). Несмотря
на столь большие размеры инструмента, конструктивное решение
вибраторов несложно, так как они неподвижны, а диапазон ра¬
диоволн 18 м велик и максимальные допустимые отклонения со-
X 18 , о
ставляют — = — = 1,8 ж.
10 10
Влияние температуры и ветровой нагрузки в некоторых слу¬
чаях устраняется путем размещения антенны в специальных ра¬
диопрозрачных укрытиях.
Большая заслуга в координировании и общем научном руко¬
водстве работами по поворотным антеннам принадлежит
А. А. Пистолькорсу, В. А. Котельникову и А Ф. Богомолову.
В некоторых случаях требования, предъявляемые к радиоте¬
лескопам, существенно опережают возможности техники. Свиде-
зс
Рис. 39. Большая двухзеркальная антенна для Бюраканской астрофизи¬
ческой обсерватории (проект 1960 г.)
Рис. 40. Радиотелескоп системы С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского,
установленный на Пулковской обсерватории (кольцевая высечка из па¬
раболоида)
31
Рис. 41. Крестообразная антенна Физического института АН СССР, £=1000 м,
В=40 м
тельством тому является законсервированное в США с начала
прошлого десятилетия строительство параболического радио¬
телескопа диаметром 180 м (600 футов). Однако частные неудачи
не останавливают развития этой области техники и в настоящее
время ведется много новых разработок, осуществление которых
32
Рис. 42. Восьмизеркальная антенна, созданная советскими инженерами
кратчайшие сроки
в
W Л
d&F ■< А •
дадут исследователям новые, более мощные средства для позна¬
ния Вселенной.
Одним из современных решений является проект радиотеле¬
скопа, разработанный для Бюраканской обсерватории (рис. 39),
имеющего диаметр 200 м и позволяющего работать в диапазоне
радиоволн начиная с 3 см.
В СССР разработано большое число современных полнопово¬
ротных антенн, предназначенных для астрономических целей,
спутниковой техники и решения других задач, часть из которых
осуществлена и часть находится в стадии разработки и строи¬
тельства [16]. Такие антенны позволяют вести исследования в
сантиметровом или миллиметровом диапазоне радиоволн.
3—44
83
Рис. 43. Внешний вид макета радиотелескопа диаметром 64 м
Кроме ранее указанных радиотелескопов следует отметить
следующие решения:
антенна переменного профиля, разработанная по предложе¬
нию С. А. Хайкина и Н. Л. Кайдановского, макет которой исполь¬
зуется в Пулковской обсерватории (рис. 40);
крестообразная антенна (рис. 41), разработанная для ФИАН
Укрпроектстальконструкцией и построенная в 1960—1963 гг.,
имеющая длину плеча 1000 ле и в раскрыве по углу 50 ле;
восьмизеркальная антенна дальней космической связи,
34
на которой установлено 8 зеркал диаметром по 16 м каждое
(рис. 42);
проект параболической антенны диаметром 64 м с угломест¬
ноазимутальным вращением (рис. 43). Одна из антенн ряда этой
конструкции диаметром 25 м представлена на рис. 44. Ведутся
перспективные разработки антенн больших диаметров:
Рис. 44. Параболическая антенна диаметом 25 м
параболическая антенна ФИАНа диаметром 22 м, построен¬
ная в Симеизе (рис. 45);
проект радиотелескопа АН СССР диаметром 600 м, предназ¬
наченного для работы в миллиметровом диапазоне радиоволн
(рис. 46);
проект солнечного радиотелескопа, разработанный коллекти¬
вом под общим руководством Г. Г. Бубнова и при научном руко¬
водстве А. А. Пистолькорса;
проект 1936 г. Дома связи в Москве высотой 654,5 м для раз¬
мещения антенн в его верхней части (авторы Г. М. Ковельман,
М. Н. Яковлева и др.) (рис. 47).
Две особенности характерны для всего периода развития
радио:
первая, связанная с непрерывным освоением диапазона ра¬
диоволн в сторону уменьшающихся длин — декаметрового, мет¬
рового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового, при
одновременном использовании всей освоенной части более длин¬
новолнового диапазона (до 30 000 м). График использования
3*
35
Рис. 45. Радиотелескоп Крымской астрофизической обсервато¬
рии, предназначенный для работы в сантиметровом диапазо¬
не длины волн
различного диапазона радиоволн в различные годы изображен
на рис. 48;
вторая, связанная с увеличением геометрических размеров
антенных устройств независимо от используемого диапазона длин
радиоволн (рис. 49).
Рис. 46. Проект радиотелескопа АН СССР, предназначенного для работы в
миллиметровом диапазоне длины волн. Высечка из параболоида диамет¬
ром 600 м
36
Рис. 47. Дом связи высотой 654,5 м (1937 г.). Авторы Г. М. Ковельман.
М. Н. Яковлева и др.
метры Сантиметры
37
38
Рис. 49. Изменение геометрических размеров различных антенных устройств в зависимости от рабочей длины волны
По оси абсцисс --длина волны в л/. Верхняя линия соответствует высоте 500 лг
39
§ 2. Современные виды антенных
устройств и их
классификация
В настоящей работе рассматриваются лишь инженерные кон¬
струкции, т. е. такие конструкции, которые при их проектирова¬
нии должны быть рассчитаны на прочность и жесткость1.
Вследствие увеличения геометрических размеров антенных
устройств каждая из указанных ниже ее составляющих может
быть инженерной конструкцией:
а) приемо-передающего комплекса;
б) фидерных трактов и облучающих устройств;
в) собственно антенны, если ею является все устройство, или
антенн, устанавливаемых на специальных опорах;
г) опорно-поворотных устройств или механизмов, позволяю¬
щих перемещать антенные устройства;
д) приводов, приводящих в движение антенные устройства, и
автоматических устройств, управляющих их движением;
е) строительной части (фундаментов или опорных зданий, ка¬
бин, лифтов, лестниц, ограждений и др.).
Далее рассматриваются лишь конструкции, указанные в п.
«в» и частично в п. «е». Прочие конструкции представляют боль¬
шую самостоятельную область, которая в настоящей моногра¬
фии из-за ее краткости разбирается лишь в части влияния их на
конструктивную форму самих антенн.
Классификация антенных устройств может быть сделана по
ряду признаков, из которых основными являются:
а) назначение антенны;
б) характер силовых воздействий;
в) конструктивные особенности.
Рассмотрим подробнее классификацию антенн по этим трем
признакам.
а) Назначение антенн
Все антенны могут быть разделены на передающие и прием¬
ные, однако во многих случаях приемные антенны не являются
инженерными сооружениями (например, комнатные приемные
антенны для приема радиовещания или телевидения), и этот
признак при рассмотрении инженерных конструкций антенн не
является определяющим.
1 Следует иметь в виду, что любые элементы конструкции испытывают
силовые воздействия, но размеры некоторых из них, назначаемые по конст¬
руктивным соображениям, вполне достаточны для восприятия этих силовых
воздействий и обеспечения надлежащей жесткости. Такие элементы не рас¬
считываются на прочность при назначении их размеров и не являются
инженерными конструкциями.
40
Функциональное назначение антенн накладывает существен¬
ное влияние на их конструктивное решение, вследствие чего ан¬
теннам, предназначенным для радиовещания, телевидения, ре¬
лейной связи, локации, навигации, космической связи и др., при¬
сущи вполне определенные конструктивные формы. Но и выпол¬
нение задач в каждой из этих антенных групп может быть сдела¬
но с помощью различных радиотехнических приемов, зависящих
от применяемых диапазонов радиоволн и принципиальной схемы
работы антенн, что также сказывается на их конструктивном ре¬
шении. Достаточно сравнить антенные устройства, служащие для
релейной связи: прямой видимости (см. рис. 18, 32), тропосфер¬
ной (см. рис. 19) с использованием ионосферного рассеяния (см.
рис. 30) или искусственных спутников Земли (см. рис. 29); ан¬
тенн для космической связи: полноповоротные параболические
(см. рис. 43), крестообразные (см. рис. 41), высечки из парабо¬
лоида (см. рис. 46), стационарный с электрическим качанием
луча (см. рис. 38), чтобы представить разнообразие конструктив¬
ных форм даже в антеннах одного класса, возникающее из-за
различия в радиотехнических схемах самих антенн.
Одни и те же радиотехнические функции антенны могут вы¬
полнять с использованием различного диапазона радиоволн, и в
соответствии с этим решающими могут быть различные приемы
конструирования, связанные с необходимостью удовлетворе¬
ния первого или второго предельного состояния (см.
рис. 37).
Помимо функционального признака антенны одного вида мо¬
гут быть стационарными (см. рис. 18 и 10) или перевозными
(см. рис. 35, 36, 12), что приводит к совершенно отличным конст¬
руктивным решениям, несмотря на одинаковое радиотехническое
назначение и параметры.
В тех случаях, когда работа антенного устройства обеспечи¬
вает выполнение особо важных задач, к ним могут предъявлять¬
ся повышенные требования. Эти требования находят отражение
как в компоновочном решении (например, путем дублирования
устройств), так и в усилении конструкций с целью восприятия
усилий от нагрузок, которые не учитываются в антеннах обычно¬
го назначения.
б) Характер силовых воздействий
В зависимости от размещения антенн в том или ином клима¬
тическом районе они рассчитываются на соответствующие сило¬
вые воздействия от ветра, обледенения, снега, температуры,
сейсмических воздействий. Кроме того, для некоторых антенн
могут иметь большое значение гравитационные силы (которые
лишь для наземных антенн постоянны), а также инерционные и
взрывные воздействия.
41
в) Конструктивные особенности
Конструктивные особенности инженерных конструкций антен¬
ных устройств зависят от назначения антенн и характера сило¬
вых воздействий.
Инженерные конструкции антенных устройств могут выпол¬
няться из металла, железобетона, дерева и пластмасс. Для боль¬
шинства современных антенных устройств используется металл
и лишь фундаменты выполняются железобетонными, а для ра¬
диопрозрачных укрытий применяются пластмассы.
Для подвески проволочных антенн чаще всего применяются
мачты (см. рис. 10) или башни (см. рис. 15); для установки теле¬
визионных антенн башни (см. рис. 17, 25) или мачты (см. рис. 23,
26); для релейных линий прямой видимости как мачты (см. рис.
18), так и башни (см. рис. 32); для антенн тропосферной связи
(см. рис. 19) или антенн с использованием ионосферного рассея¬
ния (см. рис. 30), а также антенн, служащих для космических
целей (см. рис. 39, 41, 42, 44), — специальные конструкции, фор¬
мы которых весьма различны.
В табл. 3 приведены указанные ранее основные группы клас¬
сификации инженерных конструкций антенных устройств.
В табл. 4 — диапазоны радиоволн, углы диаграммы направлен¬
ности и дальность передачи или приема у основных видов антенн.
В табл. 5 дана классификация инженерных конструкций антенн,
сообразуясь с объединением или разделением радиотехнических
и механических функций антенн.
Таблица 3
Назначение антенн
Характер силовых
воздействий
Конструктивное решение
Радиовещание1. Телеви¬
дение и телеметрия.
Релейная связь1.
Навигация1.
Локация1.
Метеорологические2: вет¬
ровые, обледенение,
снег, температура.
Сейсмика.
Гравитация.
Инерционные воздейст¬
вия.
Взрывы2.
Опоры: башни, мачты,
комбинированные ре¬
шения.
Системы.
Параболические полно¬
поворотные антенны.
Специальные полнопово¬
ротные или частично
вращающиеся антенны.
Устройства для поддер¬
живания антенных
структур
’ Выполняются как стационарными, так и перевозными.
2 При помещении антенны в радиопрозрачное укрытие она не испытывает
полностью или частично этих воздействий.
42
я
ч
\о
я
е-
.. _ Диаграмма направ-
Испольэуемый диа- ленности по углу
пазон волн, м места—азимуту
о
ео
сГ
0,05
0,03
0,05
ю
0,05
СП
Й
Е
X
О
X
X
X
X
X
я
X
я
X
и
н
и
н
X
>»
Е-
>-ч
ф
Е
Ф
о
о
®Х
ZJ
о
О
ф
я
2
сх
СП
о.
ф
н
о
х
ф
-ч
X
ф 2
ф
о.
ф
СП
X
X
ч
ф
2
§
2
ф
3
X
о.
ф
•е-
2
О
X
о.
ф
X
X
я
и
о
2
ф
>»
ф
3
X
X
2
03
=С
ф
3 §
= s
5 °*
и
ф
к
3
=х
ф
’§
2
к
Ф
О
Е
О
•О’
о
о
х
ч
о
Е
Ф
о
X
я
Ой
О о»
=:
Е?
о.
сх
о
X
X
ф
Е
m =
СП
Ф
С.
Е
6-
X
ф
о
ч
О
X
8
с
X
"я4
с
12s
'и'
о
X
ч
Е?
Ч
я
ф
я
Я
tx
н
X
а
гмакс « V 2RH +ViRh , (1-
где /? —радиус земли; Я —высота расположения передающей антенны; /1 —высота расположения приемной антенны; гмакс
радиус прямой видимости.
43
LO
ГО
X
£
О
го
3
О У
s’
о S
I*
§“
с
ф
5
н
о
X
ж
го
Он
ф
У
X
съ о
ф
ф
н
3
X
ф
X
3
го
X
X
2
3
X
н
о
ф
2
о
Яз = «
s к
X X
>> Я
ж§
Я 2
к
i
- го
Й 0.0.
О Е в
Металллические конструкции антенных устройств, в которых функции радиотехнические и механические
расчленены объединены
I опоры I вращающиеся
>»
н
>»
2
3
я
о
о
3
4
е
>»
5
>»
og
с8
о 2
S
5
ь
3
Б.
о
X
X
Р
о
ъээитпогетпвёи
И1ГИ КЭЭИ1П
•oiBHiawadou
о
3
х
с.
i
X
X
я
Н
и
Е
СО
X
(U
U
X
2
£
X
л
ф
3
X
го
сх
0
О
X
X
ГО _ _
X »Х g
о о 2
г о.я
н н
Ф о
>»ю
3«
Н Я
-•Н
О О =
О
го
»Х
О
X
2
ф
го
о
h
- 0
3
X
о
X
ф
ф
4
ф
н
о
X
ж
го
Он
х 3 g-x э
ФГО«*-
3 S’ 0
х я ® "•я*
Ф ГО X
3 S’
s 0
>>
3
4
о
ф
X
ф
0
Н
Ф
ф
Э"
го
X
■ ф
У «
X о
го
го
► X
>» X
ч —
2 S О
го
ф ~
0X0
X X Ф
ь
ф
S
о
го
я
го „ „ ,
&Я я =
е н х 0
О О erf ф
ь
ф
X
»х
ф
Ф о
с, з
X 3
ф 5=
СХ X
U.
О
ч
го
к
ф
н
X
ф
о
о
ГО
Ф
Ч
ч
х
•S.
го
>»
СК ф
X Он
X X
ф
3
X
X
X
4
го
го
Он
X
3
го
СО
3
го
со
ф
3
X
S’
о
4
о
о
о
с
Ф Ef
о R
= гл
X Я
ф“ ф
Я 3
X 3
0 ф „
X
X
0
ч
о
X
4*
Бон
X X о
к
X
н
ф
о
ф
3
X
X
ф
4
0
го
о.
го
Ч Я
§8
0
О?я
н
ф
2
о
X
о
L.
о
ф
го
X
го
ч
ф
X
ф
ч
0
ГО .
Q. ф
X О.
го х
о 0
с.
н
Ф X
X
ф
н
о
ф
о
ж
0
о
CL С Го
го
го
5
« g |
ГО ф
к
го
X
ф ф
2 х
X Ф
О. ф
о sr
х х
>» ч
о. с
ф
3
0
ф
4
ф
X
£
о
ч
ф
3
ж
о
0
о
X
§
0
го
о
н
о
•§«
о.
ф *
>» 3
г н
о. о
ж
>»
0
R
Ф
ГО
X
ф
3
X
5
н
X
<
X
X
ь
X
о
го
го
X
X
н
ч
2
го
£, з
н
го
- * О. О.
Ф Ф
X Ё? 0 X 0
0
2
ф
ь
- ф
X
ф
го _
t=f »х
6 X
= X
ф
о ”
о. Ф
= 5
го \о
X го
ё а
X «
3
X
о
X
ф
ф
4
ф
н
о
§
го
Он
ф
с
X
~ ф
as
X
е-
s
§
го
о.
0
S
X
ч
2
ф
го
го
ф
го
го
44
§ 3. Требования, предъявляемые к металлическим
конструкциям антенных устройств
Требования, предъявляемые к любым видам металлических
конструкций, заключающиеся в наиболее полном удовлетворении
условиям технологии (в данном случае радиотехники) и эксплуа¬
тации с учетом модернизации оборудования, сохранения надле¬
жащей прочности при наименьшем расходе материалов и средств
на капитальные затраты и нужды эксплуатации, справедливы
и должны удовлетворяться при создании металлических (инже¬
нерных) конструкций антенных устройств.
Специфическими требованиями, предъявляемыми к металли¬
ческим конструкциям антенных устройств, являются:
а) создание таких конструктивных форм, при которых метео¬
рологические, гравитационные, инерционные и температурные
воздействия минимальны;
б) ограничение деформаций (линейных и угловых) конструк¬
ций, возникающих в процессе эксплуатации при определенных
режимах работы. Так, максимальное линейное отклонение ан¬
тенных устройств от их теоретического положения в направле¬
нии нормали Ап макс обычно не должно превышать:
(1-2)
где Л— длина волны, на которой работает антенное устройство;
Лл — коэффициент, характеризующий долю длины вол¬
ны — X, при которой отклонение антенны от теоретиче¬
ского положения не вызывает существенного изменения
эффективности работы антенного устройства.
В первом приближении можно принимать значение н-
ч- Изменение эффективности антенного устройства может
быть определено на основании радиотехнических расчетов, в ко¬
торых учитывается отклонение различных частей антенного уст¬
ройства (отражающих поверхностей, облучателей и волново¬
дов) от теоретической формы и изменение их взаимного поло¬
жения.
Для большинства современных антенных устройств, харак¬
терные размеры (высота и протяженность) которых находятся
преимущественно в интервале от 50 до 500 м, отклонения, возни¬
кающие при выверке и от силовых воздействий, при эксплуатации
не превышают ± от величины характерных размеров.
Сообразуясь с этим, установлена область длин радиоволн (см.
рис. 37), для которых решающим является первое или второе
предельное состояние. Учитывая эту особенность, оказывается
возможным принять необходимые меры: изменить схему несу¬
45
щих конструкций, привлечь автоматические устройства для
уменьшения отклонений и др.
Угловое отклонение Дер — фокальной оси направленного ан¬
тенного устройства от теоретического положения, возникающее
вследствие погрешностей при выверке и вследствие упругих де¬
формаций, обычно не должно превышать
д? = -у-» (1.3)
где 0 — угол диаграммы направленности при половине мощно¬
сти излучения;
kg, — коэффициент, характеризующий долю углового откло¬
нения от теоретического положения, возникающего в
результате погрешностей при выверке точности уста¬
новки и упругих деформаций в определенном режиме
работы антенного устройства. Обычно k? «0,5-н0,8.
Значение этого коэффициента должно согласовываться
с разработчиками радиотехнической части антенного
устройства;
в) определение отклонений при режимах работы, устанавли¬
ваемых требованиями задания. В антеннах, вращающихся по уг¬
лу места, гравитационные воздействия не могут быть устранены
путем соответствующей первоначальной выверки. Поэтому в тех
случаях, когда они не могут быть уменьшены путем соответству¬
ющих конструктивных мер или путем аппроксимации поверхно¬
сти и изменения положения фокуса, используются автомати¬
ческие устройства, позволяющие с большей точностью сохранять
теоретическую форму антенных устройств и взаимного положе¬
ния их частей.
Если нагрузка от ветра является определяющей при расчете
конструкций по второму предельному состоянию, то оценка ве¬
роятности различных скоростей ветра в различных ветровых рай¬
онах (в. р.) СССР должна вестись на основании обработки дан¬
ных Гидрометеослужбы СССР. В качестве первого приближения
можно использовать ориентировочные данные, полученные на
основании обработки материалов [142], а также приведенные на
рис. 50 и в табл. 6.
Обледенение, являющееся более редким явлением, нежели
ветровая нагрузка, может уменьшить эффективность антенн, по¬
этому в некоторых случаях необходимо принимать специальные
меры, обеспечивающие стабильность их работы. Так, в длинно¬
волновых радиостанциях проволочные антенны могут неподвиж¬
но (без помощи контргрузов) закрепляться к опорам (что при¬
водит к их удорожанию), а антенны, работающие в сантиметро¬
вом диапазоне радиоволн, могут помещаться в радиопрозрачные
укрытия.
Сезонное изменение температуры в некоторых видах антенн
и односторонний нагрев их солнцем имеют первостепенное зна-
46
Таблица 6
Скорость ветра
на отм. )0 л* Vj0, м/сек
Бремя действия различных скоростей ветра в различных ветро¬
вых районах СССР, %
I
П
Ill
IV
V
VI
VII
сред¬
нее
До
5
75
75
67
65
61
55
49
65
До
10
97
97
93
92
87
86
75
92
До
15
99,5
99
98,5
97,5
96
95
91
97,5
До
20
99,8
99,7
99,6
99,5
99
98,5
97
99,6
До
21,2 — I в. р. .
100
—
—
—
—
—
—
—
До
23,6 — II в.р. .
—
100
—
—
—
—
—
—
До
25
—
—
99,95
99,9
99,8
99,7
99,5
99,9
До
26,8 —III в.р.
—
—
100
—
—
—
—
—
До
29,4 — IV в. р.
—
—
—
100
—
—
—
—
До
30
—
—
—
—
99,95
99,9
99,8
100
До
33,4 —V в.р. .
—
—
—
—
100
—
—
—
До
35
—
—
—
—
—
99,97
99,95
—
До
37 — VI в. р. .
—
—
—
—
—
100
—
—
До
40 —VII в.р. .
—
—
—
—
—
100
—
Рис. 50. График продолжительности (в %) действия различных скоростей
ветра для различных ветровых районов СССР
чение и должны учитываться не только при определении дефор¬
маций, но и при расчете на прочность.
В поворотных или перемещающихся антеннах должны учиты¬
ваться инерционные воздействия;
г) возможности дальнейшей модернизации металлических
конструкций, поскольку быстрое развитие науки и техники при-
47
водит к соответствующему моральному старению радиотехниче¬
ских схем;
д) необходимость всемерной унификации решений различных
видов антенных устройств и установление определенного ряда и
градаций в соответствии с радиотехническими требованиями,
размерами и климатологическими воздействиями;
е) разработка таких конструктивных решений и приспособ¬
лений для монтажа, которые позволяют осуществлять скоростной
монтаж в сложных условиях работы на большой высоте при воз¬
можных метеорологических воздействиях.
§ 4. Особенности силовых воздействий
на антенные устройства
На антенные устройства могут действовать все или некоторые
из следующих силовых воздействий:
1) собственный вес оборудования и конструкций;
2) метеорологические воздействия: ветер, обледенение, темпе¬
ратура;
3) динамические силы, возникающие при вращении или пере¬
мещении антенных устройств, сейсмике или взрывах;
4) силы, возникающие от внутренних напряжений в системе
в целом и в отдельных элементах, в первую очередь вследствие
предварительного натяжения;
5) нагрузки, возникающие в процессе монтажа (эти нагрузки
могут прикладываться к сооружению в то время, как его схема
отлична от окончательной).
Подавляющее большинство антенных устройств имеет боль¬
шие геометрические размеры и не защищено от метеорологиче¬
ских воздействий. Усилия, возникающие в антенных сооружениях
от метеорологических воздействий, являются наибольшими по от¬
ношению к сумме усилий, возникающих от всех возможных воз¬
действий в сооружении в целом или его отдельных элементах.
Усилия от метеорологических воздействий зависит не только
от географического местоположения сооружения, но и от схемы
сооружения, компоновки отдельных элементов, их формы и раз¬
меров (последние зависят от механических свойств применяемого
металла). Вследствие этого при разработке конструктивной фор¬
мы антенного сооружения в тех случаях, когда это не противо¬
речит радиотехническим требованиям, выбираются такие схемы,
компоновка, формы, размеры и металл, при которых метеороло¬
гические воздействия на сооружения минимальны.
Рассмотрим указанные пять групп основных силовых воздей¬
ствий.
Собственный вес оборудования и конструкций
Собственный вес оборудования принимается в соответствии с
каталогами, типовыми проектами, заданием или на основании
48
ориентировочных расчетов. Он обычно мало влияет на усилия
и напряжения в основных элементах конструкции, но имеет су¬
щественное значение при выборе схемы и при назначении разме¬
ров сечений в конструкциях, предназначенных для его поддер¬
жания, сообразуясь с удовлетворением требований как первого,
так и второго предельного состояния.
Для определения собственного веса проволочных антенн мож¬
но пользоваться формулой
Ясв=Явн » (^’4)
yl2 ^констр
которая получена после преобразования следующего выражения:
|я - RP = R -Я™ 1 = |>в.+ <7вн) q ,
L Т^констр J L J
где ?вн — внешняя нагрузка от ветра, обледенения или их
одновременного действия;
I — пролет нити;
f — провисание нити;
у— объемный вес материала нити;
R «0,5 7?разр— расчетное сопротивление нити;
бконстр — конструктивный коэффициент;
Я СВ = ^‘Y^'KOHCTP •
Собственный вес конструкции определяется, сообразуясь с
практикой проектирования соответствующего вида антенных
устройств, или путем ориентировочных прикидок, позволяющих
методом последовательных приближений определить вес с до¬
статочной точностью.
Для стационарных антенных устройств типа опор влияние
собственного веса на общие напряжения и деформации мало.
У вращающихся или перемещающихся антенн изменение веса
вызывает изменение мощности механизма, в некоторых случаях
определяющего размеры, вес и стоимость всего объекта. В пере¬
возных антенных устройствах собственный вес конструкции вли¬
яет на грузоподъемность и количество единиц транспортных
средств. Для этих сооружений вес должен определяться с боль¬
шой точностью с учетом его изменений при изготовлении на заво¬
де, а в некоторых случаях необходимо контрольное взвешивание
изделия.
Для многих видов конструкций при измененной интенсивности
ветровой нагрузки может быть использован следующий прием
для определения веса конструкции [164, 165, 166, 167, 168, 172]:
gi = S0^OAk^ (1-5)
где gi — вес нового сооружения, все элементы которого подоб¬
ны некоторому сооружению, параметры которого из¬
вестны;
4—44
49
go— вес сооружения, параметры которого известны;
Лпод = — коэффициент подобия; (1.6)
I»
lh 10— соответствующие геометрические размеры нового
(ьго) и известного (0-го) сооружения;
ka = Учреди. , (1.7)
<7о средн
q-t средн, Посреди — средние значения интенсивности ветровой
нагрузки для нового и известного соору¬
жения.
Некоторые данные о весе металлических конструкций типа
мачт и башен приведены в работах [66, 84, 134, 147, 150, 151, 152,
154. 155, 157, 162, 163, 164, 165, 172], а типа радиотелескопов — в
работах [17, 89, 123, 164, 166, 168, 182].
Метеорологические воздействия
а) Ветер
Скорость ветра и соответствующая ей ветровая нагрузка в
слое до 1000 м от поверхности земли зависит от перемещения
масс воздуха, вызванного перепадом давлений в различных райо-
Рис. 51. Схема шквального вала, еле'
дующего за грозовым фронтом
нах земного шара вследствие изменения температурно-влажност¬
ного режима.
Разница в атмосферном давлении воздуха может возникать
на различных удалениях и захватывать территории различных
размеров. Поэтому при больших территориях и удалениях возни¬
кают перемещения больших масс воздуха, вызывающие циклоны
и другие виды перемещений воздушных масс, длящиеся в тече¬
ние нескольких часов или дней. При небольших территориях воз¬
никают перемещения воздушных масс, носящие локальный ха¬
рактер, к которым относятся такие явления, как торнадо и
смерчи.
При перемещении больших масс воздуха с малой скоростью
могут возникать вторичные явления — шквалы, являющиеся
кратковременными воздействиями ветра, индуцированными в
результате прохождения широкого по фронту шквального вала.
50
находящегося на высоте 2—3 км (рис. 51) и связанного с измене¬
ниями рельефа местности.
Совпадение максимальных значений скоростей ветра при
перемещении больших масс воздуха и максимальных скоростей
ветра, возникающих как вторичные явления, не происходит, так
как при больших скоростях движения больших масс воздуха
структуры местных возмущений (шквальные трубки, торнадо)
разрушаются.
Рельеф местности, особенно резкие его изменения, а также
искусственные сооружения больших размеров могут служить
причиной существенного местного изменения скорости ветра. Та¬
кие изменения особенно ощутимы, если рассматриваемое соору¬
жение имеет размеры, соизмеримые с изменениями в рельефе
или размерами сопутствующих сооружений, имеющих большие
сплошные поверхности. Они также должны учитываться в ме¬
стных зонах, в которых возможно резкое изменение нагрузки 1
В нормах различных стран при расчете антенных устройств не
различают указанные ранее виды ветровых воздействий, а исполь¬
зуют многолетние наблюдения сети метеостанций, замеря¬
ющих скорости ветра на высоте до 10 м над уровнем земли, и
устанавливают нормативные значения скорости ветра, которые
не могут быть превышены более определенного количества раз в
определенный период времени. В СССР [137] за нормированную
скорость ветра принимается скорость, возникающая однажды в
течение пяти лет.
Структура ветрового потока, действующего в природных ус¬
ловиях, существенно отличается от плоскопараллельного потока,
обычно создаваемого в аэродинамической трубе, так как в при¬
земном слое возникает взаимодействие между движущимися
воздушными массами и подстилающей поверхностью, в результа¬
те чего происходит вихревое перемешивание в пограничном слое и
образуется некоторый профиль средней скорости ветра, темпера¬
туры и влажности. Изменение рельефа местности и вида поверх¬
ности (вода, песчаная местность, травяной покров, кустарник,
лес) существенно влияют на средний профиль ветра.
В различных странах принимаются различные закономерно¬
сти в изменении среднего значения профиля ветра. Так, в СССР
он принимается близким к логарифмическому закону
(1.8)
в американских нормах AIJ 1960 г.
1 Зная рельеф местности или геометрические размеры искусственных со¬
оружений, это явление может быть исследовано для конкретных случаев пу¬
тем продувки моделей в аэродинамической трубе.
4’
51
Иа = Л8/й, А «44; (1.9)
в проекте (1966 г.) норм проектирования расчета и строительства
стальных конструкций антенных устройств ФРГ
По формулам (1.8) и (1.9) на поверхности земли скорость Уо=
= 0, по формуле (1.10) Vo¥=O (в проекте норм ФРГ скорость на
уровне земли вместо Ую принята Vo).
С целью упрощения в нормах СССР устанавливается значе¬
ние скорости напора <7о=<7ю для различных районов СССР (см.
[137] и табл. 7). На высоте 10 м над поверхностью земли при t=
= 15° С и нормальном барометрическом давлении*
<7о = ~^~ = <7к> <1Л1)
и вводятся поправочные коэффициенты kh на возрастание скоро¬
стных напоров ветра для высот более 10 м (табл. 8)
% = <7ю^- 0-12)
Среднее значение профиля
ветра (рис. 52), устанавливае¬
мое нормами различных стран,
является условной величиной,
поскольку в действительности
для каждой точки пространства
существует некоторое беспоря¬
дочное отклонение от среднего
значения скорости ветра (рис.
53).
Вид принятого профиля ветра
(см. рис. 52), характеризующийся
увеличением его скорости, в за¬
висимости от высоты, носит ус¬
Таблица 7
iCCCP
ic. 50)
Нормативный
СКОРОСТНОЙ
напор ветра
Нормативная
скоробь
ветра
Районы
(см. рм
<7° == <71о.
кГ/м*
k
V10.
k
Q
м{сек
Kv
I
27
1
20,7
1
И
35
1,3
23,6
1,14
III
45
1,67
26,8
1,29
IV
55
2,04
29,6
1,43
V
70
2,6
33,4
1,61
VI
85
3,15
36,7
1,77
VII
100
3,7
40
1,92
ловный характер, так как при ураганах максимальные скорости
ветра на разных уровнях не возникают одновременно. На рис. 54
показано изменение скорости ветра на различных уровнях в раз¬
личное время на юге европейской части СССР. Автор [48] под¬
черкивает, что во всех случаях, когда скорость ветра превышала
25 м!сек, наблюдалось наибольшее значение в зависимости от
высоты у земли через 16—18 ч после усиления ветра до макси¬
мального в верхних слоях атмосферы. Таким образом, максиму¬
мы ветрового давления у земли, а именно они являются основа¬
нием для постройки профиля ветра, и на больших высотах не
1 В случае учета изменения температуры воздуха и барометрического дав¬
ления следует пользоваться материалами, помещенными в работах [114, 163].
52
Таблица 8
Высота над поверхностью
земли, л
До ю
20
40
100
350 м
и выше
Поправочный коэффи¬
циент к скоростному на¬
пору kh (khq) . .
1,0
1,35
1,8
2,2
3,0
То же, но к скорости
ветра khi
1,0
1,16
1,34
1,48
1,73
совпадают. Необходимо иметь в виду, что приведенные исследо¬
вания относились (см. рис. 52) к слою воздуха примерно 1000 м
и количество наблюдений недостаточно для статистической обра¬
ботки, поэтому имеется запас (при построении профиля ветра
используются наблюдения у приземного слоя на высоте около
Юл), который до проведения убедительных экспериментов, по-
требующих длительных сроков, не может быть выявлен и реали¬
зован.
Рис. 52. Средние значения профиля ветра для различных районов СССР.
Ль Дун — профили ветра для I—VII в. р., взятые по проекту
немецких норм; ^h = ?o+0,3/i (h в м)
Во французских источниках [9] приводятся данные, указыва¬
ющие на то, что при больших скоростях ветра происходит его
выравнивание по высоте; некоторые из них помещены в [162].
Фактически профили ветра непрерывно и беспорядочно меня¬
ются не только в течение длительного времени, как это указано
на рис. 53, но и в течение короткого промежутка времени, что
связано с пульсациями ветра.
53
Строительные нормы [137] устанавливают различные значения
коэффициентов пульсации т скоростного напора для сооружений
и проводов или тросов. Значения т для проводов или канатов
приняты меньшими в связи с их большой протяженностью и рас¬
положением под углом (в подавляющем большинстве случаев)
к направлению ветрового потока, вследствие чего вероятность
одновременного воздействия максимальных значений импульсов
ветрового воздействия уменьшается.
9
Рис. 53. Отклонение скорости ветра от среднего значения
В табл. 9 приведены значения коэффициента пульсации ско¬
ростного напора т в соответствии со строительными нормами
Яюп = <7ю(1 ±т) (1.13)
и соответственно коэффициента пульсации скорости ветра mv
^<7юя= Jg” — £<7ю(1 ± т) = ± т^2 :
Vi0„=V10KTTm^V10(l ±т0); (114)
± т — 1.
Таблица 9
Коэффициенты пульсации
для
Высота, для которой определяется коэффициент пульсации, в
до 20
40
60
80
100—
200
200—
300
300—
490
выше
400
Сооружений:
±т
0,35
0,32
0,28
0,25
0,21
0,18
0.14
од
0,16
0,15
0,13
0,115
0,1
0,085
0,065
0,045
Проводов и тросов:
0,25
0,22
0,20
0,18
0,15
0,12
0,1
0,08
0,112
0,11
0,095
0,086
0,072
0,058
0,049
0,039
От ветрового воздействия на сооружение действуют две
группы сил:
первая', от среднего профиля ветра, сохраняющего свой вид
в течение достаточно длительного времени t^>T\ (где Т\ — период
54
У м/сек
^z
V /
/ $/
Оремпя) 300 МО 900
Высота, и
Рис. 54. Изменение скоро¬
сти ветра на различных вы¬
сотах по времени (первая
цифра—день ноябрь 1952 г,,
вторая — час наблюдения)
У,н/сен
07 73 79 07 07 /3 79 07 07 73 /9
Рис. 55. Изменение скорости
ветра на юге европейской ча¬
сти СССР 9—11 ноября 1952 г.
J
1
S7
у.
31
л
}0н
-/
/-•
/
X
1
k
<
с
й
Ы
й
Z
7
7
9 ноября 70 ноября 77 ноября
/959г
собственных колебаний сооружения по первой форме), характе¬
ризующаяся статической нагрузкой (рс)
Pc = <71onMCxiF.*np, (1-^5)
где <7io— нормативный скоростной напор в кГ/л2;
п = 1,3— коэффициент перегрузки, учитывающий возможность
однократной повторяемости ветра в 10 лет (в нормах
значение qio дано при повторяемости в 5 лет) и неточ¬
ности, возможные при оценке ветрового района;
kh — см. табл. 8;
Г,- — коэффициент лобового сопротивления рассматривае¬
мого i-ro элемента конструкции и соответственно пло¬
щадь его миделевого сечения;
Лпр— коэффициент, учитывающий пространственное располо¬
жение элементов и связанное с этим их взаимное влия¬
ние. Значение этого коэффициента, а также Сх долж¬
ны приниматься на основании экспериментов или дан¬
ных, помещенных в работах [14, 44, 71, 72, 111, 115, 124,
137, 147, 153, 162, 163];
вторая, динамическая от пульсирующей части ветрового воз¬
действия (рд), которая по действующим строительным нормам
определяется по формуле
55
Рд=^|/”
где
а{ (л>) S а(- (л-у) qy Sy ту
а^х)М,
J=1
(1.16)
(1.17)
— коэффициент, зависящий от вида i-й формы сво¬
бодных колебаний сооружения (i=l, 2, п)
и от места расположения массы
7, = q, k. С, п = 4,
(?. = ?»; */ = *.; С< = —)■ (1.15а)
S/ = 2 Ft- — площадь проекции участка / на плоскость,
перпендикулярную направлению ветра;
M/(Mk)— масса участка / (или k), т>сек2/м\
— коэффициент динамичности, зависящий от пе¬
риода Л, соответствующего i-й форме свобод¬
ных колебаний, и от логарифмического декре¬
мента колебания сооружений, определяемый
по графикам рис. 56*;
и а^Ху) — относительные ординаты i-й формы свободных
колебаний сооружения в рассматриваемой
точке k и во всех точках /, где сосредоточены
массы
trij = т (из табл. 7) — коэффициент пульсации ско-
Рис. 56. Коэффициенты динамичности
а — для .металлических и деревянных сооружений; б — для железобетонных и каменных
сооружений
* В металлических конструкциях значение логарифмического декремента
колебания изменяется в пределах 0,03—0,1 и в нормах для больших скоростей
принято равным 0,10.
56
Суммарная нагрузка на сооружение от воздействия ветра с
учетом пульсации принимается:
Рк = Рс + Рд. (1.18)
Этот способ расчета разработан в ЦНИИСК М. П. Барштей-
ном [5—8].
При определении ветровой нагрузки на башни высотой до
150 м по нормам допускается учитывать только колебания по
первой форме, т. е. принимать
(1.16а)
а при большей высоте число форм колебаний i принимать не бо¬
лее трех.
Рис. 57. Схема профилей ско¬
ростного напора, синхронно
действующих на ствол и от¬
тяжки мачты
Рис. 58. Невыгоднейший характер
пульсаций ветра ДУ консольного
стержня для колебаний по
а — первой форме; б — второй форме;
в — третьей форме
Указанная методика разработана на основании статистичес¬
ких обработок результатов многочисленных наблюдений над из¬
менением средней скорости ветра и ее пульсаций в изолирован¬
ных точках пространства.
До настоящего времени не проведена синхронная запись из¬
менения скорости ветрового потока в точках, различно ориенти¬
рованных в пространстве (по высоте, фронту и глубине). Прове¬
дение такой работы с использованием малоинерционных анемо¬
метров позволит не только дать анализ возможного изменения
профилей ветра как по высоте, так и по фронту (с необходимым
усреднением, характеризуемым периодами собственных колеба¬
ний сооружения), но и выяснить корреляционную связь между
изменением скорости ветра по высоте, глубине и фронту.
Поскольку направление ветра может быть произвольным по
отношению к сооружению, а во многих случаях элементы соору¬
жения пересекают большое пространство (например, оттяжки
57
мачт), то вертикальные профили ветра, построенные по отноше¬
нию к различным точкам таких элементов в одно и то же время,
будут различными (рис. 57).
Рассмотрим влияние пульсаций для простейшего случая —
башни, представляющей собой консольный стержень. Макси¬
мальные динамические воздействия на консоль будут при одно¬
временном воздействии пульсаций ДУЬ соответствующих пер¬
вой форме колебаний (пунктирная часть рис. 58,а). ДУп—
соответствующих второй (рис. 58, б) и ДУШ—третьей (рис.
58, в) формам колебаний и т. д.
Рис. 59. Невыгоднейшие профили пульсаций ветра для
консольного стержня по
а — первой форме; б — второй форме: в — третьей форме
Если результаты исследований над синхронными изменения¬
ми скорости ветра в ряде точек в натурных сооружениях пока¬
жут, что из множества записей можно отыскать такой профиль,
чтобы
ДУ, -F ДУ„ + ДУН1 + • •• =ДУ, (1.19)
то тем самым будет обоснована необходимость учитывать ряд
форм свободных колебаний (рис 59).
Если реализации покажут на большую частоту изменения
одного вида пульсаций по высоте (рис. 59,6), то динамическое
влияние порывов ветра на сооружение будет иметь значение
лишь для участков протяженностью ДЯ.
Величина динамического воздействия зависит и от периода
пульсаций, и она будет максимальна при Т1 — 7*,, = Zn, ТЦ1=
=/1П, где Г,, Тп, ТП1 — периоды собственных колебаний соору¬
жения по соответствующим формам; /п, /1П — периоды пуль¬
саций ветрового потока (см. рис. 59).
Вероятность совпадения ДУмакс. Т-*4 должна быть проверена
также экспериментальным путем, для чего одновременно с при¬
борами, регистрирующими характеристики ветра, необходимо
вести запись напряжений и отклонений в характерных точках
конструкции.
58
Из рис. 58 и 59 легко сделать вывод о том, что расчет нижних
сечений башен с учетом только первой формы по формуле
(1.16а) идет в запас прочности, поскольку при эпюра
моментов будет максимальная в основании; для консольной час¬
ти башни для некоторых элементов может оказаться худшим
случаем колебание по I + II; I + III; I + II + III формам свобод¬
ных колебаний.
Практика наблюдений над работой большого числа радиоба¬
шен и радиомачт показала их достаточную живучесть — не¬
известны случаи разрушения их при ураганах, несмотря на то,
что эксплуатируемые башни и мачты проектировались в течение
нескольких десятилетий по различным отечественным нормам.
В сооружениях цилиндрической круговой и других форм по¬
перечного сечения и при конической форме с большим удлинени¬
ем возможны срывы вихрей и возникновение периодических сил,
направленных преимущественно перпендикулярно ветровому по¬
току, и автоколебания другой природы, приводящие к колебани¬
ям со значительными амплитудами и могущие вызывать устало¬
стные явления в металле.
Для круговых цилиндрических тел это явление, описанное в
работах [5, 15, 114, 128, 129, 130, 133, 137, 162, 181, 187], свя¬
зано с образованием «дорожки Кармана», причем значение
«0,3 Сх.
Критическая скорость ветра VKp, вызывающая резонансное
явление в круглых цилиндрах, определяется по формуле
Укр= —, (1.20)
кр ShT» V /
где d— диаметр цилиндра в м;
Т — период собственного колебания цилиндрического эле¬
мента в сек;
Sh— число Струхаля.
Для круглого цилиндра Sh = 0,2, для цилиндров с острыми
кромками (призмы) Sh=s0,ll (при Cv до 1).
Строительные нормы {137] предписывают следующим образом
рассчитывать сооружения или его элементы, имеющие цилиндри¬
ческую форму.
Аэродинамические силы, действующие на сооружение, имеют
две составляющих: одна — действующая в направлении ветрово¬
го потока, интенсивность которой постоянна и равна
РрКр = jgP Cxd + Рд.кр» (1.18а)
вторая — действующая в произвольной точке сооружения с коор¬
динатой х периодически, в направлении, перпендикулярном пото¬
ку, и равная в общем виде:
F (х, 0 = — Fo а (х) sin со/, (1.21)
Л
59
2л
со = —— круговая частота.
Эта сила является внешней нагрузкой, приложенной непре¬
рывно по высоте сооружения по закону, характеризуемому зна¬
чением безразмерного коэффициента а(х) формы колебаний
°с(х)=^4. (1.22)
Л1 W
X = Хх.
Характер изменения значения коэффициента а(х) зависит
условный прогиб y/f при
первой форме свободных
колебаний для произ¬
вольной точких (верхний
член) и для точки с х=
= Xi (нижний член), где
Xi соответствует точке с
наибольшей а м пл иту д о й
(рис. 60). Такой точкой
для консольной балки яв¬
ляется X\ = h, а для одно¬
пролетной шарнирно
опертой башни постоян¬
ной жесткости и с равно¬
мерно распределенными
массами Xi= — . Для со-
2
оружений с переменной
а — для консольного стержня: п — для стержня ЖеСТКОСТЬЮ ЭТЗ фуНКЦИЯ
при двух опорах вычисляется методом по¬
степенных приближений.
Максимальное значение силы F (х, t) будет при sin(o/=l
Р(х, /)макс = — Foa(x).
Значение Fo, называемое наибольшей амплитудой, возникаю¬
щей на свободном конце у консольно закрепленного цилиндра
и в середине пролета при двухпролетной балке, определяется по
формуле
V2 d
Fo=^~. (1.23)
64
Зная распределенные силы F (х, t), определяют от них эпюру
моментов Мстх, рассматривая действие этих сил как статическое
(см. рис. 52). Резонансный динамический изгибающий момент
60
/Ид и амплитуда колебаний для консольных цилиндрических
элементов ствола башни или ствола мачты и отдельных элемен¬
тов определяются по формулам:
/Ид = 0,8-у Л1СТ; (1.24)
Уд = 0,8-5-уст, (1.25)
где 6 — логарифмический декремент колебания, для стальных
сооружений равный 0,05—0,1, а для железобетонных —
0,3;
0,8— специальный коэффициент условия работы, учитываю¬
щий малую вероятность возникновения срывов по¬
тока ветра по всей высоте сооружения.
Расчетный динамический изгибающий момент М'л определяет¬
ся путем геометрического суммирования двух моментов: Mv Кр от
силы р1Кр (1.18 а) и от Мд (1.24)
Мд = МрКр + Мд. (1.26)
Для кругового цилиндра
Ч=/^д + ^окр- (1.26а)
Если геометрические размеры сооружения изменяются с вы¬
сотой, то в качестве первого приближения можно принять услов¬
ную эпюру изменения скорости ветра с высотой, руководствуясь
формулой (1.20) и учитывая изменения по высоте характерного
размера а. При таком способе расчета определяются наибольшие
из возможных значений Мд.
Периодические колебания возможны и при сооружениях, име¬
ющих форму, отличную от кругового цилиндра. Так, например,
наблюдались колебания в ветровом потоке элементов, составлен¬
ных из уголков (распорки в башнях), и конструкции, имеющей в
поперечном сечении форму ромба.
Явление периодических срывов вихрей и связанных с ними ко¬
лебаний наблюдается в сооружениях радиотелескопов со сплош¬
ными отражающими поверхностями (см. рис. 43, 44) как при их
эксплуатации, так и при испытании моделей в аэродинамической
трубе. В последних случаях конструкция самой чаши радиотеле¬
скопа была очень жесткой и колебания ее как жесткого тела бы¬
ли связаны с упругой податливостью закрепления, которым явля¬
лась кинематическая цепь механизмов, предназначенных для
вращения антенны, удерживающая чашу в требующемся поло¬
жении.
Для антенных устройств, работающих в очень коротком диа¬
пазоне волн (мм) и выполняемых в виде высечек из параболиче¬
ских поверхностей (см. рис. 46), даже малые скорости ветра мо¬
гут представлять серьезную опасность для нормальной эксплуа-
61
тации (в результате изменения
теоретической формы антен¬
ны). Это происходит как
вследствие перераспределения
давления по поверхности ан¬
тенны, так и из-за периодиче¬
ских срывов ветрового потока,
возникающих при переливании
его через верхнюю кромку
антенны.
Устранение указанных яв¬
лений следует устанавливать,
сообразуясь с конкретными ус¬
ловиями, путем изменения
форм колебания, увеличения
декремента колебания и разру¬
шения пограничного слоя в
зонах срыва ветрового потока.
б) Обледенение
Гололед, изморозь и смесь
из них являются отложениями
переохлажденных капель дож¬
дя или тумана, происходящи¬
ми при соприкосновении с
предметами, имеющими более
низкую температуру.
Гололед образуется при
медленном замерзании капель,
когда температура близка к
нулю и капли успевают рас¬
течься, образовав однородный
уг«0,6-ь0,9 т/л13. При быстром
Рис. 61. Главный монумент, посвя¬
щенный Сталинградской битве
ледяной слой объемным весом
замерзании в случае низких температур образуется изморозь,
имеющая уг~0,15н-0,25 т/уи3. При промежуточных температу¬
рах замерзания или при изменениях температуры возникает
смесь гололеда и изморози, имеющая уг~ 0,25 -ь 0,6 т/л«3.
В приземном слое толщиной до 100 м обледенение происходит
вследствие местных явлений, связанных с влажностью воздуха
(испарениями) при определенных перепадах температуры. Эти
явления регистрируются на метеостанциях. В этом же слое рас¬
полагается большое число линий электропередачи, наблюдение
над которыми позволило собрать большой фактический матери¬
ал. Районирование территории СССР проведено в соответствии
с этими наблюдениями.
Вся территория СССР на основе этих данных разбита на пять
районов, включая особые, для которых установлено приведенное
62
значение толщины стенки гололеда при уг=0,9 т./.и3, на высоте
10 м на проводе диаметром 10 мм при повторяемости его один раз
в 5 лет и один раз в 10 лет (табл. 10). При изменении диаметров
проводов толщина стенки гололеда определяется путем умноже¬
ния ее на поправочный коэффициент, значение которого приведе¬
но в табл. 11.
Карты гололедного районирования СССР даны в [190].
Таблица 11
Таблица 10
Районы
СССР
Повторяемость
один раз в
Диаметр провода, троса
или каната в мм
5
10
20
30
50
70
5 лет
10 лет
I
II
3
5
5
10
kd — поправочный коэф¬
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
III
IV
Особые
10
15
>20
15
20
>25
фициент
При определении толщины стенки гололеда на высотах, отли¬
чающихся от 10 м и не превышающих 100 м, вводится коэффи¬
циент kh по табл. 12.
Таблица 12
Высота над поверхностью
земли в м
5
10
20
30
50
70
100
kh — поправочный коэф¬
фициент
о,1
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
В соответствии с этими данными расчетная гололедная на¬
грузка на различных высотах рь определяется по следующим
формулам:
для проводов, тросов и канатов
рЛ = рн nkd kh — Jib (d + b) у г 10 3nkd kh кГ!м;
(1.27)
для всех других элементов сооружения
рА = bSkfTnkh 10 3 кГ)м, (1.28)
где Ь — толщина стенки гололеда, мм (табл. 10);
d — диаметр провода, троса или каната, мм;
kd — поправочный коэффициент по табл. 11;
kh — поправочный коэффициент по табл. 12;
63
п = 1,3 — коэффициент перегрузки;
S—периметр рассматриваемого элемента сооружения, мм
[только для формулы (1.28)];
k= 0,6 — коэффициент, учитывающий отношение площади по¬
верхности элемента сооружения, подверженной обледе¬
нению, к полной поверхности элемента;
уг = 0,9 г!см? — объемный вес гололеда.
В слое выше 100 м над поверхностью земли гололед на конст¬
рукциях образуется при прохождении слоистых облаков, и поэто¬
му для этого слоя территория СССР имеет другую систему райо¬
нирования. Данные о районировании для высот 200 м и более и
толщине стенки гололеда с повторяемостью один раз в 5 и 10 лет
приведены в табл. 13.
Таблица 13
Высота над поверх¬
ностью земли в м
Азиатская
часть СССР
с нагрузками
первого района
гололедности
при повторяе¬
мости один
раз в
Остальная
часть СССР,
кроме особого
и горных райо¬
нов, при по¬
вторяемости
один раз в
Особый район и гор¬
ные местности с раз¬
личными районами
гололедности
5 лет
| 10 лет
5 лет |
10 лет
200
15
20
35
45
На осно¬
300
20
25
45
55
вании
400
25
30
60
75
специаль¬
ных об¬
следова¬
ний
Рис. 62. Изменение толщины стенки голо¬
леда с высотой для различных районов го-
лоледности при повторяемости один раз
в 5 лет
а — для азиатской части СССР с нагрузками
1 района гололедности; b — для остальной части
СССР, кроме особого района и горных местностей
с различными районами гололедности
Обледенение в слое между 100 и 200 м следует брать по ин¬
терполяции, сообразуясь с рис. 62.
Для определения нагрузок на провода, тросы и канаты, а так¬
же другие элементы сооружений при высоте более 100 м приме¬
няются соответственно формулы (1.27) и (1.28), но вместо зна¬
чений (bkh) принимают данные из табл. 13 или из рис. 62.
В тех случаях, когда имеются данные многолетних наблюде¬
ний об образовании гололеда в конкретной местности, необходи¬
мо учитывать их при определении нагрузки, уточняя норматив¬
ные данные, которые усредняют их значения.
64
Расчетная ветровая нагрузка при обледенении принимается
по формуле
PS = P?,«= Ш„
(1.29)
где
(1.30)
qx=qM)kx—для соответствующего ветрового района (обычно
при повторяемости один раз в 5 лет) [190] по
табл. 7 и 8, без учета коэффициента пульсации, по¬
скольку значение коэффициента а носит условный
характер;
Сх — коэффициент лобового сопротивления, учитываю¬
щий новые геометрические размеры, но для про¬
филя, имеющего тот же вид, что и до обледене¬
ния;
F— площадь проекции покрытого гололедом элемента
на плоскость, перпендикулярную направлению вет¬
ра. При высоте более 100 м над поверхностью зем¬
ли толщина обледенения на элементах, получен¬
ная с использованием данных табл. 13, увеличи¬
вается в 1,5 раза. Эта мера вызвана тем обстоя¬
тельством, что толщина обледенения, указанная
в табл. 13, принимается при уг=0,9 т/м3, в то вре¬
мя как возможны более рыхлые образования об¬
леденения с уг~0,5 при сохранении веса отложе¬
ния, и в связи с этим возможно увеличение парус¬
ности. Это обстоятельство имеет большое практи¬
ческое значение и в тех случаях, когда характер
отложений (вес и уг) известен; необходимо произ¬
водить соответствующие уточнения.
а = 0,25 — коэффициент, учитывающий уменьшение значе¬
ния скоростного напора. Вероятность возникновения такого ско¬
ростного напора составляет около 3% от времени эксплуатации.
Вероятность обледенения различна для различных районов
СССР и высот. При семи днях обледенения в течение года она
составляет 2%. Таким образом, вероятность совместного воздей¬
ствия двух независимых событий, которыми являются гололед
и ветер, составит около 0,03.0,02 = 0,0006, или один раз в 5 лет.
При больших длинах проводов и различном их расположе¬
нии по отношению к ветровому потоку, что может иметь место
в зонтичных антеннах, целесообразно дифференцировать вели¬
чину толщины обледенения в различных лучах (см. главу III,
§11);
Вопросам, связанным с процессом обледенения и возникаю¬
щими от него нагрузками, посвящена обширная литература [19,
20, 40, 94, 128, 144, 162, 163, 166, 190, 203].
5—44
65
в) Температурные воздействия
Равномерное изменение температуры воздуха, нагрев части
элементов конструкции или односторонний нагрев могут вызвать
в сооружении существенные изменения напряженного состояния
и геометрической формы.
В зависимости от конструктивного решения и вида антенного
устройства эти воздействия могут проявиться в различных эле¬
ментах: в башнях у фундаментов; в мачтах вследствие измене¬
ния усилий в стволе и оттяжках при изменении температуры
воздуха или при сплошных трубчатых стволах вследствие изме¬
нения напряжений от изгиба при нагреве их солнечными луча¬
ми; в полноповоротных параболических антенных устройствах
типа радиотелескопов и других точных устройствах. Это проис¬
ходит как вследствие одностороннего нагрева солнечными луча¬
ми, так и при быстром изменении температуры воздуха и различ¬
ной аккумуляции тепла (вследствие различия в площади и фор¬
ме сечений элементов) а также при применении металлов, имею¬
щих различные коэффициенты температурного удлинения.
Поэтому при расчете различных конструкций необходимо
учитывать раздельно или вместе следующие температурные
воздействия: суточное изменение температуры воздуха и одно¬
сторонний нагрев солнечными лучами.
Изменение температуры воздуха в течение года в различных
районах СССР принимается в соответствии со Строительными
нормами и правилами [142].
Для элементов сооружений высотой более 100 м следует учи¬
тывать возможное понижение температуры в среднем на 5° [191]
по сравнению с температурой воздуха в наиболее холодной пя¬
тидневке:
расч ^хол.пят
(1.31)
Для сооружений, в которых имеет значение изменение темпе¬
ратуры воздуха, возможно вести расчет с учетом отклонения от
средней температуры
/макс ~4~ /мин
(1.32)
(/макс И /мин принимаются со своими знаками), но при этом долж¬
ны быть предусмотрены соответствующие мероприятия. Обычно
в мачтах учитывается изменение натяжения оттяжек при раз¬
личной температуре. В особых случаях замыкание системы мо¬
жет быть приурочено к средней или близкой к ней температуре
воздуха и должно производиться при отсутствии солнечной ра¬
диации. В антенных устройствах, предназначенных для работы
в миллиметровом, а иногда сантиметровом диапазоне волн,
удлинение от изменения температуры воздуха в некоторых схе¬
мах приводит к недопустимым отклонениям [166].
66
Рис. 63. Радиопрозрачное
укрытие, предназначенное
для радиотелескопа
Рис. 64. Радиопро¬
зрачное укрытие,
предназначенное для
опоры
Односторонний нагрев солнечными лучами может привести
не только к деформациям конструкции, недопустимым при эк¬
сплуатации, но и к существенному изменению напряжений. Осо¬
бое значение приобретает солнечная
радиация для конструкций, у которых
определяющим является второе пре¬
дельное состояние и изменение их по¬
ложения (линейное или угловое) огра¬
ничивается очень жесткими требова¬
ниями. К таким сооружениям относят¬
ся антенные устройства типа радиоте¬
лескопов или опор, на которых уста¬
навливается оборудование, имеющее
очень малые углы диаграммы направ¬
ленности, в некоторых случаях исчис¬
ляемые несколькими секундами. В
этих случаях предпринимаются необходимые меры для уменьше¬
ния влияния солнечной радиации: конструкции окрашиваются в
светлые тона, отражающие в первую очередь инфракрасный
спектр лучей; применяется один вид ме¬
талла, и при этом с наименьшими коэффи¬
циентами температурного удлинения (иног¬
да инварные сплавы); изделия помещают в
радиопрозрачные укрытия (рис. 63, 64).
Влияние солнечной радиации на напря¬
жения и деформации можно выявить, зная
следующие исходные данные:
а) состояние поверхности. При отсутст¬
вии конвекции (в безвоздушном простран¬
стве) основным параметром, определяю¬
щим температуру тела, является отношение
интегральной поглотительной As и излуча¬
тельной е способностей. Данные о и е
для некоторых лакокрасочных покрытий и
для полированного металла даны в [196,
197] и в табл.
Несмотря
белого лака,
эксплуатации
его характеристику
близкой для серой краски-2L =0,3-н 0,9.
14.
на хорошую характеристику
он после небольшого срока
загрязняется. Практически
следует принимать
Аг
8
Как видно из таблицы, полировка металла
не дает минимальных значений указанных характеристик;
б) влияние конвекции, которая чрезвычайно разнообразна
и зависит от интенсивности ветра, температуры воздуха, формы
5*
67
элементов и их положения по отношению к ветровому потоку,
гравитационному полю и расстоянию от поверхности земли;
Таблица 14
Вид покрытия
8
е
Черная краска
—1
1
Серая краска
0,85
0,95
0,9
Белый лак
0,12
0,8
0,15
Полированный алюминий
—
—
7
Полированная сталь
~~
9,6
радиацией
Яз
в) количество приносимой солнечной
(ккал \
ом )
теплоты
на уровне земли. Оно зависит от широты, в кото¬
рой располагается изделие, угловой высоты солнца и местных
условий (уровнем над океаном и загрязненностью воздуха);
г) теплопроводность материала;
д) конструктивную форму изделия.
Некоторые данные, связанные с рассматриваемыми вопроса¬
ми, изложены в работах [196, 197].
При помещении прецезионных антенных устройств в радио¬
прозрачные укрытия даже при их небольших размерах необхо¬
димо учитывать перепад температуры по высоте или прибегать
к искусственному перемешиванию воздуха внутри помещения
для обеспечения необходимых требований сохранения формы
антенн. Окончательная выверка формы и положения изделия
должна производиться при среднем эксплуатационном темпера¬
турном режиме.
Динамические воздействия
а) Вращение и перемещение антенных устройств
При вращении материальной точки с массой гиг-, находящей¬
ся на постоянном расстоянии гг относительно неподвижного
„ I рад \
центра с угловой скоростью —— и угловым ускорением
\ сек /
/ рад \
(О/1—-L возникают силы инерции в направлениях радиуса
вращения рпг- и движения рц:
prtz = mi<Pir, = y<Pi'’i;
(1.33)
68
(1.34)
Дй=М,г{ = Аю.г..
Эти усилия могут быть значительными при больших разме¬
рах сооружения. Так, например, для того чтобы они были оди¬
наковыми с силами тяжести, необходимо, чтобы
2
— Ф^( = Л. т. е. = 1 (1.35)
g ‘ ‘ g
или
Ь. г. = Ph т. е. = 1 (1.36)
g g
(при г, = 25 м это соответствует <р<=0,44 рад!сек,
—0,2 рад!сек2).
При поступательном движении инерционные силы PIU, зави¬
сящие от ускорения at, имеют значение лишь при высоких пере¬
мещающихся антеннах, при которых они должны обязательно
учитываться для обеспечения устойчивости положения
Pik= <*i— = miai. (1.37)
g
Поскольку инерционные силы пропорциональны массам, то
в возможных случаях необходимо всемерно уменьшать вес кон¬
струкций и дополнительных элементов и приближать центр тя¬
жести к опорным точкам.
Значения ф,-, ©<, а» устанавливаются заданиями на проектиро¬
вание в соответствии с требованиями, предъявляемыми к соору¬
жениям.
б) Сейсмические силы
Сейсмические силы могут иметь произвольное направление
и поэтому, сообразуясь со схемой сооружения, принимается наи¬
худшее. Для сооружений, имеющих большую высоту, наиболее
опасно горизонтальное направление сейсмических сил.
Основные положения расчета конструкций при сейсмических
воздействиях изложены в Строительных нормах и правилах [138].
Сила землетрясения оценивается в баллах по шкале
ГОСТ 6249—52 и принимается по картам и перечню населенных
пунктов СССР, указанных в [138]. В этих данных сейсмичность
относится к участкам со средними грунтовыми условиями, ха¬
рактеризуемыми песчанисто-глинистыми грунтами с низким
уровнем грунтовых вод.
При повышении гибкости сооружения сейсмические силы
уменьшаются, но затухания происходят медленно, поэтому реко¬
мендуется для сооружений, высота которых превышает мини¬
мальный размер поперечного сечения в 5 раз и более, масса не
69
сосредоточена на одном уровне (что относится к опорам), а пе¬
риод собственных колебаний Т>0,5 сек, учитывать при расчете
высшие формы колебаний (как правило, не более трех). Вычис¬
ленные при этом расчетные усилия суммируются как среднеквад¬
ратичные, причем наибольшее усилие принимается в полном
размере, а остальные с коэффициентом 0,5:
-о,5^,
(1.38)
где
Np— расчетное значение усилий (поперечной силы, изги¬
бающих моментов и др.) в рассматриваемом сечении
от действия сейсмической нагрузки;
Ломакс — наибольшее значение данного вида усилия в рас¬
сматриваемом сечении, выбранное в результате со¬
поставления эпюр усилий, вызываемых сейсмически¬
ми силами, отвечающими различным формам коле¬
бания сооружения;
N, — прочие усилия в том же сечении от других форм ко¬
лебаний (кроме вызвавшего Ммакс).
Формы колеЪоний
Рис. 65. Схема для расчета
консоли на сейсмичность по
первой (/) и другим фор¬
мам колебаний
При определении усилий ЛГ; (в ТОМ числе И Ломакс) к соору¬
жению прикладывают сейсмические нагрузки распределен¬
ные по высоте сооружения в точках, где группируются массы
весом Qb (рис. 65), и от них определяют моменты, поперечные
и нормальные силы для различных форм колебания:
= Qk р/ Л/Л, (1 -39)
где Sik—действующая в точке k сейсмическая сила, соответ¬
ствующая i-й форме свободных колебаний;
Qk — нагрузка, вызывающая инерционную силу (собствен¬
ный вес конструкции с введением коэффициента пе¬
регрузки и специального коэффициента сочетания),
которая в соответствии с разбивкой масс на участки
принимается сосредоточенной в точке /г;
70
ka—коэффициент сейсмичности (табл. 15).
т]1А— коэффициент, зависящий от формы деформации со¬
оружения при его свободных колебаниях по i-й фор¬
ме и от места k расположения нагрузки Q (рис. 65).
Таблица 15
Расчетная сейсмичность в баллах
7
8
9
Значение коэффициента сейсмичности kz . . . .
0,025
0,05
0,1
Значения гца определяются по формуле
Xt(xk) SQyXiity)
n.* = —Н ’ (L40)
в которой Xi (Xh) и Xi (xw) —отклонения сооружения при сво¬
бодных колебаниях (рис. 65) в рассматриваемой точке и во всех
точках у, где в соответствии с расчетной схемой приложена
сосредоточенная масса. При этом имеет место равенство
£|Ь=1, (1.41)
1
Pi(i) зависит от периода собственных колебаний сооружения
и декремента затухания колебаний. Максимальное значение
Р« (i)макс = Р< для мачт, башен и других аналогичных конструкций
принимается по формуле
3 > Р/ = ± > 0,8. (1.42)
< i
Максимальное значение расчетной сейсмической нагрузки
по i-му тону свободных колебаний
s^ = _QkM£1 (1,39а)
Ti
После определения значений S,h — нагрузок по i-й форме ко¬
лебаний в точке k для каждой из формы колебаний строятся
эпюры М, N и Q и определяются усилия N в соответствующих
элементах. Определение расчетного усилия производится по
формуле (1.38).
71
Следует иметь в виду, что в отечественных условиях не было
зарегистрировано разрушений антенных систем при сейсмических
воздействиях, хотя значения kc принимаются в нормах, считая
6 = 0,3. Анализ этого явления должен быть сделан в специальном
исследовании.
Уменьшение напряжений от сейсмических сил путем соот¬
ветствующего снижения веса конструкций эффективно лишь
в случае уменьшения веса дополнительных элементов. Подобное
изменение площади сечений и веса несущих конструкций (при
одинаковой прочности металла) не приводит к уменьшению на¬
пряжений, так как оно соответствует такому же изменению
жесткости и сооружения оказываются сейсмически равнопроч¬
ными [164]. Эффект достигается лишь при применении сталей
повышенной прочности.
При расчете антенных этажерок, жесткость которых и масса
существенно меньше жесткости и массы нижележащей части
ствола, следует принимать значение рг)к = 5.
При расчете выступающих площадок и узлов прикрепления
конструкций к основанию в местах изменения жесткости или
приложения масс, на которых устанавливается оборудование,
значение ₽т1к=5-
Вопросам сейсмических воздействий на высотные сооруже¬
ния посвящена литература [65, 138, 162].
в) Действие ударной волны
Действие ударных волн на сооружения, имеющие сплошные
поверхности и решетчатую структуру, рассмотрено в работах
[34, 122].
Силы от действия внутренних напряжений
и усилий
Внутренние напряжения, возникающие в процессе образова¬
ния прокатных профилей, изготовления конструкций и производ¬
ства сварочных работ, а также во время монтажа в результате
натяжения и изгиба элементов при несовпадении отверстий
и других причин, обычно учитываются в расчете косвенно только
при назначении коэффициентов условия работы т.
Учет указанных внутренних напряжений может производить¬
ся лишь в конструкциях, формы которых в процессе эксплуата¬
ции должны быть сохранены с большой точностью, или в кон¬
струкциях с таким динамическим характером работы, при кото¬
ром эти несовершенства могут существенно понизить живучесть
сооружения из-за уменьшения выносливости или устойчивости.
В таких случаях должны быть приняты меры, устраняющие или
существенно уменьшающие остаточные напряжения путем раз¬
работки соответствующих конструктивных форм, а также тех¬
нологии изготовления и термической обработки конструкции в
первую очередь у сварных соединений. Г. А. Николаев [90] ре-
72
комендует принимать высокий отпуск1 хотя бы части изделия
у зон сварных швов, если общий отпуск по техническим причи¬
нам затруднен.
Предварительное напряжение является свойством всех кон¬
струкций, в которых применяются нити. Поэтому мачты или
комбинированные конструкции с использованием нитей всегда
имеют предварительное напряжение, величина которого выби¬
рается такой, чтобы, с одной стороны, обеспечить требования
первого и второго предельных состояний и, с другой стороны,
выбрать такое значение предварительного натяжения, при кото¬
ром вес и стоимость конструкции будут минимальными.
Предварительное натяжение в мачтах изменяется при пере¬
паде температуры воздуха, в связи с чем за расчетное предвари¬
тельное натяжение принимается усилие при средней температу¬
ре для района установки данного сооружения и вычисляются
усилия в зависимости от температуры воздуха при монтаже,
с тем чтобы учесть эти данные во время монтажа и выверки при
эксплуатации.
Натяжения осуществляются с помощью устройств, фикси¬
рующих усилие с точностью ±10—15% (в соответствии с [140]
установлена точность натяжения оттяжек ±8%, но она не всег¬
да может быть реализована), однако возможная неточность на¬
тяжения в расчете учитывается лишь косвенно при установлении
значения коэффициента условия работы. Такой прием допустим,
так как определение усилий повторяется в процессе выверки
несколько раз и при этом одновременно несколькими приборами
(например, каждый ярус мачты с тремя оттяжками в плане вы¬
веряется одновременно тремя приборами). Кроме того, выверя¬
ется вертикальность положения ствола, что при симметричном
расположении оттяжек и одинаковых усилиях в них приводит
к уменьшению максимальной ошибки вследствие ее усреднения
Лишь в некоторых специальных сооружениях могут быть уч¬
тены отклонения начального натяжения с большей точностью.
При этом необходимо оценить: действительную точность отсче¬
тов у приборов, многократность повторения отсчетов, число ис¬
пользуемых приборов, влияние выверки вертикальности и изме
нение средней температуры по высоте опоры, скорость ветра,
при которой допускается выверка, разные углы солнечных лучей
по отношению к разным одновременно выверяемым оттяжкам,
неразрезность ствола мачты, учет начального искривления кон¬
струкции и др.
При применении предварительного натяжения в раскосах
башен и в других аналогичных конструкциях следует выбирать
такое значение натяжения чтобы при действии максималь¬
1 Нагрев закаленной стали до температуры 500—670° С (в зависимости
от марки стали), выдержка при этой температуре и охлаждение с требующей¬
ся для данной стали скоростью.
73
ных внешних силовых воздействий усилие в одном из перекрест¬
ных раскосов было нулевым [185], а во втором достигло макси¬
мального значения, равного удвоенному Атакер=2МОр-
В системах предварительное натяжение имеет очень большое
значение и определяется в первую очередь сообразуясь с радио¬
техническими требованиями. Так, например, при антеннах зон¬
тичного типа (см. рис. 33) изменение провисания антенны влечет
изменение передаваемой мощности. Поэтому по заданию прови¬
сания ограничиваются определенными значениями, для удовлет¬
ворения которых выбирается необходимая величина предвари¬
тельного натяжения, при которой антенна сохраняет предельное
положение при действии определенных сил (веса обледенения,
напора ветра и др.).
В таких системах возможно опускание части антенны и, сле¬
довательно, изменение усилий, действующих от них как на пери¬
ферийные, так и на центральную опоры, а также натяжение от¬
тяжек. При таком измененном положении (и соответствующем
предварительном натяжении) необходим учет внешних сил от
метеорологических воздействий, что должно учитываться при
расчете конструкций.
Изменение усилий в предварительно напряженных конструк¬
циях при различных внешних силовых воздействиях зависит от
вида конструкции, ее схемы и должно быть оценено при расчете
конкретных конструкций. Некоторые случаи учета предваритель¬
ного напряжения изложены ниже, а также в работах [26, 42, 55,
56, 64, 68, 69, 128, 158, 159, 160, 162, 175, 185].
Нагрузки, возникающие в процессе монтажа
Эти нагрузки не могут быть заданы заранее, так как при
заданном виде конструкций они зависят от способа монтажа,
размера и веса монтажных единиц. Они могут быть учтены лишь
в случае установившихся приемов монтажа и монтажного обо¬
рудования, применяемого для данного вида конструкции специа¬
лизированными организациями.
Для конструкций, устанавливаемых постоянно, могут приме¬
няться три основных способа монтажа: сборка конструкции на
земле с последующим подъемом в собранном виде, постепенное
наращивание сверху и подращивание снизу.
Во всех трех случаях работа конструкции отличается от про¬
ектной.
В первом случае, несмотря на законченный вид, который при¬
обретает конструкция при сборке на земле, условия опирания
и нагрузки отличаются от тех, которые будут действовать при
эксплуатации. Во втором случае схема сооружения по мере его
возведения изменяется равно, как и нагрузки. В третьем случае
в самом проекте основных конструкций должна быть предусмот¬
рена возможность использования части сооружения для мон¬
74
тажных целей, поэтому и расчет их должен делаться с учетом
монтажных состояний.
Перевозные конструкции проектируются комплексно, т. е.
с учетом их монтажа. Поскольку к таким конструкциям предъ¬
являются жесткие требования в части скорости их развертыва¬
ния, то и нагрузки, возникающие на отдельных этапах монтажа
в отдельных элементах, зависят от схемы конструкции, последо¬
вательности развертывания. Наиболее спорным моментом яв¬
ляется вероятность воздействия во время монтажа тех или иных
метеорологических (преимущественно ветровых) сил.
Если считать допустимым совпадение ветра некоторой интен¬
сивности при развертывании конструкций в течение трех суток
ежегодно сор= то может быть определено следующее мак¬
симальное ветровое воздействие, исходя из вероятности
новения максимальной скорости один раз в пять лет:
1
возник-
(1.43)
или
1
_з_
365
= ^(«6%).
1о
(1.43а)
Используя данные, приведенные на рис. 50, можно устано¬
вить, что для III в. р. этой вероятности соответствует скорость
ветра Vio= 12-4-13 м!сек, которая в свою очередь составляет
примерно 50% от максимальной. Таким образом, в этом случае
ветровой напор может быть принят
<7м = 0,25</10. (1.44)
Методика определения напряжений
и комбинации силовых воздействий
При расчете конструкций по первому предельному состоянию
выдерживаются следующие соотношения’
по прочности
mR > о = S £со„ i Ф, (n,, qh S,); (1.45)
по устойчивости формы
° = 2 ЛсочФу (и,., S_., Ф*)*, (1.46)
где R— расчетное сопротивление металла;
т—коэффициент условия работы, приведенный в
табл. 16;
^соч — коэффициенты сочетания, значения которых для на¬
* Значения kY и (ф, ф*, с) одновременно не учитываются.
75
иболее характерных для антенных сооружений слу¬
чаев приведены в табл.17;
Л/—коэффициенты перегрузки, значения которых приве¬
дены в табл. 18;
S;—геометрические характеристики рассчитываемого се¬
чения (F, W);
Фр Ф/—функции, характеризующие зависимость напряже¬
ний от нагрузок и геометрических параметров соору¬
жения при расчете на прочность и устойчивость (на¬
пример, при чистом растяжении Ф4= -у- и чистом
сжатии ФУ = —;
• руГ
Таблица 16
№
п.п.
Элементы
Значение коэффицн*
ента условия
работы, т
4
5
6
7
8
9
10
Расчетные элементы мачт и башен, за исключе¬
нием указанных ниже
Механические детали оттяжек (за исключением
пп. 4, 7—10 настоящей таблицы)
Оттяжки (канаты):
а) постоянные kly k2, т
б) временные klt k2t тэ
£1=0,8 — коэффициент однородности;
k2=0,8 — коэффициент условия работы материала
в конструкции;
тп = 0,8; гиэ=1—коэффициенты условия работы
элемента конструкции
Подвесные проволочные антенны
Анкерные тяжи и анкерные болты
Болты при работе на:
а) растяжение
б) срез и смятие
Болты и валики при работе на изгиб
Фланцы:
а) кольцевого типа
б) срез и смятие
Проушины при работе на:
а) разрыв
б) смятие и выкалывание
Лестницы, площадки, перила
0,9
0,8
0,5*
0,65*
0,65*
0,65
0,8
1
1
1,1
0,9
0,65
1
1
1
2
3
* Относятся к разрывному напряжению каната в целом.
ky — коэффициент, характеризующий понижение напря¬
жений в сжатых элементах конструкций (табл. 19).
Расчет по второму предельному состоянию производится без
учета коэффициента перегрузок для стационарных сооружений
76
Сочетание нагрузок и значения ксоц при различных комбинациях
ГС
=1
S
\о
«а
Для стационарных сооружений.
Для перевозных сооружений.
Ветровая нагрузка принимается в соответствии с заданием.
* * *
* *
*
77
при основных сочетаниях нагрузок, а для вращающихся ан¬
тенн— по дополнительной комбинации 2 «г» (см. табл. 17), т. е.
с учетом инерционных воздействий при вращении:
У > Уг - 2 <h S<); (1-47)
= (1.48)
Таблица 18
Нагрузки и воздействия
Значение коэффициента
перегрузки п
Собственный вес металлических конструкций, ме¬
ханических деталей и оборудования
Собственный вес термоизоляции
Предварительное натяжение проводов, антенн, ка¬
натов, арматуры
Ветровая нагрузка
Вес обледенения
Снеговая нагрузка
Сейсмические воздействия
Температура воздуха
Монтажные нагрузки
Обрыв проводов, канатов, антенн
Усилия антенн, подвешенных на контргрузах (при
трех роликах)
Собственный вес:
фундаментов
насыпного грунта
1.1 (0,9)*
1.2 (0,9)*
0,9—1,1**
1,3***
1,3
0,5
1
1
1,2
1,2
1,2
1.1 (0,9)*
1.2 (0,8)*
* Коэффициенты в скобках относятся к проверке устойчивости положе¬
ния сооружения.
** Выбирается наихудшее значение для расчета данного элемента. При
расчете сооружения в целом значение этого коэффициента принимается рав¬
ным единице.
*** При сроке службы сооружений более 50 лет — 1,5.
Таблица 19
Наименование
Значение kv или <р, ф*. с
Общая устойчивость мачт с учетом жесткого
ствола
Местная потеря устойчивости сплошных тонко¬
стенных трубчатых конструкций
ky =1,3
с, Ф * — согласно табл. 38
СНиП П-В.3-62*
Устойчивость сжатых элементов решетчатых кон¬
струкций
Ф—согласно СНиП
П-В.3-62*
где у и 0 — допустимые отклонения (линейные и угловые);
ур и 6р— расчетные отклонения;
78
Фу/ и Фе,— функции, характеризующие связь между отклоне¬
ниями, нагрузкой и геометрическими размерами.
Прочие обозначения одинаковы с указанными для формул
(1.45) и (1.46).
Методика расчета на выносливость элементов, находящихся
в изменяющемся переменном режиме нагрузок, не установлена,
так как процесс приложения различной интенсивности ветра (см.
рис. 50) сопровождается изменением усилий и напряжений в эле¬
ментах и значений
амин
»
амакс
Р =
(1.49)
где аМин и Омаке — наименьшее и наибольшее напряжение в рас¬
считываемом элементе, взятые со
своим знаком.
По существующей методике рас¬
четные сопротивления должны быть
уменьшены на коэффициент
R
(a£,±b)-(a$ + b)p'
(1.50)
=
но при этом значение р = const.
На рис. 66 даны распределение
плотности ветра (а) (аналогично
рис. 50), кривая изменения Омаке и
Омин в рассматриваемом элементе при
пульсирующем воздействии ветра (б),
значения р, соответствующего измене¬
нию Омаке И Омин (в), уСЛОВНЫе ЭПЮрЫ,
характеризующие произведение орди¬
нат р р (г) и Омаке Р (д).
Среднее значение
Рер = ^-р; (1.51)
(Ор
ОсР.макс=—Р; (1-52)
Рис. 66. Схема для опреде¬
ления Рср И Оср.макс ДЛЯ
определения уср
Rkn
(ар b) — (ab Ь) рср
= ф(пц2.106).
(1.50а)
(1.51а)
Значение коэффициента зависит от числа циклов колеба¬
ний пц, возникающих при эксплуатации сооружения при различ¬
ных скоростях ветра, и от принятого для строительных конструк¬
ций количества циклов, равного 2- 10е, при постоянном значении
р. Значение па должно быть определено путем наблюдений над
79
реальными сооружениями и зависит от Т и зоны скоростей вет¬
ра, при которых происходит возникновение колебаний.
Если бы колебания происходили непрерывно в течение 30 лет
эксплуатации сооружения с Т= 1 сек, то количество циклов со¬
ставило бы 109.
§ 5. Применяемые материалы и сортамент
Для антенных устройств применяются малоуглеродистая
и низколегированная сталь, стальное литье, алюминиевые и
цветные сплавы.
В несущих конструкциях используются преимущественно ма¬
лоуглеродистая или низколегированная стали. В тех случаях,
когда определяющим сечения элементов конструкций является
второе предельное состояние, применение низколегированной
стали нецелесообразно. Для проволок канатов используется вы¬
сокопрочная сталь.
Опорные части и различные механические детали наряду
с малоуглеродистой и низколегированной сталью выполняются
из стального и чугунного литья.
Алюминиевые сплавы применяются для проводов и прово¬
лок, употребляемых для подвесных антенн, несущих конструкций
и перевозных антенных устройствах, антенн небольшого разме¬
ра, отражающих поверхностей радиотелескопов.
Различные цветные сплавы применяются для несущих кон¬
струкций перевозных или вращающихся антенн (для уменьше¬
ния их веса); проводов в подвесных антеннах; для заливки во
втулках при закреплениях канатов; изолирующих или смягчаю¬
щих прокладок и др.
Для повышения несущей способности комбинируются различ¬
ные материалы, например сталь и алюминий в проводах, два
металла в проволоке и др.
В стальных конструкциях элементы соединяют на заводах-
изготовителях преимущественно с помощью сварки, а на мон¬
таже— с помощью болтов (черных при растяжении, чистых
и высокопрочных при срезе) и в некоторых случаях также с по¬
мощью сварки (в тех случаях, когда удается организовать ка¬
чественную сварку и ее контроль).
Соединение элементов путем склеивания применяется в
ограждающих конструкциях, выполняемых из алюминия и пласт¬
массы, а также в пластмассовых конструкциях радиопрозрачных
укрытий.
Решетчатые несущие конструкции антенных устройств вы¬
полняются преимущественно из труб, обычно изготавливаемых
на трубопрокатных заводах, а при больших диаметрах (более
600—1200 мм)—на заводах металлоконструкций.
80
Основные марки стали, применяемые в антенных устройствах
объектов связи, с указанием ГОСТов и условий поставки и реко¬
мендуемые типы стальных канатов с указанием ГОСТов сплавов
для их заливки в стаканах втулок и марки проводов, приведены
в [191].
В случае применения в антенных устройствах алюминиевых
конструкций необходимо пользоваться [143]. Для несущих кон¬
струкций рекомендуется применять сплав марки АМг-5-М, а для
ограждающих конструкций марки АМг-М.
Данные о модулях упругости канатов различных конструк¬
ций после их предварительной вытяжки усилием не менее 30—
40% от разрывного усилия для каната в целом приведены
в [140].
В соответствии с существующим ГОСТ 8732—53** трубы
бесшовные должны поставляться диаметром от 45 до 520 мм при
толщине до 75 мм, однако заводы-изготовители освоили выпуск
ограниченного сортамента, и поэтому заказы труб толщиной бо¬
лее 25 мм следует согласовывать с ними. При повышении тол¬
щины труб длина их уменьшается, поэтому необходимо допол¬
нительно соединять трубы по длине, что при больших толщинах
их вызывает определенные трудности.
Некоторые заводы изготовление труб больших толщин ведут
методом сверления, поэтому их стоимость составляет 400—
450 руб 1т вместо 100—150 руб!т для труб меньшей толщины.
Это также должно учитываться при разработке конструктивного
сооружения.
Обычно трубы поставляются из стали марки Ст. 20. Поставка
труб малой партии из различных марок стали затруднена и о
них необходимо договариваться с заводами-изготовителями или
органами снабжения, имеющими данные о наличии необходимо¬
го сортамента из нужной марки стали на складах.
Трубы электросварные изготовляются по ГОСТ 10704—63
диаметром от 8 до 1620 мм, но их толщина не превышает 16 мм
Такие трубы диаметром 630 мм и более могут изготовляться не
только на заводах трубной промышленности, но и на заводах
металлических конструкций. Поэтому при разработке конструк¬
ций из труб указанных диаметров на заводах металлических
конструкций следует для унификации применять сортамент по
ГОСТ 10704—63.
Толстостенные трубы из высокопрочной стали обычно изго¬
товляют по индивидуальной технологии, поскольку вальцевать
их невозможно. Такие трубы составляют из двух штампованных
половинок, соединяющихся между собой продольными швами.
В связи с этим отклонения от геометрической формы устанавли¬
ваются специальными техническими условиями заводов-постав¬
щиков и согласовываются с проектными организациями.
6—44
81
Глава II. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
§ 6. Проволочные антенны
а) Общие положения
Долгие годы конструкции проволочных антенн, состоявшие
из независимых единичных проводов (см. рис. 1), были элемен¬
тарны, и поскольку несущая способность их позволяла легко
перекрывать значительные расстояния, то при возведении их не
возникало существенных трудностей. Разрушение таких прово¬
лочных антенн при эксплуатации не затрагивало целостности
опор и приводило лишь к прекращению эксплуатации объекта
на сравнительно короткий период времени. В связи с простотой
конструктивного решения восстановление их производилось опе¬
ративно силами обслуживающего персонала радиостанций и тре¬
бовало небольших средств для ремонта. Более того, наличие
слабых звеньев в антенных устройствах, которыми являлись
проволочные антенны, в ряде случаев оказывало пользу, так как
после обрыва антенн нагрузки на опоры уменьшались, сохраня¬
лась наиболее дорогостоящая часть антенных устройств —
опоры.
В последующем геометрические размеры проволочных ан¬
тенн увеличивались, и стали применяться различные виды: Г-,
Т-, П-образные, ромбические, бегущей волны, зонтичные, синфаз¬
ные горизонтальные с разновидностями, антенные поля различ¬
ной конфигурации в плане, логарифмические антенны и др.
(рис. 67).
Вне зависимости от формы и радиотехнических параметров
проволочные антенны по схеме работы и конструктивному реше¬
нию основных узлов могут быть разбиты на две основные
группы.
Первая, характерная неподвижным закреплением антенн
к опорам. В этом случае проволочные антенны работают совмест¬
но с опорами и являются неотъемлемыми частями механической
части антенных устройств. В некоторых случаях система не в
состоянии воспринимать усилия при отсутствии антенн.
Вторая, характерная тем, что проволочные антенны лишь соз¬
дают усилия на опоры. В этом случае антенны присоединяются
к опорам с помощью контргрузов, позволяющих сохранить по¬
стоянное, специально выбранное усилие в антенне, или с по-
82
мощью специальных автоматических устройств, дающих сигнал
механизмам подъема — спуска после определенного превышения
расчетного усилия
Рис. 67. Схемы основных видов проволочных антенн
а —линейные; б — синфазные горизонтальные; в — зонтичные;
г — логарифмические; д — антенные поля
Рис. 68. Системы закрепления антенн заданного на¬
тяжения
а — с висящими контргрузами (/); б —с контргрузом, лежащим
на опоре (2), — лебедка; в — без контргрузов, но со специаль¬
ными датчиками (3)
Антенны с контргрузами могут быть двух типов (рис. 68):
первый — обычный, при котором контргруз все время висит на
канате, благодаря чему усилие остается постоянным и антенна
изменяет свою длину при приложении внешних нагрузок; вто-
6* 83
рой — когда вес контргруза £КОнтр превышает усилие в канате
То при отсутствии внешних нагрузок, но контргруз лежит на
специальных упорах
То < Яконтр (2.1)
и начинает перемещаться лишь после увеличения усилия в кана¬
те до величины
> бконтр* (2.1а)
Достоинством такого решения является уменьшение дефор¬
маций антенного полотна при обычном режиме эксплуатации
(малых скоростях ветра УСред<0,5 УМакс и незначительных отло¬
жениях обледенения) и поэтому сохранение в этом режиме ра¬
боты к. п. д. антенного устройства1 и в то же время предохране¬
ние антенны и опор от чрезмерных усилий, редко действующих
на сооружение.
В настоящем параграфе рассматриваются лишь основные по¬
ложения, возникающие при конструировании проволочных ан¬
тенн, в первую очередь больших размеров, и влияние их кон¬
структивного решения и узлов соединения с опорами на антенное
устройство в целом. Более подробно о проволочных антеннах
изложено в [128, 130, 162].
б) Узлы присоединения проволочных антенн
к опорам и к земле
Проволочные антенны могут быть закреплены к опорам как
с помощью специальных устройств, позволяющих перемещаться,
так и неподвижно. Антенны типа зонтичных закрепляются к опо¬
рам преимущественно подвижно и в процессе эксплуатации про¬
висания изменяется вследствие смещения их концов вместе
с контргрузами, перемещающимися по высоте, или благодаря
вращению барабанов лебедок (к которым закреплены концы ан¬
тенны), включающихся автоматически после некоторого увели¬
чения усилий по сравнению с расчетными (рис. 68,в). Антенны
типа синфазных горизонтальных закрепляются к опорам непод¬
вижно и лишь в процессе настройки или смены концы их откреп¬
ляются от специальных зажимов и они опускаются (рис. 69).
Изменение провисания антенн последнего типа в процессе экс¬
плуатации происходит лишь вследствие удлинения, вызванного
изменением усилия в элементах антенны, или вследствие измене¬
ния температуры.
Рассмотрим наиболее характерные узлы прикрепления антенн
к опорам.
1 Характеристикой к. п. д. зонтичного и подобного типа антенн является
отношение объема, заключенного между антенной и землей после провисания
антенны, под влиянием метеорологических воздействий к соответствующему
объему при их отсутствии.
84
Рис. 69. Схема подвески синфазных антенн
1 — башня; 2 — провода антенны; 3, 5 — изоляторы; 4, 6 — узел
крепления горизонтальной части антенны со снижением;
7 — крепление снижения к фидерной линии; 8 — крепление
антенны к фундаменту
Проволочные антенны, неподвижно закрепляемые во время
эксплуатации. Каждая рея в центральной части прикрепляется
неподвижно к стволу мачты через узел, воспринимает усилия
от канатов, рассчитывается на изгиб. Для уменьшения возмож¬
ных поворотов относительно этого узла концы рей закреплялись
к стволу мачты с помощью поводков, последние могут вызывать
в рее сжатие. В этом случае она должна быть рассчитана как
сжато-изогнутый стержень. Два каната, поддерживающие антен¬
ну, проходят через ролики, размещенные по концам реи, и далее
закрепляются к лебедкам, позволяющим в случае необходимости
опустить антенну на землю. При огибании ролика канатом его
направление изменяется: для концевых опор оно принимается
под углом 60—45° к горизонту, вследствие чего уменьшается
усилие от антенны, действующее на мачту; в промежуточных
опорах канат располагается вертикально. При одновременном
подвешивании двух антенн в смежных пролетах усилия от них
уравновешиваются и действуют на опору лишь в случае спуска
одной из антенн на землю.
В синфазных горизонтальных антеннах (рис. 69) каждый ее
ярус закрепляется на реях, которые в свою очередь с помощью
гибких с изменяющейся длиной поводков прикрепляются к уз¬
лам башни на необходимой высоте [151]. Как и в мачтах, у кон¬
цевых опор канаты на участке от реи до земли наклонены к го¬
ризонту под углом 60—45°, а в промежуточных опорах они рас¬
полагаются вертикально и закрепляются у фундаментов башни
(рис. 70).
85
Конструкции современных антенн часто состоят из системы
проводов, соединенных между собою дополнительными элемен¬
тами. В этом случае спуск полотна антенны возможен лишь це-
Рис. 70. Схема и узлы крепления к
башне и фундаментам синфазных го¬
ризонтальных антенн
/—рея; 2 —узел крепления реи к поясам
башни; 3 — гибкие элементы закрепления
концов реи; 4 — узел крепления антенны
к рее
откреплении вертикаль-
элементов от горизонталь-
частей антенны, после не¬
возможно поэлементное
ликом обязательно при син¬
хронной работе нескольких ле¬
бедок или при предваритель¬
ном
ных
ных
го
опускание отдельных горизон¬
тальных частей антенны. В по¬
следнем случае необходимо
создание специальных слож¬
ных устройств, позволяющих
перемещать монтажника в
точки, требующие отъединения
соответствующей части антен¬
ны.
В современных более слож¬
ных антеннах применяются
аналогичные решения, но в
связи с большими геометриче¬
скими размерами отдельных
элементов и, следовательно,
усилиями узлы прикрепления
антенны к стволу опоры и фун¬
дамента усложняются.
В качестве примера на рис.
71 изображен узел закрепле¬
ния Т-образной антенны про¬
летом около двух километров
Проволочные антенны, под¬
вижно закрепленные во время
эксплуатации к опорным точ¬
кам, Подвижное закрепление
к опорам наиболее распрост¬
ранено в антеннах, имеющих в
плане форму правильного мно¬
гоугольника или сопряженных
прямоугольников И СОСТОЯЩИХ
из большего числа проводов,
создающих как бы поверхность
с указанной формой в плане
форму правильного многоуголь-
Если антенна имеет в плане
ника, то все ее лучи начинаются в центре многоугольника, в ко¬
тором размещается центральная опора, и, расходясь к перифе¬
рии, они крепятся к леерным канатам, которые в свою очередь
86
Рис. 71. Узел крепления к основанию большой Т-образной антенны
— три каната диаметром 41,5 мм, закрепляющие антенну; 2 — качающиеся стойки;
3 — анкерный фундамент; 4 — фундаменты под стойки
87
крепятся каждый раз соответственно к двум смежным перифе¬
рийным опорам. Число последних равно числу углов в правиль¬
ном многоугольнике (рис. 72).
Для удобства подъема и спуска антенны она делится на не¬
зависимые секторы. Подъем и спуск их может быть сделан авто-
Рис. 72. Антенны в форме правильного многоугольника
1 — ролики; 2 — лебедки; 3 — контргрузы; 7 — индикатор величины натяжения
номно, не затрагивая остальные секторы, а размещение оттяжек
в мачтах делается таким, чтобы они находились между смеж¬
ными секторами и не мешали опусканию сектора антенны на
землю.
У центральной мачты радиальные лучи каждого сектора
проволочной антенны закрепляются к одной объединяющей их
фасонке, которая с помощью каната прикрепляется к опоре с по¬
мощью вертикально поставленного ролика и каната, идущего
В8
вдоль ствола к нижней лебедке. С целью уменьшения числа ле¬
бедок и вертикальных канатов в некоторых случаях концы ка¬
натов, удерживающих фасонки секторов антенн, обрываются
в верхней части опоры и закрепляются там к стволу мачты,
с тем чтобы при опускании или подъеме использовать один вер¬
тикальный канат (и одну лебедку), который имеет возможность
прикрепляться к тому или иному сектору. Недостатком такого
приема является необходимость подъема монтажника в верх¬
нюю точку мачты каждый раз, когда требуется опустить антен¬
ну. Если ствол мачты решетчатый, а не сплошной и период опус¬
кания антенны совпадает с периодом обледенения, то доступ
к верхней точке мачты невозможен. В этом случае вертикальные
канаты от каждого сектора должны быть опущены до первой
секции мачт, где они доступны для подключения их к лебедке.
При этом необходимо устройство системы направляющих роли¬
ков, позволяющих подключить одну лебедку к канатам различ¬
ных секторов. При эксплуатации канаты у центральной мачты
закреплены неподвижно.
У периферийных мачт концы леерных канатов, к которым
крепятся радиальные лучи проволочной антенны, опираются на
ролики, располагаемые в верхней части мачты (рис. 73). По¬
скольку к каждой периферийной мачте подходит не менее двух
леерных канатов — от двух смежных секторов, то во избежание
их пересечения оси вертикальных роликов располагаются в раз¬
ных уровнях, со смещением не менее чем в три диаметра каната.
Канаты могут располагаться по вертикали — в случае примене¬
ния контргрузов или наклонно — в случае применения датчиков,
дающих сигнал мотору лебедки для привода ее в действие после
превышения расчетного усилия на величину не более +10%. При
закреплении антенны к контргрузам канат проходит через не¬
сколько роликов (не менее трех) и в случае обледенения их они
перестают поворачиваться, а канаты, покрытые гололедом, при
прохождении через ручьи роликов заполняют их, что нарушает
нормальную работу системы контргрузов и усилие от антенны на
опоры увеличивается. Для уменьшения засорения льдом роликов
при движении обледенелого каната перед роликами устанавли¬
ваются специальные ножи, разрушающие лед на канате. При
этом усилие увеличивается против нормального, что должно учи¬
тываться при расчете. Изучается возможность обогрева каната
в зоне у роликов с целью разрушения обледенения и покрытия
канатов специальным составом, уменьшающим образование
льда, однако такие приемы до настоящего времени не реализо¬
ваны.
При опускании антенны как во время обледенения, так и без
него положение проекции леерного каната на горизонтальную
плоскость изменяется, как это указано на рис. 74, и вследствие
этого на реборты ролика действуют силы, перпендикулярные
плоскости вращения ролика. При неподвижно закрепленном ро-
89
контргрузах
лике при больших усилиях реборты могут выкрошиться и канат
выпадет из ручья ролика.
В этом случае необходимо или устанавливать два вертикаль¬
ных цилиндрических ролика большой длины (рис. 74,6) с тем,
чтобы они воспринимали го¬
ризонтальные составляющие
усилий от антены при ее опу¬
скании и подъеме, или ролик
должен иметь возможность
вращаться относительно вер¬
тикальной или наклонной оси,
как это указано на рис. 75
В этом случае нет необходи¬
мости в установке указанных
на рис. 74, б цилиндрических
роликов, но конструктивное
решение узла крепления этого
ролика сложно.
Для обеспечения устойчи¬
вости положения горизонталь¬
ная и вертикальная оси не
должны пересекаться, а долж¬
ны смещаться, как это указа
но на рис. 74.
Рис. 74. Изменение положения антенны в пла¬
не при ее опускании
а — общая схема; б — схема расположения вертикальных
роликов; / — обычное положение антенны; 2—положе¬
ние антенны при гололеде или опускании; 3 — усилие
на реборте ролика при отсутствии вертикальных ро¬
ликов
Рис. 75. Верхний ролик,
следующий за изменени¬
ем положения антенны
в плане (имеющий до¬
полнительную ось вра¬
щения)
90
Рис. 76. Схема установки контргрузов при антенне, имеющей прямоугольную форму в плане
91
Снижение антенны (см. рис. 69—7) прикрепляется к фунда¬
ментам с помощью контргрузов. Для увеличения хода контргру¬
за может быть применена схема со сдвоенной или дважды сдво¬
енной запасовкой. Недостатком такого приема является увели¬
чение веса контргруза. В этом случае возможно устройство
лебедки и датчика, позволяющих сохранять натяжение анало¬
гично тому, как это делается в ранее указанном закреплении
антенны у периферийных мачт.
При прямоугольной антенне в плане (рис. 76), а также в не¬
которых случаях и при секториальной антенне они закрепляются
к контргрузам на всех узлах. В этом случае при ветре любого
направления усилия в леерных канатах остаются неизменными,
а изменяются лишь их направления, в то время как при односто¬
ронней подвеске контргрузов и направлении ветра в сторону
от неподвижно закрепленного узла к узлу с контргрузом усилие
увеличивается
^макс = Т’о + ^горпз, (2.16)
где TQ— первоначальное натяжение антенны, зависящее от
веса контргруза;
^гориз — горизонтальная составляющая ветровой нагрузки на
сектор антенны, передающаяся на неподвижный
узел.
в) Соединение элементов антенны между собой
При изолированных антеннах в них врубаются изоляторы,
расположение которых устанавливается в задании на основа¬
нии радиотехнических расчетов. Типы изоляторов и их количест¬
во назначаются по радиотехническим требованиям с учетом воз¬
никающих в антенне усилий.
Таблица 20
Тип
изолятора
Диаметр
троса
в мм
Нагрузка, т
Размеры в мм*
разру¬
шающая
допу¬
стимая
Н; а
В; b
а; с
й; г
ИТ-1
8
2,8
0,9
83
60
12
23
ИТ-2
9,5
4,1
1,4
105
68
15
33
—
ИТ-3
12,5
6,75
2,25
115
78
18
34
—
ИТО-1
7,7
2,2
0,75
70
37
12
6
50
ИТО-2
12,5
4,5
1,5
100
52
20
8
70
ИТО-3
15,5
7,5
2,5
140
74
28
12
100
ИТО-4
21,5
16
5,5
180
95
40
18
130
ИТО-5
26,5
26
8,5
220
115
50
20
155
* Первое обозначение
рис. 77.
для ИТ; второе — для ИТО в соответствии с
92
Наиболее употребительны орешковые изоляторы типа ИТ
и ИТО (табл. 20 и рис. 77) и палочные (рис. 78). Разрушаю¬
щая нагрузка у последних 0,75; 1,5; 2,5 и 4,5 т, поэтому в тех слу-
чаях, когда усилия в элементе антенны велики, устанавливают
два или три параллельно
ТОО
антенн
соединенных изолятора этого типа.
Геометрические резмеры их
приведены в [130]. При пересе¬
чении горизонтальных и вер¬
тикальных частей
(126)
Рис. 78. Палочные изоляторы, пря-
_ меняющиеся в проволочных антеннах
Рис. 79. Узел соединения элементов ;_Т11па <Буллерс> „а 8 т (и 4 т); 2 - с
антенны между собой разрезанными ушками
Рис. 77. Орешковые изоляторы,
меняющиеся в проволочных антеннах
/ — типа ИТ; 2 — типа ИТО
устанавливаются крестообразные палочные армированные изо¬
ляторы.
Узел соединения элементов антенны между собой показан
на рис. 79.
г) Особенности установки механизмов подъема
и спуска антенн
В настоящее время для подъема и спуска антенн применяют¬
ся только электролебедки, грузоподъемность которых назнача¬
93
ется в зависимости от нагрузок от антенны и способа запасовки
ее концов.
При закреплении антенны к контргрузу усилие в лебедке
и вес контргруза вдвое меньше тяжения в антенне, так как запа-
совка каната происходит через ролик, неподвижно прикреплен¬
ный к антенне (рис. 80,а).
При отсутствии контргруза и замене его датчиком, дающим
сигнал мотору лебедки, запасовка может производиться так же,
Рис. 80. Схемы запасовки кана¬
тов, идущих к лебедке
а — при контргрузах; б — при дат¬
чиках; 1 — подвижной ролик; 2—не¬
подвижные ролики; 3 — лебедка;
4 — неподвижное закрепление; 5 —
датчик; пунктиром — при установке
лебедок на земле без изоляции
но при этом ролик закрепляется неподвижно к части каната, на¬
ходящейся у земли (рис. 80,6).
Если проволочная антенна изолирована от опор, то лебедки
могут устанавливаться на земле, если не изолированы, то изоли¬
руются в основании сами опоры и лебедки во время эксплуата¬
ции должны отключаться от антенн или устанавливаться на
опорах.
д) Мероприятия по борьбе с вибрацией
Различают два вида вибрации проводов проволочных антенн:
так называемая высокочастотная 1—40 гц и «пляска» проводов.
Первый вид вибрации возникает при быстрых изменениях
скорости ветра и связанных с ними смещениями узлов закрепле¬
ния антенн, раскачиванием провода, как маятника, относительно
линии, соединяющей точки закрепления, и колебаниями каната
в связи с изменением нагрузки по его длине. Возможно также
возникновение колебаний с высшими формами вследствие пери¬
одического срыва вихрей с цилиндрических поверхностей. В свя¬
зи с большим удлинением lid каната и изменением скорости вет¬
ра по его длине вследствие пульсации одновременный срыв вих¬
рей возможен лишь на ограниченной длине каната. Вследствие
этого такие срывы вихрей не могут привести к колебаниям длин¬
ных канатов по первым формам. Обычно наиболее опасными яв-
94
Рис. 81. Виброгасители
крепление виброгасителя к оттяжке: б — схема установки
<3
95
ляются первые формы, вызывающие наибольшие амплитуды
и напряжения в отдельных элементах.
Если имеется периодичность в изменениях скорости ветра, то
амплитуды колебаний могут достигать значительной величины,
опасной для выносливости отдельных элементов, в первую оче¬
редь узлов крепления и изоляторов.
Для уменьшения амплитуд колебания и связанных с ними
явлений для проволочных антенн применяются виброгасите¬
ли, состоящие из двух грузов, закрепленных на стальном канате
(рис. 81). Такие гасители вибрации устанавливаются на обоих
концах проводов и канатов антенны горизонтальных полотен при
пролетах 300 м и более, независимо от величины натяжения, при
меньшей длине в стальных проводах при о >25 кГ1мм2, а для
сталеалюминиевых при о^4 кГ/мм2.
Возможно прекращение вибрации путем изменения режима
работы антенны, например временного приспускания ее.
Способов устранения «пляски» проводов, возникающей при
одностороннем обледенении проводов и связанной с ним аэроди¬
намической неустойчивости, кроме электропрогрева проводов
для удаления обледенения, до настоящего времени нет.
Вопросам борьбы с вибрацией посвящена следующая лите¬
ратура [5, 15, 19, 80, 94, 114, 128, 129, 130, 133, 134, 135, 191].
§ 7. Опоры
Опоры применяются для подвешивания к ним проволочных
антенн (см. рис. 15,33), поддерживания радиорелейного (рис. 32,
82), телевизионного (см. рис. 17, 22, 23, 24, 26, 27, 28) и других
видов (рис. 83) оборудования, а также в качестве антенн, когда
они сами являются излучателями (см. рис. 11, 12).
Все виды опор независимо от их назначения могут быть раз¬
биты на следующие основные группы: башни, т. е. консольные
балки, закрепленные к фундаментам; мачты, состоящие из цент¬
рально расположенного ствола и оттяжек, поддерживающих
ствол, являющихся для него упругими опорами; комбинирован¬
ные решения, при которых опора в заданном направлении рабо¬
тает как башня, а в перпендикулярном к нему — как мачта. Схе¬
мы этих трех видов указаны на рис. 84.
Рассмотрим конструктивные решения опор, предназначенных
для выполнения указанных задач.
а) О поры-антенны
Если опоры предназначаются для работы в качестве антенн,
то они обычно изолируются у фундаментов от земли; лишь в тех
случаях, когда ток подводится к их верхней части, они могут вы¬
полняться без изоляции. В обоих случаях требования радиотех¬
ники к опорам заключаются в создании опоры необходимой вы-
96
3
к
СО
с.
о
н
о
сч Л
>§•£
со
s н
03
а а>
S
1 -
*
1
СХ) —
а.
§
X
а
.. *
О
s
Е
" X
СО
а.
5 2
о
W
Е
£
О
2о.
со
>» н
я о
оо
о |
е( 1
и
S
X
•&
а
1
Рис. 82. Схемы мачт (а) и опора радиорелейной линии Рис. 84. Схемы опор
СО СТВОЛОМ ИЗ ОДНОЙ Трубы (б) а — башня; б — мачта; в — комбинированная опера
7—44
97
соты, а при изолированной опоре требуется создание очень слож¬
ных изолированных оснований. Поэтому при разработке первых
башен-антенн, которые имели изоляцию в основании, были от¬
четливо установлены основные положения, способствующие соз¬
данию их оптимальной формы. Стоимость опорной изоляции со¬
ставляла около 50% от суммарной, и уменьшение нагрузок на
них, зависящих от конструкции опоры, существенно сказывалось
на общей стоимости сооружения.
Доминирующее влияние ветровой нагрузки на напряжения
в мачтах и башнях, составляющее в башнях-антеннах около 90%
от суммарного, было известно всегда, но разработка способов,
позволяющих резко уменьшить ее, была сделана лишь в 1941 г.
благодаря проведению комплексной работы по выбору типа ра¬
диобашен большой высоты [147, 162].
Анализы, проделанные в этой работе, показали, что возмож¬
но уменьшить абсолютное значение ветровой нагрузки на баш¬
ни-антенны путем: применения профилей, имеющих наименьшие
значения коэффициентов лобового сопротивления Сх; выбора
геометрических размеров отдельных элементов, при которых вет¬
ровая нагрузка минимальна, а элементы по своим размерам
обеспечивают надлежащую жесткость сооружения; компоновки
отдельных элементов, отвечающих минимальной ветровой на¬
грузке, и применения ряда других мер.
Такой подход был назван аэродинамическим и для башен-ан¬
тенн, а также для опор, в которых ветровая нагрузка на обору¬
дование не превышала 40—60% от суммарной, он оказался наи¬
более эффективным, позволив уменьшить вес опор и нагрузки
на основание более чем в два раза.
Были установлены следующие положения, связанные с при¬
менением этого метода:
а) профили, применяемые для опор, должны иметь наимень¬
шее значение коэффициента обтекания. В связи с произвольным
направлением ветра по отношению к сооружению наилучшим
является цилиндрическое трубчатое сечение, которое имеет наи¬
меньшее значение коэффициента обтекания, а при одинаковой
теневой поверхности — наименьшее значение ветровой нагрузки
и большие конструктивные достоинства.
По сравнению с прокатными профилями, имеющими Сх=1,4,
применение трубчатых элементов, имеющих одинаковую теневую
площадь, приводит к резкому уменьшению ветровой нагрузки:
при 0,8* 106>Re>0,4 • 106 более чем в 3 раза, а при Re> 1,5 • 106
примерно в 2,3 раза;
б) диаметры труб должны быть такими, чтобы ветровая на¬
грузка на них была наименьшей, а трубы удовлетворяли бы тре¬
бованиям жесткости. Применением труб не исчерпывается рацио¬
нальность выбора размера сечения, так как в связи с резким из¬
менением значения 0,4<Сх<С1,2 в интервале чисел Рейнольдса
0,4• 106>Re>0,15• 106 необходимо избегать некоторой области
98
диаметров, при которых нагрузки на трубы велики. Это явление
связано с тем, что зависимость между нагрузкой от ветра со ско¬
ростью V на единицу длины цилиндрической трубы диаметром d
имеет следующую нелинейную структуру;
Pv*dcx pv2d_u(Vd\
2 2 Чи?
(2.2)
где ц — кинематическая вязкость воздуха. При температуре
±15° С и нормальном барометрическом давлении (В =
= 760 мм рт. ст.) ц = 0,145* 10~4 ”2!сек.
Рис. 85. Кривая изменения ветровой
нагрузки на 1 пог. м трубы диамет¬
ром 152 мм при изменении скорости
ветра
/ — нормы 1940 г.; 2 —данные аэродинами¬
ческих испытаний; 3 — СНиП II-А. И-62
"ПТПТГПТ
z
/
f
lllllllll II
/
А
у
.Lt
/
7
J
f
2
11111 1/
f
3'
1
IIIIIIIIIII
S? $
J it
: (Оиаметр
' трубы)
Кривая огибающих макси-
ветровые нагрузки на
труб различного диаметра
Рис. 86.
мальные
1 пог. л<
в интервале скоростей от 0 до
56,6 м!сек
/ — нормы 1940 г.; 2 —данные аэродина¬
мических испытаний; 3 —СНиП П-А.11-62
Значение коэффициента
Сх = Ф (Re) = ф
определяется экспериментальным путем.
На графике, помещенном на рис. 85, в качестве примера пока¬
зана зависимость изменения ветровой нагрузки на 1 пог. м трубы
диаметром 152 лш при изменении скорости ветра. Из этого гра¬
фика видно, что максимум нагрузки равен 9,5 кПм и соответст¬
вует скорости ветра 37 м/сек, в то время как минимум нагрузки
равен ~7 кПм и соответствует большей скорости — 46 м/сек.
Лишь при дальнейшем увеличении скорости ветра примерно до
7*
99
□
на них
Рис. 87. Конструкция опорного изо¬
лятора для башни-антенны высотой
205 м (тип 1941 г.)
1 — нога башни; 2 — траверса; 3 — анкер¬
ные болты диаметром 115 мм; 4 — опорные
изоляторы (3 шт. диаметром 700 мм, h =
=700 мм); 5 — изоляторы, воспринимающие
растягивающее усилие в ногах башни;
6 — приспособление для создания предва¬
рительного натяжения в анкерах
56 м!сек ветровая нагрузка одинакова с полученной при макси¬
муме. На основании таких графиков для труб различных диа¬
метров строится огибающая максимальных нагрузок при интер¬
вале определенных скоростей. Такая огибающая для труб диа¬
метром до 241 мм при интервале скоростей от 0 до 56,6 м!сек
приведена на рис. 86. Из этого графика следует, что нерациональ¬
но применять трубы диа¬
метром 60—130 лии, так как
ветровая нагрузка
больше, нежели в трубах
диаметром 150 мм.
В связи с этим в ряде
случаев выгодно уменьшить
ветровую нагрузку путем
применения труб большего
диаметра и местного увели¬
чения расхода стали с тем,
чтобы в последующих ча¬
стях сооружения их вес и
стоимость существенно
уменьшились;
в) компоновка элемен¬
тов, из которых образуется
пространственная конст¬
рукция ствола (башни или
мачты), а также решения
узлов соединения отдель¬
ных элементов должны
быть такими, чтобы их со¬
противление ветровому по¬
току было наименьшим.
Эти положения были
реализованы в 1941—
1942 гг. при строительстве
башен-антенн высотой 205
и 156 м (см. рис. 11). Эти
башни были выполнены
треугольной формы в пла¬
не, с поясами и распорками
из труб оптимальных раз¬
меров. Соединение поясов
башен происходило с по¬
мощью фланцев, а основ¬
ные распорки приварива¬
лись к фасонкам, зажи¬
маемым между двумя смеж¬
ными фланцами поясов.
Раскосы выполнялись из
100
круглой стали и предварительно напрягались с помощью специ¬
ального ключа, с включенным индикатором, позволяющим конт¬
ролировать величину натяжения. Количество фасонок, площа¬
док, лестниц, а следовательно, ветровая нагрузка на них были
минимальными. Монтажные соединения выполнялись с помощью
черных болтов во фланцах, работающих на растяжение, а при
прикреплении раскосов и других элементов — на срез. Эта кон¬
струкция оказалась прототипом для большинства последующих
решетчатых башен, а также мачт и комбинированных конструк¬
ций. Примененная конструкция изолированной опоры приведена
на рис. 87.
Технико-экономические характеристики этих башен были наи¬
лучшими в мировой практике и приведены в работах [58, 60, 102,
134, 147, 152, 155, 161, 162, 163, 174].
Монтаж осуществлялся скоростными методами (в течение
14 дней) при двухсменной работе с применением специального
крана.
Мачта состоит из ствола, представляющего собой пространст¬
венную жесткую ферму, опирающуюся на центральный фунда¬
мент, и оттяжек, закрепленных к анкерным фундаментам, с по¬
мощью которых ствол удерживается в вертикальном положении.
Ствол мачты разбивается на ряд секций, изготавливаемых на
заводе и транспортируемых преимущественно в окончательном
виде. Различают три вида секций: опорная (одна), оттяжечные,
к которым крепятся оттяжки (число их равно числу ярусов от¬
тяжек), и промежуточные (число их зависит от высоты мачты и
длины секций).
В месте прикрепления оттяжек к анкерным фундаментам
устанавливаются стяжные муфты, позволяющие изменять длину
оттяжек примерно на ±300 мм. Такая потребность возникает в
том случае, если можно ожидать существенного отличия в про¬
ектных и фактических размерах, вызываемых погрешностями
при разбивке фундаментов, установке закладных частей, раз¬
метке длины оттяжек и др. Натяжение оттяжек делается с по¬
мощью специальных натяжных устройств, которые в отличие
от стяжных муфт, всегда остающихся на мачте, могут использо¬
ваться последовательно для натяжения нескольких ярусов оття¬
жек при условии, если они могут развить необходимые усилия.
В европейской практике имеются случаи закрепления канатов
без применения стяжных муфт, но для этого необходима особая
точность проведения указанных работ.
Мачты антенны до 1944 г. изготовлялись преимущественно
квадратной формы в плане из уголков, а в зарубежной практи¬
ке— и из швеллеров. Треугольная форма мачт в СССР стала
применяться в 1935—1940 гг. Конструкциям этого типа посвяще¬
на монография [67]. В послевоенный период в отечественных ус¬
ловиях такие мачты не строились (за исключением конструкций
особых поставок в период 1945—1950 гг.) и с 1944 г. были заме-
101
йены мачтами так называемого инвентарного типа (см. рис. 14),
в которых был использован положительный опыт разработки и
внедрения ранее описанных башен из труб: применены пояса и
распорки из труб оптимальных диаметров, раскосы из круглой
стали, треугольная форма в плане с размером стороны 2200 мм.
а-а
Рис. 88. Секция инвентарной мачты
В связи с малой длиной раскосов они предварительно не напря¬
гались. Ствол мачты собирается из отдельных пространственных
транспортабельных секций (рис. 88) и поддерживается оттяжка¬
ми. Количество ярусов оттяжек зависит от высоты мачты, попе¬
речного размера ствола, а в некоторых случаях от несущей спо¬
собности оттяжечных изоляторов. Конструкциям мачт посвящена
102
следующая литература [21, 23, 66, 92, 102, 116, 128, 130, 134, 148,
150, 152, 161, 162, 163, 175, 177].
Соотношения между высотой мачты h, расстоянием между
точками крепления оттяжек I или числом оттяжек п и попереч-
Рис. 89. Опорный изо¬
лятор
а — схема приспособлений
для установки мачты опор¬
ного изолятора: 1 — опор¬
ная секция мачты; 2 —съем¬
ные консоли; 3, 4 —стяжные
болты; 5 — опорный изоля¬
тор; 6 — опорная плита для
изолятора; 7 — упоры для
консолей; 8 — подкладки для
домкрата; 9 — домкраты;
10 — верхняя плита изолято¬
ра; 11 — центрирующий стер¬
жень; б — схема сжато¬
растянутого изолятора: 1,
4 — верхняя и нижняя пли¬
ты; 2 — изолятор; 3 —сред¬
няя плита; 5—стяжной болт
ным размером ствола, характеризуемого описанным радиусом
Гоп, зависят от силовых воздействий (района, оборудования и
др.). В практике строительства мачт в большинстве случаев не
превышались следующие отношения:
— < 300; — < 50; п = — < 6.
ГОП ГОП I
103
В последующие годы были разработаны еще два типа решет¬
чатых мачт: с уменьшенной базой d=1350 мм и малой базой d =
= 800 мм. В последнем типе как пояса, так и решетки изготов¬
лялись из сплошной круглой стали.
Рис. 90. Стяжные муф¬
ты (а, в) и натяжные
приспособления (б, г)
а, б — тип 1951 г.; в, г — тип
1958 г.
В связи с особыми условиями монтажа при разработке конст¬
рукций предусматривались приспособления, необходимые для
подъема крана, монтирующего ствол (см. рис. 88, узел Л) и при¬
способлений, позволяющих после монтажа установить опорный
изолятор (рис. 89,а), а также произвести натяжение и выверку
величины натяжения у оттяжек. Конструкции таких натяжных
104
приспособлений типов 1951 и 1958 гг. приведены на рис. 90. Кон¬
струкции стяжных муфт и натяжных устройств до настоящего
времени далеки от совершенства. В этой области имеется боль¬
шое число предложений, не опробованных в условиях действи¬
тельной работы сооружений.
Натяжные приспособления типа 1951 г. позволяют произво¬
дить натяжение до 50 т, а типа 1958 г. — до 60 т. Последние вы¬
полнены из легированных сталей и поэтому легче первых типов.
Некоторые данные об этих стяжных муфтах приведены в рабо¬
тах [162, 163].
Конструкции натяжных приспособлений разрабатываются од¬
новременно с конструкциями стяжных муфт, так как в последних
предусматриваются соответствующие места для их крепления.
Стяжная муфта типа 1951 г. состоит из муфты и двух винтов
с разным направлением нарезки. При кручении каната, которое
неизбежно возникает в конструкции, в винте могли возникнуть
лишь крутящие усилия. Этот тип стяжной муфты хорошо оправ¬
дал себя в эксплуатации. Известны лишь два случая разрыва тяг
стяжной муфты в месте ее приварки к гайке: из-за подрезов во
время изготовления и образования в этой зоне усталостных тре¬
щин. Натяжное же приспособление неудобно при монтаже
вследствие его громоздкости и большого веса, а также малой
точности пружинного индикатора, фиксирующего величину натя¬
жения в канате.
Стяжная муфта типа 1958 г. (предложение В. К. Козлова с
участием Б. Н. Малинина) состоит из двух параллельно располо¬
женных винтов, закрепленных с нижней и верхней сторон к тра¬
версам. Нижняя траверса в свою очередь неподвижно закрепле¬
на к анкерному фундаменту, а верхняя соединена с оттяжкой.
Последние позволяют во время натяжения свободно закручивать
гайки и тем самым устанавливать верхнюю траверсу в нужное по¬
ложение. Это натяжное устройство отличается компактностью, но
требует хорошей тарировки и аккуратного обращения с ними при
монтаже. В противном случае точность натяжения недостаточна.
В связи с жестким закреплением двух винтов в нижней траверсе
при кручении каната в винтах возникает изгиб, вызывающий до¬
бавочные растягивающие напряжения во впадине резьбы.
При плохом качестве резьбы и при поставке нетермообрабо-
танной стали имелись случаи образования трещин и разрушения
таких стяжек.
Вследствие этого необходимо повысить качество изготовления
резьбы (впадина должна быть закругленной в соответствии с
п. 3 ГОСТ 9150—59) и усиленно контролировать стяжные муфты
в соответствии с действующими Указаниями [191].
Для уменьшения динамических воздействий в конструкциях
последних лет между стяжной муфтой и анкерным устройством
устанавливается гибкая вставка из каната длиной не менее 20
диаметров каната (рис. 91). При этом способе не устраняется
105
изгиб винтов вследствие его кручения, и поэтому такое мероприя¬
тие надо рассматривать как временное.
Более целесообразно устраивать анкерные фундаменты в ви¬
де плит с гибкими тяжами из канатов или пучков проволоки, ко¬
торые смягчают динамические воздействия при вибрации оттяж¬
ки и уменьшают крутящий момент в последних. Несмотря на
проработку такого закрепления еще в 1962 г. (рис. 92), оно не
было осуществлено ни на одном объекте из-за отсутствия проти-
1 — гибкий тяж из каната;
2 — железобетонная плита
анкерного фундамента;
3 — крепление к натяжному
устройству; 4 — гидроизоля¬
ция
Рис. 91. Гибкая вставка,
устанавливаемая между
натяжной муфтой и ан¬
керным фундаментом
1 — гибкая вставка из кана¬
та: 2 — закладные части ан¬
керного фундамента; 3 — на¬
тяжное устройство
вокоррозионной защиты гибкого элемента. В современных усло¬
виях быстрого развития химии эта задача, по-видимому, будет
решена в недалеком будущем.
В зависимости от радиотехнических требований мачта может
быть неизолированной или изолированной. В первом случае ствол
Таблица 21
Наимено¬
вание
Расчетное
усилие в т
8
п
Q
О
GQ
Наимено¬
вание
Расчетное
усилие в т
£
а
Q
Q
са
1 ИО-7,5
7,5
112
2ИО-40
40
459
2ИО-7,5
7,5
193
1 ИО-55
55
334
1 ИО-20
20
152
2ИО-55
55
546
2ИО-20
20
259
1ИО-70
70
468
1ИО-ЗО
30
172
2ИО-70
70
774
2ИО-30
30
309
1 ИО-85
85
526
1 ИО-40
40
280
2ИО-85
85
863
мачты опирается на специальную опору или заделывается в ос¬
новании. Во втором слу¬
чае опирание ствола про¬
исходит через одиночный
опорный изолятор или
группу изоляторов, а от¬
тяжки секционируются
(прерываются) оттяжеч-
ными изоляторами. В пер¬
вых мачтах - антеннах
устанавливались орешко¬
вые изоляторы, и поэто¬
му применялись канаты с
органической сердцеви¬
ной.
106
В дальнейшем из-за повышения мощности антенн стали при¬
меняться изоляторы типа ВИ-2, ВИ-3 и т. д. с использованием
канатов с жесткой сердцевиной. В настоящее время применяются
изоляторы типа ИО разработки ГСПИ Министерства связи. Ос¬
новные характеристики этих изоляторов приведены в табл. 21
Проблема создания легких и экономичных изоляторов весьма
сложна, и решение ее ведется комплексно радиотехниками, кон¬
структорами и работниками фарфоровой промышленности.
В среднем мачты в 2—2,5 раза легче, а их стоимость в 1,5—
2 раза меньше башен. В тех случаях, когда территория площад¬
ки велика и по радиотехническим условиям допускается устрой¬
ство оттяжек, целесообразно применять мачты.
б) Опоры для подвески проволочных антенн
Рис. 93. Зависимость между
уменьшением веса башни (#в)
в случае применения труб или
прокатных профилей и отно¬
шением А ветровой нагрузки
к суммарной ветровой на¬
грузке
Конструктивное решение опор, служащих для подвески про¬
волочных антенн, зависит от вида применяемых антенн и особен¬
ностей их работы. В тех случаях, когда оттяжки мачт мешают ра¬
боте антенн, применяются башни,
несмотря на их большую стоимость.
Большинство антенн типа син¬
фазных горизонтальных подвешива¬
ются на башнях (см. рис. 15, 68).
В этом случае отдельные антенны
располагаются между смежными
опорами наиболее компактно (см.
рис. 68, в). Из этого рисунка видно,
что отдельные антенны работают в
различных направлениях и поста¬
новка оттяжек в поле излучения в
некоторых случаях может исказить
характер работы антенны. Лишь
для концевых опор применяются
противоантенные оттяжки, которые
уменьшают усилия на опору.
Антенны длинноволновых радио¬
станций с горизонтальными или зон¬
тичными антеннами подвешиваются
к мачтам в случае, если их конфи¬
гурация в плане имеет форму правильного многоугольника
(см. рис. 33, 72, 76), и к опорам комбинированного типа — в слу¬
чае подвески антенн, имеющих прямоугольную форму в плане
(см. рис. 67, д). В этих случаях возможно разместить оттяжки
таким образом, чтобы они не мешали подъему и спуску отдель¬
ных секций антенн.
В отличие от опор-антенн в опорах, предназначенных для под¬
вески проволочных антенн, доля усилий, возникающих от ветро¬
вой нагрузки, уменьшается с 90 до 60—40%. Вследствие этого
экономия от применения трубчатых сечений по сравнению с про-
107
катными профилями уменьшается. На рис. 93 приведен график
изменения технико-экономического эффекта от применения аэро¬
динамического подхода, характеризуемого коэффициентом
уменьшения веса опоры:
kB = (2.3)
^прок
в зависимости от отношения
А = ^обор , (2.4)
М^обор + Изопор
из труб или прокат-
горизонтальной со-
проволочных антенн
где Стри Опрок— соответственно вес опоры
ных профилей;
Пробор и W'onop — соответственно величины
ставляющей нагрузки от
(или ветровой нагрузки на оборудование) и
ветровой нагрузки на ствол (опору).
Конструктивные достоинства труб приводят к уменьшению
веса антенных устройств на 15—20% даже при весьма малой
доле ветровой нагрузки на опору (Л->1). При обычных значениях
Л —0,5 для опор, служащих для подвески проволочных антенн,
уменьшение веса в случае применения трубчатых профилей со¬
ставляет примерно 30% по сравнению с опорами из сортовых
профилей (увеличение веса опор из сортового по сравнению с
трубчатыми профилями равно: —-— = 1,4, т. е. на 40%).
1— 0,3
Поэтому для этого вида опор увеличение ветровой нагрузки на
опоры в меньшей степени сказывается на общем изменении веса
„ ив отличие от башен-ан-
Рис. 94. Схема расположения оттяжек
при подвеске антенны в виде правиль¬
ного шестиугольника
а — первая схема; б — вторая схема
тени в них для упрощения
иногда применяются раско¬
сы из одиночных уголков
большой гибкости, работа¬
ющие только на растяже¬
ние, но без применения в
них предварительного натя¬
жения.
При одновременном тя-
жении антенн и применении
з них устройств, сохраняю¬
щих постоянное тяжение,
максимальные усилия в
верхней части опоры действуют в течение всей жизни сооруже¬
ния. Для таких антенн вводится специальное основное сочетание
нагрузок (см. табл. 17, основное сочетание «а»), при котором
усилие от предварительного натяжения увеличивается (КСоч=
= 1,1). Это особенно важно при учете усилий от подвесных ан¬
тенн при действии их на противоантенные оттяжки, в которых
усилие во время эксплуатации всегда постоянно и приближается
108
к расчетному, в отличие от прочих оттяжек, максимальные на¬
пряжения в которых возникают очень редко.
Вследствие больших усилий, возникающих в опорах от одно¬
стороннего тяжения антенн, целесообразно располагать опоры в
плане таким образом, чтобы усилия в стволе от тяжения этих
оттяжек были минимальные. На рис. 94 указаны две схемы рас¬
положения мачт для очень распространенной шестиугольной
формы антенны в плане: первая, когда внешняя оттяжка одна, и
вторая, когда внешних оттяжек две. Соответственно усилия во
внешних и внутренних канатах обоих случаев в монтажном по¬
ложении одинаковы, но суммарное усилие на мачту в
случае равно:
Ni = (Тмакс 4- 2ТМИН) cos а;
во втором
^2 = (27*макс 4" Т'мнн) COS ОЬ
или увеличение нагрузки во втором случае равно:
„ ___ N2 __ 2Тмахс Тмин
" N1 + 2ТМИН
ПРИ Гмин~°.2 °.5Тмакс % = 1,6 -Ь 1,25.
первом
(2.5)
(2.6)
(2.7)
Поскольку эта сжимающая сила приложена в верхней части
мачты, то она существенно влияет на ее устойчивость и поэтому
целесообразно ее всемерно уменьшать. При второй схеме в тя¬
желом режиме работы находятся две оттяжки, в то время как в
первой — одна. Кроме того, внутренняя часть антенного поля в
первой схеме свободна от от¬
тяжек периферийной мачты.
Несмотря на некоторое увели¬
чение внешней части поля, це¬
лесообразнее применять пер¬
вую схему.
В тех случаях, когда одно¬
временно устанавливаются
три шестиугольные антенны,
три опоры являются общими и
оттяжки у них по отношению
к одной из антенн расположе¬
ны всегда по второй схеме,
что является вынужденным.
Такие опоры обслуживают две
антенны (четыре сектора), и
поэтому количество контргру¬
зов и лебедок, обслуживающих
антенны, у них удвоено по
сравнению с обычными пери¬
ферийными мачтами. Это при¬
Рис. 95. Верхняя секция периферий¬
ной мачты, обслуживающей две
смежные антенны
109
водит к усложнению конструкции верхней секции мачты (рис.
95), а также к соответствующему увеличению сечений элемен¬
тов ствола, оттяжек и фундаментов.
Опоры, поддерживающие центральный узел антенны, вы¬
полняются как решетчатыми, так и со стволом в виде одной
трубы. Последнее решение предпочтительнее, так как канаты,
поддерживающие антенну, не обледеневают. Эксплуатационный
персонал при любой погоде имеет возможность достигнуть верх¬
ней точки мачты и произвести необходимые операции, связанные
с присоединением того или иного сектора антенного полотна, или
устранить возникающие неполадки.
В отечественных условиях стволы центральных мачт выпол¬
няются цельносварными при высоте 200—350 м и их диаметр
равен 2400—2600 мм. Отдельные секции длиной примерно 6 м
изготовляются на заводе, транспортируются на место монтажа
Рис. 96. Усиление отверстий у ствола однотрубной мачты
1 — вырез для двери (заштрихован): 2 — площадь сечения двух ребер усилия
должна быть не менее площади сечения выреза для двери
в готовом виде, где свариваются в рабочем положении путем на¬
ложения одного горизонтального кольцевого шва каждый раз
после подъема очередной секции ствола мачты. Все элементы
площадок, лестниц и пр. устанавливаются внутри секции на за¬
110
воде, по мере наращивания секций происходит монтаж и этих
элементов.
Так же как и в решетчатых мачтах, к сплошному стволу при¬
крепляются необходимые монтажные приспособления — столи¬
ки для установки крана и устройства для фиксации положения
отдельных секций, необходимые для сварки конструкций, а также
для закрепления монтажных оттяжек.
Внутренние площадки являются поперечными жесткостями
цилиндрического ствола. Такие жесткости должны устанавли¬
ваться в местах прикрепления оттяжек, антенн и в других местах
с сосредоточенным приложением сил. При их отсутствии кольца
жесткости могут устанавливаться по концам секций с тем, чтобы
придать им надлежащую жесткость при перевозке, от моментов,
возникающих на соответствующей длине цилиндра от ветровой
нагрузки и неточности формы поперечного сечения. Кольца жест¬
кости вызывают местные напряжения при сварке, и целесообраз¬
но в тех случаях, когда это возможно, снимать остаточные напря¬
жения в зонах сварных швов путем их отжига. В местах образо¬
вания отверстий для пропуска оборудования или лазов для людей
необходимо проводить усиления с тем, чтобы площадь сечения
и жесткость ствола в целом, а также местная жесткость ствола
у вырезов сохранялись одинаковыми с замкнутой оболочкой.
Для этой цели в зонах выреза устанавливаются манжеты и па¬
трубки, имеющие очертания отверстия (рис. 96). Последние
должны иметь овальную форму для уменьшения концентрации
напряжений у выреза.
Для удобства смены оттяжек в последних типах мачт (решет¬
чатых и сплошных) устанавливаются дублированные, располо¬
женные по высоте, оттяжечные узлы и соответствующие крепле¬
ния оттяжек у анкерных фундаментов, упрощающие операцию по
смене оттяжек. В этом случае вначале подготавливаются новые
комплекты оттяжек; они устанавливаются в запасные отвер¬
стия, а затем натягиваются новые оттяжки и одновременно
уменьшается тяжение в старых, с тем чтобы суммарное усилие
в процессе перестановки приближалось к расчетному. Расчетная
схема и усилия в стволе при старых и новых оттяжках достаточ¬
но близки, если дублирующие оттяжки располагать на неболь¬
шом расстоянии от основных (2,5—5 м).
В зарубежной практике цилиндрические стволы в последние
годы выполняются сварными и соединяются между собой с по¬
мощью высокопрочных болтов, а в период 1935—1945 гг. такие
стволы делали клепаными и на монтаже соединяли с помощью
чистых болтов.
В цилиндрических мачтах наблюдались колебания из-за сры¬
вов вихрей при малых скоростях ветра, близких к вычисляемым
по формуле (1.20). Такие колебания возможны при недостаточ¬
ной жесткости узлов опирания мачты вследствие слабого натяже¬
ния оттяжек и соответствующего направления ветра (например,
111
при таких оттяжках в плане при ветре на одну оттяжку в двух
других напряжение может уменьшиться по сравнению с монтаж¬
ным), при котором оттяжки имеют большую податливость [8, 64,
93, 135, 159, 162, 191]. В обычных условиях жесткость ствола ха¬
рактеризуется величиной X«604-80, поэтому при расстоянии меж¬
ду оттяжками 50—70 м и при коэффициенте приведения р.= 1,5
срывы вихрей возможны лишь при скоростях 30—40 м/сек и по¬
этому колебания при достаточных тяжениях оттяжек редки.
в) Опоры радиорелейных линий
Опоры радиорелейных линий предназначены для поддержи¬
вания антенн прямой видимости на необходимой высоте (рис.
97), которая может быть определена из формулы:
I = Г1 + Г2 ж V 2/?(Й! — — 02)4-2/2/?(Л2 — — а2), (2.8)
где I — расстояние между опорами;
R — радиус земли;
Лх и Л2— соответственно высота первой и второй опоры;
Ох—учитываемая высота препятствий на пути между дву¬
мя опорами;
о2— превышение средней линии диаграммы направленности
над поверхностью земли в точке касания.
Рис. 97. Схема располо¬
жения смежных опор
для радиорелейных ли¬
ний прямой видимости
Опоры располагаются через 40—70 км, а высота их определя¬
ется в зависимости от рельефа местности и обычно находится в
пределах 30—150 м.
Радиорелейная связь стала широко применяться в СССР в
послевоенный период. Первые антенны были параболическими,
диаметром 1,5—2,5 м и устанавливались на башни и мачты, за¬
проектированные для других целей (преимущественно башни,
разработанные для подвески синфазных антенн); исключение
составляли некоторые линии, в которых антенны размещались в
радиопрозрачных укрытиях, размещенных на специальных опо¬
рах. В дальнейшем нашли применение плоские отражатели типа
Р-60 (рис. 98), а в настоящее время — рупорно-параболические
антенны (рис. 99).
Начиная с 1955 г. были разработаны и построены специаль¬
ные типовые опоры в виде мачт для установки антенн различ¬
ных систем. Наибольшее распространение получили опоры с од¬
нотрубчатым стволом, упруго закрепленным в центральном фун¬
112
даменте. При этом разрабатывались две схемы: первая, когда все
оборудование находилось на земле и антенны соединялись с ни¬
ми волноводными трактами, идущими по стволу. В связи с жест¬
кими требованиями, не допускающими изгиба волноводов, при¬
ходилось делать специальные площадки для их крепления, что
вызывало усложнение конструкции, увеличение веса и затрудне¬
ние их обслуживания. Для устранения этого недостатка приме¬
нялась вторая схема, при которой оборудование приближалось
к антеннам и устанавливалось в специальном здании непосред¬
ственно под антеннами. В этом случае волноводные тракты были
предельно короткими, но на опоре размещалось большое здание,
ветровая нагрузка на которое была весьма существенной.
В этих опорах, специально предназначенных для установки
радиорелейного оборудования, сообщение с верхней точкой осу¬
ществлялось как с помо¬
щью лестницы-стремянки,
так и лифта грузоподъем¬
ностью 0,5 т, устанавли¬
ваемого внутри ствола
мачты. Конструктивное
решение самого ствола и
оттяжек таких опор не от¬
личается от описанной в
п. б § 7 опоры для подвес¬
ки проволочных антенн.
Узел опирания ствола
на фундамент выполнял-
Рис. 98. Радиорелейная антенна типа Р-60
ся в виде листового шар¬
нира (рис. 100), поэтому
он не мог воспринимать
открывающих усилий, но
в состоянии воспринять
нормальные силы, прило¬
женные с некоторым экс¬
центрицитетом. Вследст¬
вие этого в нижней ча¬
сти цилиндрической обо¬
лочки напряжения нерав¬
номерны, и поэтому ее
делают утолщенной.
При расположении
здания на опоре нагрузки
на ближайшие к зданию
оттяжки увеличиваются,
Рис. 99. Рупорно-параболические
антенны
и в некоторых случаях
приходится устанавливать сдвоенные оттяжки в одном луче. Та¬
кие оттяжки необходимо делать независимыми и не присоеди¬
нять их к стволу и к фундаментам через коромысло. В первом
8—44
113
случае при обрыве одной из оттяжек оставшиеся обычно в со¬
стоянии удержать опору до восстановления повреждений.
В этот же период были разработаны конструкции решетчатых
башен со стволом квадратной формы в плане с поясами из труб
и раскосами из круглой стали (рис. 101) без устройства муфт для
их предварительного натяжения. Для этого были рассмотрены
допуски при изготовлении отдельных элементов и, сообразуясь
с ними, установлены расстояния между отверстиями в раскосах.
Последние прикреплялись к поясам башни с помощью болтов.
Одно из отверстий использовалось для натяжения раскосов с по¬
мощью коликов. В связи со значительной длиной раскоса
— 200) он работает как нить, и поэтому даже при отсутствии спе¬
циальных муфт для его натяжения в нем после установки возни¬
кали растягивающие напряжения (порядка 500 кГ]см2).
3-3
4-4
а — при шаровом шарнире; б — при
Рис. 100. Узел опирания цилиндрического
ствола на фундамент
листовом шарнире; 1—закладные части; - — опор¬
ное кольцо
При надлежащей точности изготовления конструкций таких
башен на заводах указанный прием устройства гибких раскосов
без применения натяжных муфт может применяться и для дру¬
гих подобных конструкций.
В связи с тем, что доля ветровой нагрузки, действующей на
оборудование, велика, применение прокатных профилей возмож¬
но. Однако конструктивное решение опор усложняется, а стои¬
мость увеличивается по сравнению с опорами как однотрубными,
так и решетчатыми с элементами из труб.
Применение однотрубных опор для радиорелейных линий и
для телевидения оказалось весьма перспективно, так как внутри
трубы размещались все коммуникации (лифт, лестницы, волно-
114
Рис. 101. Башни для установки релейного обо¬
рудования, с раскосами из круглой стали без
натяжных муфт
Рис. 102. Опора магистральной радиорелейной
линии
/ — ствол башни; 2—антенная этажерка; 3— эксплуа¬
тационный кран грузоподъемностью 2,5 т при вылете
6,5 м\ 4— шахта лифта; 5 —кабина; 6 — большие
рупоропараболические антенны (3 шт.); 6а —то же,
но малые (3 шт.); 7 и 7а — блоки антенн ЧМ веща¬
ния; 8 — параболические зеркала (4 шт.); 9 — телеви¬
зионные трансляционные антенны
1№01
10(01 9
14,2 -4
8:
115
1500 1500
116
117
воды и др.) и несущий ствол использовался одновременно в каче¬
стве ограждающих конструкций [21, 78, 130, 134, 154, 155, 161,
162, 163].
Для магистральных радиорелейных линий в период 1965—
1967 гг. были разработаны и построены решетчатые башни квад¬
ратной формы в плане высотой от 63 до 99 м, предназначенные
для установки оборудования, указанного на рис. 102.
Пояса этих башен выполнялись из труб диаметром 426 мм с
толщиной стенки до 30 мм из стали марки 20, распорки — из
труб диаметром 351 мм, а раскосы — из стальных оцинкованных
канатов диаметром 55 и 63 мм.
Рис. 104. Узел крепления раскосов башен, выпол¬
ненных из канатов, к поясам
Схема типоразмеров, применяемых в зависимости от высоты
и ветрового района, приведена на рис. 103, ж [92]. Отличительной
особенностью этих опор было применение в них предварительно
напряженных раскосов из канатов без стяжных муфт. Для этой
цели концы канатов заливались во втулки, оканчивающиеся
фланцами. Фланцам-втулкам соответствовали фланцы, прикреп¬
ляемые с помощью патрубка к поясам башен (рис. 104). Длины
раскосов делались менее длины диагонали примерно на 50 мм,
что позволило вытянуть канат даже при погрешности в геометрии
каната и ствола башни при его изготовлении. Вследствие уста¬
новки в верхней части башни технического здания с оборудова¬
нием, обслуживаемым людьми, при эксплуатации к опорам
предъявлялись повышенные требования в части их надежности.
Рассмотрение различных вариантов решетки показало, что в
случае присоединения ее с помощью высокопрочных болтов или
сварки нет надлежащей гарантии прочности вследствие разбро¬
санности опор по трассе и поэтому отсутствия эффективного
контроля качества этих соединений.
118
IC. 105. Изменение веса башен для ма¬
гистральных радиорелейных линий
В дальнейшем были разработаны решетчатые башни для ма¬
гистральных линий, конструкции которых унифицированы с кон¬
струкциями типовых башен РРЛ. При высотах этих башен от 37
до 73 м их пояса параллельны, что упрощает конструктивное ре¬
шение. При высотах до 137 м размер основания башни в нижней
части увеличивается.
Над техническим зданием (представляющим сложную конст¬
рукцию, так как по радиотехническим требованиям в нем не до¬
пускалось устройства внутренних колонн) устанавливается пер¬
вая группа антенн, специальная этажерка, а на ней вторая груп¬
па антенн и кран для монтажа и демонтажа этих антенн в
процессе эксплуатации (см.
рис. 32 и 103). Для сооб- £
щения их с техническим
зданием предусматривается
устройство лестницы типа
стремянки и лифта. т
Соединение поясов и
распорок производится с
помощью фланцев и болтов.
Распорки всегда сжаты, по- зо
чему прикрепляющие их
болты конструктивны.
Вес этих башен раз¬
личной высоты, предназна- о
ченных для работы в раз¬
личных ветровых районах,
приведен в графике на
рис. 105. В случае примене¬
ния вместо башен мачт со
стволом из одной трубы вес и стоимость их могут быть умень¬
шены на 30—40%, а условия эксплуатации улучшены, так как
сообщение их с техническим зданием будет осуществляться с по¬
мощью лифта, помещенного в закрытой шахте до наивысшей
точки. При этом целесообразно ствол пропустить через техниче¬
ское здание и тем самым существенно упростить конструкцию
последнего и крепления верхних антенн.
г) Телевизионные опоры
Телевизионные опоры предназначаются для установки на них
телевизионных антенн и необходимого оборудования, а также
радиорелейного оборудования, служащего для приема передач
из концертных залов, стадионов и др. В большинстве случаев
телевизионные опоры используются и для установки радиорелей¬
ной аппаратуры прямой видимости.
Поскольку дальность телевизионных передач составляет 30—
100 км, то телевизионные опоры устанавливаются в центре об¬
служиваемой территории, т. е. преимущественно в городской чер¬
11»
те. В некоторых случаях к опорам предъявляют дополнительные
требования, не имеющие отношения к телевидению: на них уста¬
навливаются обзорные площадки и рестораны. При этом увели¬
чивается стоимость, усложняется эксплуатация сооружения, уд¬
линяются сроки возведения.
В настоящем разделе рассматриваются конструктивные реше¬
ния опор, предназначенных для функциональных целей, и спе¬
цифические особенности их установки в городской черте.
На опорах, построенных в 1945—1955 гг., устанавливались
простые турникетные антенны, имеющие малые вес и парус¬
ность, и поэтому для них использовались ранее разработанные,
а в некоторых случаях уже построенные для других целей опо¬
ры. Так, в Москве для них использовалась всемирно известная
башня Шухова (см. рис. 4); в Ленинграде и Киеве — башни об¬
текаемого типа треугольной формы в плане (см. рис. 106), раз¬
работанные ранее для использования их в качестве башен-ан¬
тенн; в Москве для второй программы, а также для первой про¬
граммы в Риге, Калинине и других городах, в которых не допус¬
калось устройство опор высотой более 125 м, были использованы
башни квадратной формы в плане, разработанные для подвески
синфазных горизонтальных антенн.
Начиная с 1950 г. на телевизионных опорах, кроме турникет¬
ных антенн высотой 12 м, стали устанавливать антенны частот¬
ной модуляции (ЧМ), располагаемые на призматической эта¬
жерке квадратной формы в плане высотой 25 м с шириной базы
1,75 м.
Для этой цели были разработаны специальные типовые про¬
екты, позволяющие строить такие опоры в большинстве ветро¬
вых районов СССР высотой 100, 124, 148 и 180 л+12 м высота
турникетной этажерки. В этих опорах (см. рис. 17) были исполь¬
зованы приемы, установленные при создании башен-антенн об¬
текаемого типа. В отличие от них форма таких опор в плане бы¬
ла принята квадратной, поскольку этажерка для антенн ЧМ
вещания имела квадратную форму.
В связи с этим, а также с прокладкой фидеров по всей высоте
башни и устройством большого числа площадок вес этих башен
•существенно увеличился по сравнению с весом башен-антенн
(табл. 22).
Для уменьшения усилий в поясах башен и фундаментах ствол
башни последовательно уширялся книзу и состоял из трех усе¬
ченных пирамид, имеющих разные углы наклона (по отноше¬
нию к вертикали), увеличивающиеся в нижних секциях. В связи
•с этим усилия на пояса в нижних секциях башни и на фунда¬
менты уменьшались и объем фундаментов стал меньше, нежели
у башен-антенн, имеющих прямолинейные пояса и малый размер
базы у основания.
Этот тип опоры нашел широкое распространение и был при¬
менен в период 1954—1965 гг. более чем в 100 городах СССР.
120
Рис. 107. Мачта высотой 1804-12 м с круто поставленными
оттяжками и реями и без них
121
Таблица 22
Конструктивные элементы
Единица
измерения
Телевизионная башня
высотой 180+12 м
квадратной формы
в плане
Башня-антенна
высотой 205 м
треугольной
формы в плане
II в.р.
| III в.р.
Ствол
Т
175
236
90,8
Прочие конструкции (лестницы, пло¬
щадки, крепления фидеров) . . .
Опорные и закладные части ....
>
28,1
29
6,8
>
6,8
10
30,5 (9)
Итого . . .
т
209,9
275
127,1
Бетон
м3
219
340
309
Примечание. Большой вес опорной траверсы для изоляции башни
связан с особыми условиями поставки изоляторов отечественной промышлен¬
ностью в военные годы. В современных условиях вес металла арматуры изоля¬
торов не более 9 т, что указано в скобках.
В этот же период для установки антенн этого же типа и вы¬
соты были разработаны мачты со стволом из одной трубы диа¬
метром 1600 мм, внутри которой размещались фидерные линии,
лифт и лестница-стремянка. Конструкции этих мачт аналогичны
конструкциям опор для радиорелейных линий. Недостатком это¬
го решения является необходимость выделения сравнительно
большого размера участка, что затруднено при размещении опор
в городской черте. Поэтому были запроектированы мачты с кру¬
то поставленными оттяжками (рис. 107), позволяющими уста-
Таблица 23
Конструктивные элементы
Единица
измерения
Расход материалов на мачты типа 1957 г.
с большой базой
с малой базой
и реями
II в. р.
III в. р.
II в. р.
III в. р.
Ствол
т
58,9
70,6
74,8
85,4
Прочие конструкции . . .
»
33,9
39,8
32,1
58,3
Опорные части
»
4
6,9
8
12,7
Г т
96,8
117,3
114,9
156,4
Итого . . .
1 %
100
100
119
134
Фундаменты:
анкерные
м3
49
49
55
89
центральные
»
27
45,9
48
90
f м3
76
94,9
103
179
Итого . . .
1 %
100
100
136
188
122
лавливать их на стесненной территории. Для повышения жест¬
кости ствола и вибростойкости оттяжки подкреплялись специ¬
альными реями, уменьшающими провисание оттяжек [154, 155,
159, 161, 162, 165, 170].
Данные о весе телевизионных мачт высотой 180+12 м обыч¬
ного типа и с круто поставленными оттяжками приведены в
табл. 23.
Рис. 108. Схемы современных телевизионных антенн
а — Ленинград; б — Москва; в — типовые решения
Современные опоры должны поддерживать мощные телеви¬
зионные антенны, занимающие по высоте более 100 м. Схемы
этих антенных этажерок приведены на рис. 108.
Анализ многочисленных вариантов опоры Московского теле¬
центра, проведенный в Проектстальконструкции в 1955—1960 гг.
[154, 162, 165], показал, что стоимость железобетонных башен
более чем в три раза превышает стоимость мачты с круто постав¬
ленными оттяжками и более чем вдвое превышает стоимость
металлических башен. Действительная стоимость железобетон¬
ных башен оказалась в несколько раз большей и декларируемая
авторами проекта железобетонной опоры стоимость 0,8 млн. руб.
была увеличена сначала до 10 млн. руб. и окончательно соста¬
вила около 30 млн. руб.
Стоимость металлических мачт с круто поставленными от¬
тяжками приближалась к установленным в проектах значениям,
что было подтверждено строительством в 1960 г. в г. Виннице
телевизионной мачты высотой 350 м, самой высокой в этот пе-
123
\h^lU
124
риод в Европе, предназначенной для поддерживания антенны
ЧМ и турникетной антенны высотой 12 м (рис. 23). Вес этой
опоры составил 450 т, объем фундаментов 540 м3 и стоимость
0,3 млн. руб.
В 1962 г. в Ленинграде была построена телевизионная баш¬
ня высотой 315 м (рис. 25) с решетчатой антенной-этажеркой
высотой около 120 м, прикрепленной к стволу башни на отмет¬
ке примерно 200 м для установки на ней трех телевизионных
антенн и антенн ЧМ — вещания. Непосредственно под антенной-
этажеркой размещаются техническое здание и дополнительные
службы (обзорные площадки и др.), поддерживаемые решетча¬
тым стволом переменного сечения, восьмиугольной формы в пла¬
не. Пояса выполнены из специально прокатанных труб диамет¬
ром до 500 мм при толщине стенки до 50 мм из стали марки
15ХСНД и соединены на монтаже с помощью сварки. Конструк¬
ция, технология сварки и монтажа были разработаны Укрпро-
ектстальконструкцией, Институтом электросварки им. Патона
и Промстальконструкцией. В центре ствола башни по всей его
высоте устроена шахта цилиндрической формы, в которой раз¬
мещены лифты, волноводные тракты и лестницы. Шахта при¬
креплена тяжами к поясам башен, которым она и передает
горизонтальные усилия.
В этот же период для Ленинграда была разработана опора
в виде мачты с круто поставленными оттяжками для укрепления
на ней группы антенн (рис. 109). Диаметр ствола мачты 4 м
обеспечивал размещение в нем всех коммуникаций и был равен
диаметру шахты в построенной башне. Технико-экономические
сопоставления этой конструкции с построенной приведены в
табл. 24.
Таблица 24
Наименование
Единица
измерения
Опора высотой 310 м
башня
мачта с реями и
круто поставленными
оттяжками
Вес металла:
ствол ....
Т
115
оттяжки и антенная этажерка .
в
100
закладные части
>
30
ствол лифта .
в
25
Итого . . .
т
-1000
670
Объем фундаментов:
центральных .
м3
210
анкерных . .
в
330
Итого . . .
м3
-2000
540
Стоимость ....
млн. руб.
-1
0,35
125
Растущие требования, предъявляемые к телевидению, вызва¬
ли увеличение числа программ и разработку новых типовых те¬
левизионных опор, предназначенных для установки антенн для
трех программ телевидения, а также антенн частотной модуля¬
ции и других антенн, размещающихся на длине около 120 м, при
высоте опоры 240 м. В связи с ограничением в размере попереч¬
ного сечения конструкций, поддерживающих антенны, они могут
быть выполнены лишь в виде мачт. При установке таких антенн
на башне антенная часть поддерживается оттяжками, закреп¬
ленными на стволе башни в удалении от земли (рис. ПО). При
этом усложняется обслуживание оттяжек даже при хороших ме¬
теорологических условиях, поскольку все узлы крепления и узлы
для натяжения оттяжек с контрольными устройствами разме¬
щаются высоко над землей.
Конструкция современных типовых телевизионных опор вы¬
сотой 235 м, выполненных в виде мачт (рис. 22), в принципиаль¬
ной части не отличается от инвентарных мачт, но ствол делается
квадратной формы в плане (сторона 2500 мм), что соответст¬
вует расположению вибраторов у антенн \ а для уменьшения
веса оттяжек и анкерных фундаментов принимаются три оттяж¬
ки в плане, что вызывает усложнение конструкции ствола у мест
крепления оттяжек.
На типовых телевизионных опорах высотой 350 м (см.
рис. 26) устанавливается то же оборудование и поэтому их
ствол занят антеннами лишь на одной трети высоты. Вследствие
этого до третьего яруса оттяжек (отметки 233 м) он имеет тре¬
угольную форму (сторона 2800 мм), а выше, там, где размеща¬
ются антенны, — квадратную форму в плане со стороной
Таблица 25
Конструктивные элементы
Единица
измерения
Типовые телевизионные мачты высотой в м
235
350
II в. р.
IV в. р.
II в. р.
IV в. р.
Ствол
Т
252
318
362
463
Прочие конструкции . .
39
68
112
195
Опорные и закладные ча¬
сти
36
52
70
115
Итого . . .
т
327
438
544
773
Фундаменты:
анкерные
м3
393
627
908
1382
центральные . . .
»
86
95
129
129
Итого . . .
JW3
479
722
| 1037
| 1511
1 В зарубежной практике вибраторы у телевизионных антенн располага¬
ются по треугольнику, что соответствует и оптимальной форме поперечного
сечения ствола мачты и расположению оттяжек.
126
2500 мм. При этом и в нижней, и в верхней зоне мачты применя¬
ются три оттяжки в плане. В зоне изменения формы ствола ус¬
танавливается специальная переходная секция. Принципиальное
решение этих телевизионных мачт одинаково с инвентарными.
Вес металла и объем фундаментов типовых мачт высотой 235
и 350 м приведен в табл. 25. В отличие от них раскосы в стволе
на некоторых заводах-изготовителях
ются (используя электронагрев),
а ствол заделывается в фундамент,
а не опирается шарнирно. Благода¬
ря этим мерам жесткость мачты
увеличивается. В необходимых слу¬
чаях по высоте мачты располага¬
ются площадки для крепления ра¬
диорелейной аппаратуры. В связи с
увеличением поперечного сечения
ствола оттяжечные секции оказы¬
вались негабаритными. Для устра¬
нения этого недостатка узлы креп¬
ления оттяжек к стволу приварива¬
ются на месте монтажа (рис. 111)
в нижнем положении, и качество
сварки, а также точность положе¬
ния подвергаются особенно тща¬
тельному контролю.
Идеи, заложенные в мачты с од¬
нотрубным стволом и реями, ис¬
пользованы в конструкции асиммет¬
ричной башни, у которой одним
элементом мачты была вертикально
поставленная шахта для лифта и
других вертикальных коммуника¬
ций, воспринимающая возникаю¬
щие в ней усилия при работе ее как
элемента башни (рис. 112). Вместо
оттяжек, применяемых в мачте,
каждая из которых является одно¬
сторонней связью, устанавливаются
два подкоса, воспринимающие уси¬
лие как от сжатия, так и от растя¬
жения.
В зарубежной практике для
установки телевизионных антенн
строятся как мачты, так и башни.
Применение для этой цели мачт
распространено кроме СССР в
США, Чехословакии и странах Бе-
нелюкса. В ГДР, ФРГ, Франции,
предварительно напряга-
Рис. 112. Башня асимметрич¬
ной формы в плане с верти¬
кальным поясом для проклад¬
ки коммуникаций
127
128
0 © ® Рис. 113. Общие виды опор, применяемых в различных странах
/ — башня Эйфеля — 312 м; 2—башня Шухова — 160 м; 3— башня Монъеля—707 м,
проект до 1930 г.; 4 — Дом связи —604 м, проект 1937 г.; 5 — типовая телевизионная баш¬
ня — 192 м; б —мачта с реями — 192 м; 7 —башня для телевидения — 500 м, проект
1946 г.; 8 —типовая телевизионная мачта — 192 м; 9 —мачта в Миссури —480 м\ /0—мач¬
та для Московского телецентра — 530 м, проект 1956 г.; // — мачта в Нидерландах 370 м;
/2 —башня в Штутгарте — 214 м; 13 —мачта в Чехословакии— 301 м; /4 —башня для
антенн связи в Лондоне —180 м; /5—мачта в Колумбусе — 530 м; /5 — башня в Белгра¬
де (Югославия) — 199 м; /7 — мачта в Виннице —350 ж: /8 —башня в Токио —333 м;
19 — мачта для Московского телецентра — 550 м, проект 1962 г.; 20 — типовая телевизион¬
ная мачта —235 м; 2/— башня для Багдада —330 м, проект 1963 г.; 22 —башня в Ле¬
нинграде — 310 м\ 23 — метеорологическая мачта в Обнинске —310 м; 24 —типовые мач¬
ты (Могилев, Слоним, Ушачи) —350 м; 25 — башня в Москве —533 м; 25 —башня в Каи¬
ре (около 180 м)-, 27 — башня в Гамбурге —270 м; 28 — башня в Милуоки — 329 м;
29 —башня в Розрманде (Нидерланды) — 165 м; 39 —башня в Ереване — 300 м; 3/—баш¬
ня в Киеве —372 м; 32 —башня в Тбилиси —270 м
9—44
129
Англии строятся преимущественно башни, причем часто из же¬
лезобетона (первая такая башня высотой 210 м была построена
в 1955 г. в Штутгарте). В здании, располагаемом под антеннами,
в них размещаются обзорные площадки и иногда рестораны. На
рис. 113, а дано сопоставление высот и типов телевизионных опор
другого назначения, построенных в СССР и зарубежных стра¬
нах, а также некоторые типы запроектированных опор и опор,
находящихся в стадии строительства. На рис. 120, б показаны
проектные решения башен высотой около 4000 м и сопоставле¬
ние их с ранее осуществленными сооружениями небольшой
высоты.
В последние годы в зарубежной практике разработаны
и внедрены способы изоляции телевизионных антенн от метеоро¬
логических воздействий, для чего они помещаются в радиопроз¬
рачные цилиндры, при этом ветровая нагрузка не увеличивается
и отложение на них гололеда уменьшается.
Отличительной особенностью отечественной практики строи¬
тельства телевизионных опор (за исключением опоры Москов¬
ского телецентра) является аналитический подход к их созда¬
нию и выявление наиболее целесообразной конструкции с уче¬
том как капитальных затрат, так и стоимости эксплуатации.
Проведенные анализы показали, что при свободных террито¬
риях целесообразно сооружать телевизионные опоры в виде мачт
со стволом из одной трубы и оттяжками из пучков параллельно
расположенных проволок. Капитальные затраты на их сооруже¬
ние минимальны, а вследствие малого периметра ствола оття¬
жек и других элементов площадь, подверженная коррозии, ми¬
нимальна. Условия эксплуатации вертикальных трактов вследст¬
вие размещения их внутри герметически закрытой трубы также
не зависят от погоды, сезона и дня суток.
При размещении телевизионных опор в черте города эконо¬
мично аналогичное решение в виде мачты, но с круто поставлен¬
ными оттяжками, поддерживаемыми реями.
Аналитический метод, которым пользуются инженеры,
в принципе является наиболее достоверным. Но в случае много¬
образия функций, для которых предназначено сооружение, или
многовариантности при определении оптимальной формы, свя¬
занной с внешними воздействиями, применяемыми материалами,
перспективой, конъюнктурными условиями и др.; аналитические
инженерные способы не всегда могут быть использованы в пол¬
ной мере с учетом применения вычислительных машин.
Интуиция архитектора может способствовать выявлению оп¬
тимума, правда с учетом погрешностей, свойственных данному
индивидууму.
Учитывая недостатки аналитического и интуитивного подхода
при решении конструкции, можно сделать вывод о необходи¬
мости синтезировать эти два способа, имея в виду, что аналити¬
ческий способ в большинстве случаев может дать более объек-
130
Рис. 114. Схемы систем
при плоских отражающих поверхно¬
стях, работающих из плоскости по¬
верхности: а — башни; б — мачты; при
цилиндрических системах; в — незамк¬
нутых; г — замкнутых; д — при произ¬
вольном расположении антенны
тивный ответ на главные вопросы, возникающие при образова¬
нии конструктивной формы.
§ 8. Системы и отражающие поверхности
Системы состоят из совокупности опор и связывающих их
элементов. В отличие от автономных опор системы не могут ра¬
ботать, если одна из опор или группа элементов, осуществляю¬
щих связь между ними, нарушена. Наиболее часто системы при¬
меняются при создании отражающих поверхностей. Форма пос¬
ледних в зависимости от радио¬
технических требований может
быть различной. В тех случаях,
когда отражающая поверхность,
выполняемая обычно из нитей
или из сетки, расположена в од¬
ной плоскости, то как нити, так
и сетки могут быть использованы
в системах лишь в качестве эле¬
ментов, объединяющих опоры в
этой плоскости; усилия в направ¬
лении, перпендикулярном отра¬
жающей поверхности, могут вос¬
приниматься только опорами.
В зависимости от радиотехниче¬
ских требований опоры могут
быть выполнены в виде башен,
мачт и комбинированными (рис.
114, а, б, д).
При ломаном очертании ан¬
тенны, когда она вписывается в
цилиндрическую поверхность па¬
раболической, эллиптической,
круговой или другой формы с
кривизной одного знака, целесо¬
образно применять конструкции в
виде мачт с одной плоскостью
оттяжек, так как в этом случае антенное полотно может воспри¬
нять силы, действующие как перпендикулярно плоскости оття¬
жек, так и в направлении от опоры к оттяжкам (рис. 114,в, г).
При ломаном очертании антенны, как это указано на
рис. 121, д (например, при подвеске синфазных горизонтальных
антенн к опорам, предварительно объединенных системой кана¬
тов, находящихся между смежными опорами), углы между
смежными пролетами могут быть л>0{>л и в зависимости от
этого направление равнодействующей от тяжения антенны в двух
смежных пролетах изменяется. При поставке опор, работающих
в направлении биссектрисы угла между двумя смежными полот¬
нами, следует учитывать асимметричность преобладающих уси¬
9
131
лий, так как одна группа поясов будет большинство времени
сжата, а вторая растянута. В тех случаях, когда по радиотехни¬
ческим соображениям возможно пересечение поля оттяжками, в
качестве опор могут быть применены мачты с оттяжками, рас¬
положенными в одной плоскости (рис. 114,6, г).
Целесообразно предусматривать возможность смены односто¬
ронних оттяжек во время эксплуатации путем устройства допол¬
нительных узлов у опоры и у анкерных фундаментов.
Рис. 115. Крепление гори¬
зонтальных нитей отражаю¬
щих поверхностей
/ — у промежуточных опор;
2 — у концевых опор
При разрушении всех связей между отдельными опорами
система становится геометрически изменяемой, если не принять
специальных мер. Для увеличения ее живучести в отдельных
опорах, как это указано на рис. 162, г, устанавливают¬
ся дополнительные связи, препятствующие распространению раз¬
рушения; последние в этом случае локализуются участком между
смежными связями. Число связей устанавливается, сообра¬
зуясь с конструктивными особенностями системы и возможно¬
стью эксплуатации ее части до полного восстановления системы.
При расположении нитей через 1 м и менее или при установ¬
ке сетки, имеющей размер ячейки не более 2X2 м, наибольшие
усилия в системе возникают при обледенении и соответствующем
ветре (см. § 4).
Для уменьшения нагрузок на опоры в районах с толщиной
корки обледенения более 20—40 мм можно применять следую¬
щий способ: около 60—80% нитей рассчитать таким образом.
132
чтобы при указанном обледенении они разрушались, оставшие¬
ся 40—20% проводов рассчитать в предположении, что более
слабые нити оборваны и дальнейшее увеличение обледенения и
соответственно усилия возникают лишь от воздействия его на
опоры и на оставшиеся 40—20% проводов. Такой прием позво¬
ляет обеспечить живучесть опор и системы в целом и существен¬
но уменьшить величину капитальных затрат.
Конструктивное решение крепления горизонтальных нитей в
системе вида, указанного на рис. 114, б, в, в концевой и промежу¬
точных опорах приведено
на рис. 115.
При конструктивном
решении самих опор
обычно используется
принципиальное решение
ранее описанных конст¬
рукций обтекаемых ба¬
шен, инвентарных и одно¬
трубных мачт. Специфи¬
ческие особенности опор
заключаются в располо¬
жении проводов, верти¬
кальных шахт для фи¬
дерных линий, площадок
для установки вибрато¬
ров и др. и должны учи¬
тываться каждый раз
конкретно применительно
к требованиям задания.
Использование прокат¬
ных профилей вместо
труб возможно лишь в
случаях, когда это не
Рис. 116. Конструкция в виде структу¬
ры использования для параболической
антенны (двоякой кривизны). Построе¬
на США в Гренландии
приводит к существенно¬
му усложнению и удоро¬
жанию конструкции.
В качестве примера на
рис. 67, г показана конст¬
рукция системы, состоя¬
щей из двух наклонных мачт, соединенных между собой гори¬
зонтальными проводами. Мачты используются для подвески ло¬
гарифмической антенны.
В случае устройства отражающих поверхностей двойной кри¬
визны и при использовании их в дециметровом диапазоне волн
они из системы перерождаются в пространственные структуры.
Одна из таких отражающих структур, построенная в Гренлан¬
дии, приведена на рис. 116.
Для антенны с использованием ионосферного рассеяния при-
133
меняются поверхности в виде параболического цилиндра. В от¬
личие от схемы, указанной на рис. 114,6, в, ось параболического
цилиндра и его облучатель расположены горизонтально. В зави¬
симости от соотношения длины такого цилиндра к раскрыву (вы¬
соте) его целесообразно выполнять: при — >2,5 в виде системы,
состоящей из консолей параболической формы, объединенных
между собой нитями и по торцам
системами оттяжек; при — >2,5
h
поддерживаемых
в виде консолей
шайбами и
с
подкоса-
Рис. 117. Узлы крепления отражающей поверхности антенны
а — к концевой опоре; б — к промежуточной опоре
ми, соединенными между собой распорками, работающими на
сжатие, и раскосами, обеспечивающими поперечную неизменяе¬
мость в направлении оси цилиндра. В этом случае нити отра¬
жающей поверхности (см. рис. 30) не используются в качестве
несущих конструкций системы, а лишь создают нагрузку на не¬
сущую часть конструкции. При конструктивных решениях такой
пространственной системы были использованы приемы, приме¬
нявшиеся при создании инвентарных мачт и мачт с уменьшенной
базой. Узлы крепления нитей отражающей поверхности к несу¬
щим конструкциям приведены на рис. 117.
Для радиорелейных линий широко используются антенны
тропосферной связи. В опытных экземплярах они выполнялись
134
с сетчатой отражающей поверхностью размером 20x20 jw, под¬
держиваемой опорной фермой, воспринимающей все усилия в
своей плоскости и раскрепленной оттяжками в направлении,
перпендикулярном плоскости раскрыва (см. рис. 19). Отражаю¬
щая поверхность выполнялась из одинаковых щитов квадратной
формы, имеющих возможность на монтаже изменять размер диа¬
Рис. 118. Ограждающая
поверхность тропосфер¬
ной антенны и узлы
крепления к несущей
конструкции (а); сетча¬
тая поверхность (б)
гоналей (такое решение упростило создание поверхности), уста¬
навливаемых и выверяемых на специальных шаровых шарнирах
(рис. 118). Несущая конструкция выполнялась из прокатных
профилей и состояла из трех связанных между собой ферм, ус¬
тановленных в вертикальной плоскости; крайние фермы закреп¬
лялись к анкерным фундаментам с помощью оттяжек. Три ука¬
занные фермы соединялись между собой раскосами из уголков,
работающих лишь на растяжение. Вследствие больших усилий
135
сжатия в крайних фермах после натяжения оттяжек раскосы вы¬
пучивались. Этот недостаток был устранен при разработке кон¬
струкций антенн массового применения (см. рис. 31). Отражаю¬
щая поверхность этих антенн выполнялась сплошной, для чего
были использованы гнутые профили (рис. 119). Крепление щи¬
тов производилось аналогично указанному ранее для решетча¬
ось стрелы
Конструкция отра-
щитов со сплошной
Рис. 120. Опорный шарнир для
монтажа антенны путем ее
вращения с помощью падаю¬
щих стрел
Ч!
1
L
3
II
г|
1;
и
J
<
£
Рис. 119.
жающих
поверхностью с применением
гнутых профилей
ваш Оля креплен
трнтажмои cmpifia
того типа. Конструкция опорных ферм была изменена и вместо
трех вертикальных ферм применялись две, выполненные из про¬
катных профилей. Основные элементы фермы имели коробчатую
форму.
Закрепление к фундаментам осуществлялось с помощью двух
подкосов, расположенных со стороны раскрыва антенны. При кон¬
струировании антенны учитывался способ монтажа, для чего в
ее опорных частях (рис. 120) имелись соответствующие шарни¬
ры для поворота ее после сборки на земле в проектное положе¬
ние. Соединение основных элементов выполнялось с помощью
фланцев и черных болтов.
Отражающие поверхности имели размеры 20x20 и 30X30 м
и предназначались для установки в 5 и 7 ветровых районах
СССР при положении центра зеркал от 10 до 40 м над уровнем
земли.
При установке щелевых антенн применяются специальные
поддерживающие конструкции, к которым могут предъявляться
136
весьма жесткие требования для сохранения теоретического поло¬
жения опорной поверхности как при выверке, так и при эксплуа¬
тации. В таких конструкциях предусматриваются специальные
устройства для регулировки опорных частей во время выверки,
эксплуатации (рис. 121) и перемещения структур по несущим
конструкциям при изменении температуры. Структуры обычно
выполняются из алюминия, пластмасс и биметалла, а силовые
Рис. 121. Опорный шарнир, позволяющий производить регулиров¬
ку во время эксплуатации
/ — несущие конструкции; 2 — опорный башмак; 3 — опорная ось; 4 — боковой
упор; 5 — гидравлические домкраты
поддерживающие конструкции — из сталей. Поэтому даже при
равномерном изменении температуры воздуха по сравнению с
температурой, которая была при замыкании конструкции, возни¬
кают взаимные смещения, что должно найти соответствующее
отражение в решении конструкции.
В связи с большими размерами таких структур перемещения
их по сравнению с силовой конструкцией в зависимости от их
размеров составляют 20—60 мм. Для уменьшения температур¬
ных перемещений несущие конструкции иногда выполняют из
такого же материала, что и структуры. В этом случае необходи¬
мо учитывать способ опирания несущих конструкций на фунда¬
мент. При неподвижном закреплении их к фундаментам харак¬
тер деформаций и напряжений аналогичен возникающим в про¬
137
мышленных зданиях в пределах температурного блока. Лишь в
зонах, удаленных от фундаментов, изменения длины структур
и несущих конструкций будут одинаковы.
§ 9. Вращающиеся и перемещающиеся антенные устройства
Вращающиеся и перемещающиеся антенные устройства ис¬
пользуются для работы в пределах земного шара с целью лока¬
ции, изменения направления вещания в течение суток, а также
в облучающих устройствах в процессе настройки; для работы в
околоземном пространстве как для целей телевидения через
спутники, так и приема сигналов от них; для исследования сол¬
нечной системы и осуществления связи с летательными аппара¬
тами, находящимися в пределах околоземной зоны, а также для
исследования Вселенной с помощью радиотелескопов.
Большинство этих антенных устройств предназначено для ра¬
боты в декаметровом — миллиметровом диапазоне радиоволн и
поэтому при их создании особое внимание уделяется удовлетво¬
рению требований второго предельного состояния.
а) Антенны, предназначенные для вещания
в пределах земного шара
Локационные устройства, представляющие узкую, но специ¬
альную область, в книге не рассматриваются.
Рис. 122. Конструктивное решение решетчатых вибраторов
i — каркас из проволоки диаметром 20; 2 — консоль, поддерживающая каркас; 3 — сетка
вибратора из биметаллической проволоки (12 0 6 мм)
138
В 1938 г. в Гюнзене (Голландия) были построены две дере¬
вянные башни высотой 60 м каждая. Они установлены на ме¬
таллической платформе, вращающейся по рельсам, расположен¬
ным по кольцевым фундаментам с диаметрами 46,4 и 21 м. Вра¬
щение платформы производилось вокруг вертикальной оси.
Рис. 123. Общий вид вращающейся двусторонней антенны
закрепленной в железобетонном фундаменте, и позволяло изме¬
нять направление вещания [76].
В 1966—1967 гг. на кафедре ОКМ МЭИ [204] разработана
двусторонняя полноповоротная антенна, предназначенная для
работы одновременно в двух взаимно противоположных направ¬
лениях и имеющая возможность, вращаясь, изменять направле¬
ние вещания. Одна из антенн предназначена для работы в диа¬
пазоне 17 м. Она сострит из решетчатых вибраторов (рис. 123),
расположенных в восьми ярусах при четырех парах вибраторов
в каждом уровне и отражающей поверхности, выполненной из
горизонтальных проводов. Вторая антенна предназначается для
работы в диапазоне ~34 м и состоит из четырех ярусов вибра¬
торов при двух парах вибраторов, расположенных в каждом
139
уровне и отражающей поверхности, выполненной также из го¬
ризонтальных проводов. Несущая конструкция поворотной ан¬
тенны состоит из башни, прикрепленной к опорной платформе,
которая вращается относительно центральной оси с помощью те¬
лежек, перемещающихся по кольцевому фундаменту (рис. 123).
При высоте конструкции 80 м общий вес ее составил около 250 т,
Рис. 124. Перемещаю¬
щееся облучающее уст¬
ройство высотой 91,5 м
1 — вибраторы; 2—отражаю¬
щая сетка; 3 — фидерная
система; 4 — башня; 5 —
платформа для поперечного
движения; 6 — тележка для
продольного движения
механизмов вращения около 250 т, а закладных частей около
150 т.
Внутри опоры размещены шахты для фидеров, лестницы и
площадки, необходимые для обслуживания.
В 1948—1952 гг. были разработаны и построены перемещаю¬
щиеся облучающие устройства, располагаемые на башнях вы¬
сотой 91,5 м и перемещающиеся при настройке по фронту на
расстояние нескольких сотен метров и в глубину примерно на
10 м. Башни выполнены обтекаемого типа, с тем чтобы всемер¬
но уменьшить ветровую нагрузку, со стволом квадратной фор¬
мы, так как в нем размещается вертикальная фидерная линия
На передней вертикальной грани башни устанавливается не¬
сколько ярусов сдвоенных решетчатых вибраторов (см. рис. 123),
имеющих устройства для их выверки и закрепления. За вибра¬
торами на специальных реях подвешивается отражающая сетка
из канатов, закрепляемых в нижней части с помощью контр¬
грузов.
Башня опирается на специальную опорную раму, которая с
помощью катков перемещается в направлении диаграммы на¬
правленности по платформе, которая в свою очередь перемеща¬
ется в перпендикулярном направлении с помощью катков по
специальным рельсовым путям, располагаемым по железобетон¬
ным ленточным фундаментам (рис. 124).
140
б) Антенны, используемые для связи со спутниками,
космическими аппаратами, и радиотелескопы [166]
В радиотелескопах при наблюдении над удаленными объек¬
тами нет необходимости в больших ускорениях и скоростях, по¬
скольку перемещение небесных тел и положения исследуемых
пространств связаны со скоростью вращения Земли относитель¬
но своей оси (суточный цикл) и относительно Солнца (годовой
цикл). Однако в связи с большой стоимостью полноповоротных
антенн их часто делают универсальными, для чего механизмы
вращения имеют большую мощность и способны работать с по¬
вышенными скоростями, не требующимися для чисто радиоаст¬
рономических целей.
В дальнейшем не делается различия между этими видами
инструментов, и лишь в тех случаях, когда он может выполнять
ограниченные задачи: только астрономические или только при¬
кладные, это отмечается при описании их конструкции.
Большинство вращающихся антенн имеет следующие ос¬
новные конструктивные части:
1) металлические конструкции зеркальной части антенного
устройства, с помощью которых осуществляется и сохраняется
во время эксплуатации необходимая геометрическая форма от¬
ражающей поверхности и положение облучающих устройств и
воспринимаются силовые воздействия (гравитационные, метео¬
рологические, инерционные и др.);
2) механические устройства, осуществляющие вращение ан¬
тенны в необходимом направлении. В некоторых случаях приме¬
няются дополнительные механизмы, необходимые для коррек¬
тировки поверхности антенны, положения и формы облучающе¬
го устройства для горизонтальных перемещений антенны в
целом и для удаления с него атмосферных осадков;
3) автоматические устройства, позволяющие осуществлять
сопровождение объекта как по заданной программе, так и в со¬
ответствии с сигналами специальных устройств, ведущих антен¬
ну по пути движения объекта. Кроме того, автоматические уст¬
ройства применяются для корректировки формы поверхности
зеркала и облучающего устройства и положения последнего в тех
случаях, когда чисто механическими средствами не удается дос¬
тигнуть необходимой жесткости;
4) строительная часть, которая в некоторых типах поворот¬
ных антенных устройств сложна, так как должна обеспечить
сохранение необходимой точности устройства в целом в течение
длительного времени и возможном изменении режима работы
(изменения уровня грунтовых вод, замерзания верхнего слоя,
релаксации и др.).
При создании таких инструментов необходима одновремен¬
ная проработка и взаимная увязка этих основных составляющих
его конструкций. В тех антенных устройствах, где автоматика
141
используется лишь для сопровождения, разработка ее может
быть сделана независимо, поскольку она в этом случае не влия¬
ет на три остальные конструктивные части.
В настоящем разделе описываются общие схемы, компоновка
и особенности металлических конструкций вращающихся ан¬
тенн.
В течение последнего десятилетия геометрические размеры и
вес антенн увеличились, и поэтому для уменьшения стоимости
изготовление каркасов таких антенн целесообразно выполнять
не на авиационных заводах, а на заводах металлических конст¬
рукций. Изготовление точной отражающей поверхности и ее вы¬
верка должны осуществляться авиационными заводами, имею¬
щими необходимое оборудование и опыт создания точных кон¬
струкций.
Конструктивные схемы вращающихся антенных устройств
могут быть объединены в следующие три основных класса.
Полноповоротные. Антенны этого класса имеют возмож¬
ность обследовать любую точку небосвода, видимую в данный
момент из его географического местоположения. Такие инстру¬
менты являются наиболее маневренными и универсальными, по¬
скольку они имеют возможность переключаться от наблюдения
одного объекта к другому. Примером такого инструмента яв¬
ляется весьма распространенная параболическая антенна
(см. рис. 21, 29, 44, 45).
Вращающиеся лишь по углу места. Такие антенны имеют
возможность производить наблюдения над объектами, находя¬
щимися в данный момент времени в видимой части меридио¬
нальной плоскости, проходящей через географический пункт ме¬
стоположения антенны. Второе направление вращения осуществ¬
ляется благодаря вращению Земли вокруг своей оси
(увеличение маневренности может быть осуществлено путем ка¬
чания луча радиотехническими способами в направлении, пер¬
пендикулярном меридиональной плоскости). Примерами та¬
кого решения являются декаметровая Т-образная антенна
(см рис. 38), крестообразные антенны (см. рис. 41), радиоте¬
лескоп перископического типа с плоским зеркалом, вращающим¬
ся в меридиональной плоскости.
Антенны, установленные на Земле стационарно. Антенны
этого класса устанавливаются на земной поверхности неподвиж¬
но. В связи с этим в каждый данный момент времени обследует¬
ся лишь область с угловыми размерами диаграммы направлен¬
ности. Благодаря вращению Земли в течение суток обследуется
часть небесной сферы, зона которой зависит от широты места
расположения инструмента, его ориентации по отношению к по¬
верхности Земли и величины диаграммы направленности. Так
же как и во втором классе антенн, в случае качания положения
диаграммы направленности в меридиональной плоскости радио¬
техническим путем возможности такого инструмента увеличива¬
142
ются и с его помощью может быть обследована по-прежнему
ограниченная, но несколько большая зона небесной сферы.
Общие положения. Для упрощения конструкции поворот¬
ных антенн иногда обзор ограничивается конусом с углом 50—
60°, что позволяет обследовать интересующую исследователей
часть небесной сферы. К числу их относится радиотелескоп диа¬
метром 64 м, построенный в Австралии (рис. 125), а также дру¬
гие антенны (см. рис. 39).
Рис. 125. Радиотелескоп диаметром 64 м, построенный в Австралии
В тех случаях, когда представляется возможным выбирать
место для строительства радиотелескопа, предпочтительнее низ¬
кие широты, так как в этом случае можно обследовать большую
часть небесной сферы.
Если обозначить через Зф = ~*~со^—nD часть сферы, кото¬
рую может обследовать радиотелескоп при размещении его на
широте с углом <р, и через Зо = л£>2 площадь небесной полусфе¬
ры, то коэффициент использования
= S^ = l + cos<p (2.9)
*' So 2 v
143
При расположении радиотелескопа на экваторе t]o = l. при по¬
ложении на полюсах 1]я/2 = 0,5.
При равных условиях необходимо выбирать такие площад¬
ки, на которых помехи отнимают минимальное время и харак¬
теризуются значением коэффициента т)Экспл:
(2.10)
_ 77од 1
Лэкспл - 365 *.
где Тгод = 365- ДЛод = 365 - (АТмтвр+ДТтеМех + ДТ’рги); (2.11)
ДТ’метеор— количество дней в году, в течение которых инстру¬
мент не может работать из-за метеорологических
помех;
АТпомех — то же, но из-за других помех искусственного проис¬
хождения;
ДТ’реи— то же, но для профилактического ремонта инстру¬
мента, зависящего от принципиальной схемы, его
конструкции и условий эксплуатации.
Основной особенностью вращающихся антенн является не¬
обходимость удовлетворить требованиям второго предельного
состояния (см. рис. 37). При вращении антенных устройств по
углу места изменяются моменты от сил собственного веса и
происходит изменение формы зеркал и положения облучающего
устройства по отношению к зеркалу.
Зависимости, указанные в § 14 «б», позволяют сделать весьма
важные выводы для выбора основных схем и при конструиро¬
вании.
1. При отсутствии внешних нагрузок абсолютное значение
площади сечения отдельных элементов радиотелескопа при за¬
данных геометрических соотношениях основных размеров не
влияет на величину деформации и, следовательно, изменить ве¬
личину деформации путем подобного изменения всех сечений
невозможно.
2. При отсутствии внешних нагрузок можно изменить вели¬
чину деформации, изменяя лишь геометрические соотношения
основных размеров и отдельных элементов и характеристики
материала • Поэтому можно подобрать такие характе¬
ристики, при которых деформированная поверхность будет близ¬
ка новой параболической поверхности.
3. Вес несущих конструкций при постоянном значении мак¬
симального отклонения, устанавливаемого по радиотехническим
соображениям, имеет линейную зависимость от внешней нагруз¬
ки (3.106).
4. Нельзя создать конструкцию с деформациями, меньшими
деформации от сил собственного веса (3.76,а). Величина этой
144
деформации является нижним пределом деформаций для дан¬
ного конструктивного решения радиотелескопа, не имеющего
автоматически регулируемой поверхности.
Деформации от ветровой нагрузки могут быть уменьшены до
любой величины путем увеличения площади поперечного сече¬
ния. Некоторое представление о соотношениях между нагрузка¬
ми от сил собственного веса, ветровой нагрузки при Vn =0,5VI,
обледенения и инерционных сил в параболических радиотелеско¬
пах можно сделать из рассмотрения графика, помещенного на
Угол
Рис. 126. Соотношения между нагрузками от сил собственного веса, ветровой
нагрузки при Vn=0,5Vi, обледенения и инерционных сил для параболических
радиотелескопов различных диаметров
рис. 126. Из этого графика видно, что даже при диаметрах 20 м
и IV в. р. нагрузки от ветра в 2 раза меньше нагрузок от сил
собственного веса, а с увеличением диаметра эта разница еще
более возрастает. Следует также иметь в виду, что деформации
от сил веса возникают каждый раз при вращении инструмента
по углу места, в то время как ветровая нагрузка со скоростью
ветра 0,5Vr может возникнуть лишь в течение 2—3% вре¬
мени эксплуатации антенны. Поэтому при разработке схемы ме¬
таллических конструкций следует давать предпочтение таким,
у которых деформации от сил собственного веса минимальны.
С целью уменьшения усилий, действующих на механизмы,
необходимо всемерно уменьшать действующие на них силы от
ветра и собственного веса и располагать элементы таким об¬
разом, чтобы моменты инерции вращающихся масс были мини¬
мальны.
Если для радиотелескопа определенного размера установле¬
на конструктивная форма и соотношения частей, при которых
10—44
143
минимальны значения деформации, то радиотелескоп иного
размера, измененного в /гПОд раз, может быть получен путем по¬
добного изменения всех его характерных размеров X, У, Z и тол¬
щин соответствующих элементов. При этом существуют зависи¬
мости, используемые при конструировании и записанные в фор¬
мулах (3.89) — (3.106).
Зная указанные зависимости и данные однажды отработан¬
ного образца радиотелескопа, обладающего оптимальными со¬
отношениями, можно создать оптимальную конструкцию радио¬
телескопа иных размеров и судить о возможной области приме¬
нения рассматриваемого типа, не имеющего автоматических
устройств, позволяющих корректировать его поверхность.
Максимальные допустимые значения деформации поверхно¬
сти большого зеркала и его частей зависят от диапазона радио¬
волн, используемых при работе радиотелескопа. В настоящее
время разрабатывается стандартная методика оценки влияния
искажения поверхности и одновременного изменения положе¬
ния вторых зеркал и облучателя на изменение эффективности
антенны. До ее внедрения использован приближенный способ,
заключающийся в том, что рассматривается независимо иска¬
жение большого зеркала, среднеквадратичные значения /ср.кв ко¬
торого не должны превосходить определенной доли
—) длины волны Л, на которой работает антенна,
40 /
Лр.кв
\ к 25
(2.12)
и отклонения (угловые и линейные) вторых зеркал и облуча¬
теля.
Значение /ср.кв может быть определено по формуле
1И' ds J ’
ср.КВ
(2.13)
где у'—ордината, характеризующая интенсивность облучения
в данной точке поверхности радиотелескопа;
у — отклонение ординаты поверхности радиотелескопа от
силовых воздействий и при изготовлении:
^/(Усв + ^)2 + ^ыв. (2.14)
гДе Усв, Уи» Увыв~ максимальные деформации в i-й точке от
сил собственного веса, ветра и при выверке1.
Авиационные заводы реализуют при изготовлении и оконча¬
тельной выверке поверхности зеркала следующие точности
у,„ « /0,852 + (W мм, (2.15)
1 При определении значения t/выв должны учитываться точности мери¬
тельного инструмента и взятия отсчетов при изготовлении и выверке поверх¬
ности на месте сборки изделия.
146
где k =
D
30-г-50 ’
D — диаметр или другой характерный размер
радиотелескопа в м.
По согласованию с заводом указанное значение t/выв может
быть уменьшено. В настоящее время для некоторых радиотеле¬
скопов требуется, чтобы эта величина не превышала значение
0,1—0,3 мм.
Ниже рассматриваются конструктивные особенности как
наиболее распространенных, так и уникальных радиотелескопов
различного класса.
1. Полноповоротные антенны
а) Параболические антенны. Этот вид антенн является наи¬
более распространенным как в отечественной, так и в зарубеж¬
ной практике. Основной частью такой антенны является прием¬
ное устройство, расположенное в
фокусе параболы (рис. 127) или вне
его. В последнем случае необходи¬
мо специальное вспомогательное
зеркало меньшего размера, которое
отражает полученные сигналы в
приемное устройство.
По способу привязки осей вра¬
щения радиотелескопа по отноше¬
нию к оси вращения Земли (рис.
128) они делятся на угломестно-ази-
мутальные, параллактические и с
карданной системой подвески боль¬
шого заркала.
При втором и третьем способах
подвески большого зеркала конст¬
рукция и механизмы более сложны,
Рис. 127. Схема работы пара¬
болического зеркала антенны
/ — главное зеркало: 2— приемное
устройство; 3 — вспомогательное
зеркало
очередь он имеет различ-
нежели при первом типе, но они
имеют более удобную систему от¬
счета.
В связи с большей простотой ре¬
шения конструкций и механизмов
вращения угломестно-азимутальный
тип наиболее распространен. В свою
ное конструктивное оформление, зависящее от способа опира¬
ния зеркала и принципиальных схем опорно-вращающегося
устройства, указанных на рис. 128: башенный, катковый, мосто¬
башенный. Эти способы вращения и закрепления зеркальной
части применяются и в других видах радиотелескопов.
Обычно большие зеркала параболических радиотелескопов
имеют полярно-симметричную структуру несущих конструкций
и узлов опирания, при этом ось симметрии совпадает с фокаль¬
10*
147
ной осью. В некоторых случаях с целью приближения зеркала
к оси вращения структура дается симметричной только относи¬
тельно вертикальной плоскости, проходящей через фокальную
ось. Оба решения целесообразны, так как в этом случае косо¬
симметричная часть деформации от сил собственного веса мо¬
жет быть уменьшена путем задержки поворота радиотелескопа
по углу места на некоторый угол Да. Симметричная часть дефор¬
мации i/CM может быть уменьшена вдвое приданием поверхности
Рис. 128. Основные схемы монтировки
а — угломестно-азимутальная; б — параллактическая; в —корданная; /—си¬
стема вращения зеркальной антенны при угломестно-азимутальной монтиров¬
ке — башенная; 2 — то же, катковая; 3 — то же, мосто-башенная
радиотелескопа соответствующей формы при его выверке путем
строительного подъема на величину половины симметричной ча¬
сти деформации от собственного веса (рис. 129)*. При этом угол
места должен изменяться путем внесения поправки в програм¬
му и быть равным
«кор = « — Да = а — (Да0 — Да^ sin а, (2.16)
где а — угол места
дао«^£^1, (2.17)
* Эти и указанные далее соображения являются первым этапом по ис¬
пользованию аппроксимирующих свойств поверхности большого зеркала.
Из-за недостатка места этот вопрос автор полагает осветить в особой работе.
148
Да] в первом приближении соответствует углу, при котором
У КС У КС'
(2.18)
Для приближенной оценки можно принимать, что величина
максимальной деформации от сил собственного веса в рассмат¬
риваемом случае может быть доведена до величины
(2.19)
Рис. 129. Схема деформаций параболического радиотелескопа
от сил собственного веса при вращении его по углу места
/4 — при отсутствии специальных мер; Б — при строительном подъеме
и уменьшении поворота на угол Да; а —положение при выверке;
б — симметричная часть деформации; е, е — кососимметричная часть
деформации; г — выверка со строительным подъемом; д — симметрич¬
ная часть деформации при положении «на горизонт» и учете строитель¬
ного подъема; ж — случай с учетом поворота
ОбЫЧНО £См~у; Лкс~Т:
при этом ± + у • y-f ~о,4 усв,
(2.20)
т. е. максимальное значение деформации может быть уменьше¬
но в 2,5 раза.
В этом случае значения максимальных деформаций от сил,
собственного веса, ветра и деформаций от выверки, вычисленные
149
для различных точек поверхности радиотелескопа по формуле
^макс = V ^в + ^)2 + ^ыв. (2.14а)
учитывают уменьшение значения у'св [см. (2.20)].
Среднеквадратичные значения /сркв ~УсР.кв могут быть вы¬
числены по формуле (2.13). Если неизвестен характер интенсив¬
ности облучения, то принимается значение
(2.13а)
Рис. 130. Зависимость между площадью (или диаметром) больших зеркал па¬
раболических радиотелескопов башенного типа и деформациями
/ — максимальные деформации от сил собственного веса; 2 — то же, с учетом строитель¬
ного подъема при выверке и недоворота зеркала; 3 — среднеквадратичные деформации
от сил собственного веса; 4 — то же, с учетом строительного подъема и поворота;
5 — среднеквадратичные деформации от сил собственного веса и ветра; 6 — то же, с уче¬
том строительного подъема, поворота и ветра
и затем устанавливается значение X, удовлетворяемое конструк¬
цией радиотелескопа
(2.12а)
На рис. 130 приведена зависимость между площадью (или
диаметром) больших зеркал параболических радиотелескопов
башенного типа и деформациями от сил собственного веса и вет¬
ра при учете и без учета строительного подъема и корректиров¬
ки угла Да, позволяющие установить область их уверенной ра¬
боты при различных режимах.
Требования к сохранению теоретического положения фокаль¬
ной оси радиотелескопа зависят от диапазона радиоволн, на ко¬
тором он работает и от его геометрических размеров, поскольку
150
разрешающая способность радиотелескопа является функцией
следующего вида
<аях2л-у-, (2.21)
где со— угол диаграммы направленности, соответствующий по¬
ловине мощности;
г— радиус отверстия радиотелескопа;
Л— длина волны, на которой работает радиотелескоп.
С целью унификации решений больших зеркал радиотелеско¬
пов для изготовления и выверки которых необходимо использо¬
вать сложные приспособления и оснастку, целесообразно уста¬
новить ряд радиотелескопов, площади которых кратны опреде¬
ленной величине. Существует попытка принять ряд размеров
радиотелескопов, в которых отношение площадей двух ближай¬
ших по размерам радиотелескопов кратны двум (табл. 26).
Таблица 26
D, м
2
2,82
4
5,65
8
11,3
16
22,6
32
45
64
90
128
3,14
6,25
12,5
25
50
100
200
400
800
1600
3200
6400
12 800
Затруднением при реализации этого предложения является
возможность применения различных отношений глубины зерка¬
ла f0 к его раскрыву Do, которое колеблется в интервале от 0,35
до 0,45, и диапазона радиоволн в интервале 50 мм.
При применении отношений fo/Do только по двум крайним
пределам количество типов увеличивается вдвое.
Использование радиотелескопов, предназначенных для ра¬
боты на наиболее коротких волнах, для постоянной работы на
длинных волнах нецелесообразно при массовом изготовлении
инструментов одного и другого видов, так как отражающая по¬
верхность у них может быть сетчатой, а повышенных требова¬
ний к точности изготовления ее и механизмов вращения не предъ¬
является, что существенно отражается на стоимости радиоте¬
лескопа.
При установке радиотелескопов в различных ветровых райо¬
нах необходимо учитывать соответствующие скоростные напо¬
ры или ограничивать его работу вне зависимости от ветрового
района определенной скоростью (см. табл. 6 и рис. 50).
Вместе с тем типизация и повторяемость приводят к сущест¬
венному уменьшению стоимости и сокращению сроков изготов¬
ления инструмента, поскольку около 50% стоимости и времени
затрачивается на разработку и изготовление оснастки (С0Сн).
Стоимость изготовления одного инструмента при серии в п штук
будет равна
Г* ^\>СН [
п I Ьконстр.
151
При
C^c„„r—С, = i(l + ±) - ?!!±* (2.22)
При изготовлении одного экземпляра инструмента его стои¬
мость равна С, а при изготовлении малой серии в 10 шт.—
0,55С, т. е. почти в 2 раза меньше. Это обстоятельство необхо¬
димо учитывать при сооружении единичных экземпляров радио¬
телескопов, предназначенных для работы в более длинном диа¬
пазоне радиоволн. В тех случаях, когда имеется налаженное
производство аналогичных радиотелескопов, но предназначен¬
ных для работы в более коротком диапазоне, следует применять
последние при условии
^кор 2СДЛ, (2.23)
где Скор — стоимость изготовления одного радиотелескопа, пред¬
назначенного для работы в более коротком диапазо¬
не радиоволн, с учетом изготовления большой серии
(2.22);
СДл — стоимость изготовления одного радиотелескопа, пред
назначенного для работы в более длинном диапазо¬
не радиоволн, но при условии изготовления единич¬
ных экземпляров.
Для уменьшения деформаций поверхности больших зеркал и
точек закрепления вторых зеркал и облучателей разрабатыва¬
ются радиотелескопы различных конструкций. Этому вопросу
посвящен ряд работ [17, 29, 30, 50, 52, 53, 108, 109, 116, 123, 164,
166, 167, 168, 169, 170, 171, 173, 182, 205].
Рассмотрим конструктивное решение угломестно-азимуталь-
ного радиотелескопа башенного типа диаметром 64 м, в котором
использованы приемы, установленные для радиотелескопов диа¬
метром 16, 25 и 32 м, заключающиеся в выборе геометрических
соотношений и конструкции поверхности, обеспечивающих наи¬
меньшую деформативность.
При проектных разработках было установлено, что отноше¬
ние условной высоты Ь радиальной фермы в центре радиотеле¬
скопа к его радиусу г, характеризующие угол 0 между хордой по¬
верхности и осью нижнего пояса, должно приближаться к 0,4
(рис. 131). Этому соответствует следующее значение угла 0
(рис. 132):
0 = arctg(O,25-O,3)^14—17°. (2.24)
В центральном узле радиотелескопа пересекается большое
число по-различному нагруженных радиальных ферм, объединен¬
ных между собой системой очень жестких кольцевых ферм. В свя¬
зи с этим в центральном узле происходит увеличение жесткости
и при сохранении угла 0 можно несколько уменьшить высоту
ферм, при этом сохранится закономерность, указанная на
рис. 132. Благодаря этому центр тяжести радиотелескопа при¬
ближается к осям вращения, а момент вращения и требующая¬
ся мощность механизмов уменьшаются.
152
Общая схема построения радиотелескопа показана на
рис. 133. Элементы зеркальной системы состоят из:
облучателя или второго зеркала, поддерживаемого простран¬
ственной рамой;
отражающей конструкции большого зеркала;
несущих конструкций, поддерживающих отражающие щиты
большого зеркала;
контргрузов (весовых и ветровых), поддерживаемых специ¬
альными консолями;
опорных площадок, являющихся переходным элементом от
несущих конструкций к опорным частям угломестной оси;
опорных частей угломестной оси;
вилкообразной конструкции, служащей для установки и за¬
крепления угломестной оси и механизмов к азимутальной (вер¬
тикальной) оси;
азимутальной оси.
153
Элементы механизмов вращения состоят из: угломестной оси
с подшипниками; цевочного зацепления для вращения зеркаль¬
ной части по углу места; механизмов вращения по углу места; ра¬
диальных подшипников вертикальной оси; опорного подшипника
вертикальной оси; цевочного зацепления вертикальной оси; ме¬
ханизма вращения вертикальной (азимутальной) оси.
Строительная часть радиотелескопа состоит из железобетон¬
ного ствола конической формы и опорной плиты, воспринимаю¬
щих все силовые нагрузки от зеркальной части и передающих
их на грунт.
Основными конструктивными элементами зеркальной систе¬
мы являются несущие конструкции большого зеркала, на кото¬
рые укладываются щиты отражающей поверхности, а также при¬
крепляются пространственная конструкция, служащая для под¬
держивания облучателя (или второго зеркала) и консоли, под¬
держивающие контргрузы. Несущие конструкции заканчиваются
рамнобалочной системой, позволяющей прикреплять ее к опор¬
но-поворотной части.
С целью уменьшения влияния температурных воздействий
на деформацию отражающей поверхности несущие конструкции
и отражающая поверхность выполняются автономными. Отра¬
жающая поверхность состоит из большого числа щитов, не свя¬
занных между собою, что позволяет ей следовать за изменения¬
ми, происходящими в несущих конструкциях.
154
Рис. 134. Схема несущих конст¬
рукций и разбивки щитов в пара¬
болическом зеркале
Обычно применяется
параллельно - меридио¬
нальный раскрой отра¬
жающей поверхности
(рис. 134), поэтому щиты
имеют трапецеидальную
форму и опираются каж¬
дый на четыре точки, в
которых устанавливают¬
ся регулировочные винты
(рис. 135), позволяющие
производить выверку от¬
ражающей поверхности.
Отдельные щиты вы¬
полняются из алюминие¬
вых сплавов и состоят из
листов и системы ребер
жесткости (рис. 136), по¬
зволяющих листам со¬
хранять теоретическую
форму при эксплуатации.
Рис. 135. Узел опирания щитов
отражающей поверхности на не¬
сущие конструкции
/ — щиты; 2 — установочные винты;
3 — радиальная ферма; 4 — реперное
устройство; 5 — нож флагшаблона
Применение алюминия в щи¬
тах при сохранении их веса по
сравнению со стальными по¬
зволяет увеличить толщину
листа в 2,9 раза, что приведет
к уменьшению деформации в
нем (с учетом изменения мо¬
дуля нормальной упругости) в
8,6 раза [166]. В табл. 27 при¬
ведены данные о весе и дефор¬
мации щитов, выполненных из
алюминиевых сплавов. Доля
деформации листа мала, со¬
ставляет всего 0,011—0,023 мм
(~15%), но в случае приме¬
нения стальной конструкции
равного веса она увеличива¬
лась бы до 0,1—0,2 мм, что су¬
щественно при работе в мил¬
лиметровом диапазоне.
Для улучшения вибро¬
устойчивости при срывах вет¬
155*
ра периферийный ряд щитов целесообразно выполнять из пер¬
форированных листов, позволяющих ветровому потоку частично
просачиваться через эту часть отражающей поверхности.
Несущая конструкция радиотелескопа состоит из радиально
расположенных плоских ферм, объединенных между собой в
верхней части пространственными фермами треугольной формы
в поперечном сечении (см. кольцевые фермы рис. 133,а),
136. Конструкция
отражающей по¬
верхности
располагаемыми через одну панель. Последние, в свою очередь,
соединяются между собой решеткой, располагаемой по верхней
поверхности несущих конструкций. По нижней поверхности
ферм устанавливаются распорки из труб и гибкие предваритель¬
но напряженные раскосы из круглой стали по типу, разработан¬
ному для башен обтекаемого типа.
У зоны опирания несущих конструкций зеркала на рамно-ба¬
лочную систему все радиальные фермы объединяются с помо¬
щью раскосов и распорок и образуют пространственное кольцо.
Внутри этого кольца размещаются стабилизированные и ста¬
ционарные кабины, в которых располагается различное обору¬
дование.
156
Нижние пояса этого кольца имеют коробчатое сечение и опи¬
раются в 16 точках на жесткий ростверк, образованный систе¬
мой перекрестных балок коробчатого сечения, находящихся в
одной плоскости (рис. 137). К этому ростверку жестко прикреп¬
ляются два сектора коробчатого сечения, предназначенные для
поддерживания цевочных устройств диаметром 12 м. С помо¬
щью этих устройств зеркальная система приводится во враще-
Рис. 137. Балочный ростверк для закрепления несу¬
щей конструкции зеркала к опорно-поворотному
устройству
/ — опорные кольца несущей конструкции большого зеркала;
2 — ростверк
ние по углу места и воспринимается момент, действующий в плос¬
кости вращения по углу места. Подшипники оси вращения по
углу места прикрепляются к этому же ростверку в двух точках
и воспринимают все вертикальные и горизонтальные силы, а так¬
же моменты, действующие в вертикальной плоскости, перпенди¬
кулярной плоскости вращения по углу места и в горизонталь¬
ной плоскости.
С целью выравнивания упругой податливости опирания не¬
сущих конструкций на ростверк в точках, отстоящих на одина¬
ковом расстоянии от центра зеркала, применяются специальные
регулирующие устройства. Они позволяют изменять до требуе¬
мой величины упругую податливость как при монтаже, так и
при эксплуатации радиотелескопов. Одна из возможных схем
таких устройств приведена на рис. 138.
157
5
Рис. 138. Система, позволяющая регулиро¬
вать податливость узлов опирания
) — несущих конструкций радиотелескопа; 2 — при
спирании их на ростверк; 3 —стяжной винт пру¬
жины, позволяющий регулировать податливость;
— упорные винты, фиксирующие положение ре¬
гулировочного устройства по отношению к рост-
ьерку; 5 — упорные винты, фиксирующие положе¬
ние радиотелескопа по отношению к ростверку
Пространственная опора, служащая для подвески облучаю¬
щего или переоблучающего (второго зеркала) устройства, ре¬
шается обычно в виде четырехстоечной (или трехстоечной) ра¬
мы с дополнительными подкосами в зоне опирания к несущим
конструкциям большого зеркала или без них. Для уменьшения
затенения радиотелескопа ноги рамы имеют прямоугольную
форму с вытянутой стороной в меридиональной (по отношению
к фокусу радиотелеско¬
па) плоскости. Для
уменьшения веса и вет¬
рового воздействия эта
конструкция выполнена
из тонкостенных труб.
В зоне опирания ног
рамы на несущую конст¬
рукцию радиальные фер¬
мы на участке от точек
опирания до центра ра¬
диотелескопа делаются
более мощного сечения,
чем остальные, что поз¬
воляет выравнять дефор¬
мации от действия сосре¬
доточенных сил, возника¬
ющих от опирания рамы.
Весовая балансировка
зеркальной системы от¬
носительно угломестной
оси осуществляется с по¬
мощью чугунных проти¬
вовесов, располагаемых в
плоскостях ведомых венцов на специальных рамах, прикреплен¬
ных к балочному ростверку переходного устройства.
Прямая, соединяющая центры тяжести зеркала и контргру¬
зов с поддерживающими конструкциями, должна находиться на
прямой, пересекающей угломестную ось. Момент от контргру¬
зов должен несколько превышать момент от веса зеркальной си¬
стемы с тем, чтобы в случае вынужденного выхода механизма
из работы чаша поворачивалась в зенит.
Механизмы, вращающие зеркальную систему радиотелеско¬
па по углу места, закреплены на вилкообразной опоре верти¬
кальной оси, которая представляет собой сварную металличе¬
скую конструкцию коробчатого сечения. Последняя укреплена
ребрами жесткости и состоит из двух консолей, соединенных с
траверсой. Траверса прикрепляется к вертикальной оси, выпол¬
ненной в виде цилиндра диаметром 6000 мм и толщиной стенки
70 мм. Внутри оси располагаются лифт, лестница, площадки и
все необходимые электротехнические тракты.
158
00
00
LO
ю
сч"
00
255
305
201
о
сч
о
8
сч
1
7
1
1
ю
о
тГ
сч
сч
СО
■ЧГ
о
00
СО
со
со
t=(
Е(
159
Таблица 28
Наим енование
Единица
измере¬
ния
Коли¬
чество,
шт.
Металлические
конструкции
Конструкции, под¬
держивающие
облучатель
т
35
Алюминиевые щи¬
ты отражающей
поверхности
в
50
Несущие конструк¬
ции большого
зеркала
>
600
Конструкции креп¬
ления зеркаль¬
ной системы к
опорно-поворот¬
ному устройству
>
500
Консоли противо¬
весов
в
75
Противовесы (чу-
гун)
>
250
Вилкообразная
часть вертикаль¬
ной оси
в
80
Вертикальная ось
в
220
Технологические
кабины
в
40
Лестницы, лифты,
площадки
в
80
Вторичные систе¬
>
35
мы
Итого
Опорные узлы
и механизмы
т
1965
Опоры угломест¬
ной оси
т
45
Угломестная ось
в
185
Механизмы враще¬
ния по углу мес¬
та
в
330
Верхний опорный
узел азимуталь¬
ной оси
в
85
Нижний опорный
узел
Механизмы вра¬
щения по азиму¬
ту
в
80
в
310
Итого
т
| 1035
Продолжение табл. 28
Наименование
Единица
измере¬
ния
Коли¬
чество,
шт.
Строительная
часть
Земляные работы
л3
35 000
Железобетонная
конструкция
в
6 600
Стоимость (без ос¬
настки)
Прочие данные
млн.
руб.
6
Момент инерции
вращения
Момент на угло¬
местную ось при:
тХлх
Хее к2
-45000
V= 15 м!сек
т>м
600
У=50 »
(V — на уров¬
не оси боль¬
шого зеркала)
Давление на ниж¬
нюю опору вер¬
тикальной оси:
в
7 000
а) вертикаль¬
ное
т
3000
б) горизон¬
тальное
в
500
Максимальное уси¬
лие на верхнюю
опору вертикаль¬
ного вала
в
900
Минимальный диа¬
пазон радиоволн
см
3
Ориентировочные технико¬
экономические характеристи¬
ки этого радиотелескопа при¬
ведены в табл. 28.
Разбивка несущих конст¬
рукций на монтажные габа¬
ритные единицы влияет на
конструктивное оформление
радиотелескопа. Так при диа¬
метре его 64 м радиальные
фермы выполнены трехпо¬
ясными. В этом случае верх¬
няя часть ферм габаритна для
160
перевозки по железной дороге и полностью изготовляется
на заводе. Нижняя часть фермы собирается на монтажной пло¬
щадке. При уменьшении диаметра радиотелескопа количество
элементов, выполняемых россыпью, уменьшается. Несущие кон-
Рис. 139. Соединение радиальной и смежных кольцевых ферм
в верхнем узле
1 — кольцевые фермы; 2 — радиальная ферма; 3 — соединение кольце¬
вой и радиальной ферм
струкции радиотелескопа диаметром 16 м могут быть собраны
из пространственных блоков. Соединение плоских радиальных
ферм с пространственными кольцевыми осуществляется с помо¬
щью фланцев, приваренных к поясам кольцевой фермы, и бол¬
тов, проходящих через коробчатый пояс радиальной фермы
(рис. 139). В месте прохождения болта через коробчатый пояс
вваривается распорная трубка, увеличивающая жесткость со¬
единения и препятствующая прониканию влаги. Обычно после
11—44
161
сборки узлы завариваются с целью уменьшения упругой подат¬
ливости соединений и соответственно деформаций зеркала.
В тех случаях, когда это технически выполнимо, для уменьше¬
ния релаксации следует производить высокий отпуск крупных
сварных узлов, в первую очередь, в сплошных конструкциях.
Влияние релаксации в решетчатых конструкциях менее опасно
вследствие большого количества узлов и различной ориентации
в них сварных швов.
Конструкции, поддерживающие облучающие устройства при
работе в дециметровом и более длинном диапазонах радиоволн
Рис. 140. Приспособление (флагшаблон) для выверки поверхности
радиотелескопов диаметром 32—45 м
] — несущие конструкции радиотелескопа; 2 — щиты отражающей поверхности;
3 — флагшаблон; 4 — опорно-поворотный шарнир флагшаблона; 5 — опорное
устройство; 6 — временные опоры
могут выполняться в виде плоской Л-образной рамы, раскреп¬
ленной оттяжками в плоскости, перпендикулярной раме, а так¬
же в виде опорной башни. При работе в более коротком диапа¬
зоне радиоволн обычно применяются конструкции, аналогичные
ранее описанной.
В некоторых случаях применяются системы, позволяющие ме¬
ханически или автоматически возвращать облучающие или пе¬
реоблучающие устройства в необходимое положение.
При диаметрах радиотелескопов до 45 м они выверяются с
помощью флагшаблона (рис. 140), представляющего собой
пространственную конструкцию, вращающуюся в прецизион¬
ном подшипнике и имеющую в нижней части точно изготовлен¬
ный и выверенный геодезическим путем или с помощью допол¬
нительного устройства (контршаблона) элемент, называемый
ножом, очертание которого соответствует теоретическому.
При больших размерах диаметров этот способ может при¬
меняться только для предварительной выверки, так как незна¬
чительные повороты флагшаблона в опорной части по углу ме¬
ста приводят к существенной неточности. В этом случае поль¬
зуются геодезическим способом и на несущей конструкции
устанавливаются реперные точки, по отношению к которым и
162
Рис. 41. Общий вид каткового
радиотелескопа
выверяется поверхность с помощью накладываемых на них про¬
странственных шаблонов. Разрабатываются и другие приемы
выверки. При разработке конструкции радиотелескопа должен
быть предусмотрен хотя бы один способ, позволяющий произ¬
вести его выверку с требующейся точностью.
Башенный тип радиотелескопа целесообразно применять
при диаметрах до 64 м. При больших диаметрах возникают труд¬
ности в освоении промышленностью
отдельных элементов: опорных уз¬
лов, зацеплений и др., поэтому сле¬
дует применять катковую и другие
системы опирания.
В катковом типе (рис. 128, 141)
вращение по углу места осущест¬
вляется путем поворота зеркальной
системы с помощью специальных
катков, располагаемых по окружно¬
сти с центром у горизонтальной оси
вращения, и механизмов, распола¬
гаемых на горизонтальной плат¬
форме. Для более точной фиксации
положения горизонтальной оси мо¬
жет быть установлена горизонталь¬
ная ось, опертая на две консольные
башни, прикрепленные к горизон¬
тальной платформе. Последняя име¬
ет в центре вертикальную ось, а по
периферии — систему тележек, для
вращения по азимуту располагае¬
мых на одном или нескольких (в зависимости от размера ра¬
диотелескопа) рельсовых путях, укладываемых на кольцевые
фундаменты. Размеры и заглубление фундаментов устанавли¬
ваются в зависимости от грунта и нагрузок и должны обеспе¬
чить необходимую жесткость.
Вращение по азимуту может быть осуществлено как с помо¬
щью приводов, устанавливаемых на тележках, так и с помо¬
щью цевочного устройства.
Этот тип опирания угломестно-азимутального радиотелеско¬
па имеет различные модификации. Несмотря на больший вес,
по сравнению с башенным вариантом при диаметрах более 64 м,
применение этого типа опирания рационально, так как изготов¬
ление механизмов в этом случае не представляет особых затруд¬
нений и не требует модификации производств.
Точность изготовления и выверка поверхности и положения
облучающих и переоблучающих устройств такого радиотелеско¬
па и устройства для выверки аналогичны указанным для башен¬
ного типа. Угловые деформации этого типа опирания меньше,
нежели в башенном типе.
11*
163
Мосто-башенный тип радиотелескопов с большим зеркалом
диаметром 250 футов был построен в 1955 г. в Джодрел Бенке
(Англия). Недостатком этого типа является отсутствие поляр¬
ной симметрии в конструкции. Вследствие этого силовой поток
и деформации концентрируются по определенным линиям и зна¬
чение среднеквадратичных отклонений поверхности существен¬
но больше, нежели при других
видах опирания. Вследствие ука-
Рис. 142. Радиотелескоп диаметром
100 м параллактического типа (проект¬
ное предложение)
занного конструкции этого вида
больше не строятся.
Попытка улучшить технико-
Рис. 143. Двухзеркальная антенна
А — большое неподвижное зеркало:
Б — малое вращающееся зеркало:
/—рама; 2 — автоматически регули¬
руемые опоры; 3 — ось & ; 4— ось §
5 — неподвижный столик; 6 — консоль;
7 — контргрузы; 8 — облучатель
экономические характеристики радиотелескопа путем устройст¬
ва большого зеркала вытянутой формы в горизонтальном на¬
правлении (и благодаря этому, при равновеликой площади боль¬
шого зеркала, уменьшить его высоту) не привела к желаемым
результатам. Стоимость такого радиотелескопа практически
одинакова с радиотелескопом, имеющим в раскрыве круг, и в
связи с отсутствием полярной симметрии конструкция значи¬
тельно сложнее для проектирования, изготовления, монтажа и
выверки.
В современных условиях экономичнее использовать вычис¬
лительные машины для пересчета с необходимой точностью ко¬
ординат траектории движения наблюдаемого объекта, вычис¬
164
ленных ранее по отношению к движению Земли (параллактиче¬
ская система) на угломестно-азимутальную систему. Поэтому з
последние годы радиотелескопы с параллактической системой
вращения не строятся. На рис. 142 показано проектное решение
радиотелескопа параллактического типа для работы в диапа¬
зоне 10 см, разработанное в 1960 г. для ИРЭ АН УССР.
Для выполнения некоторых задач в сжатые сроки строятся
радиотелескопы, в которых используются ранее осуществленные
разработки и даже узлы. Так, на рис. 42 показана восьмиэле¬
ментная антенна, в которой были использованы существующий
механизм вращения по азимуту и принципальные решения зер¬
кал диаметром по 16 м каждое. Такой инструмент был осуществ¬
лен в рекордно короткие сроки. Зеркала с помощью консолей
были прикреплены к горизонтальному валу, выполненному в ви¬
де цилиндра диаметром 2,5 м и вращающегося по углу места
на подшипниках, установленных на горизонтальной пространст¬
венной ферме, жестко связанной с механизмом вращения по
азимуту.
Ориентировочные данные и сопоставления о расходе мате¬
риалов в различных типах параболических радиотелескопов ди¬
аметром 100 м, сделанные в равных предпосылках, приведены
в табл. 29.
Таблица 29
Наименование
ииерения
Тип подвески
башенный
катковый
параллакти¬
ческий
к
а-
X
X
круглый
эллиптичес¬
кий
К
К
§
|к*
К
Стальные кон¬
струкции ....
Отражающая по¬
т
3 880
1
4 390
1,16
6 460
1,23
7 925
2Д
верхность из
алюминиевого
сплава
»
70
1
70
1
70
1
70
1
Механизмы ....
»
3 200
1
3 200
1
4 200
1,31
6 000
1,88
Контргрузы . . .
»
500
1
1 100
2,2
600
1.2
580
1,16
Железобетон . . .
л3 *
23 600
1
18 000
0,76
15 000
0,63
17 000
0,72
Земляные работы
»
105
1
0.8105
0,8
0,41-105
0,41
2,5-10’
2,5
Стоимость ....
млн.
18,3
1
18,3
1
23,2
1,26
32
1,75
руб.
.
* К — отношение показателей рассматриваемого радиотелескопа к башен¬
ному при круглом зеркале.
При определении стоимости радиотелескопов, приведенных
в этой таблице, не учитывались расходы по переоборудованию
заводов, изготавливающих механизмы вращения и механиче¬
ские опорные узлы для конструкций башенного типа. Для ра¬
диотелескопов каткового типа может быть использовано суще¬
ствующее оборудование. Поэтому значение /<=1,26 увеличения
165
стоимости каткового типа по сравнению с башенным для боль¬
ших радиотелескопов уменьшится. Во всех случаях при оценке
радиотелескопа не учитывалась стоимость его оснастки.
б) Двухзеркальные радиотелескопы [166]. Типичным реше¬
нием такого радиотелескопа является проект большой двух¬
зеркальной антенны диаметром большого зеркала 200 м, разра¬
ботанный для Бюраканской аст¬
рофизической обсерватории.
Двухзеркальные антенны
(рис. 143) состоят из большого
неподвижного зеркала сфериче¬
ской формы и малого вращающе¬
гося зеркала специальной фор¬
мы и размера [35], для поддержи¬
вания которого и вращения по
заданной программе используют¬
ся следующие конструктивные
элементы и механизмы:
1) пространственная рама,
состоящая из трех ног и торооб¬
разного ригеля;
2) карданная система осей
вращения 51 и 5г- Ось §2 всегда
сохраняет горизонтальное поло¬
жение (рис. 144) и выполнена в
виде вытянутой баранки с под¬
шипниками у концов длинных
сторон. Ось gi прикреплена к се¬
Рис. 144. Узел карданной системы
осей вращения малого зеркала
редине длинных сторон баранки
и, вращаясь вместе с ней, может
совершать независимое вращение
в плоскости, перпендикулярной ба¬
ранке и проходящей через ее ось.
Таким образом, ось осуществляет вращение в пределах
угла конуса примерно 50°;
3) механизмы, приводящие в движение оси £i и £2;
4) хобот, неподвижно закрепленный к оси gi и, благодаря
механизмам вращения, поворачивающий малое зеркало в тре¬
буемое положение. Хобот и малое зеркало уравновешены отно¬
сительно осей gi и g2 системой контргрузов, расположенных по
окружности конусообразной консоли;
5) автоматическое устройство «телескопчик», располагаемое
в центре пересечения осей cj и |2 на специальной неподвижной
площадке, проходящей через отверстие в хоботе и управляющее
движением малого зеркала по заданной программе;
6) автоматические устройства, приспособления и механизмы,
позволяющие устранить шесть возможных компонентов переме¬
щений в центре пересечения осей 51 и g2;
166
7) автоматические устройства, приспособления и механизмы,
позволяющие устранить также компоненты перемещений точек
крепления малого зеркала.
Большое зеркало располагается в специальной выемке, име¬
ющей форму полусферы. Для уменьшения земляных и камен¬
ных работ выбирается естественное углубление с формой вы¬
емки, приближающейся к требующимся размерам. Основание
большого зеркала выполняется с точностью ±0,25 м. Поверх¬
ность большого зеркала состоит из отдельных щитов размером
~3х4 м, изготовляемых на заводе и закрепляемых на монтаже
к железобетонным опорам с помощью регулировочных болтов
Конструкция щитов и регулировочных устройств одинакова с
применяемыми для параболических зеркал. В центральной ча¬
сти зеркала устанавливаются вентиляционные устройства, поз¬
воляющие удалять снег в специальный резервуар, имеющий сне¬
готаялку. Выверка зеркала может производиться с помощью пя¬
ти типов решетчатых плоских шаблонов, устанавливаемых
на специальные реперные точки, выверенные геодезическим спо¬
собом с точностью ±1 мм (при диаметре радиотелескопа 200 м
необходимо устройство ~300 шт. реперных точек).
Пространственная рама состоит из трех решетчатых ног
квадратной формы в плане со стороной 4,5 м и ригеля, выпол¬
ненного в виде тора диаметром 24 м из трубы диаметром 4 м.
В основании ноги рамы устанавливаются на винтовые механиз¬
мы, имеющие редукторы и электродвигатели и позволяющие пе¬
ремещать их в направлении осей и тем самым ликвидировать
пять компонентов перемещений, возникающих при изменении
температуры и при силовых воздействиях. Отклонение ноги от
теоретического положения фиксируется с помощью инварной
нити, проходящей вдоль нее в специальной трубе.
При изменении длины ноги нить перемещается и вращает
блок, дающий сигнал механизмам регулирования.
Хобот закреплен к оси вращения gi и состоит из трех ос¬
новных частей: консоли для поддерживания противовеса, вы¬
полненной в виде решетчатого бруса квадратной формы; цент¬
ральной части в виде цилиндра и консоли противовеса, выпол¬
ненной в виде восьмигранного решетчатого бруса усеченной
пирамиды.
В нижней части консоли по концам поясов располагаются
механизмы, осуществляющие компенсацию смещения и поворота
малого зеркала относительно консоли хобота, возникающего при
его вращении и изменении температуры. Сигнал механизмам ПО'
дается устройством, аналогичным устанавливаемому в опорной
раме, а величина гнутия хобота измеряется с помощью свето¬
вых пучков, посылаемых от оси вращения ко второму зеркалу.
167
Двухзеркальная система позволяет наиболее просто во вре¬
мя эксплуатации производить дополнительную выверку поверх¬
ности и вследствие этого использовать ее для работы в более
коротком диапазоне радиоволн. Стоимость двухзеркальных ан¬
тенн минимальная, если выбран удачный котлован. Сопоставле¬
ние стоимостей радиотелескопов различных типов приведено в
работах [166, 168, 182].
Рис. 145. Двухзеркальная система с вращающимся большим зеркалом
Некоторым недостатком таких систем является неполный об¬
зор видимой части небесной сферы, ограниченный углом конуса
около 50°. Для устранения этого недостатка возможно примене¬
ние аналогичной радиотехнической схемы, но с вращающимся
по азимуту большим зеркалом (предложение автора). При этом
второе зеркало вращается лишь в вертикальной плоскости
(рис. 145).
При работе радиотелескопа в более длинном диапазоне ра¬
диоволн принимается сетчатая отражающая поверхность, как
это было сделано для работы в метровом диапазоне волн в
Аресибо (Пуэрто-Рико). Там было устроено в естественном
котловане сферическое зеркало диаметром 300 м при радиусе
сферы 265 м (870 фут.) [25, 29, 36]. При выверке выдерживался
допуск 3 см (0,1 фут.). Отклонение положения поверхности от те¬
оретической во время эксплуатации в результате действия тем¬
пературы и ветра составляет 7,5 см (3 дюйма). Угол конуса об¬
зора составляет 20°.
168
в) Радиотелескопы с сопряженными отражающими поверх¬
ностями. Наиболее распространенными радиотелескопами это¬
го типа являются рупорно-параболические.
На рис. 146 показана рупорно-параболическая антенна диа¬
метром 20 м и длиной 55 м, построенная в США.
Антенна оперта в зоне раскрыва на опорное кольцо с систе¬
мой роликов и на радиальный подшипник, расположенный в ее
хвостовой части. Ролики и подшипники позволяют вращать ан¬
Рис. 146. Рупорно-параболическая антенна (США), помещенная под ра¬
диопрозрачным укрытием. Длина антенны 55 м, диаметр отверстия 20 м
тенну относительно ее горизонтальной оси на платформе, кото¬
рая, в свою очередь, вращается по кольцевым путям в горизон¬
тальной плоскости.
Механизмы вращения этого типа радиотелескопа аналогич¬
ны применяемым для параболических радиотелескопов катково¬
го типа.
Наибольшей сложностью при разработке этого типа конст¬
рукции является удовлетворение требованиям второго предель¬
ного состояния от сил собственного веса. Приемы, указанные при
рассмотрении параболических радиотелескопов, распространя¬
ются и на этот вид конструкций.
В настоящее время ведутся многочисленные разработки ан¬
тенн указанного класса. Рассмотрим решения антенны с сопря¬
гающимися поверхностями, общий вид которой приведен на
рис. 147 [166]. Антенна состоит из облучающего устройства, на¬
ходящегося в непосредственной близости от параболического
(нижнего) зеркала и второго гиперболического (переоблучаю¬
169
щего) зеркала. При приеме сигнала фронт волны вначале по¬
падает на параболическое зеркало, затем отражается от него в
сторону гиперболического зеркала и после вторичного отраже¬
ния попадает в приемное устройство. При передаче сигнала путь
следования обратен указанному. Оба зеркала имеют большие
размеры и поддерживаются несущей конструкцией, образован¬
ной замкнутыми рамами прямоугольного очертания, имеющие
кольцевые рельсы. Механизмы вращения и система опирания
аналогичны описанной ранее для каткового типа параболиче-
Рпс. 147. Антенна из двух сопряженных поверхностей
ского радиотелескопа. Для устранения деформаций внешней по¬
верхности радиотелескопа от прямого нагрева солнечными лу¬
чами она покрывается ограждающими плитами из тонких ли¬
стов. Щиты отражающей поверхности аналогичны ранее
описанным для параболических радиотелескопов.
г) Антенны в виде высечек из параболической поверхности.
Увеличение усиления и разрешающей способности радиотеле¬
скопов достигается путем увеличения их геометрических разме¬
ров, причем усиление прямо пропорционально площади большо¬
го зеркала, а разрешающая способность увеличивается в зави¬
симости от его диаметра. Вследствие увеличения абсолютного
значения искажения поверхности при увеличении размера зер¬
кала возможность работы в коротком диапазоне волн умень¬
шается. Для устранения этого недостатка в параболических ра¬
диотелескопах применяется ряд приемов. Наиболее совершен¬
ным является так называемый принцип фокусной компенсации
(в зарубежной практике он носит название гомологического).
Кроме того, можно поверхность отражателя выполнять с авто¬
170
матической регулировкой [166] или вести корректировку пере¬
облучающего устройства. С целью увеличения площади радио¬
телескопа применяется объединение ряда параболических ра¬
диотелескопов в единую систему, а для увеличения разрешаю¬
щей способности используют интерферометры, т. е. объединяет¬
ся работа двух (или нескольких) радиотелескопов, отстоящих
друг от друга на некотором расстоянии1.
Одной из попыток создания радиотелескопов с большой пло¬
щадью и разрешающей способностью является предложение
Рис. 148. Перископический полноповоротный радиоте¬
лескоп
/ — плоское отражающее зеркало; 2 — ось вращения плоского
зеркала по углу места; 3 — платформа для поддержания плос¬
кого зеркала; 4 — периферийное неподвижное зеркало; 5 —пере¬
облучающее зеркало; 6 — приемно-передающее устройство.
7 —ось вращения плоского зеркала по азимуту; 8 — кольцевые
пути вращения плоского зеркала по азимуту
С. я. Хайкина) и Н. Л. Кайдановского [205], когда щиты от¬
ражающей поверхности располагаются на поверхности Земли и
имеют относительно малую высоту. Эти щиты имеют возмож¬
ность перемещаться по радиусу и вращаться по углу места и
азимуту. Таким образом, отражающая поверхность может не¬
прерывно изменять свою форму и положение фокуса и образо¬
вывать в каждый данный момент часть параболической поверх¬
ности с новыми параметрами. Для уменьшения длины пути, на
котором должны перемещаться щиты, и углов поворота (что
необходимо для изменения формы поверхности во время движе¬
171
ния исследуемого объекта по углу места) облучающее устрой¬
ство перемещается в радиальном направлении по специальному
устройству мостового типа. Перемещение облучателя в азимут¬
ном направлении осуществляется путем вращения моста отно¬
сительно центра радиотелескопа. Угол облучения составляет око¬
ло 120° и поэтому одновременно работает на более одной трети
поверхности.
Таким образом, в процессе работы по движущимся объек¬
там щиты периферийной части непрерывно меняют свое положе¬
ние, равно как и облучающее устройство, и для этой цели при¬
меняется сложная система непрерывного автоматического изме¬
нения их положения по заданной программе. На рис. 40 приведен
макет такого радиотелескопа с ручной настройкой поверхности
для исследования объектов, находящихся в меридиональной
плоскости.
При разработках, проведенных в ЦНИИПСК в 1958 г., было
рассмотрено решение перископического типа радиотелескопа
(рис. 148) с размером раскрыва 105 м1 2. Такой инструмент состо¬
ит из плоского зеркала, имеющего возможность вращаться по уг¬
лу места и по азимуту, аналогично тому, как это делается в мо¬
сто-башенном типе. В отличие от него, количество башен и коль¬
цевых путей увеличено. Периферийные щиты отражающей
поверхности устанавливаются неподвижно по окружности и впи¬
сываются в сферическую поверхность. Переоблучающее устройст¬
во устанавливается в зоне перископа на платформу, вращаю¬
щуюся по азимуту.
2. Антенны, вращающиеся по углу места
Для решения радиоастрономических задач применяются ан¬
тенны, располагаемые в меридиональной плоскости Земли и име¬
ющие возможность вращения лишь по углу места.
В связи с вращением Земли в течение суток можно исследо¬
вать любую точку небосвода в момент ее прохождения через ме¬
ридиан инструмента. Одним из наиболее распространенных ин¬
струментов этого класса является Крест Миллса (см. рис. 41).
Неподвижная линия его расположена в направлении С—Ю,
подвижная представляет собой сетчатый параболоид, вращаю¬
щийся по оси 3—В. Параболическое зеркало состоит из 37 ферм
треугольного сечения, выполненных из тонкостенных труб с тол¬
щиной стенки до 1,5 мм, внутренние пояса которых очерчены по
параболе. Фермы с помощью шарниров опираются на стойки, за¬
деланные в фундаменты, и имеют возможность одновременно
поворачиваться на угол 85° в сторону юга и на 35° в сторону
севера.
1 В настоящее время разрабатываются приемы, позволяющие работать в
качестве интерферометров инструменты, находящиеся на видимой стороне
Земли, т. е. на расстоянии нескольких тысяч километров. Их разрешающая
способность составит доли секунды.
272
Его параболическая поверхность образуется с помощью 430
параллельных металлических проволок диаметром 2 мм, распо¬
ложенных равномерно по длине образующей. Этот инструмент
предназначен для работы в метровом диапазоне радиоволн.
Во Франции разработан и построен радиотелескоп периско¬
пического типа, предназначенный для работы в диапазоне 21 см
и выше (при некоторых условиях он может быть использован
для работы в диапазоне
волн до 10 см).
Принципиальное реше¬
ние этой антенны отличает¬
ся от полноповоротной тем,
что перископическое зерка¬
ло у нее не вращается по
азимуту, в связи с чем кон¬
структивное решение ее рез¬
ко упрощается. Плоское
перископическое зеркало
шириной 40 м, длиной 200 м
строится участками длиной
по 20 м, что позволяет при¬
нятое конструктивное реше¬
ние вводить в действие по
частям. Неподвижная часть
зеркала принята сферичес- Рис 149 Крепление проводов> образую-
кого очертания с радиусом щнх отражающую поверхность к силово-
сферы 560 м и представляет му каркасу
собой высечку из сферы по
экваториальному сечению
длиной 300 м и на высоте 35 м. Отражающая поверхность зер¬
кала выполнена из оцинкованной сетки с ячейкой 12,5 мм и диа¬
метром проволоки 1,5 мм, сетка крепится к канатам, опираю¬
щимся на балочную клетку, через 2,5 м.
Каждый блок перископического зеркала на участке 20 м опи¬
рается на подшипники, устанавливаемые на специальных опо¬
рах, и приводится во вращение механизмом с помощью цевоч¬
ного зацепления, который размещается в середине блока.
Неподвижная часть зеркала выполнена в виде вертикальных
ферм, закрепляемых в фундаменте. Для обеспечения необходи¬
мой жесткости размер базы у фундаментов принят 13 м при вы¬
соте опоры 35 м. Расстояние между смежными фермами рав¬
но 10 м.
Аналогичное решение принято для радиотелескопа АН СССР
(см. рис. 46), предназначенного для работы в миллиметровом
диапазоне радиоволн. Точность выверки сплошных отражающих
поверхностей и взаимного их положения должна обеспечить
среднеквадратичные отклонения не более 1 мм. При длине пе¬
рископического зеркала 400 м, высоте около 6 м и соответствую¬
173
щих размерах периферийной части, отстоящей от перископичес¬
кого зеркала на 300 м, выполнение такой задачи сопряжено с
большими трудностями.
Представляет интерес конструкция антенны с предваритель¬
но напряженной сеткой (см. рис. 20). Она состоит из силового
каркаса, выполненного из труб большого диаметра, к которому
закрепляются два опорных кольца, и зубчатая передача, позво¬
ляющая приводить радиотелескоп в движение. Облучатель раз¬
мещается на башне в центре зеркала. Отражающая поверхность
выполняется из перекрестных проводов диаметром 1,2 мм, рас¬
положенных с шагом 100 мм, которые натягиваются с помощью
реек и натяжных приспособлений (рис. 149).
3. Антенны, устанавливаемые на земле
неподвижно
В этом случае используется вращение Земли, благодаря ко¬
торому можно в течение суток обследовать конический пояс в не¬
бесной сфере.
Выбор направления фокальной оси и угла диаграммы на¬
правленности (на половине мощности) определяет положение и
размер исследуемой зоны. Конструкция таких радиотелескопов
существенно проще остальных видов (см. рис. 38).
§ 10. Перевозные антенные устройства
К перевозным конструкциям предъявляются особые требова¬
ния, связанные со способом транспортирования и сроками возве¬
дения и демонтажа на площадках с различными грунтами.
Вследствие этого при конструктивном решении их предусматри¬
вается все необходимое для транспортирования, выгрузки, уста¬
новки в нужное положение, закрепления для работы во время
эксплуатации, демонтажа, укладки и закрепления на транспорт¬
ных средствах.
Перевозимые антенные устройства прошли свой путь разви¬
тия, начиная от простейших антенн, перевозимых гужевым транс¬
портом (см. рис. 34), до современных полностью механизиро¬
ванных антенных устройств, развертываемых в течение несколь¬
ких минут.
Одной из сложных операций, требующих значительного вре¬
мени, является устройство опорных закреплений. В тех случаях,
когда опрокидывающие моменты, действующие на опору, могут
быть восприняты без закрепления к грунту с использованием
веса антенн и транспортных средств, этот способ является
предпочтительным. В тех случаях, когда необходимо устройст¬
во фундаментов, сроки развертывания и количество потребных
транспортных единиц возрастают, так как для их закрепления
в грунт требуются специальные винтовые устройства и приспо¬
собления. Поскольку грунтовые условия на территории СССР
174
различны, то для некоторых из них (скальных или при вечной
мерзлоте) требуются дублирующие устройства для закрепления.
ГСПИ Министерства связи разработал специальную маши¬
ну (рис. 150) для завертывания винтовых анкерных устройств с
Рис. 150. Машина для завертывания
винтовых анкерных свай
а — установка анкерной сваи; б — свая уло¬
жена в направляющее устройство; в — на¬
правляющее устройство со сваей в рабочем
положении; г — свая завернута; д —на¬
правляющее устройство в транспортируе¬
мом положении
диаметром лопасти до 800—1000 м на глубину примерно 6—8 м.
Такая машина может развивать крутящий момент до 13 т-м.
Ручным способом удается развить момент лишь до 0,1 т-м.
Для установки автоматических метеостанций до 1950 г. при¬
менялись мачты высотой 22 м (см. рис. 13) из дюралюминия.
Соединение отдельных звеньев труб производилось с помощью
втулок, способных воспринять изгибающий момент.
В настоящее время для установки различного оборудования
на высоте от 20 до 30 м широко используются мачты с базой
300x300 мм. Подъем таких мачт производится с помощью спе¬
циального станка (см. рис. 35), устанавливаемого на опорную
плиту и имеющего каретку, перемещающуюся по высоте станка
с помощью ручной лебедки. При нижнем положении каретки на
нее устанавливается очередная секция и после закрепления ее
к оттяжкам поднимается в верхнее положение, выдвигая одно¬
временно и все ранее поднятые секции. При этом оттяжки за¬
крепляются к винтовым анкерным фундаментам через специаль¬
ные ручные лебедки, которыми отпускаются оттяжки по мере
подъема секции.
Для ускорения развертывания мачты применяются более
сложные решения, при которых ствол имеет телескопическую
175
Рис. 151. Опора телескопического типа
а —при транспортировании; б —начало уста¬
новки; в, г, б — последовательность разверты¬
вания антенны
структуру и транспортируется в собранном виде. Для подъема
необходимо повернуть его из горизонтального положения в вер¬
тикальное, укрепить машину от опрокидывания с помощью от¬
кидных консолей и домкратов и выдвинуть антенну, имеющую
телескопическое устройство (рис. 151). Закрепление таких опор
производится к специальным анкерным устройствам.
В случае устройства быстроразвертывающихся параболичес¬
ких антенн они могут собираться из отдельных элементов, укла¬
дываемых на специальные машины (см. рис. 36) и прицепы, и за¬
крепляться к анкерным фундаментам или выполняться полно¬
стью механизированными.
В некоторых случаях применяются пневматические антенные
устройства, антенны, поддерживаемые аэростатами, вертолета¬
ми, антенны-спутники типа американского отражателя «Эхо»
или саморазвертывающиеся механические антенны, транспорти¬
руемые на околоземные орбиты. По американским данным, ме¬
ханические развертывающиеся антенны могут быть осуществле¬
ны при диаметре до 100 м.
Глава III. ПРИЕМЫ РАСЧЕТА
§ 11. Нити
В антенных устройствах нити используются в качестве радио¬
технических и конструктивных элементов. В первом случае они
не участвуют в обеспечении прочности сооружения в целом, а во
втором — являются неотъемлемой частью несущих конструкций
и нарушение их целостности или заданных параметров (жесткос¬
ти, виброустойчивости) может привести к разрушению всей кон¬
струкции. Иногда нити используются одновременно для обеих
указанных целей, и в этом случае они должны удовлетворять од¬
новременно радиотехническим и конструктивным требованиям.
а) Определение нагрузок
На нити действуют нагрузки, указанные в § 4, причем силы
веса в стационарных конструкциях ориентированы постоянно,
температурные воздействия вызывают изменения усилий в на¬
правлении их хорды, а прочие силовые воздействия (ветер,
сейсмика, инерция) могут иметь произвольное направление
з пространстве. Вследствие этого определяют равнодействующую
нагрузку путем складывания их геометрически
ЯОк=^Я1к, (3.1)
где
ЯОк~ V Q'oxk “Ь fiyk -Г fizk <3-2>
— вектор равнодействующей нагрузки, действующей в £-й точке
нити, a qOxk, qoyk, qozk— ее компоненты;
Qoxk, oyk, ozk Е Qixk. iyk, izk (3.3)
— от соответствующих нагрузок qixh, qtyk, qizk, действующих в
k-й точке нити.
Уравнения, связывающие усилие в канате и нагрузку (см
формулу в табл. 30), нелинейны, поэтому принцип суперпозиций
при определении усилий неприменим. Вместе с тем во всех рас¬
четных комбинациях нагрузок (см. табл. 17) силы собственного
12—44
177
веса и ветра действуют одновременно, и поэтому для расчета
необходимо знать равнодействующую этих сил, а не раздельные
их значения.
Определение равнодействующей силы собственного веса
gcB = g кГ/м и ветровой нагрузки
Рис. 152. Обозначения, связанные с пространственным положением нити
а _ общая схема; б, в, г — отдельные проекции
на единицу длины каната произведена, сообразуясь с рпс. 152
и следующими положениями:
направление сил тяжести всегда параллельно оси 0Z;
направление ветра всегда параллельно оси ОУ;
составляющая ветровой нагрузки, касательная к тросу, при¬
нимается равной нулю в связи с малостью значения С<;
положительными направлениями углов принимаются для <р —
против часовой стрелки, для 0 — между положительным направ¬
лением оси ОУ и направлением нити.
Компоненты сил собственного веса:
gn = g sin a; gt = g cos а; (3.5)
компоненты ветра:
qn = ?0sinO, qt^Q, (3.6)
где
cos 0=sin а cos <р; sin0=pzl — sin2 a cos2 <p = —; (3.7)
?0
178
Частный случай расчетных формул для гибкой нити
12*
179
‘С
с
к
Q
180
181
<7о — <7н Cx (1 4* m) (3.8)
— ветровая нагрузка, действующая на трос длиной 1 м, распо¬
ложенный нормально к ветровому потоку; khcp —коэффициент,
характеризующий скоростной напор на высоте 2/з от нижней
точки закрепления каната. _ _
Равнодействующая рп значений qn и gn равна
Рп = §п + Qn = g V^2 sin2 8 — 2/г cos a cos 0 + sin2 a; (3.9)
Pt^gt = gcosa, (3.10)
где
k = ^~. (3.11)
g
Значения относительной равнодействующей нагрузки и ее
компонентов р'п = —; р"хуг = х’у,г приведены в табл. 31.
Таблица 31
Относительные
Формулы
силы и ее компоненты
Рп
k2 sin2 ft— 2k cos a cos 0 + sin2 a
Pl
—k sin2 a sin <p cos Ф — sin a cos a sin <p
Ру
k sin2 0 — cos a cos 0
р\
— k cos a cos 0 + sin2 a
В тех случаях, когда на нить действуют инерционные усилия,
компоненты которых определяются в общем случае по форму¬
ле
p'xk yk. гк=—cos (*> “); (г> “)> (3-12)
ёз.у
ускорение движения каната является функцией от времени t:
а = A sin (со/ + соо) (3-12а)
cos(x, и); (у, и); (г, и) —направляющие косинусы вектора ус¬
корения;
g3.y — ускорение сил земного притяжения.
При одновременном действии сил собственного веса и обле¬
денения, ветра и инерционных сил, возникающих вследствие из¬
менения скорости ветра или смещения опорных узлов следовало
182
бы учитывать изменение вектора нормальной рпо и касательной
рю составляющих равнодействующей:
Рпо Рп Pnkt Pto Pt + Pt и
(3.13)
(где pnu и ptu — векторы нормальной и касательной составляю¬
щих инерционных сил). Но решение такой задачи крайне слож¬
но, а основные предпосылки недостаточно обоснованы, так как
геометрические размеры нитей колеблются в пределах от 10 до
3-103 м при разнице в уровнях точек подвеса до 103 м и нет
данных о характере одновременного воздействия на них ветро¬
вой нагрузки, определяющей также и динамические воздействия
(см. гл. II, § 4.2).
б) Практические приемы расчета нитей
Основные уравнения нитей даны в [79, 80, 96, 104, 127, 129,
159, 162, 163].
Случай 1. Равномерно распределенная нагрузка. Основные
формулы приведены в табл. 31, при этом приняты следующие
обозначения:
/и — длина нити в ненапряженном состоянии;
— предварительное напряжение в нити при заданной тем¬
пературе;
(3.15)
(3.16)
— приведенный вес дополнительных конструкций;
здесь Ммакс— момент; определенный от веса дополнительных
конструкций в оттяжках как для однопролетной
балки;
go—вес 1 пог. м нити (для каната у=8,4-8,8 т/м3)
f0 — прогиб в середине пролета, принимаемый по
конструктивным соображениям.
Случай 2. Равномерно распределенная нагрузка и одна сос¬
редоточенная сила. Если к нити помимо распределенной нагруз¬
ки go приложена сосредоточенная сила, то следует пользоваться
формулами, приведенными в нижней части табл. 31. В ней через
Ln и 1л обозначены эквивалентные пролеты нити справа и слева
от сосредоточенной силы.
Случай 3. Распределение нагрузки изменяется по некоторому
закону. В большинстве случаев в выражения, приведенные в
183
табл. 31, можно подставлять значения &Экв, определенные по
формуле
*8кв = ^7, (3.16а)
где МОмакс— максимальный момент от внешней нагрузки (соб¬
ственный вес плюс дополнительная нагрузка),
действующий на однопролетную балку;
Qo = j qidl — суммарная нагрузка, действующая на
нить.
Более точное решение для некоторых законов распределения
нагрузки приведено в [91].
в) Предельные состояния нитей
Выявление предельных состояний у нитей достаточно сложно
вследствие недостаточной изученности характера силовых воз¬
действий, нелинейности зависимости между изменением нагруз¬
Рис. 153. Зависимость между г| и l/f при
^зап = 2,5; Е = 1,6 • 106 кГ/см2\ uR =
= 1,6-10* кГ/см2
ки и изменением усилий
в нити и различных гра¬
ничных условий. Опреде¬
ляющим может быть как
первое (прочность, ус¬
тойчивость и выносли¬
вость) предельное состо¬
яние, так и второе, свя¬
занное с ограничением
величины деформации
нити.
Рассмотрим наиболее
простой случай, когда
нить закрепляется у не¬
подвижных опор, распо¬
ложенных на одном
уровне, при равномерно
распределенной нагруз¬
ке q. Если нить нерастя¬
жима, этот случай со¬
ответствует расчету по
допускаемым напряжени¬
ям, если же она растя¬
жима,— расчету по пре¬
дельному состоянию.
В случае расчета по допускаемому напряжению допустимая
нагрузка #Доп будет соответствовать случаю
= £доп2!< _£р_
8/доп ^зап
(3.17)
184
В действительности разрушение конструкции произойдет в
случае, если
(3.18)
<7пред _ '
7пред
«зап
(3.18а)
О = = Ор.
8/пред
Из этих формул можно установить следующие соотношения:
п_ _ 8£р/лоп. (3.17а)
1г ^зап
8gp /пред
/2*зап
Отношение <7„ред и <?доп указывает на действительное измене¬
ние Лзап по сравнению с принятым при расчете по допускаемому
и предельному состоянию
„ = ^пРед __ /пред — ■ / J _| 3 . _gp / / \8 feaan — 1
•/доп /доп у ® £ \ / / ^зап
(3.19)
Здесь Ор— разрушающее напряжение каната;
f— прогиб при нагрузке qROn',
^эап— коэффициент запаса при нагрузке ?Доп.
Случай изменения коэффициента т) в зависимости от отноше¬
ния l/f при £3ап=2,5 приведен на рис. 153.
В случае упругого смещения опоры формула (3.19) приобре¬
тает следующий вид:
(3.19а)
Здесь
< E Е
= + V— = ч . —
д I I gp
^зап
(3.20)
»
— *0
где
д' -
(3.21)
— смещение опоры при приложении расчетной нагрузки;
v—коэффициент, характеризующий податливость опоры.
Знак зависит от направления смещения опоры, а вели¬
чина — от значений входящих в нее параметров. Из формул
(3.19а) и (3.20) следует, что:
*•>1 при
П < 1 при Лд > 1. /
185
г) Применение ЭВМ для расчета нитей
При учете совместной работы нескольких различно ориенти¬
рованных и пересекающихся нитей необходимо решать систему
нелинейных уравнений с большим числом неизвестных. До ши¬
рокого применения ЭВМ точное решение таких задач было прак¬
тически невозможно, и задачи решались крайне приближенны¬
ми методами. При большом числе неизвестных решения системы
нелинейных уравнений на ЭВМ также крайне сложны.
Одним из наиболее распространенных методов, которые ши¬
роко развили Л. Г. Дмитриев, В. М. Гордеев, В. М. Коробов,
А. В. Перельмутер и др. [104], является шаговой метод, поз¬
воляющий использовать ЭВМ. Идея его заключается в том, что
приращение нагрузки делается порциями \q~ 0,05-^-0,2 (<?Макс-^
-т-^о) и в пределах рассмотрения вопроса принимается пли пос¬
тоянной геометрия, или постоянной сила.
Допустим, на нить с несмещающимися опорами действует
равномерная нагрузка <7о, которой соответствует прогиб /о-
Последовательность расчета имеет следующий вид:
1
1.
(ft + Д?) Р
(3.23)
2. Н2
(?o + 2A<7)P.
Л =
при четном п
макс
(<7о 4- I2
или при нечетном п
г (Яо ~т nSq) I2
Гп ■"
где
=
^макс — Яр
п
(3.24)
Некоторые задачи расчета нитей могут решаться графо-ана¬
литическим способом [127].
д) Колебание нитей
Колебание нитей может происходить вследствие смещения то¬
чек закрепления концов нитей, пульсаций скоростного напора,
действующего непосредственно на нить, и периодического срыва
вихрей при постоянной скорости ветра.
186
Все перечисленные причины опасны в том случае, когда коле¬
бание поддерживается длительное время притоком в систему
энергии извне. Главным источником длительных колебаний в ан¬
тенных устройствах является ветер, действующий непосредствен¬
но на рассматриваемую нить или на смежные элементы, вызы¬
вающие, в свою очередь, смещение точек закрепления концов
нити. Реже колебания вызываются работой механизмов, находя¬
щихся вблизи анкерных фундаментов, при внезапном обруше¬
нии гололеда, в результате ускорений при движении антенны и
взрывах.
Нити имеют бесконечное число степеней свободы и поэтому
могут колебаться по любой форме, но наиболее опасными яв¬
ляются первые формы колебаний, при которых амплитуды мак¬
симальны. Возможность возникновения колебаний по той или
иной форме зависит от указанных ранее причин, вызывающих
колебания. Например, при смещении точек закрепления концов
нити возможны любые формы колебаний в зависимости от ве¬
личины смещения и параметров нити, в то время, как колебания
по первым формам от периодического срыва вихрей в нитях
маловероятны и можно ожидать, что более частые колебания ни¬
тей будут происходить по более высоким формам при срывах
ветрового потока на коротких участках.
Приток внешней энергии Д1ГВнешн тм!сек при колебании, выз¬
ванном периодическим изменением значения Д1ГВнешн, равен по¬
тере энергии ДВ^расс тм!сек на рассеивание, происходящее вслед¬
ствие неизбежных сил внутреннего трения материала при смеще¬
нии его частиц и элементов конструкции, и на сопротивление
среды
ДП7 „ = Д№ =2ДЛДо., (3.25)
где Л, — максимальная амплитуда колебаний по i-й
форме;
kSvi секУ — размерный коэффициент, характеризующий
расстояние энергии при колебании по i-й фор¬
ме для данного каната и зависящий от ранее
указанных факторов.
Количество рассеиваемой энергии зависит от физических
свойств перечисленных параметров. Оно всегда вещественно,
т. е. &До/ >0, и поэтому значение А{ имеет конечную величину и
амплитуда достигает своего максимального значения, но не бес¬
конечна.
При ДТГвнешн^О в нити всегда должно возникать колебание
(3.25) и лишь значения Л, меняются от некоторых минимальных
(для данной формы) до максимума.
Значение Д1Гвнешн зависит от причин, указанных в начале раз¬
дела, от них же зависит и возникновение тех или иных форм
колебаний.
187
Поскольку
[Е Ai "* МИН] = АИ7внешн . (3-25а)
то необходимо отыскать минимальное значение левой части
(3.25а), зависящее от сочетания различных форм свободных ко¬
лебаний нити. После приравнивания минимального значения ле¬
вой части, характеризующей соотношение амплитуд Аг для раз¬
личных форм и значений /г®,, приращению внешней энергии мож¬
но определить значения амплитуд.
Колебаниям нитей посвящена обширная литература [2, 116,
129, 133, 145, 191 и др.].
§ 12. Опоры
В зависимости от предъявляемых к ним требованиям опоры
выполняются в виде башен, мачт или комбинированных конст¬
рукций.
Особенности расчета опор в части, относящейся к определе¬
нию нагрузок, изложены в главе II, а в части специфических
особенностей расчета — в работах [64, 70, 75, 76, 91, 97, 104, 129,
135, 158, 162, 163].
В настоящем параграфе приводятся лишь общие сведения и
данные о некоторых новых исследованиях.
Опоры относятся к сооружениям, в которых ветровая нагруз¬
ка является доминирующей, а поэтому вопросы взаимосвязи па¬
раметров сооружения с ветровой нагрузкой являются чрезвычай¬
но важными и в ряде случаев преобладающими над другими.
Это относится как к статической части, т. е. к выбору формы и
комбинации сечений, обладающих наилучшими свойствами,
так и к динамическим характеристикам сооружения, поскольку
возникающие в них усилия зависят не только от структуры вет¬
рового потока, но и от параметров сооружения.
а) Башни
В большинстве случаев башни представляют собой простран¬
ственные полярно-симметричные решетчатые конструкции, имею¬
щие в плане форму треугольника, квадрата, шестиугольника или
восьмиугольника.
Приемы расчета таких конструкций изложены в работах
[162, 163]. Несимметричные формы в плане встречаются реже и
данные о их расчете можно почерпнуть из указанных работ, а
также из [134].
В башнях применяются крестовая решетка (рис. 154,а), а
также ромбическая (рис. 154, б) без шпренгелей и со шпренге-
лями, уменьшающими свободную длину пояса, полураскосная
елочкой (рис. 154,в).
В отечественных условиях наибольшее распространение по¬
лучила крестовая решетка. Такая решетка является статически
188
неопределимой и при приложении вертикальных сил она вместе
с поясами участвует в их восприятии, при этом усилие в поясах
башни несколько уменьшается на величину коэффициента йар:
(3.26)
(3.27)
(3.28)
ьр
Рис. 154. Наиболее употребительные
виды решеток, применяющиеся
в башнях
а — крестовая; б — ромбическая; в — елоч¬
кой
Рис. 155. Схема приложе¬
ния нормальных сил Р, воз¬
никающих от момента М и
силы Q в башне с парал¬
лельными гранями
где Nn, Np, Wpn—усилия в поясе, раскосе и распорке. Конеч¬
ный знак «минус» указывает на сжатие;
Р/п — внешняя сила, сжимающая каждый пояс;
п— количество поясов;
а₽— углы наклона соответственно пояса и раско¬
са к вертикали;
sin «р tg» ар ~ + (1 4- tg» ар)
* рп£рп
otp р F
2 cos ар + sin <хр tg» ар —— + (1-t-tg8 Op) -7s-
^рп Гр
1
(3.29)
6'
ар
(3.30)
2 cos Op + sin ap tg* ap + (1 + tg«Op)-^-
<*рп Г p
F„, Ppn— соответственно площади поясов, раскосов и
распорок.
Если закрепление решетки к поясам происходит после прило¬
жения силы, то естественно, что усилия воспримутся только поя¬
сами и JVP=O.
Если раскосы предварительно напряжены, то они могут вос¬
принимать сжимающие усилия до тех пор, пока (с учетом зна¬
ков)
N0D + Np > 0,
(3.31)
189
где
ЗДмакг
п cos ар
(3.32)
— усилие в раскосе от предварительного натяжения для
случая, когда нет вертикальных сил;
;VP—усилие в раскосе от равномерного сжатия ствола баш¬
ни [см. формулу (3.27)].
Для того чтобы усилие в гибком раскосе при действии попе¬
речной нагрузки и равномерной сжимающей нагрузки было рас¬
тягивающим, необходимо увеличить предварительное натяжение
до значения
^р = |М,р| + 1М=
Смаке
П COS ОСр
Р
п cos а/
(3.33)
От действия изгибающего момента в раскосах при крестовой
решетке отдельных панелей могут возникнуть сжимающие
усилия.
В качестве примера на рис. 155 показан случай действия из¬
гибающего момента, находящегося в вертикальной плоскости,
нормального к одной из граней в башне с квадратной формой в
плане. В этом случае в панелях, находящихся в грани 4—3, воз¬
никнут сжимающие усилия, а в грани 1—2 — растягивающие,
равные
ЛГ 12 =— 4=—- k" ,
pl2 рз.4 ncosa ар»
(3.27а)
где
<„ = 7 >-• (З-ЗОа)
cos ар + sin ар tgs ар -2- + (1 + tgz ар) —г
** рп
Значения коэффициентов k’ap и k"ap отличаются друг от друга
тем, что в первом случае учитывается поддерживающее влияние
раскосов в двух смежных к поясу панелей (например, для поя¬
са 1, панелей 1—2 и 1—4), а во втором — только раскоса одной
панели (/—2), поскольку в панелях с кососимметричным распо¬
ложением сил (панели 1—4 и 2—3) усилие в раскосах не из¬
меняется.
Следует также иметь в виду, что в панелях 1—4 и 2—3 дей¬
ствуют силы, и для того, чтобы в предварительно напряженных
раскосах не возникло сжатия при одновременном действии сил
Р, Q и М, необходимо выдержать условие, записанное в урав¬
нении (3.34):
Р
п cos а
Смаке | Р £
п cos ap n cos a ap "
(3.34)
Указанные зависимости были выведены в предположении, что
усилия приложены к узлам решетчатой башни. В действитель¬
ности для элементов, имеющих большую гибкость, в первую оче¬
редь для раскосов и распорок, необходимо учитывать влияние
190
поперечных нагрузок, действующих непосредственно на элемент.
В первом приближении опорные точки можно считать несмещаю-
щимися. В ответственных случаях необходимо дать анализ влия¬
ния смещения узлов. В тех случаях, когда элементы раскосов
выполнены из гибких нитей, расчет их следует вести в соответст¬
вии с данными, приведенными в § 11. Если раскосы выполнены
из профилей, то необходимо вести расчет с учетом хордовых уси¬
лий (сжимающих или рас¬
тягивающих) и поперечной
нагрузки при сжатии по ме¬
тодике, изложенной в [184],
а при растяжении, исполь¬
зуя формулы предыдущего
параграфа.
При креплении башен,
имеющих наклонные пояса
к фундаментам, необходи¬
мо иметь в виду, что при
отсутствии распорки на
уровне закрепления нижней
секции на фундаменты бу¬
дут действовать усилия не
только в плоскости дейст¬
вия момента, но и в перпен¬
дикулярном направлении, как это изображено на рис. 156.
Вследствие этого целесообразно фундаменты располагать не
вертикально, а с тем же наклоном, что и пояса.
В качестве примера приближенное значение (без учета влия¬
ния наклона поясов на распределение поперечной силы Q между
опорными точками и статической неопределимостью) опорных
реакций, привязанных к координатным осям, дано в табл. 32.
В большинстве случаев общая устойчивость башен обеспечи¬
вается, так как нормальные силы малы по сравнению с усилия¬
ми, возникающими от момента, а поперечные размеры, состав¬
ляющие ftt/ri«20-i-40, соответствуют гибкости Х«25-н50. Обыч¬
но проверку напряжений в поясах башен ведут по формуле
а= *p + n_m+_^ RtTlt (3.35)
^«Рпан
rueNp.NM.Nq—сжимающее усилие в поясе от нормальных сил,
момента и поперечных сил, определяемое по пра¬
вилам строительной механики с учетом коэффи¬
циентов перегрузки и коэффициентов сочетания,
F— площадь пояса;
<Рпан — коэффициент продольной устойчивости пояса в
рассматриваемой панели, при значении коэффи¬
циента приведения свободной длины ц=1;
т=0,9—коэффициент условия работы (см. табл. 16).
19!
Составляющие усилий на опорные точки
N
8
§
Ss
с.
о*
1
в
О.
1
8
7
1
а.|>*
в
&
о
1
в
«Л
8
1
в
?
1
е.|*
V
X
в
.Е
’3
£
ю
сч
о"
1
в
с
’3
£
IO
о
S?
сч
7
О’
LD
СЧ
o'
1
а,
1
о, |
1сч
V
ю
7
в
с
’3
£
ю
2
?
в
.Е
*3
£
V
1О
о"
£
7
sr
сч
о*
1
г
1
а. | ■*
V
3
V
1О
о
1
*
в
ес
’3
£
ю
OJ
о*
в
е
*3
£
1О
о*
1
1
?
1
а,|^
в
G
1^
V
1О
о
в
с
*3
£
ю
2
?
в
а
*3
•С
1О
о*
1
?
1
а.1*
8
С
1*
1с.
ю
7
Компоненты
усилий от
а.
5
О’
н
а.
5
О’
н
Точки
-
192
Составляющие усилий на опорные точки
N
— 0,25Р cos а
— Рм cos а
1
8
§
г
+
a.I'f
8
СА
О
о
о,
8
о*
1
8
сА
8
о.
1
1
8
0
г
+
а<|*
S’
О'
8
о’
1
о"
1
в
с
8
_С
1
а.
8
с
*й
8
с
1
£
СА
a
О'
ю
сч
+
1
£
СА
+
_ 1
£
о*
1сч
сч
ft,|xr
ю
сч
1
8
£
V
о
8
ю
с
LO
а
о’
о
I*35
о
о"
Iй
1сч
1сч
■V
io
1О
о*
о“
в
8
%
а.
8
в
с
У)
с
’tA
+
G
'(Л
С
+
*
£
ю
сч
,£
■V
ю
1
а, | ■»
V
£
LO
сч
*СА
£
Ю
1
a.p
в
С
о"
1
1О
о
о
О
1
«о
аГ
поненты
лий от
См
5
о»
н
О,
5
О’
W
О «
X *
со
13—44
193
б) Мачты
Мачта представляет собой сжато-изогнутый стержень-ствол,
поддерживаемый оттяжками, являющимися для него упругими
опорами. В основании у фундамента ствол мачты может быть
упруго, жестко или шарнирно закреплен, у оттяжек ствол не
разрезан, вследствие чего на опорах Af#=O.
В зависимости от числа ярусов оттяжек п, количества оття¬
жек в каждом ярусе т, способов закрепления ствола к фунда¬
менту (шарнирное, жесткое, упругое), а также направления дей¬
ствия горизонтальных сил (произвольное, симметричное), число
неизвестных, которыми являются усилия в оттяжках и смещение
узлов в горизонтальной плоскости (по координатам X и У), мо¬
жет быть определено по формулам, указанным в табл. 33.
Таблица 33
Случай
Количество неизвестных при условии, что ствол
жестко или упруго заделан
в основание
шарнирно закреплен
к основанию
Общий
Симметричное распо¬
ложение оттяжек и сим¬
метричное направление
силы при:
а) четном числе
оттяжек в каждом
ярусе
(т4-4) П
2
(m-j-4) Л—2
2
б) нечетном числе
оттяжек в каждом
ярусе
(т+5) п
2
(«4-5) п—2
2
В общем случае для определения неизвестных используются
следующие уравнения.
1. Уравнения статики, устанавливающие равновесие узлов по
координатам X и Y (обозначения даны на рис. 157) 2п уравне¬
ния вида:
2 X = 2 F( az sin ф,- + Qxl = 0;
БУ = 2Fz<j,cos Ф.+<2у/ = 0.
2. Уравнения общности деформации точек крепления
жек данного яруса к стволу мачты тп уравнений вида:
(3.36)
(3.37)
оття-
— (х0 sin Ф,- 4- у0 cos ф,) =
ft(l +tg*oc)
£tga
(3.38)
194
3. Уравнения неразрыв¬
ности упругой линии верх¬
него (в) и нижнего (н)
участков ствола в рассмат- ’
риваемой точке k — всего
2п уравнений вида:
Флнх = ф*в*; (3.39)
Ф*ну = (3.40)
В табл. 34 приведено ”
число уравнений различно¬
го вида, потребное для
расчета мачт в общем виде.
Решение указанных си¬
стем уравнений, из которых
большинство нелинейных
(3.37), даже для наиболее
простых случаев представ¬
ляет серьезные затрудне¬
ния. Лишь применение ме¬
тодов нелинейного програм¬
мирования позволяет ре¬
шать эти задачи с примене¬
нием ЭВМ.
Рис. 157. Схема и обозначения, связан- I
ные с определением нагрузки от группы
симметрично расположенных оттяжек и
смещения узла крепления
Таблица 34
Случай
Число и вид уравнений, не обходимых для совместного решения
Ствол заделан в основании
Ствол шарнирно оперт
(3. 36),
(3. 37)
(3. 38)
(3. 39),
(3. 40)
всего
<© г-
со оо
СОСО
(3.38)
(3. 39),
(3. 40)
всего
Общий
2л
тп
2п
(т+4) п
2п
тп
2х
х(п-1)
(т+4) л-2
Симметричное
расположение от¬
тяжек и симмет¬
ричное направле¬
ние силы при:
а) четном
числе оттяжек
в каждом яру¬
се
п
тп
п
(т+4) п
тп
Л—1
(т+4) л—2
~2~
2
п
2
б) нечетном
числе оттяжек
в каждом ярусе
(m+l)n
(т+5) п
Л—1
(т+5) п—2
п
2
п
2
п
2
2
13*
195
В настоящее время широко используется приближенный спо¬
соб расчета мачт, при котором предварительно.задаются значе¬
ниями упругих характеристик опор и поэтому из системы урав¬
нений, указанных в табл. 41, исключаются все нелинейные урав¬
нения (3.38). После решения системы линейных уравнений вида
(3.36), (3.37) и (3.39), (3.40) проверяется, насколько близко за¬
даны значения упругих податливостей, являющиеся функцией,
получаемой из (3.38). Эти приближенные приемы расчёта опи¬
саны в работах [64, 66, 85, 104, 128, 129, 130, 137, 158, 162, 163].
В развернутом виде уравнения (3.36) и аналогично (3.37)
имеют вид (3.36а) (обозначения даны на рис. 158):
а уравнение (3.39) и аналогичное ему уравнение (3.40) имеют
вид (3.39а):
"<-■ Д ф(°<)+Л|. 4 ] +
+Л1‘+1 ф (“<+■) + v ~у‘ (т + 77)+
X («,•) +
X («,-+.) +
1 ■
//+1 24EJ.
?»-ц *z+i
24Е/Ж
(3.39а)
Функции Ф(«) и Ч(и) учитывают влияние нормальной силы
на угол поворота от действия момента, приложенного к опоре,
противоположной той, для которой находится угол поворота Ф,
и для той, для которой находится угол поворота Т; функция %(м)
учитывает влияние нормальной силы на угол поворота от попе¬
речной равномерно распределенной нагрузки q в зависимости от
характеристики
<3-4»
Выражение этих функций следующее:
Ф(М) = А(_! LV (3.42)
V ' и \sin2u 2и )' v ’
196
Рис. 158. Схема расчета мачты как сжато-изогнутого стержня на упругих опорах с шарнирным
опиранием внизу
а —схема ветровой нагрузки; б — схема опорного ствола; в — смещение узлов ствола; г — эпюра моментов
в разрезной системе; d — действительная эпюра моментов
197
Y(u)= — f- —V,
2и \ 2и tg2u )
z ч 3 (tgu — и)
Х(Ы)= ’
(3.43)
(3.44)
u2
Численные значения их приведены в [184].
В формуле (3.36) значение Hi соответствует значению
2FiOi sin фй т. е. равно равнодействующей реакции канатов на
стьол мачты.
Поскольку при ре¬
шении системы урав¬
нений (3.37а) и (3.39а)
внешняя нагрузка при¬
нимается известной, то
в результате решения
могут быть определе¬
ны значения М и у
при условии, что из¬
вестно значение Н.
Последнее может быть
выражено как функ¬
ция: у — прогиба дан¬
ной опоры; у Pi—ус¬
ловной величины, ха¬
рактеризуемой графи¬
ком, помещенным на
рис. 159, и Vi, т/м —
жесткости опоры. При заданных значениях v< система уравне¬
ний (3.37а) и (3.39а) позволяет найти искомые неизвестные.
После решения уравнений необходимо проверить правильность
принятых значений v, нов по формуле (3.45) и, если расхождение
значений Vi и v,hob велико, то решить систему уравнений при
новом значении v«hob*
Hf = Ft sin a S а, cos <pf = v (у, + ypi) = (yt + ypi)
(3.45)
При решении указанной системы уравнений приходится зада¬
ваться значением предварительного натяжения оттяжек оо, пло¬
щадью их сечения F и исходя из них и изменения о,-, назначать
значение нормальной силы Ni и /п,-. Если значения оо и F заданы
неудачно, то в результате решения уравнений значения момен¬
тов могут существенно превосходить среднее их значение
.. 1 я12
Мср = — •
ср 2 8
(3.46)
198
Для уменьшения моментов и сокращения вычислений приме¬
няется метод заданных эпюр моментов, заключающийся в том,
что значения М на опоре и в пролете по абсолютному значению
принимаются близкими к указанным в (3.46). Вследствие этого
в системе уравнений (3.36) и (3.39) неизвестными являются лишь
значения смещения узлов у. После определения значений у, под¬
ставляя их в независимые уравнения (3.38), находят значение
<то» или Fi. Такой подход используется для одного, наихудшего
случая загружения. Для всех прочих случаев загружений прихо¬
дится решать полную систему уравнений исходя из полученных
значений оо« и Fi. Более подробно этот метод описан в работах
[158, 162, 163].
На рис. 159 изображены три графика, характеризующие изме¬
нение упругой податливости опоры:
первый, построенный в предположении, что интенсивность ве¬
тровой нагрузки на оттяжки неизменна и лишь изменяется вели¬
чина горизонтальной силы, действующей в оттяжечном узле.
В этом случае при отсутствии горизонтальной силы в оттяжеч¬
ном узле он перемещается в направлении, обратном движению
ветра на величину, характеризуемую отрицательной ординатой
точки 1. При приложении к узлу некоторой внешней горизонталь¬
ной силы он вернется в нулевое положение (точка 2). Пересече¬
ние касательной с осью Оу даст значение у$, используемое для
линизации уравнений;
второй, построенный в предположении, что происходит изме¬
нение скорости ветра (или скоростного напора) и связанных с
этим нагрузок на оттяжки и ствол мачты. В этом случае Я,=
=q>(v) является сложной функцией, но при v=0 значения Но=О
и у=0;
третий построен в предположении, что прикладывается лишь
горизонтальная сила в узле оттяжки, а нагрузка на оттяжки
остается постоянной, равной монтажной. Этот случай характерен
при потере устойчивости. В зависимости от числа ярусов оттяжек
и направления силы в плане зависимости между оф = -у и у
изменяются.
В качестве примера на рис. 160 приведены пять кривых для
наиболее характерных направлений действия силы Hi, прило¬
женной в узле при четырех и трех оттяжках в плане. Данные кри¬
вые соответствуют случаю: отметка крепления узла оттяжек h =
=200 м', угол наклона оттяжки к стволу а = 45°, оо = 1 т/см2, у=
= 8 т/м3, оттяжка не имеет изоляторов и обледенения и на нее
не действует ветровая нагрузка, т. е. k = = 0, а &Экв— 1.
Чп
Для первых четырех случаев пунктиром изображены кривые
изменения напряжений в оттяжках при отсутствии ветра, но
£ЭкВ = 2, т. е. для случая, когда вес изоляторов равен весу каната.
Задача об устойчивости мачты в общем виде, т. е. с учетом
199
нелинейной (и различной в зависимости от направления оття¬
жек) податливости опор и изменения нормальной силы, прост¬
ранственной работы ствола и возможности развития в стволе
пластических напряжений и деформаций сложна и не решена.
Задача об устойчивости мачты решается при упрощающих до¬
пущениях. Относительные погрешности могут быть определены
Рис. 160. График изменения напряжений а в оттяжках мачты А в зависимо¬
сти от смещения узла у
/ — четыре оттяжки, сила действует в направлении одной из оттяжек; // — то же, по
биссектрисе угла между оттяжками; III — три оттяжки, сила действует в направлении
на оттяжку; IV — то же, сила направлена по биссектрисе угла между оттяжками; V—то
же, сила направлена перпендикулярно одной из оттяжек
путем сопоставления между собой результатов расчетов, сделан¬
ных при различных предпосылках.
Наиболее распространенными допущениями, принимаемыми
в большинстве работ, являются предположения о том, что потеря
устойчивости ствола происходит в рассматриваемой плоскости,
податливость опор линейно связана с изменением ветровой на¬
грузки. Решение заключается в том, что задаются значениями
упругой податливости опор и приравнивают нулю определитель
D, составленный из коэффициентов при неизвестных в системе
линейных уравнений (3.36а) и (3.39а), но без свободных членов
200
и коэффициентов x(u), характеризующих влияние внешних на¬
грузок q и с заменой значения Ht ее выражением Vi (t/i + t/pi), т. е.
из сокращенных уравнений (3.366) и (3.396). Затем можно найти
наименьшее значение нормальных сил Ni при заданных зна¬
чениях одного и обоих параметров жесткости оттяжек, харак¬
теризуемых значением aOiF от t, или ствола ЕЛ; также один или
два указанных параметра жесткости при заданных значениях нор¬
мальных сил Nt. В этих случаях выявляются те или иные пара¬
метры, характеризующие критическое состояние мачты. Следует
иметь в виду, что при изменении параметров жесткости оттяжек
OoiEOTi тем самым изменяются и величины нормальных сил =
= Wcb + SEot iOoiCOsai, что должно найти отражение в расчете.
При изменении параметра жесткости ствола обычно значение
Л/, = const.
Для отыскания тех или иных параметров при сохранении нор¬
мативного коэффициента запаса устойчивости kv (см. табл. 19)
В. М. Коробов предложил пользоваться следующими приемами:
значения нормальных сил увеличивают на величину коэффи¬
циента устойчивости Ni = NOiky и находят минимальные значения
одной или обеих характеристик жесткости (o0iE0Ti и vj; EJi),
удовлетворяющие условию £> = 0;
значения нормальных сил не изменяют Ni=NOi, но одну или
обе характеристики жесткости изменяют следующим образом:
или
— г ®oi Г от I l
* i . » ^oi &у
Ry
EJt =
ky
и находят их значения при D = 0. В обоих указанных случаях
при равенстве D=0 будет обеспечен принятый в уравнениях ко¬
эффициент запаса устойчивости kv.
С целью упрощения этих
уравнений значением мо¬
ментов от эксцентрицитетов
m пренебрегают, поскольку
учет их приводит к запасу
устойчивости. Необходимо
обратить внимание на то
обстоятельство, что
зультате смещения
оттяжек нормальная
при назначении коэффициента перегрузки. Так, например, для
случая, описанного ранее и изображенного на рис. 174, имело
место увеличение коэффициента нормальной силы
__ F cos aS Gj S
F cos a 2 a0 na0 ’
Таблица 35
Значение коэффициента л для случая
^см
• 1
1 2
з 1
1 4 |
5
12,5
1,01
1,01
1.01
1,005
1,01
25
1,03
1,035
1,03
1,025
1,02
37,5
1,04
1,07
1,08
1,06
1,05
50
1,13
1,12
1,16
1,1
1,09
в ре¬
узла
сила возрастает, что должно учитываться
(3.47)
указанное в табл. 35.
201
Mi-i I 1 1 \ Al,,, N.
Г- + л,‘(Г + Т-)—Г±-у‘-‘~Г +
H + - - W = <>• (3-36a)'
\ ‘i li+! / ‘H-l
(Значение v, yp является грузовым членом в уравнении и поэто¬
му оно не записывается.)
Ф^ + М‘Ъ [77+ 77-'*'(“<+.)] +
+м^^ф^+у‘-чЬ~
-у‘(т + т-} + у1+<т-~°- (3-39аУ
В определитель, составленный из свободных членов уравне¬
ний (3.36а)' и (3.39а)' при неизвестных М и у, входят члены, со¬
держащие пролеты между ярусами оттяжек I, нормальные силы
N, приложенные в различных узлах, жесткость ствола EJ и уп¬
ругую податливость v, являющуюся нелинейной функцией асЛот
и I, и количества оттяжек в плане (3.38), (3.45); см. рис. 173.
Если значение D, вычисленное для тех или иных случаев, ука¬
занных в табл. 36, больше нуля, то устойчивость обеспечена с
Таблица 36
Случай
Члены
1
Ni = Noiky'9 <7/ Ft = &oi Foi\ = EJi — EJoi
2
Ni-N0f, OiFi-0011?01-, vi_voiky-, EJi-EJoi
2а
Ni = NOi', Oi Fi = coi Foi\ Vi = voi; EJi = ——
ky
3
Ni = Not-, 0, = ^; Vi^Votky-, EJ^^-1
Ky Ry
За*
Nt = N0{ky, oiFi=2^i-, Vi = voiky- EJt = ^-
Ry Ry
* Такой прием может быть использован в особых случаях, когда ответ¬
ственность сооружения должна быть повышена. Коэффициент ky при члене
Noi в определенной степени может рассматриваться как коэффициент пере¬
грузки.
202
запасом большим, нежели заложена в значении kv, при D<0 она
недостаточна. Для выявления значений kv при D=0 пользуются
следующими приемами.
Первый заключается в том, что все члены, содержащие ЛГ»-,
умножаются на вспомогательный коэффициент т) и вычисляются
новые значения D для ряда значений т]. Построив график зави¬
симости между т] и D, находят значение »)о, при котором D=Q.
В этом случае принятый коэффициент запаса, заложенный в
соответствующие члены (табл. 36), обеспечивается при
Ni оконч = I]®. (3.48)
Второй прием заключается в том, что на коэффициент т) ум¬
ножается коэффициент kv в членах, указанных для случаев 2, 2а,
3, За (табл. 37). Так же, как и в первом случае, изменяя значе¬
ния т) во всех членах, приведенных в табл. 34, вычисляются зна¬
чения D и по графику зависимости между т] и D находятся зна¬
чения т)о, отвечающие 0=0. Значения т]о, отвечающие принятому
коэффициенту запаса устойчивости kv, получаются путем приме¬
нения исходных параметров в соответствии с табл. 37, являющей¬
ся продолжением табл. 36.
Таблица 37
Случай
Члены, в которые вводится коэффициент 1)
1
N{n = W . k т]
oi у 1
2
2а
£J. _
‘ч M
3
За
Nii\-NOiky’ ainFir\- kyX} ’ V«4 “ Voi ky 4’ £/in-
Недостатком такого приема является изменение параметров
у всех оттяжек на одинаковую величину т), в то время как опре¬
деляющим потерю устойчивости может являться какое-либо от¬
дельное звено — узел оттяжек или участок ствола.
Для устранения этого недостатка необходимо выдерживать
следующие условия для каждого пролета мачты
"Л <-£££•.
203
где ц — коэффициент приведения длины, принимаемый для
средних пролетов мачты и нижнего при заделке ствола
в основании равным ц.=0,5, а для крайних при шарнир¬
ном опирании р.=0,7.
Если в узлах закрепления оттяжек в стволе мачты сделать
шарниры, то значения Л4 = 0. В этом случае условие непрерывно¬
сти упругой линии (3.39), (3.39а), (3.39а)' оказывается неприем¬
лемым и остается лишь упрощенное выражение (3.36а)", харак¬
теризующее равновесие узлов
4“(-Т + - v')+ у‘+г Т* = °- (3-36аГ
li \ h li+i / ‘ж
Иногда с целью уменьшения вычислений используют уравне¬
ние (3.36а)" для проверки устойчивости мачт с неразрезным
стволом.
Такой способ можно рекомендовать лишь в качестве первого
приближения, оценивающего устойчивость с большим запасом.
Но при этом обязательна проверка по формуле (3.49).
Необходимо иметь в виду, что при отсутствии местных пере¬
грузок общая потеря устойчивости при количестве ярусов оття¬
жек п>3 не может быть заметно
улучшена путем увеличения числа
ярусов оттяжек при сохранении сум¬
марной площади сечения канатов во
всех ярусах оттяжек и соответствую¬
щих Оот^от-
Проверка конструкции на общую
устойчивость проводится для наиболее
неблагоприятных условий: монтажа
при повышенной температуре воздуха;
обледенения, увеличения податливости
опор, например при ветре на оттяжку
в мачте с тремя оттяжками в плане,
когда возможна потеря устойчивости в
плоскости, перпендикулярной дейст¬
вию ветра.
Более подробно вопросы, связан¬
ные с общей потерей устойчивости,
описаны в работах [41, 64, 75, 76, 125,
129, 131, 162, 163, 175, 177, 191].
в) Комбинированные решения
Рис. 161. Схема и обозначе¬
ния для расчета башни с
подкосами
Вопросы местной устойчивости трубчатых конструкций осве¬
щены в работах [31, 78, 139, 183, 188, 191].
К числу комбинированных конструкций опор относятся такие,
у которых она в одном направлении работает как башня, а во
204
втором — как мачта (см. рис. 84), или такие, у которых по вы¬
соте изменяется принципиальное решение, например включа¬
ются в работу дополнительные элементы, как это указано на
рис. 161.
Расчет первого типа комбинированных решений производится
путем разложения действующих сил по_направлениям, в которых
система работает как башня от силы Qi б и как мачта от силы
Qin'- _
QiO = Qi6 + QiM- (3.50)
От каждой из этих сил опора рассчитывается независимо, и
напряжения, вычисленные для отдельных элементов как для мач¬
ты о,н и башни о» б, суммируются арифметически
°i = + °1б- (3.51)
При втором случае необходимо учитывать совместную работу
двух различных конструкций, используя условия совместности
деформаций. Рассмотрим случай, изображенный на рис. 161, от
действия сил No, Qo и Мо, приложенных в точке присоединения
подкосов к основному стволу.
При приложении к стволу только одной силы No усилие в рас¬
косах Хх будет равно:
Х„= , (3.52)
где п—количество подкосов;
E0F0— характеристика ствола;
E1F1— характеристика каждого из подкосов;
а— угол наклона подкоса к вертикали.
При одновременном действии всех компонентов сил и произ¬
вольном направлении плоскости действия сил Afo, No и Qo, харак¬
теризуемого углами фг-, значения усилий в подкосах Xit Х2 и Хз
при их симметричном расположении определим, используя следу¬
ющие уравнения:
Nm = No — cos aS Xz; (3.53)
Qx = — sin aS Xi cos <pz ~ 0; (3.54)
Qy = Qo — sin a S Xi sin <pz; (3.55)
Mox = — r cos a S Xi sin <pz; (3.56)
A4O|) = r cos a S Xt- cos <pz tn 0. (3.57)
Перемещения точки прикрепления раскосов к основному ство
лу равны:
Дх=
Qxh3 . Moyh*
3EJ 2EJ
(3.58)
ДИ = . 4yh* , Moxh* .
a 3EJ 3EJ T 2EJ ’
(3.59)
205
_ Qy ft* I qyh3 . Mox h .
4°x 2EJ "t" 6EJ EJ ’
= Qxft^. , MoyjLx-O
Vo* 2EJ EJ
Используя известное выражение
Ах^ + Ау^Ч-Az, ?f _ Xtl
k Et Fi
(3.60)
(3.61)
(3.62)
(3.63)
и подставив в него известные значения (3.64) и (3.65), получим
систему уравнений:
Дхх = Дх2 = Д*з = Дх ~ 0; (3.64)
Дух = Ду2 = Ду3 = Ду = ; (3.65)
у 9 3EJ 6EJ 2EJ
Д21,2,з = Д* + ''Фо* cos Ф1,2,з 5 (3-66)
X I
&у sin a sin tpj 2 3 + Дг, 2 3cos а=— , (3.67)
из которой после подстановки в нее значений Ду и Д31,2, з из фор¬
мул (3.55), (3.56), (3.65), (3.66), (3.58), (3.59), (3.60), (3.62)
(в которые также входят неизвестные) найдутся неизвестные уси¬
лия в подкосах.
При учете упругих свойств грунта формулы (3.59), (3.60),
(3.62) преобразовываются в аналогичные им (3.59а), (3.60а),
(3.62а), так что в них входят упругие характеристики грунта
Vrp т.1м3 и геометрические параметры центрального фундамента
№ф, Гф и г (расстояние от центра до края фундамента) и пло¬
щадь фундаментов у подкосов Гф.п, а именно:
ДУгр = Ьу + фосн.ог h = Лу + . (3.59а)
ф vrp г
Дггр = Дз + ——; (3.60а)
г гр vrp
+1^7; <362а>
ДггР1.м = Дг,р + ГФ„ гР «* Ф|.!.>- (3.66а>
Окончательно выражения (3.67) примут следующий вид:
Дугр sin a cos ф + Дггр (cos а = — Х{ (— + . (3.67а)
\ EF Гф.п /
206
§ 13. Системы и отражающие поверхности
В § 8 приведено описание некоторых видов систем и стацио¬
нарных отражающих поверхностей. Последние относятся к си¬
стемам в тех случаях, когда отражающая поверхность включа¬
ется в общую работу конструкций, а не ограничивается работой
на локальном участке в качестве элементов, передающих усилия
на основные несущие конструкции. Выбор конструктивной схемы
системы во многом зависит от характера силовых воздействий, а
последние от ее геометрических размеров. В тех случаях, когда
геометрические размеры систем очень велики (несколько сотен
метров и даже несколько километров), необходимо вначале оце¬
нить наихудший характер нагрузок, в первую очередь ветровых.
Это обстоятельство накладывает определенный характер на
расчет конструкций, поскольку правильность его в большей мере
определяется не точностью самого расчета, а достоверностью ос¬
новных предпосылок, связанных с выявлением наихудших загру-
жений системы.
Рассмотрим особенности расчета систем, придерживаясь
классификации, приведенной на рис. 114.
а) Плоские системы (см. рис. 114, а, б)
Чаще всего такие системы используются в качестве зеркал,
отражающих радиоволны от многочисленных вибраторов, уста¬
новленных перед отражающей поверхностью.
В таких антеннах устойчивость системы в направлении, пер¬
пендикулярном отражающей плоскости, осуществляется путем
устройства в поперечном направлении конструкций в виде ба¬
шен (см. рис. 114, а) или мачт (рис. 114,6). Возможность уст¬
ройства конструкций с применением мачт определяется радио¬
техническими требованиями, так как оттяжки в этом случае обя¬
зательно пересекают фронт радиоволн.
В продольном направлении опоры (башни или мачты) соеди¬
няются между собой проводами, являющимися не только радио¬
техническими, но и силовыми элементами. В зависимости от про¬
тяженности таких систем и геометрических размеров отведенной
территории крайние опоры в направлении антенны могут рас¬
крепляться оттяжками, которые совместно с ними должны вос¬
принимать силы, действующие вдоль антенны. При небольшой
длине антенны Z <13H и больших размерах территории такой
прием является экономичным. При большей протяженности ан¬
тенн крайние опоры оказываются чрезвычайно мощными, и необ¬
ходима постановка промежуточной анкерной опоры, участвую¬
щей в восприятии этих сил. Возможна постановка через 3—5 про¬
летов жестких распорок и системы раскосов, объединяющих
между собой две смежные опоры в плоскости антенны. В этом
случае они работают совместно и воспринимают усилия, дейст¬
вующие в продольном направлении.
207
Такой прием является вынужденным при стесненных разме¬
рах территории и весьма целесообразным в тех случаях, когда
по технологическим соображениям опоры соединяются между
собою жесткими распорками, служащими одновременно для
поддержания вибраторов и в качестве переходных мостиков.
Специфическими особенностями наихудшего загружения пло¬
ских систем являются следующие:
для промежуточных опор — действие ураганного ветра или
обледенения и ветра средней интенсивности при направлении,
нормальном к поверхности антенны;
для концевых и анкерных опор может быть обледенение и ве¬
тер при некотором угле по направлению к антенне. Наиболее
опасное направление следует установить проведя расчеты при
различных направлениях ветра.
С достаточной точностью можно принимать угол между на¬
правлением ветра и плоскостью антенны около 30°.
Во всех случаях одновременно с указанными нагрузками не¬
обходимо учитывать гравитационные воздействия и предвари¬
тельное напряжение в элементах конструкции (см. табл. 17).
Далее расчет ведется аналогично тому, как это указано в
формулах (3.50) и (3.51) для комбинированных решений.
В некоторых случаях (см. рис. 114, б, в) системы образуются
из опор, работающих в двух взаимно перпендикулярных направ¬
лениях как системы с односторонними связями. В этом случае
условие, записанное в формуле (3.51), недействительно, так как
принцип суперпозиций неприменим для систем с односторонними
связями и необходимо составлять выражения, устанавливающие
изменение усилий при одновременном действии сил Q<x и QiV
б) Вертикальные цилиндрические системы
Система может быть выполнена в виде упругой складки, впи¬
санной в некоторую кривую, и состоять из вертикальных эле¬
ментов-опор, располагаемых в точках перелома направления
складки, поддерживающих горизонтально расположенные ни¬
ти, механически связывающие опоры между собой, и внешних
наклонных оттяжек (см. рис. 114,в). Такая предварительно на¬
пряженная система при определенных условиях будет геомет¬
рически неизменяемой и может воспринять все прилагаемые
к ней нагрузки. Если знак кривизны постоянен, то оттяжки рас¬
полагаются с одной стороны системы (рис. 162,а), если знак
изменяется, то соответственно изменяется и положение оттяжек
(рис. 162,6) таким образом, что они всегда располагаются со
стороны складки, где угол более л.
При некоторых силовых воздействиях, назначаемых при про¬
ектировании (чаще всего это условие отвечает монтажному со¬
стоянию), сумма внешних нагрузок на ось Xi равна нулю; при
этом опора не испытывает изгиба в плоскости XOZ и вся систе-
208
ма в горизонтальной плоскости представляет собой как бы ве¬
ревочный многоугольник. При равенстве смежных пролетов и
одинаковом количестве связующих линий оттяжки устанавли¬
вают по биссектрисе угла. При разных пролетах возможна по¬
становка оттяжки по биссектрисе угла, но в этом случае для
равенства тяжений в двух смежных пролетах необходимо вы¬
держать следующее условие:
где 7\ и —усилия в нитях двух смежных проле¬
тов;
Qb h, ft', ^z+i, fi+i— вертикальная нагрузка, пролет и про¬
гиб нитей в двух смежных пролетах.
В случае равного количества нитей в двух смежных пролетах
знак суммы в формуле (3.68) отсутствует.
Рис. 162. Схемы цилиндрических систем
а — одной кривизны; б — меняющейся кривизны; в — схемы
расположения оттяжек в вертикальной плоскости;
А, В — оттяжки концевой опоры; Б — оттяжки промежуточ¬
ной опоры; Г — оттяжки анкерной опоры
Возможна постановка оттяжек под произвольным углом
с тем, чтобы в наиболее частом режиме работы прогиб у нитей
был одинаковым. В общем случае
Tlk 4- Tl+l k 4- Тотik sin aft = 0, (3.69)
и при равенстве сечений нитей и их прогибов должно быть удов¬
летворено условие:
2 Xi = “ Zw) + T^ik sin ak sin Ф = 0;
2 П = ( pi + £h) s‘n ₽ - T0Tlk sin ak cos <p = 0,
(3.69a)
14—44
209
из которого следует:
sin ср =
sin ф =
1
“9 V(i2—l2+i)2 + ( f?+/?+i)2sin2p
8/ sin a/t
(3.70)
(3.71)
При этом в плоскости yOZ ствол мачты будет работать от
действия поперечных сил и нормальных сил по оси 0Z, от тя-
жения оттяжек и собственного веса нитей и конструкций. Зна¬
чение зависит от ранее указанных параметров сооружения:
ОШ Sin 0 = -Il !1±1— sin р. (3.72)
8а
От силы q°y ствол мачты рассчитывают как сжато-изогнутую
балку на жестких опорах, если именно в этом состоянии выве¬
ряется прямолинейность и вертикальность оси мачты.
Указанная часть расчета является наиболее простой и в ней
устанавливаются начальные параметры пролетных частей со¬
оружения: fib, Tib, (fib, а также концевых опор А и В, руковод¬
ствуясь условием, чтобы ствол во время монтажных натяжений
был прямолинеен. Обычно ствол под действием монтажных уси¬
лий (с учетом средней температуры воздуха) должен быть не
только прямолинеен, но и вертикален, что определяется чисто
конструктивными удобствами, так как длины нитей, соединяю¬
щих смежные мачты данного пролета, в этом случае будут оди¬
наковыми.
Так же как и при плоских системах, через L^3H опоры
должны делаться анкерными, т. е. они должны иметь возмож¬
ность воспринять усилия как в направлении антенного полотна,
как это указано на рис. 162,6 (оттяжки Г), так и в перпендику¬
лярном направлении, для чего должны быть установлены до¬
полнительные оттяжки.
При больших геометрических размерах антенн необходимо
вести расчет, не только изменяя направление действия ветра
(при обледенении и без него), отыскивая наиболее опасные на¬
правления для различных элементов, но и возможные измене¬
ния нагрузки в различных пролетах системы. При этом полага¬
ем, что в зонах более 50 м могут быть спады ветрового воздей¬
ствия и связанные с ними увеличения отклонений и напряжений
в плоскости X0Z. При отсутствии наблюдений на рассматри¬
ваемых площадках можно принимать ЛСп=0,67 [162, 163, 191].
Расчет указанных систем ведется с использованием ранее
210
приведенных формул обычно методом последовательных при¬
ближений, задаваясь характером смещений концевых и анкер¬
ных опор и сообразуясь с ними, намечая возможный характер
искажений у соответствующих опор.
В тех случаях, когда по радиотехническим соображениям не
допускается постановки оттяжек в поле излучения, опоры могут
выполняться комбинированными по типу, указанному на
рис. 84, в, когда в плоскости Y0Z они решаются в виде башен,
а в перпендикулярном направлении являются мачтами, удер¬
живаемыми проводами отражающей поверхности.
в) Прочие виды систем
К системам относятся зонтичные антенны (см. рис. 67, в)
и другие виды горизонтальных или наклонных плоских или ли¬
нейчатых антенн, жестко закрепленных к опорам и используе¬
мых для удержания опор в проектном положении. В этом случае
при расчете используется условие совместности деформаций
опор и связывающих их антенн. Коэффициенты однородности,
перегрузки и условия работы для антенной части должны быть
назначены согласно табл. 16, п. 3 как для несущих элементов
мачт-канатов.
Стационарные антенны для тропосферной (см. рис. 19, 31)
и ионосферной (см. рис. 30, 116) связи представляют собой
пространственные конструкции. В тех случаях, когда форма
антенны цилиндрическая, а ось цилиндра расположена горизон¬
тально, сохраняются все соображения, изложенные для плоских
антенн, но решение задачи существенно сложнее, поскольку са¬
ми опоры имеют криволинейное очертание.
Пространственные жесткие опоры не имеют существенной
специфики расчета, за исключением ранее отмеченных особенно¬
стей, относящихся к характеру действующих нагрузок.
§ 14. Вращающиеся и перемещающиеся устройства
Придерживаясь классификации, принятой в § 9, отметим спе¬
цифические особенности расчета данного класса антенн.
а) Антенны, ведающие в пределах земного шара
Расчет этих антенн не отличается от расчета стационарных
конструкций. Обычно инерционные усилия в таких антен¬
нах меньше усилий, возникающих при максимальном ветре
Миакс.ветр. Поэтому по условиям прочности можно установить
предельные значения ветровой нагрузки <7экспл. ветр, допустимой
при движении или вращении антенны
^инерц + А^экспл.ветр = А^макс.ветр» (3.73)
14
211
где
Л^экспл.ветр О/экспл .ветр» #,S) — А^макс.ветр ^инерц! (3.74)
<7экспл. ветр, Я, S — соответственно расчетный скоростной напор
ветра, расчетное сопротивление материала, геометрические пара¬
метры сооружения.
Особенностью таких конструкций является необходимость
принятия специальных мер (захватов или контргрузов) для обес¬
печения устойчивости от опрокидывания или скольжения по пу¬
тям при заторможенных тележках, поскольку без принятия этих
мер обычно
Л4Опр>Л4ус1; Q>Pf, (3.75)
где Л40Пр, Муст— соответственно опрокидывающий момент при
ветре и момент устойчивости;
Q, Р— соответственно сдвигающая сила и вес соору¬
жения на уровне поверхности скольжения;
f— коэффициент трения.
б) Антенны, используемые для связи со спутниками,
космическими аппаратами, и радиотелескопы
Полноповоротные антенны
На полноповоротные антенны могут действовать силы веса,
а также инерционные и метеорологические воздействия.
Наиболее трудной задачей является уменьшение величины
искажения отражающей поверхности антенны от сил собствен¬
ного веса при вращении ее по углу места. Это затруднение
связано с тем, что нельзя уменьшить искажения от гравитацион¬
ных сил путем увеличения поперечных сечений несущих конст¬
рукций, поскольку соответственно увеличиваются вес и искаже¬
ния поверхности остаются практически неизменными. Таким об¬
разом, существенное изменение искажения поверхности и ее
формы от сил собственного веса не может быть осуществлено за
счет увеличения сечений, а необходимо изменить схему и соот¬
ношения в сечениях отдельных элементов.
Рассмотрим простейший случай, когда выбраны геометриче¬
ские параметры и схема конструкции антенны и на нее действу¬
ют лишь силы собственного веса. Примем, как это и осуществля¬
ется в действительности, что конструкция антенны решетчатая,
пространственная и ее i-й элемент имеет длину /<, площадь попе¬
речного сечения Fit а значения модуля нормальной упругости Е
и объемного веса у постоянны. В этом случае перемещение dOk
k-й точки конструкции в искомом направлении будет равно
Npi Noik Ipi
EFol
(3.76)
212
где Nol — усилие в произвольном элементе конструкции от сил
собственного веса (с учетом статической неопредели-
_ мости);
Noik— усилие в произвольном элементе от единичной силы,
приложенной в k-й точке в направлении искомой де¬
формации.
Если изменить площади всех сечений в kF раз, оставив геомет¬
рические параметры и схему неизменной, то при постоянном зна¬
чении конструктивного коэффициента новые деформации 60ьк
определятся путем подстановки в формулу (3.76) значений
NOiF=NOikF вместо NOi и FoiF=FOikF вместо Foi, т. е.
Я NOik loi л /л «ул ,
°ofeF=S E<Foikp) =So*- <3-76а)
Таким образом устанавливается первое правило, гласящее,
что при постоянных геометрических размерах и схеме соотноше¬
ния деформации от сил собственного веса не могут быть умень¬
шены путем одинакового увеличения площади всех сечений.
Если на конструкцию антенны кроме сил собственного веса
действуют внешние силы, вызывающие в конструкции усилия
то выражение деформации конструкции будет иметь вид,
отличный от (3.76), а именно
* Nol Noik lol I Noi вн Noik lol Я I я /Ч 77\
°ok - + Zj c.b+<Ubh, (-3.77)
и при увеличении площадей всех элементов в kF раз деформа¬
ции изменятся, поскольку внешняя нагрузка постоянна
<3-77а)
Г
Однако они никогда не могут быть менее деформаций, возникаю¬
щих от сил собственного веса несущих конструкций, которые,
как это было показано, при заданной схеме и соотношениях пло¬
щадей отдельных элементов неизменны.
Выбор оптимального решения конструкции зеркальной части
антенны в целом является вариационной задачей. Предлагаются
различные приемы ее решения, позволяющие в той или иной ме¬
ре приблизиться к оптимуму. Не рассматривая путей, с помощью
которых устанавливаются оптимальные параметры для конст¬
рукции, принимаемой как эталон, рассмотрим общие закономер¬
ности измерения напряжений, деформаций и веса при подобном
изменении всех параметров несущих конструкций. Под подобным
изменением будем понимать такие изменения, при которых три
координаты произвольной точки изменяются в &Под раз. Такая за¬
кономерность удовлетворяется при соблюдении следующего ра¬
венства:
= >■ = А) = = ^.\ = *под, (3.78)
\ Х1 У1 2i / \ hi <hi Оц /
213
где х0, уй, г0, xlt ylt zx— координаты соответствующих точек в
системе, принятой как эталон и изме¬
ненной в ^под раз;
loi, doi, &oh kh du, Ьц —длина, миделево сечение и толщина i-ro
элемента в системе, принятой как эта¬
лон и измененной в /гпод раз.
На рис. 163 приведены обозначения габаритных размеров и
размеров произвольного элемента для решетчатой конструкции.
Сообразуясь с этим рисунком, легко установить, что при подоб¬
ном изменении существуют следующие зависимости:
Рис. 163. Схема подобного изменения зеркальной системы
а — изменение габаритных размеров; б — изменение размеров произ
вольного элемента
Используя формулы (3.76) и (3.79), можно установить изме¬
нение деформаций в подобных конструкциях от сил собственного
веса:
SNuNolkhi
т = EFU
bok NoiNoiklol
EFol
(3.80)
Поскольку узловая нагрузка Ро при т элементах, сходящихся в
узле, в первом состоянии равна
Ро = у 2 loi Pot Т^констр, (3.81)
214
а во втором
(3.82)
то
(3.83)
и узловые нагрузки, а следовательно, и соответствующие усилия
в подобных конструкциях от сил собственного веса пропорцио¬
нальны кубу коэффициента подобия
(3.84)
Подставив в формулу (3.80) значения Nu из формулы (3.84)
и Fji из (3.79) и произведя сокращения, получим
■п = -515. — № ■ й = й k2
48 *под> °1А °окКпод’
Угловые деформации для первого состояния равны
(3.80а)
(3.85)
а для второго
— ТА • . ГЦ ПОД*
Ч «под
Общий вес конструкции в первом состоянии равен
So = 2 Ч Т^констр,
(3.86)
(3.87)
а во втором
St = S ( Ч *под) (Л *под) У^констр = So
(3.89)
Указанные формулы справедливы и для сплошных конструк¬
ций, широко используются в качестве первого приближения, по¬
скольку деформации от собственного веса в большинстве случа¬
ев являются определяющими.
В случае одновременного действия сил от собственного веса
и внешних нагрузок для первого состояния следует пользоваться
формулой (3.77), для второго состояния она запишется в следу¬
ющем виде:
£(^оСд)
Е
(3.90)
215
где Л"н — коэффициент и показатель степени, характеризующие
закономерность изменения внешней нагрузки.
Показатель степени п для постоянной равномерно распреде¬
ленной по площади нагрузки равен 2, а для внешних конструк¬
ций. которыми являются ноги, поддерживающие облучатель, он
равен 3. При этих условиях формула (3.90) примет следующий
вид:
*1к = ( ^ok с.в “I" ^ok с.в) ^под + ^осв.пов ^под» (3.90а)
где 6'оь с.в и боев, пов — деформации в первом состоянии от веса
опоры, поддерживающей облучатель, и отражающей поверхно¬
сти.
Соответственно углы поворота в произвольной &-й точке бу¬
дут равны:
ДФи = ДФоЛ с в £под + У ДФоЛ вн ф- (3.91)
^под
или для случая, описанного в формуле (3.90а),
Д(₽1Л = (Д<₽О*С.В + Чс.в) *под + ДФ основ’ <3-91а)
где Дф'оьс.вИ Дфосв.пов — углы поворота в первом состоянии от
веса опоры и веса отражающей поверхности.
Если геометрические размеры и схема зеркальной части неиз¬
менны, а изменяется лишь внешняя нагрузка, то для сохранения
постоянного значения отклонения боь необходимо выдержать
следующее условие, вытекающее из формулы (3.77) и учитываю¬
щее, что первый член уравнения постоянен:
NolNoiklol =dofecB=const.
EFol
Я V ^о1ън ^oik lot — 1 ^oi вн ^oik 1<Н
EFol FonpHB^J _ Fol
'Оприв
$ok $ok с.в«
(3.92)
(3.93)
Значение Fo Прив, за которое можно принять площадь сечения
наиболее мощного элемента, определяется по формуле
F
S
о прив
Not ВН Npik lot
EFoj/F^
прив
&ok &ok OB
(3.94)
Поскольку значение боь постоянно и устанавливается на ос¬
нове радиотехнических требований 60ь с.в = const, a NOik, loi,
——— не изменяются, то величина Fo прямо пропорциональна
Г0 лрив
изменению внешней нагрузки.
216
Параболические антенны. Рассмотрим основные положения,
связанные с расчетом большого зеркала полноповоротной антен¬
ны. Обычно структура чаши делается полярно-симметричной с
усилениями в зонах приложения сосредоточенных сил от действия
ног, поддерживающих облучающее устройство или вторичные
системы. Структура чаши может быть различной, но наиболее
распространена конструкция,
радиальных форм, сое¬
диняемых в центре у специ¬
альной пространственной
кольцевой фермы, распола¬
гаемых через угол 2л/п;
кольцевых ферм, распо¬
лагаемых в цилиндрических
(реже в конических) по¬
верхностях, объединяющих
между собой радиальные
фермы и распределяющие
нагрузку между ними в
случае приложения сосре¬
доточенных сил. Кольцевые
фермы могут рассматри-
состоящая (рис. 164) из:
Рис. 164. Схема построения зеркальной
системы
/ — радиальные фермы; 2 —кольцевые фермы;
3 — связи по параболической (внутренней) по¬
верхности; 4 — связи по наружной поверхности;
5 — опорный узел; 6 — точки опирания опор,
поддерживающих облучающее и переоблучаю¬
щее устройство
поверхности чаши, состоящих из
ваться как замкнутые коль¬
цевые балки на упругих
опорах, упругость послед¬
них зависит от жесткост-
ных характеристик радиаль¬
ных ферм [98];
связей по параболической
раскосов и распорок. Последние могут одновременно являться и
поясами кольцевых ферм;
связей по наружной поверхности чаши, состоящих из раскосов
и распорок. Последние могут одновременно являться и поясами
кольцевых ферм;
опорного узла в месте прикрепления зеркала к механизму
вращения. Этот узел должен обладать свойством равной жестко¬
сти во всех точках закрепления к нему чаши с тем, чтобы при
одинаковых опорных усилиях или усилиях, имеющих линейный
закон изменения, опорные узлы находились в одной плоскости;
узлов опирания ног опоры, поддерживающей облучающие и
переоблучающие устройства.
Расчет от сил собственного веса
при вращении чаши по углу места
Выверка поверхности антенны обычно производится при гори¬
зонтальном положении большого зеркала, поэтому примем это
положение за начальное, и отсчеты искажения будут вычислять¬
ся в зависимости от этой теоретической формы.
217
Обозначим силу от собственного веса, приведенную к сосредо¬
точенной в узле пересечения t-й радиальной и &-й кольцевой ферм
через P°lk. Тогда при вращении зеркала по углу места на угол а
(рис. 165, а) компоненты этой силы на направление фокальной
оси Pfik и в перпендикулярном ему направлении Pllk будут равны:
= (3.95)
P'ft = Pysina. (3.96)
При a = n/2 P/ft =0 и зеркало после снятия сил веса, действо¬
вавшего при выверке в фокальном направлении, искажается по
а)
f
I) в) г) (6*1)
Рис. 165. Схема для расчета
а — изменение компонентов при вращении
зеркала по углу места; б —искажение по¬
верхности зеркала при положении на го¬
ризонт от симметричных нагрузок; в—то
же, от кососимметричных воздействий;
г — суммарные искажения от симметрич¬
ных и кососимметричных сил; б —смеще¬
ние центра зеркал относительно оси вра¬
щения
схеме, изображенной на рис. 165,6; одновременно с этим силы
Р\к вызовут искажение поверхности зеркала (рис. 165,в).
Сумма этих двух искажений и характеризует новое положение
поверхности, схематически изображенное на рис. 165, г. При
этом центр отражающей поверхности сместится на значения
AZ0, ДУо и Дао, как это указано на рис. 165, д, и смещение точек
поверхности зеркала будет отличным от указанного на рис.
165,г. Можно приблизить фокус зеркала к теоретическому поло¬
жению путем поворота его на угол Дао, но при этом останутся
невыправленными отклонения, указанные на рис. 165, д (AZo=O,
а Дг/о~О).
Рассмотрим отдельно способы определения усилий и дефор¬
маций от Pltk и Pflk.
Если принять за известные отклонения в фокальном и в двух
к нему перпендикулярных направлениях при положении зеркала
218
на горизонт (а = л/2) Дх';', Д У'^, то при произвольных
значениях угла а значения эти будут равны
= (3-97)
A^A = A^sina; (3-98)
= Azf-‘ sin a. (3.99)
Индексы f и t означают, что
можно принять одновременно в
правой и левой частях этих урав¬
нений или f, или t, т. е. вычислять
отклонения от одной из компо¬
нентов сил [см. формулы (3.95),
(3.96)].
Усилия от симметрично при¬
ложенных сил Pfik =POk при оди¬
наковых сечениях ферм могут
быть найдены из 2 т уравнений
(т — число колец в каждой по¬
верхности) вида (3.100) и (3.101),
Рис. 166. Схема работы силового кар¬
каса зеркала от действия симмет¬
ричных сил
а — радиальная ферма в меридиональном
разрезе; б — обозначения усилий от дей¬
ствия распорок на радиальные фермы
в которых неизвестными являются усилия от реакции распорок
по параболической поверхности
= 2Xpnt sin — (3.100)
п
и по наружной поверхности
(3.100а)
Схема конструкции и обозначения приведены на рис. 166.
Для большей точности подсчета необходимо силы приклады¬
вать как в верхних, так и в нижних узлах.
Общее выражение совместности деформации радиальной
фермы и кольца в произвольной k-й точке верхней поверхности
дано в (3.101), а для точки k' в нижней поверхности в (3.102):
PG. + Х2 + • • • 4-Х* 6кк + • • • + Xm +
+ RG 5А1' + *2 6к2- + • • • + Х'к &кк' Ч \-Х'т +
+ + АМ + • • •+ Дм + • • •+ А*т] +
219
+ [ди + ди'+ !■ д*/-г
+д 1 —
km J 2nEFk
(3.101)
[X' 6ft4 + X' дк,2 4 И Х’к дк,к 4 1- х'т 6ft,m] 4-
+ [-*1 + *2 бл-2' 4 Ь Xfe 6к.к, 4 \-Хт 4-
4- [ДГ1 4- ДГ2 4 4Aft,fe 4 И Afe,m] 4-
4- [Дл'1' + дл'2' 4 г А^, 4 h д*-т-] ~ • (3.102)
В значениях б и Д, входящих в уравнения (3.101) и (3.102),
первый индекс указывает местоположение точки, для которой
ищется перемещение, а второй указывает на местоположение
единичной силы, от которой находится перемещение:
= = S ‘Vy|fipfy ; (3-ЮЗ)
= (З.Ю4)
1 Е'Г у
где Nyk—безразмерное усилие в 1/-м элементе фермы от силы
_ Х=1, приложенной в точке k\
Nyp — безразмерное усилие в у-м элементе фермы от силы
Х=1, приложенной в точке р;
ly, Fy — длина и площадь у-го элемента;
Nykp—усилие в у-м элементе от силы Рл, приложенной в
точке k.
Найдя значения коэффициентов по формулам (3.103) и
(3.104) и решив систему линейных уравнений (3.101) и (3.102),
находим значения неизвестных Хь Х2, ..., Хл, ..., Хт; Х[, Х2,..
Хк,..., Хт и значения радиальных смещений:
(3.105)
(3.106)
Смещения соответствующих узлов относительно оси 0Y (см.
рис. 165, д) можно найти, если рассматривать одну радиальную
ферму, нагруженную соответствующими силами Р и Р' и найден¬
ными значениями неизвестных X. Деформации от составляю¬
щей силы могут быть найдены по формулам:
Az2 4- А*2 = А/'2; Ах = Ar cos <р; At/ = Ar sin <р. (3.107)
220
В тех случаях, когда кроме сил собственного веса и распре¬
деленных полярно-симметрично нагрузок от веса отражающей
поверхности прикладываются сосредоточенные силы от опирания
конструкции, поддерживающей облучающие устройства, кольце¬
вые фермы в зоне опирания делаются более мощными, нежели
удаленные от этих точек. В этом случае количество неизвестных
увеличивается обычно до — = — и для решения использу-
4 2
ются выражения (3.101) и (3.102). При учете перераспределения
усилий с помощью кольцевых ферм, имеющих переменную жест¬
кость, используются дополнительные уравнения. В этом случае
число неизвестных увеличивается на — и общее число равно
Зтл
Усилия от кососимметрично приложенных сил Р*(к =POk при
одинаковых сечениях ферм и соответствующих элементов могут
быть определены исходя из решения системы линейных уравне¬
ний, где неизвестными являются:
нормальные усилия в распорках — 2 неизвестных (по двум
4
плоскостям);
нормальные усилия в раскосах 2-2 неизвестных;
поперечные силы в кольцевых балках неизвестных;
4
7тп
всего — неизвестных.
4
При п=24 и т= 16 количество уравнений для больших зеркал
(диаметром до 100 м) достигает порядка =672. Для умень-
4
шения числа неизвестных объединяют панели путем группировки
нескольких смежных радиальных и кольцевых ферм и соответст¬
венно увеличивая площади входящих в них элементов и узловые
нагрузки. При этом изменяется геометрия элементов, что не¬
сколько отражается на точности расчета. При двойном уменьше¬
нии числа радиальных и кольцевых ферм количество неизвестных
уменьшается до — = 168, что весьма существенно, если решать
2*2
полную систему таких уравнений.
Для упрощения при распределенной нагрузке можно силу
Р(ок (3-96). в свою очередь, разложить, как это указано на рис.
167, на две составляющие: первую
=Pok sin Ф = Pok sin « sin Ф.
действующую в плоскости кольца, и вторую
=Pok C0S Ф = Pok Sin « C0S Ф.
(3.108)
(3.109)
221
Nk
Р ok
л
cos —
п
D
Рис. 167. Схема разложения
СИЛ Рокг
а —общая схема; б — эпюра силы
^ofcsin Ф; в — эпюра силы P^cos ф
действующую в плоско-
сти радиальной фермы.
Эти силы находятся
также в плоскости коль¬
ца.
От силы РфаЛ'„ воз¬
никают усилия в распор¬
ках и фермах, значения
которых могут быть оп¬
ределены статически при
условии, если кольца и
фермы в плоскости коль¬
ца соединены между со¬
бой шарнирно.
Рассматривая равно¬
весие одного квадранта,
как это указано на рис.
167,6, можно найти уси¬
лие в £-й распорке по
формуле
sin <рЛ + sin
+
2л "
+ *1п(ф«+2^)+-^-
(3.110)
При этом к составляющей Р^ф силы, действующей на ради¬
альную ферму (3.109), добавляется усилие
дРф«АФ = рок (cos % + sin Ф* tg + 2AZfe+1 sin y » (3-111)
и общая сила, действующая в плоскости радиальной фермы, бу¬
дет равна
Поскольку силы Рф(Хйф2 (3.112) лежат в плоскостях соответ¬
ствующих радиальных ферм, то их нормальные составляющие к
222
оси фермы вызывают преимущественное напряжение в элементах
фермы и их действие равнозначно действию М и Q в сплошно-
стенчатой балке. Скатная составляющая вызывает преимущест¬
венно нормальные силы, существенно менее влияющие на напря¬
женное состояние и деформации.
Изменение направления осей раскоса от плоскости одной из
смежных панелей при п> 12 малосущественно, и поэтому влияние
подкосов на деформации от действия сил, приложенных в плос¬
кости радиальной фермы, также мало. Вследствие этого в первом
приближении при распределенной кососимметричной нагрузке
можно пренебречь статической неопределимостью всего диска и
решать отдельно каждую радиальную ферму от действия сил,
вычисленных по формуле (3.112).
В результате такого решения могут быть определены значе¬
ния смещений в направлении фокуса и радиуса, как в обычных
фермах. Если структура последних статически неопределима или
условия опирания в центральном узле требуют учета условий за¬
крепления, то предварительно раскрывается статическая неопре¬
делимость данной фермы.
Учет отклонений узлов радиальных ферм в направлении, пер¬
пендикулярном плоскости фермы, ведется с использованием ус¬
ловия (3.110) и того, что точки симметрии, находящиеся в вер¬
тикальной плоскости, не имеют горизонтальных смещений.
При действии в узлах сосредоточенных сил такой прием не¬
применим, и в общем виде следует решать указанные ранее си¬
стемы уравнений, но для уменьшения числа неизвестных надо ис¬
пользовать свойства симметрии и кососимметрии.
Для параболических зеркал при диаметре до 128 м, работаю¬
щих в диапазоне радиоволн с Х>10 см, применялся прием опре¬
деления деформаций от распределенных сил, приведенный в
[166].
Закономерности изменения линейных деформаций Д/ в на¬
правлении фокуса параболы Дг, радиуса и угловой деформации
Да зависят от соотношения геометрических параметров и схемы
чаши.
На основе приближенных формул можно показать, что сим¬
метричную и кососимметричные деформации можно уменьшить
следующим образом.
1. Симметричная деформация может быть уменьшена путем
придания поверхности предварительного искажения, равного по¬
ловине максимального значения. В этом случае
ДГ _ Д/макс . Д_' —Аймаке fill‘d
п/пмакс g ’ л макс — 2 * (0.110)
Даже эта часть симметричной деформации может быть умень¬
шена путем смещения положения фокуса таким образом, чтобы
он соответствовал положению нового параболоида, отклонения
от которого искаженной поверхности были бы минимальными.
223
Установление величины отклонения фокуса связано с отыскани¬
ем аппроксимирующей параболической поверхности в соответст¬
вии с видом действительного отклонения поверхности от перво¬
начальной параболы.
В общем виде отклонение можно представить в виде ряда
Ду = Д/2Л/(-^у, (3.114)
где Ду—составляющая искажения по оси Оу (в направлении
фокуса);
A f— максимальное значение этой составляющей в пери¬
ферийной точке;
2Л/=1. (3.115)
В формулах (3.114) и (3.115) значения коэффициентов Aj и
показатель степени j зависят от схемы, соотношения жесткостей
и характера приложения нагрузок.
Для выяснения влияния различных членов ряда ниже рас¬
смотрено раздельное влияние каждого члена ряда при /=1, 2, 3,
4. При этом значение Aj каждый раз принималось равным еди¬
нице.
Исследования автора показали, что если отклонения от пара¬
болы имеют вид
Ау = А/ (-у j7 = Д/ту или = т/, (3.114а)
то отклонения ААу новой параболы, проведенной через точки с
координатами 0 (0, 0) п' (г—Ar, f+Af) и п"(—r+Ar, f+Af), на¬
ходящиеся на искаженной поверхности, равны по отношению к
ней
ААу = Уновой параб (l/старой параб "Ь ^У) (3. 116)
и могут быть определены по формуле
^т)2 [2Л*(тИ— 1)- 1] т)', (З.И7)
где A f = А ух=г— по формуле (3.114);
/—степень, характеризующая в уравнении
(3.114) кривую прогиба;
т] = безразмерная координата;
г
На графике рис. 168 показано сравнение безразмерного зна¬
чения , определенного по формуле (3.114а), с безразмерным
значением , определенным по формуле (3.117) при значе¬
ниях /= 1, 2, 3, 4 в зависимости от т].
224
ний последних величин с учетом плотности облучения — т) (1—0,9 т|2) (5), а также этих величин для
ЛЬ у
значений —- (/', 2', 3') при /=1, 2, 3 и 4.
15—44
225
Как видно из этих кривых, максимальные значения отклоне¬
ний могут быть существенно уменьшены.
Если учитывать удельное значение площади, то в полярно¬
симметричной системе следует сравнивать влияние на эффектив¬
ность облучения имеет следующий вид: и —, а значения
(3.118)
Отношение ординат соответственно в кривых 1 и 2 и /' и 2',
как это следует из уравнений (3.114а), (3.117) и (3.118), не из¬
меняется
(3.119)
но эффективность антенны в первом приближении характеризу¬
ется отношением площадей, ограниченных кривыми / и 2 и 2',
3 и 3' и т. д. и осью т), и изменения этих площадей не подобны:
(3.120)
Облучение поверхности зеркала обычно неравномерно, и плот¬
ность облучения имеет следующий вид.
П, = П.(1-М«П,(1-0,9^
или
1-0,9^, (3.121)
Ио
где По — плотность облучения в центре зеркала;
П/— плотность облучения в рассматриваемой точке, харак¬
теризуемой 0 > т) > 1;
k, j—коэффициенты, зависящие от конструкции облучающе¬
го или приемного устройства.
На графике для j=l (рис. 168) показана не только величина
отклонений Ау (кривые 1 и /'), но и их значения с учетом удель¬
ного веса площади (кривые 2 и 2'); формулы (3.118), а также
веса площади и плотности облучения, принятого по приближен¬
ной формуле (3.121) (кривые 3 и 3')
При настоящем рассмотрении новая парабола проводилась
через центр и крайние точки симметрично искаженной поверхно¬
сти (т. е. через точки с т)о=—1,0; +1).
В общем случае можно провести параболу через центр (т] = 0)
и точка с—1<т)0<1 и найти такое значение т)о, при котором ор-
226
Рис. 169. Схема влияния
искажений на эффектив¬
ность работы зеркала
а — схема
ти волны
рерхности параболоида на ве¬
личину у\ С
ния амплитуды 7 в зависимости
от деформации зеркала; в— схе¬
ма влияния плотности облуче¬
ния поверхности зеркала; г —
схема изменения площади в по¬
лярно.симметричном парабо¬
лоиде
изменения длины пу-
при отклонении по-
б—величина измене-
о)
\ I- r I
1
динаты ДДу уменьшатся и
может быть достигнуто
дальнейшее увеличение эф¬
фективности антенны. В об- &<>,
щем виде принимаемая Suh—
энергия пропорциональна
квадрату амплитуды Л, вол¬
ны. Рассмотрим случай, ког¬
да в фокус собирается энер¬
гия от идеальной поверхно¬
сти при максимальном зна¬
чении амплитуды (рис.
169, а — сплошной линией,
на рис. 169, б соответствует
значению Ло). В этом слу¬
чае энергия, собираемая по
всей поверхности будет
равна:
ArAeC0S2ir^C0sal
&y(l+Cosa)
A-
Эо = [ [kA^dF^ f [U0]2По(1 -knq)dF =
F F
= *2^П0 f (1-Лпт>04Р = ^Л2По[Р-Лп h'rMn] =
F F
_ SMJ По [F - -5^- j = TV [ 1 - , (3.122)
где k — постоянный размерный коэффициент, характеризую¬
щий мощность сигнала;
До— максимальное значение амплитуды радиоволны;
По— плотность облучения в центре зеркала;
F= л г2— площадь раскрыва зеркала;
£п. 1— коэффициенты, зависящие от конструкции облуча¬
ющего или приемного устройства.
Если рассматриваемая точка поверхности исказится, то волна
ст нее придет со смещением фазы на величину Ду (l+cosa), что
указано на рис. 169,6, и амплитуда волны с длиной Л изменится
и будет равна
15*
227
At
= Ao cos
Ду (1 + cos a) I
X ]•
(3.123)
Количество энергии, поступающей в приемное устройство от
всей поверхности зеркала при приеме ее извне (или количество
одновременно излучаемой энергии в плоскости раскрыва зер¬
кала), может быть определено по формуле
X cos8 [ 2л Ау (1. + cosa) ] п0 (1 — kn ny) dF =
=*2 А1 л0 J cos8 [ 2л Ay(1+cosg) ] (1 - МО dF.
(3.124)
Коэффициент, характеризующий эффективность зеркала при
заданном характере искажений, неизменном положении фокуса,
но с учетом плотности распределения по закону (3.121), опреде¬
ляется по формуле
Ду (1 + cos a) j
fen 1
я(у +2) J
(3.125)
Из приведенной формулы следует, что максимальное значение
т]э= 1 возможно при Ду=0, т. е. в том случае, когда поверхность
зеркала имеет строго геометрическую форму.
Уменьшение значения &у достигается ранее описанным спосо¬
бом — отысканием аппроксимирующей параболической поверх¬
ности, у которой, благодаря смещению фокуса, уменьшатся зна¬
чения Ку -* ДДу -> мин.
Этот способ изложен в работах [90, 166, 167, 171].
2. Кососимметричная часть деформации может быть умень¬
шена путем вращения зеркала в направлении, обратном дефор¬
мации. При этом в зависимости от характера искажения поверх¬
ности устанавливается угол поворота зеркала в сторону, обрат¬
ную угловому смещению [90, 109, 116, 166, 167, 171].
Приближенно можно считать, что, если известно значение
Дп = Д/ sin ал 4- Дг cos а„, (3.126)
то при совмещении искаженного края зеркала с теоретическим
положением необходимо повернуть его на угол
Да~дПСО5 («л-_«!>) (3.127)
Kr8 + (d + f)8
Обозначения даны на рис. 170. Точка 0 является центром вра¬
щения зеркала по углу места.
228
Можно для уменьшения отклонений искаженную поверх¬
ность зеркала вращать на угол, несколько бблыпий, нежели Да.
В этом случае совместятся точки с 4о< 1 и аналогично тому, как
это рассматривалось при симметричном искажении, значение ко¬
эффициента т]э может быть увеличено. Вследствие кососимметрии
изменение положения фокуса не может улучшить значения коэф-
Рис. 170. Схема для определения значения угла Да
а — геометрические данные; б — схема искажений: 1 — теоре¬
тическая форма параболы; 2 — кососимметрично искаженная
парабола; 3 — искажение параболы после ее поворота на
угол Да (3.127)
фициента т)э, так как в левой и правой частях параболы (рис.
170, б) необходимо для аппроксимирующих парабол смещать фо¬
кус в разные стороны: для правой F\ и для левой Гг частей пара¬
болы, в чем легко убедиться, рассматривая характер искажения
поверхности в правой и левой частях.
Используя обозначения, приведенные для формулы (3.117),
запишем отклонения от искаженной параболы, повернутой на
угол Да по отношению к теоретической
= 4(1 + 2^)(п/-1-т1Г1). (3.128)
Здесь т)о соответствует точке зеркала, которая совмещается с
теоретической кривой путем его поворота. При этом, если вра-
229
4-2
Рис. 171. Значения
Л у ДД у
— и при значениях т]о=О,7; 0,8; 0,9 и I и / = 2, 3, 4
Д/ Д/
Рис. 172. Зависимость между площадью или диаметром параболического зер¬
кала и отклонениями его поверхности
1 — среднеквадратичные деформации от сил собственного веса, ветра, точности конструк-,
ций, с учетом строительного подъема и соответствующего недоворота зеркала на угол Да •
2 — то же, но при автоматическом регулировании поверхности; 3 —то же, что /, но без
учета погрешностей при выверке; 4 — среднеквадратичное отклонение при изготовлении
и выверке поверхности; 5 — среднеквадратическое отклонение при автоматической регу¬
лировке поверхности. Точки показывают данные релейных радиотелескопов
230
щение происходит через начало координат, то значение угла по¬
ворота определяется по формуле
Ап
Д<4« 0 г :, (3.129)
где — угол с касательной в точке т)о;
—Угол хорды в точке т]ох.
На рис. 171 приведены значения и для / = 2 -3,4 при
значениях 1)о=1; 0,9; 0,8; 0,7 и k— — =0,4, из которых видна це-
го
лесообразность использования этого приема.
На рис. 172 приведена зависимость между диаметром радио¬
телескопа параболического типа и значением среднеквадратич¬
ной величины искажения зеркала; характеризующего возмож¬
ность использования радиотелескопа для работы в диапазоне ра¬
диоволн л.
Указанные на рис. 172 значения достигнуты в практике. Бла¬
годаря имеющимся исследованиям1, возможно дальнейшее рас¬
ширение области использования больших радиотелескопов для
работы в более коротком диапазоне радиоволн, нежели это ука¬
зано на рис. 172.
Некоторые вопросы влияния температуры на искажение зер¬
кальных систем рассмотрены в работах [166, 196, 197].
1 Направления этих исследований заключаются в выборе таких парамет¬
ров жесткости [см. (3.14)], при которых искаженная форма зеракала всемер
но приближалась по форме к новому параболоиду вращения. При этом долж¬
но применяться положение фокуса параболоида, так как смещается положе¬
ние облучающих устройств.
В разработке этого способа большая заслуга принадлежит В. С. Поляку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аистов Н. Н., Васильев Б. Д. и др. История строительной тех¬
ники. Госстройиздат 1962.
2. А и а и ь е в И. В. Справочник по расчету собственных колебаний уп¬
ругих систем. Гостехнадзор, 1946.
3. Анапольская Л. Е., Протопопов И. Г. О результатах внед¬
рения анеморумбометра М-63 на сети метеорологических станций «Метеоро¬
логия и гидрология», № 8, 1968.
4. Антенна диаметром 150 фут. Ingineering News-Record, 4258, № 37—38,
сент. 1950.
5. Б а р ш т е й н М. П. Динамический расчет высоких сооружений ци¬
линдрической формы. В сб.: «Исследования по динамике сооружений». Гос¬
стройиздат, 1957.
6. Б а р ш т е й н М. П. Воздействие ветра на высокие сооружения. «Строи¬
тельная механика и расчет сооружений», 1959, № 1.
7. Б а р ш т е й н М. Ф. Воздействие нерегулярной волны на сквозные ин¬
женерные сооружения. «Строительная механика и расчет сооружений»,
1964, № 1.
8. Б а р ш т е й н М. Ф. Динамический расчет мачт и башен на действие
ветра. «Строительная механика и расчет сооружений», 1967, № 4.
9. Бувье. Заметки о давлениях ветра, принятых при расчете мачт боль¬
шой высоты. Annaly Ly Paris, 1950, № 11.
10. Б ёер В. Техническая метеорология. Гидрометеорологическое изда¬
тельство, 1966.
11. Безухов Н. И. Динамика сооружений (в примерах и задачах).
Стройиздат, 1947.
12. Беляев Б. И. Новые правила изготовления, монтажа и проектиро¬
вания стальных конструкций. «Промышленное строительство», 1963, № 5.
13. Бернштейн С. А. Избранные труды по строительной механике.
Госстройиздат, 1960.
14. Б л а н ж а н. Действие ветра на сооружения L’ossature Metallique,
1949, № 2 (пер. ОНТИ ПСК № 5001, 1952 г.).
15. Блюмина Л. X., Захаров Ю. Г. Колебания тел в воздушном
потоке. В сб.: «Исследования по динамике сооружений». Госстройиздат, 1957.
16. Богомолов А. Ф., Попереченко Б. А. Высокоэффективные
параболические антенны для космической связи и радиоастрономии. «Изве¬
стия вузов СССР — Радиоэлектронника», т. 13, № 4, 1970.
17. Большие управляемые радиоантенны — климатология и аэродина¬
мика (Сборник докладов). Труды Нью-Йоркской академии наук, 116, ч. 1,
июнь 1964.
18. Брауде 3. И. Вопросы определения несущей способности сталь¬
ных конструкций, подвергшихся коррозии «Инженерно-физический журнал»,
т. № 5, 1959.
19. Бургсдорф В. В. Сооружения и эксплуатация линий электропе¬
редачи в сильногололедных районах. Госэнергоиздат, 1947.
20. Б у р г с д о р ф В. В., М у р е т о в Н. С. Расчетные климатические
условия для высоковольтных линий передачи, т. 1. Гололедные нагрузки воз¬
душных линий электропередачи в СССР. Труды ВНИИЭ, вып. 10. Госэнер¬
гоиздат, 1960.
21. Б устин Я. Стальная конструкция радиотрансляционной мачты. Ин-
женирске Ставби (ЧССР), К» 6, 1961.
22. Б у г а е в В. А., П о п о в а Т. П., Ш а т а л о в В. А. Структура об¬
лачности в центре циклона по фотографиям с космического корабля «Союз-4».
«Метеорология и гидрология», № 13, 1970.
23. Валента О. Легкие мачты из арматурной стали. Инженирске Став¬
би (ЧССР), № 2, 1958.
24. В анке Й. Давление ветра на решетчатые мачты и результаты опы¬
тов в аэродинамической трубе. Инженирске Ставби (ЧССР), № 3, 1963.
25. Вантовая конструкция, несущая радиотелескоп. Экспресс-информация
232
из опыта строительства за рубежом, № 15, 1963 (Из жури. «Engineering News
Record». 1963. 170, № 2, р. 22).
26. В а х у р к и н В. М. Предварительное напряжение стальных конст¬
рукций. «Экономия металла при применении стальных конструкций». Госстрой-
издат, 1958.
27. Величайшая Европейская антенная (воздушная) система. Iron si Steel
(Чугун и сталь) 17 дек. 1964, 37, № 14.
28. Виткевич В. В., Калачев П. Д. Радиотелескопы 1. Основы
конструкции крестообразного диапазонного радиотелескопа ФИАН. Труды
физического института им. П. Н. Лебедева, т. 28, 1965.
29. Виткевич В. В., Калачев П. Д. Радиотелескопы. 4. Возмож¬
ные пути создания крупных радиотелескопов. Труды физического института
им. П. Н. Лебедева, т. 28, 1965.
30. В и т к е в и ч В. В., К а л а ч е в П. Д. Радиотелескопы. 5. Параболи¬
ческий рефлектор с экранами. Труды физического института им. П. Н. Лебе¬
дева, т. 28, 1965.
31. Вольмир А. С. Устойчивость упругих систем. Физматгиз, 1963.
32. В о р ж и ш е в В. Действительные усилия в предварительно напря¬
женных мачтах электропередачи. Инженирске Ставби (ЧССР), № 7, 1964.
33. В о р о н ц о в П. А. Профили основных метеорологических элементов
в пограничном слое атмосферы. Труды Главной геофизической обсерватории,
вып. 63 (165). Гидрометеоиздат, 1956.
34. Г е н р ы х И. Приближенный расчет строительных конструкций, за¬
груженных ударной волной. Инженирске Ставби (ЧССР), № 11, 1962.
35. Г е р у н и П. М. Вопросы расчета сферических двухзеркальных ан¬
тенн. Радиотехника и электроника, т. 9, вып. 1, 1964.
36. Гигантский радиотелескоп радиусом 870 фут. Civil Engineering,
№ 4179, окт. 1960.
37. Гигантский радиотелескоп в Виргинии (D=91,4 лс). Civil Engineering,
№ 1. 1963.
38. Д в о р ж и к Ф. Монтаж телевизионного передатчика «Морава». Ин¬
женирске Ставби (ЧССР), № 10 и 11, 1959.
39. Д е н и с е, Pope. Строительство в Нансей (департамент Шер) са¬
мого большого в мире радиотелескопа, предназначенного для Парижской
обсерватории. Приложение к ежегоднику технического института по строи¬
тельству и общественным работам, № 169 (январь 1962). Франция.
40. Д р о з д о в О. А., Р у д н е в а А. В. К вопросу об изменении ин¬
тенсивности отложения гололеда на проводах с высотой. Труды Главной гео¬
физической обсерватории, вып. 57 (119), 1956.
41. Дривинг Л. Я. Устойчивость мачт на оттяжках. Стройиздат, 1964.
42. Д у к е л ь с к и й А. И. Подвесные канатные дороги. МОГИЗ, 1951.
43. Ефремович Л. А., Соколов А. Г. Исследование и методика
расчета анкера-плиты. В сб.: «Материалы по стальным конструкциям». Проект-
стальконструкция, № 1. Госстройиздат, 1957.
44. Жуков А. Действие ветра на мачты треугольного сечения. «L’assatu-
re metallique», № 11, 1950 (Перевод № 16433 Всесоюзной торговой палаты,
1955).
45. S a m m е t. Rohrkonstruktionen im Stahlbau. Fachbanshverlag, Leipzig,
1959.
46. 3 и л и т и н к e в и ч С. С., Остроумов Б. В. Об оценке ветровых
нагрузок на высотные сооружения. «Метеорология и гидрология», 1967, № 6.
47. 3 и л и т и н к е в и ч С. С. Динамика пограничного слоя атмосферы.
Гидрометеорологическое издательство. Л., 1970.
48. 3 в е р е в Н. И. Штормовой ветер на юге европейской части СССР
9—14 ноября 1952. «Метеорология и гидрология», 1953, № 6.
49. Испытание тросов нового моста через Рейн в Роденкирхене — Кёльн.
Stahlbau, 24, НЛ 12, 1955.
50. К а л а ч е в П. Д. Радиотелескопы. 6. Проблемы создания парабо¬
лической антенны высокой разрежающей способности. Труды физического ин¬
ститута им. П. Н. Лебедева, т. 28, 1965.
233
51. Калачев П. Д., Сало мо нов ич А. Е. Радиотелескопы. 9. О по¬
вышении эффективной площади антенны радиотелескопа за счет уменьшения
рассеяния в тягах. Труды физического института им. П. Н. Лебедева, т. 28,
1965.
52. Калачев П. Д. Радиотелескопы. 16. Упругие деформации парабо¬
лического рефлектора радиотелескопа Р. Т — 22 ФИАН от нагрузки собст¬
венного веса конструкции. Труды физического института им. П. Н. Лебедева,
т. 28, 1965.
53. Калачев П. Д. Радиотелескопы. 17. Упругие деформации пара¬
болического рефлектора на четырехопорной подвеске от собственного веса
конструкции при вертикальном положении (кососимметричное нагружение).
Труды физического института им. П. Н. Лебедева, т. 28, 1965.
54. Карнаухов Н. В. Прочность и устойчивость стержневых систем.
Стройиздат, 1949.
55. Кауцкий 3. Падение предварительного напряжения из-за сколь¬
жения проволок в анкере. Инженирске Ставби (ЧССР), № 5, 1963.
56. Кауцкий 3. К расчету потерь напряжений постепенным натяже¬
нием кабелей. Инженирске Ставби (ЧССР), № 9, 1964.
57. Кеб бель Э. К. Об устойчивости внецентренно сжатых алюминие¬
вых стержней. «Строительная механика и расчет сооружений», 1969, № 4.
58. К и к и н А. И., ВолчанскийР. А., ХаразьянВ. Г. Стальная
телевизионная опора башенного типа высотой 525 м. Известия вузов, М.,
ВССО СССР «Строительство и архитектура», № 12, 1968.
59. К н о б л о к В. К статическому расчету фундаментов под мачтовые
опоры. Инженирске Ставби (ЧССР), № 1, 1961.
60. Ковел ьм ан Г. М. Возможности высотного строительства. В сб.:
«Материалы по вопросам проектирования, изготовления и монтажа сталь¬
ных конструкций», вып. 7, 1940.
61. Ковельман Г. М. Развитие сварки в промышленном строитель¬
стве. Стройиздат, 1948.
62. Ковельман Г. М. Творчество почетного академика инженера Вла¬
димира Григорьевича Шухова. Госстройиздат, 1963.
63. К о з а к И. Статика одинарного троса, при отвесном загружении.
Инженирске Ставби (ЧССР), № 4, 1965.
64. К о р о б о в В. М. Определение податливости узлов мачт, установлен¬
ных на нескольких ярусах оттяжек. В сб.: «Материалы по металлическим кон¬
струкциям», № 7. Госстройиздат, 1962.
65. Корчинский И. Л. Сейсмические нагрузки на здания и соору¬
жения. Госстройиздат, 1959.
66. Котляр Е. Ф. Стальные радиомачты. Стройиздат, 1941.
67. Котляр Е. Ф Алюминий в строительстве за рубежом. Госстройиз¬
дат, 1958.
68. Крхов И., Червенко В. Потери предварительно напрягающего
усилия в анкерной муфте. Инженирске Ставби (ЧССР), № 11, 1964.
69. К р х о в И. Производственный контроль предварительно напрягаю¬
щего усилия. Инженирске Ставби (ЧССР), № 5, 1965.
70. К р ю к о в К. П. и др. Конструкции и расчет опор линий электропе¬
редачи. «Энергия», 1964.
71. Кузнецов Б. Я. Лобовое сопротивление тросов, проволок, тен¬
деров и авиационных лент. ЦАГИ, в. 37, 1931.
72. Кузнецов Б. Я. Аэродинамические исследования цилиндров, ЦАГИ,
в. 98, 1931.
73. Л е в и т а н с к и й И. В. Исследование прочности сварных трубчатых
соединений стальных и из сплава АМрб. Изв. вузов, № 2, 1962.
74. Л е в и т а н с к и й И. В. Особенности работы узлов легких трубча¬
тых ферм из алюминиевого сплава. «Строительное проектирование промыш¬
ленных предприятий». Техн информ., № 3, 1961.
75. Лейтес С. Д. Устойчивость сжатых стальных стержней. Госстрой¬
издат, 1954.
234
76. Л е й т е с С. Д. Об устойчивости неразрезного стержня на упругих
опорах. «Стр. мех. и расчет сооружений», 1962, № 3.
77. Лейте с С. Д. Устойчивость сжатых стержней, жесткость которых
изменяется по степенному закону. В сб.: «Материалы по стальным конструк¬
циям», № 6. Госстройиздат, 1962.
78. Л е с с и г Е. Н., Л и л е е в А. Ф., Соколов А. Г. Металлические
листовые конструкции. Стройиздат, 1970.
79. Л и л е е в А. Ф. Общее решение и расчет упругих нитей на упругих
опорах. В сб.: «Материалы по металлическим конструкциям», № 7. Госстрой¬
издат, 1962.
80. Л и л е е в А. Ф., С е л е з н е в а Е. Н. Методы расчета пространст¬
венных вантовых систем. Стройиздат, 1964.
81. Лихтарников Я. М. Экономика стальных конструкций. Госстрой¬
издат УССР, 1962.
82. Ложкин Б. Г. Пути стандартизации стальных конструкций. «Во¬
просы применения стальных конструкций в строительстве». Госстройиздат,
1953.
83. М а к а р о в Е. В. Применение вертолетов на строительно-монтажных
работах. «Промышленное строительство», 1964, № 2.
84. Малинин Б. Н. Антенные устройства радиорелейных линий тропо¬
сферной связи. Центр, институт научной информации Госстроя СССР, се¬
рия VII, вып. 10/18, 1969.
85. Мел ан Е. (Вена) Расчет мачт. Der Baningenier, № 11, 1960.
86. М е л ь н и к о в Н. П. Проблемы экономики стали в стальных конст¬
рукциях промышленных зданий, сооружений и мостов. В сб.: «Материалы по
стальным конструкциям». Проектстальконструкция, 1957.
87. М е л ь н и к о в Н. П. Развитие металлических конструкций. Строй¬
издат, 1965.
88. Металлические конструкции. Состояние и перспективы развития.
Сборник под ред. Н. С. Стрелецкого. Госстройиздат, 1961.
89. Металлические конструкции. Сборник № 43 МИСИ, посвященный се¬
мидесятилетию Н. С. Стрелецкого. Гос. научн. изд. литер, по горному делу,
1962.
90. Металлические конструкции. Работа школы профессора Н. С. Стре¬
лецкого. Стройиздат, 1966.
91. Морозов Е. П. Оптимальные углы наклона раскосов решетчатых
стволов мачт. «Стр. мех и расчет сооруж.», 1969, Хе 4.
92. М о р о з о в Е. П. Конструктивные решения опор радиорелейных ли¬
ний прямой видимости. Центральный институт научной информации Госстроя
СССР, серия VII, вып. 10/18, 1969.
93. Миндлина И. М. Выносливость механических деталей мачтовых
сооружений. Центр, институт научн. информ. Госстроя СССР, серия VII, сб.
2/10, 1969
94. Муретов Н. С. Гололедные образования на воздушных линиях
связи электропередачи. Гидрометеоиздат, 1945.
95. Настоящее и будущее телескопов умеренного размера. Сборник ста¬
тей. ИИЛ, I960.
96. Н е х а е в Г. А. К вопросу о статическом расчете гибких нитей с боль¬
шими прогибами. Тезисы к докладам научно-технич. конференции Тульского
политехнического института. Горно-геологическая секция, 1964.
97. Никитин Н. В. Динамический расчет высокой башни. «Строитель¬
ная механика и расчет сооружений», 1964, № 3.
98. Облегченные несущие металлические конструкции. Под ред. А. Г. Со¬
колова. Госстройиздат, 1963.
99. О радарном устройстве с радиопрозрачным укрытием Engineering
News-Record, февр. 25. 1960.
100. Орленко Л. Р. Прикладные вопросы теории пограничного слоя
атмосферы. Гидрометеоиздат, 1967.
101. Отставное В. А. Обзор стандартов на ветровые нагрузки, при¬
нятые в разных странах. АСиА СССР, 1963.
235
102. 50 лет радио. Сборник под ред. А. Д. Фортушенко. Гос. изд. литер,
по вопросам связи и радио, 1945.
103. Первый германский радиотелескоп. Der Baningenier, № 3, 1957.
104. Перельмутер А. В. Основы расчета вантово-стержневых систем.
Стройиздат, 1969.
105. Переметов Б. В., Зенькович А. Н. Монтаж вентиляционных
алюминиевых труб. «Промышленное строительство», 1963, № 9.
106. Петров А. М. Усиление сварных швов в конструкциях, находя¬
щихся под нагрузкой. «Промышленное строительство, 1963, № 8.
107. Пирнер М. Динамические воздействия ветра на плоские конструк¬
ции. Инженирске Ставби (ЧССР), Кв 2, 1963.
108. По крас А. М. Антенные устройства зарубежных линий через ис¬
кусственные спутники земли. Связьиздат, 1965.
109. Поляк В. С. Начальные апертурные искажения полноповоротных
параболических зеркальных систем. Информ рефер. сб. Центр, инет, информ.
Госстроя СССР, серия VII, вып. 10/18, 1969.
110. Постройка самой высокой в мире радиомачты. Welding Engineer, 39,
№ 9, 1954.
111. Поярков С. Г. Аэродинамика вращающихся параболоидных от¬
ражателей в приложении к расчету установок на прочность. Изв. АН СССР,
ОТН № 8, 1950.
112. Правила технической эксплуатации радиорелейных линий связи.
Связьиздат, 1962.
113. Правила техники безопасности при сооружении и эксплуатации ра¬
диопредприятий. Связьиздат, 1965.
114. Прандтель. Гидроаэромеханика. Изд. инстр. литер., 1951.
115. Приложение к журналу «Civil Engineers» Journal of the structural
(Статьи 1700, 1707, 1709, 1710, 1616), т. 84, 4 июля 1959.
116. Проектирование металлических конструкций, серия VII, вып. 10/18,
под общей редакцией А. Г. Соколова. Центр, ин-т информ. Госстроя СССР,
1969.
117. Прокофьев В. И. О действительной несущей способности мон¬
тажных тросов и их соединений. «Строительная промышленность», 1956, № 7.
118. Псурцев Н. Д. Развитие связи в СССР 1917—1967 гг. Связь.
1967.
119. Р а б а с Э. Стальные тросы в строительных конструкциях. Инженирс¬
ке Ставби (ЧССР), 1962, Кв 10.
120. Р а б а с Э. Возможности закрепления концов стальных тросов и при¬
меняемые способы. Инженирске Ставби (ЧССР), Кг 10, 1962.
121. Радиотелескоп диаметром 250 футов. The Journal of the Institute of
navigation, январь, 1956, Лондон.
122. P а б и н о в и ч И. M., С и н и ц ы н А. П. Основы динамического рас¬
чета сооружений на действие кратковременных мгновенных сил. Военно-ин¬
женерная академия, ч. I, 1952, ч. II, 1958.
123. Расчет и конструирование больших управляемых антенн для связи
с ИЗС, радиоастрономии и радиолокации. Сборник перевода НИИПриборо-
строения Гос. публ. научно-техн, библиотеки СССР 1672 17/67, пер. 67/68489,
ИФ 4542—67. Источник: British IEE Conference Publication, London, 1966,
June 6—8.
124. Реттеp Э. M. Ветровая нагрузка на сооружения. ОНТИ, 1936.
125. Ржаницын А. Р. О некоторых свойствах области устойчивого со¬
стояния равновесия. «Строительная механика и расчет сооружений», 1964,
№ 1.
126. Ржаницын А. Р. Развитие в СССР вероятностных методов рас¬
чета сооружений. «Строительная механика и расчет сооружений», 1967, № 4.
127. Рубинштейн Г. И. Расчет мачт и графический расчет оттяжек
методом заданных деформаций. Техническая информация. ГСПИ Мин. связи,
вып. I, 1961.
128. С а в и ц к и й Г. А. Антенные сооружения. Связьиздат, 1947.
129. Савицкий Г А. Основы расчета радиомачт. Связьиздат, 1953.
236
130. Савицкий Г. А. Антенные устройства. Связьиздат, 1961.
131. Савицкий Г. А. К вопросу устойчивости мачты с оттяжками
«Строительная механика и расчет сооружений», 1964, № 5.
132. Сейсмичность и возможность прогнозирования землетрясений. «Зем¬
ля и Вселенная», 1967, № 6.
133. Селезнева Е. Н. Динамика мачт при ветре. В сб.: «Материалы по
металлическим конструкциям», № 7. Госстройиздат, 1962.
134. Селезнева Е. Н. Строительство телевизионных опор за рубежом
Обзор по вопросам проектирования металлических конструкций. Центр, ин-г
научн. информации Госстроя СССР, № 1, 1969.
135. Селезнева Е. Н. Динамика мачт с жестким стволом. В сб.: «Ма¬
териалы по стальным конструкциям», № 6. Госстройиздат, 1962.
136. СНиП П-А. 10-62. Строительные конструкции и основание. Основные
положения проектирования. Госстройиздат, 1962.
137. СНиП П-А.11-62. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.
Госстройиздат, 1962.
138. СНиП П-А. 12-69. Строительство в сейсмических районах. Нормы про¬
ектирования. Госстройиздат, 1970.
139. СНиП П-В.3-62*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. Гос¬
стройиздат, 1970.
140. СНиП III-B.5-62. Металлические конструкции. Правила изготовле¬
ния, монтажа и проекта. Госстройиздат, 1963.
141. СНиП III-E.1-62. Сооружения связи, радиовещания и телевидения
Общие положения организации строительства и приемка в эксплуатацию
Госстройиздат, 1963.
142. СНиП II-A.6-62. «Строительная климатология и геофизика». Гос¬
стройиздат, 1963.
143. СНиП П-В.5-64. Алюминиевые конструкции. Нормы проектирования
Госстройиздат, 1963.
144. Соломатина И. И. Расчет интенсивности обледенения проводов
на высотах по наземным данным. Труды Главной геофизической обсерватории,
вып. 57 (119). Гидрометеоиздат, 1956.
145. Сорокин Е. С. Внутреннее трение в материалах и конструкциях
с нелинейной упругой характеристикой. В сб.: «Строительная механика и рас¬
чет сооружений», 1964, № 4.
146. Смерчина М. Расчет горизонтально загруженных свай. Инженирс¬
ке Ставби (ЧССР), № 9, 1960.
147. Соколов А. Г. Радиобашни обтекаемого типа. «Бюллетень строи¬
тельной техники», 1944, № 5, 6.
148. Соколов А. Г. Об1екаемые радиомачты из стандартных секций
«Строительная промышленность», 1945, № 7, 8.
149. Соколов А. Г. Опытное определение несущей способности анкер¬
ных фундаментов в лессовидных грунтах. «Бюллетень строительной техники»,
1960, № 5.
150. Соколов А. Г. Радиомачты с уменьшенной базой. «Бюллетень
строительной техники», 1950, № 21.
151. Соколов А. Г. Типовые башни для подвески антенн типа СГ
«Бюллетень строительной техники», 1951, № 14.
152. Соколов А. Г. Высотные сооружения типа магчт и башен. В сб.
«Вопросы применения стальных конструкций в строительстве. Госстройиз¬
дат, 1953.
153. Соколов А. Г. Отчет об аэродинамических испытаниях моделей
металлических конструкций мачт и башен. Информация, вып. ОСК 53/54—3,
1954, Проектстальконструкция, 1954.
154. Соколов А. Г. Выбор оптимального решения телевизионных опор
большой высоты. В сб.: «Материалы по стальным конструкциям», № 1. Про¬
ектстальконструкция. Госстройиздат, 1957.
155. Соколов А. Г. Пути экономии стали в стальных конструкциях
башенного и мачтового типов. В сб.: «Экономия металла при применении
стальных конструкций». Госстройиздат, 1958.
237
156. Соколов А. Г. Действительная работа фланцевых соединений.
В сб.: «Материалы по стальным конструкциям», № 2. Проектсталъконструк-
ция. Стройиздат, 1958.
157. Соколов А. Г. Краткий обзор состояния проектирования и строи¬
тельства башен и мачт в СССР и за рубежом. «Информация по стальным
конструкциям», № 3, 1958.
158. Соколов А. Г. Расчет мачт методом заданных эпюр моментов.
«Строительная механика и расчет сооружений», 1959, № 2.
159. Соколов А. Г. Об определении оптимального угла наклона оття¬
жек в мачтах. «Материалы по стальным конструкциям», № 4. Проектсталь-
конструкция. Госстройиздат, 1959.
160. Соколов А. Г. О предельном состоянии опор. В сб.: «Материалы
во стальным конструкциям, № 5». «Проектстальконструкция», Госстройиздат,
1959.
161. Соколов А. Г. Доклад на Международной конференции в Дрез¬
дене в 1959 г. «Общие вопросы сооружения опор». Труды конференции. Stahl-
bantagung Technischen Hochgehule Dresden, VEB Verlag fur Bauwesen, Ber¬
lin, 1959.
162. Соколов А. Г. Опоры линий передачи. Госстройиздат, 1962.
163. Соколов А. Г. Раздел «Опоры линий передач». «Справочник про¬
ектировщика. Металлические конструкции промышленных зданий и сооруже¬
ний». Госстройиздат, 1962.
164. Соколов А. Г. Использование метода подобия при проектирова¬
нии. Юбилейный сборник «Металлические конструкции», посвященный 75-ле¬
тию Н. С. Стрелецкого. Государственное научно-техническое издательство ли¬
тературы по горному делу, 1962.
165. Соколов А. Г. Приложение к диссертации «Эволюция, состояние
и перспективы развития металлических конструкций антенных устройств»,
1961—1963.
166. Соколов А. Г. Приложение к диссертации. «Металлические кон¬
струкции радиотелескопов», 1963.
167. Соколов А. Г. Металлические конструкции антенных устройств и
опор. Гипротис, 1964.
168. Соколов А. Г. Технико-экономические характеристики полнопово¬
ротных радиотелескопов. Металлические конструкции. Юбилейный сборник,
посвященный 80-летию Н. С. Стрелецкого. Стройиздат, 1966.
169. Соколов А. Г. Конструкции современных радиотелескопов. «Зем¬
ля и Вселенная», 1967, № 3.
170. Соколов А. Г. Современное состояние и перспективы развития
металлических конструкций антенных устройств. В сб.: «Материалы совеща¬
ния по металлоконструкциям». Стройиздат, 1967.
171. Соколов А. Г., Поляк В. С. Зеркальная система РТ-35У для
Международной системы спутниковой связи. Материалы симпозиума. Пльзень
(ЧССР), 1969.
172. Соколов А. Г. Законы веса башен. Труды университета Дружбы
народов им. Патриса Лумумбы, т. 34, вып. 5, 1968.
173. Соколов А. Г. Об уменьшении влияния искажения параболичес¬
ких зеркал. Проектирование металлических конструкций. Центральный инсти¬
тут научной информации по стр-ву и архитектуре, серия VII, вып. 10/18. 1969.
174. Стальные конструкции. Под общей редакцией Н. С. Стрелецкого. Гос¬
стройиздат, 1952.
175. Стр елецкий Н. С. Курс металлических конструкций, ч. 3. Строй¬
издат, 1944.
176. Стрелецкий Н. С. К вопросу о разрушении ферм под цикличес¬
кой нагрузкой. Изв. АН СССР. ОТН, № 2, 1946.
177. Стрелецкий Н. С. и др. Металлические конструкции. Госстрой¬
издат, 1961.
178. Стрелецкий Н. С. Исторический очерк развития металлических
конструкций. Госстройиздат, 1961.
179. Строительные конструкции с применением пластмасс за рубежом и
238
перспективы их применения в СССР. Сб. под ред. А. Б. Губенко. Госстрой-
издат, 1961.
180. Строительные конструкции из алюминиевых сплавов. Сб. под. ред.
С. В. Тарановского. Госстройиздат, 1962.
181. Сысоев В. М. Маятниковый гаситель колебаний сооружений ба¬
шенного типа. В сб.: «Исследования по динамике сооружений». Госстройиз¬
дат, 1957.
182. Телескопы. Сборник под ред. Дж. Койпера и Б. Миддлхёрст (пере¬
вод). ИИЛ, 1963.
183. Тер-Мкртчан А. Н. Приближенное решение некоторых задач
устойчивости стержней. Труды Тульского механического института, № 6, 1953.
184. Т и м о ш е н к о С. П. Устойчивость упругих систем. Гостехиздат,
1946.
185. Т о л с т о б р о в Г. М. О предварительном напряжении решетчатых
стволов башен. В сб.: «Материалы по металлическим конструкциям», вып. 12.
Госстройиздат, 1967.
186. Тонгле Ф. Давление ветра на мачты треугольного сечения. L’ossa-
ture Metallique. № 6, 1963.
187. Третий Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике.
Аннотация докладов. «Наука», 1958.
188. Трофимов В. И. Исследование устойчивости и несущей способно¬
сти металлических конструкций типа линий электропередачи. Госэнергоиздат,
1963.
189. Т v г е 11 F. G. Радиотелескоп под Wyre Tpoyb. Civil Engineering,
29 (1959) №11.
190. Указания по определению гололедных нагрузок СН 318—65. Строй-
нздат, 1966.
191. Указания по проектированию металлических конструкций сооруже¬
ний объектов связи СН 376-67. Стройиздат, 1968.
192. Указания по проектированию, изготовлению и монтажу строитель¬
ных конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях низких тем¬
ператур. СН 363-66.
193. Федяевский К. К, Белоцерковский С. М. Ветровые на¬
грузки, действующие на сооружения при шквалах ЦАГИ, Сб. № 5, 1954.
194. Чаша для изучения планет. Engineering News—Record, сент. 15,
1960, р. 42.
195. Цельнометаллическая телевизионная мачта высотой 530 м. Граждан¬
ское строительство, перевод с английского. Civil Engineering, № 9, 1962.
196. Шахбазян Ю. Л. Исследование термоупругой жесткости плоских
отражателей радиотелескопов. Известия Главной астрономической обсерва¬
тории, т. 23, вып. 3, № 172. Л., 1964.
197. Шахбазян Ю. Л. О точности отражающей поверхности парабо¬
лического зеркала радиотелескопа, подверженного солнечному нагреву. Из¬
вестия Главной астрономической обсерватории, т. 23, вып. 3, № 172, Л., 1964.
198. Шкловский И. С. Множественность обитаемых миров и пробле¬
ма установления контактов между ними. «Наука и жизнь», 1965, № 1.
199. Шмульский Л. Н. О методах натяжения и контроля величины
усилий в оттяжках мачтовых сооружений. Центральный ин-т научн. инф. Гос¬
строя СССР, № 10/18, 1969.
200. Шофлер Л. В. Особенности работы системы подвески антенного
полотна при гололеде. Там же.
201. X а н ж е н к о в В. М. Аэродинамическое сопротивление трубчатых
ферм. Труды ЦАГИ, вып. 131, 1955.
202. Ханженков В. М. Ветровая защита открытых спортивных арен.
В сб.: «Промышленная аэродинамика», № 12. Оборонгиз, 1959.
203. X и м а ч Н. А. Отложение льда из переохлажденных облаков и ту¬
манов. Труды Главной геофизической обсерватории, № 57 (119), 1956.
204. Цветаев А. А., Романо^ Ю. И. Двусторонняя поворотная ан¬
тенна. Доклады научн. техн. конф. МЭЦ 1967.
205. Хайкин С. Э., Кайдановский Н. Л. Новый радиотелескоп
высокой разрешающей силы. «Приборы и техника экспериментов», 1959, № 2.
239
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава I. Общие положения
§ 1. Исторический обзор 5
§ 2. Современные виды антенных устройств и их классификация ... 40
§ 3. Требования, предъявляемые к металлическим конструкциям антен¬
ных устройств 45
§ 4. Особенности силовых возведений на антенные устройства ... 48
§ 5. Применяемые материалы и сортамент 80
Глава II. Конструктивные решения
§ 6. Проволочные антенны 82
§ 7. Опоры 96
§ 8. Системы и отражающие поверхности 131
§ 9. Вращающиеся и перемещающиеся антенные устройства .... 138
§ 10. Перевозные антенные устройства 174
Глава III. Приемы расчета
§ 11. Нити 177
§ 12. Опоры 188
§ 13. Системы и отражающие поверхности 207
§ 14. Вращающиеся и перемещающиеся устройства 211
Литература 232
Соколов Александр Георгиевич
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ
* ♦ ♦
Стройиздат
Москва, К-31, Кузнецкий мост, д. 9
♦ ♦ *
Редактор издательства Э. М. Осипова
Внешнее оформление художника И. Е. С а й к о
Технический редактор К. Е. Тархова
Корректор Е. Н. Кудрявцева
Сдано в набор 6/1-1971 г. Подписано к печати 15/VII-1971 г. Т-12509
Бумага 60X90l/i6 — 7,5 бум. л. 15 печ. л. (уч.-изд. 14,61 л.) Тираж 3500 экз.
Изд. № AVI—748 Зак. 44. Цена 88 коп.
Владимирская типография Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Гор. Владимир, ул. Победы, д. 18-6