Les pinces de tension de type boulon- fonctionnent en saisissant le conducteur ou le fil de terre grâce à la force de serrage. Cette force de préhension provient de deux aspects :
① La force de frottement générée par la pression du bloc de compression à l'arrière de la pince et le frottement de la surface de l'arc formé par de nombreuses petites vagues ;
② La force de friction générée par la surface de l'arc sur la partie avant de la pince, qui peut également être considérée comme l'effet de friction produit par la pression verticale de plusieurs boulons en U-(2, 3, 4 ou 5 boulons selon la conception structurelle) et de la pince en forme de vague-pour fixer le conducteur. Ses avantages sont une structure simple, pas besoin de déconnecter le conducteur pour les pylônes non-terminaux pendant l'utilisation de la ligne, ce qui réduit les joints de ligne, facilite la construction et profite à l'exploitation sûre de la ligne.
Calcul de la tension des conducteurs
Selon le principe de fonctionnement des pinces de tension de type boulon-, la force de préhension de la pince repose sur le serrage de plusieurs boulons en U-pour comprimer le conducteur et générer une tension de queue, tout en générant une plus grande force de friction au niveau de la section d'arc avant pour saisir le conducteur. L'ampleur de la force de frottement sur la surface de l'arc dépend du coefficient de frottement et de l'angle compris par l'arc. La figure 3-7 montre le diagramme d'analyse de force de la pince de tension de type boulon et l'analyse des contraintes de la surface de l'arc de la pince.
Figure 3-7 Diagramme schématique de l'analyse de force pour la pince de tension de type boulon et diagramme d'analyse des contraintes de la surface de l'arc de serrage
(a) Intention d'analyse de force pour la pince de tension de type boulon - ; (b) Diagramme d'analyse des contraintes de la surface de l'arc de serrage
Comme le montre la Figure 3-7 (b), en prenant un micro-segment dl sur la pince comme corps isolé :
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
Puisque dθ est très petit, on peut prendre sin(dθ/2)≈dθ/2, et en négligeant l'infinitésimal du second-ordre dTsin(dθ/2), on obtientdN=Tdθ.
Aussi, puisquefdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), en prenant cos(dθ/2)≈1, on obtient fdN=dT, donc :
dN=Tdθ=dT/foufdθ=dT/T
Intégrer les deux côtés :
nous obtenonsln(T₁/T₂) =f, ce qui donne :
(3-1)
Où:
T₁- Tension du conducteur, N
T₂- Tension de queue de rainure, N
e- Base du logarithme népérien, e=2.718
f- Coefficient de frottement de glissement
- Angle d'arc, rad
D'après l'équation (3-1), on peut voir que l'augmentation de l'angle peut augmenter la force de frottement. Cependant, la contrainte de flexion supplémentaire sur le conducteur est inversement proportionnelle au rayon de courbure R. Pour éviter une contrainte supplémentaire excessive sur le conducteur à la sortie de la pince, le rayon de courbure de la pince doit être augmenté. Pour les pinces de tension ordinaires de type boulon, il existe une certaine limite à l'augmentation de l'angle d'arc et du rayon de courbure R ; une augmentation excessive entraînera des dimensions surdimensionnées, un poids excessif et un caractère peu pratique.
Pour surmonter le problème de la « certaine limite », la pratique générale consiste à réaliser la queue de la pince avec de petites rainures en forme de vague- (les vagues trop profondes ne conviennent pas aux conducteurs en aluminium renforcés d'acier - ACSR) et à utiliser des boulons en U-pour enfoncer le conducteur dans les rainures afin d'augmenter le frottement de la surface de l'arc. Cependant, comme le conducteur a une certaine rigidité (les conducteurs plus gros ont une plus grande rigidité), la flexion du conducteur nécessite une certaine pression. Par conséquent, la force de serrage de l'installation des boulons en U- doit d'abord vaincre la rigidité du conducteur. Une fois le conducteur pressé contre le fond de la rainure, la force restante peut être utilisée pour comprimer le conducteur (surtout, comprimer les brins d'aluminium). Souvent, en raison d'une force insuffisante comprimant le conducteur, le frottement de la surface de l'arc se produit principalement entre les brins d'aluminium et la pince, provoquant la rupture des brins d'aluminium et l'extraction du noyau en acier, formant ainsi un phénomène « d'extraction du noyau ». Par conséquent, la contrainte de compression de la surface de l’arc doit être prise en compte. Comme le montre la figure 3-7, la méthode de calcul est la suivante :
(3-2)
(3-3)
Où:
φ- Angle d'arc, rad
R- Rayon de courbure, m
q- Pression par unité de longueur, N/cm
τ- Force de friction par unité de longueur, N/cm
Selon les conditions d'équilibre des forces,ΣTᵧ = 0, alors:
On peut donc résoudre :
En remplacement de l'équation (3-3), la pression par unité de longueur L sur la surface de l'arc de la rainure est :
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-4)
Calcul de la pression de préhension du collier de serrage de type boulon-
Le but du calcul de la pression des boulons est de garantir une force de friction statique suffisante après l'installation du collier de serrage.
Pour filetage grossier M10 ~ M60, couple de serrageM=0.2pd(où p est la force de précharge du boulon, d est le diamètre nominal du boulon). Pour faciliter l'analyse de la force de précharge des boulons et garantir une précharge fiable, elle doit atteindre 50 % à 70 % de la limite de rendement du matériau. À ce stade, la force de précharge du boulon peut être déduite comme suit :
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
Pour faciliter l'analyse et l'estimation, supposons que la force de préhension du profil de rainure de la pince de tension sur le conducteur se compose de quatre pressions de boulon p₁, p₂, p₃, p₄, de trois petites forces de frottement en arc Δt₁, Δt₂, Δt₃ (comme indiqué sur la figure 3-8) et d'une grande force de frottement en arc ΔT.
Figure 3-8 Diagramme schématique de la répartition de la force dans le canal de câble d'une pince de tension de type boulon
Selon la théorie de la mécanique des matériaux, comprendre la disposition de deux écrous de boulon comme une structure de poutre simple (comme le montre la figure 3-9),
Figure 3-9 Poutre simplement supportée
et en supposant que la pression totale de deux écrous de boulon est p', que la déformation de la poutre est δ et que EJ est la résistance à la flexion, alors la pression totale de la poutre simple formée par deux écrous de boulon est :
p'= (48EJδ)/L³ (3-6)
La force p₁ utilisée pour comprimer le conducteur est :
p₁ = 2p - p' (3-7)
Si le coefficient de frottement entre la pince en acier et les torons en aluminium est f (généralement f=0.25), alors la force de frottement T₂ est :
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
À partir de l'équation (3-1), les formules de calcul de la force de frottement pour trois petits arcs sont :
La force de frottement des grands arcs ΔT est :
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
La force de préhension totale T de la pince est :
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
La force de rupture du conducteur peut être calculée par la formule suivante :
(3-11)
Où:
σAB- Contrainte de rupture des torons d'aluminium, N/mm²
σSB- Contrainte de rupture des torons d'acier, N/mm²
FA- Section transversale des torons en aluminium-, mm²
FS- Section transversale des torons d'acier-, mm²
Calcul de la contrainte du fil d'aluminium sur la surface de l'arc
Les contraintes sur le fil d'aluminium du conducteur sur la surface de l'arc comprennent la contrainte de compression transversale, la force de traction longitudinale et la contrainte de flexion, calculées par l'équation (3-1). La pression q par unité de longueur sur la surface de l’arc est :
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-12)
Où:
φ- Angle d'arc d'une grande surface d'arc, rad
R- Grand rayon d'arc, mm
La contrainte de compression σN par unité de surface sur le fil d'aluminium du conducteur sur la surface de l'arc, selon les principes de calcul mécanique des lignes aériennes :
σN = q/D (3-13)
Où:
D- Diamètre extérieur du conducteur, mm
q- Pression par unité de longueur sur la surface de l'arc, N/mm
La contrainte supplémentaire σ provoquée par la flexion du conducteur dans la poulie est :
σ=(3/8) × (d/D)EA=0.375(d/D)EA(3-14)
Selon la théorie de la mécanique des matériaux sur le calcul des contraintes bidimensionnelles-, la contrainte combinée σ_s est :
(3-15)
En fait, la contrainte de compression de surface de l’arc σ_N a peu d’effet sur la contrainte totale σ_s et peut être négligée.
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