Розрахунок міцності люка опор освітлення за EN 40-3-3: 12-гранні та круглі

Люк — не «вікно в стовбурі», а обов’язковий розрахунковий переріз. ДСТУ EN 40-3-3:2019 (EN 40-3-3:2013, IDT) у п. 5.1 вимагає перевірити нижній край оглядового отвору; для конічної опори — ще й верхній. Без редукції Zpn запас «цілого кільця» у металі не існує.

Кластер АЛІАС розведений навмисно. Клімат майданчика, W0, тип місцевості, Ch і збірку Wm дає захист опор освітлення від вітру за ДБН і ДСТУ EN 40. Стовбур, шість перерізів, φ1/φ2, Mu закритого профілю і прогин SLS — розрахунок граненних і конічних опор за ДСТУ EN 40-3-3:2019. Ця сторінка тримає лише зону отвору: φ3, Zpn, Zpy, взаємодію M+T на люку й посилення.

Нормативний контур люка

ДСТУ EN 40-3-3:2019 аналітично закриває замкнені круглі та правильні восьмигранні перерізи. Дванадцятигранник у формулах п. 5.6 немає. Для ОГК-12 завод рахує еквівалентний радіус, коефіцієнт форми й звіряє з FEA; розбіжність із аналітикою тримаємо до 4 %.

Характеристичні навантаження на рівень люка не виводять із W0 «напряму в трубу». M_Ed і T_Ed на низу отвору приходять зі стовбурової сторінки кластера після ДСТУ EN 40-3-1.

Геометрія, яку фіксують до розкрою

Робочий люк кластера: a = 400 мм, b = 300 мм, радіус кутів N = 50 мм (N ≤ b/2), центр отвору ≈ 1 200 мм від бази. Стовбур прикладу: H = 10 м, D бази = 320 мм, D верха = 160 мм, t = 5 мм, S355J2+N, fy = 355 МПа, E = 210 000 МПа.

Ширина 300 мм на діаметрі 320 мм — жорсткий виріз (b/D ≈ 0,94). Такий отвір показує метод і потребу в запасі; у серію його не ставлять без посилення або без звуження b.

γm за табл. 2 ДСТУ EN 40-3-3:2019 для сталі з e > 15 % дорівнює 1,05. Робочий бар’єр АЛІАС на низу люка після редукції Zpn — не менше 1,35; на державних об’єктах Prozorro тримаємо 1,40.

Цинк 85–150 мкм за ДСТУ EN ISO 1461:2024 у Zpn, Zpy і t не входить. Після ванни стінку «на цинк» не зменшують і не збільшують.

Формули неармованого люка (п. 5.6.2.2)

Ефективна довжина отвору:

L = a − 0,43N

Для типового люка L = 400 − 0,43×50 = 378,5 мм.

θ у стандарті — півкут світлого отвору. Повний центральний кут хорди b на середньому радіусі R:

2θ = 2 arcsin((b/2)/R)

Середній радіус круглої оболонки R = (D − t)/2. На конусі D беруть на відмітці перерізу, не з бази:

D(z) = D_бази − (D_бази − D_верха) × z / H

Нижній край люка при центрі 1 200 мм і a = 400 мм лежить близько z = 1 000 мм. Для стовбура 320→160 мм це D ≈ 304 мм і R ≈ 150 мм, не 160 мм. У робочому ряді кластера на люку залишено R = 160 мм як консервативне спрощення, узгоджене зі стовбуровою таблицею. Точний PDF конуса має два місцеві R: низ і верх отвору.

Підставляти градуси й радіани в одну клітинку Excel не можна: θ іде в sin/cos, L — у мм, fy — у Н/мм².

Редукція отвору на втрату стійкості стінки:

φ3 = (t² × E) / (t² × E + 0,07 × R × L × fy) ≤ φ1

φ4 = (t² × E) / (t² × E + 0,035 × R × L × fy) ≤ φ2

На робочому R = 160 мм, L = 378,5 мм, t = 5 мм, fy = 355 Н/мм², E = 210 000 Н/мм²: φ3 = 0,777; φ4 = 0,875.

φ₁ знімають із рис. 2 стандарту за параметром гнучкості

ε = (R / t) × √(fy / E)

Для R = 160 мм і t = 5 мм ε ≈ 1,31. Ставити φ₁ = 1,0 «як для типової ОГК» на цьому перерізі не можна: ε > 0,8. φ₃ на люку не замінюють на φ₁ замкненого кільця.

Пластичний модуль неармованого отвору (примітка до п. 5.6.2.2; коло та правильний октагон):

Zpn = 2 F R² t cos(θ/2) (1 − sin(θ/2))

Zpy = F R² t (1 + cos θ)

F = 2,0 для кола; F = 2,16 для правильного 8-гранника. Для 12-гранника стандарт F не нормує.

Момент і кручення опору отвору:

Mux = fy · g · φ₃ · Zpn · 10⁻³ / γm

Muy — те саме через Zpy. Tu — за формулою (6) стандарту з φ₄ і φ₅.

g = 1,0 для круглої оболонки. Для граненої стінки

g = (15 t / b₀)^0,6 ≤ 1,0

де b₀ — ширина грані.

Умова взаємодії п. 5.7:

Mx / Mux + My / Muy + Tp / Tu ≤ 1,0

Найгіршу вісь беруть, якщо кронштейн можна розвернути. «Ціле кільце» без Zpn у PDF для Prozorro не приймаємо.

Як завод адаптує 12-гранник

П. 5.6 не містить 12 граней. Робочий контур АЛІАС:

• R_eq від описаного/вписаного діаметра з урахуванням π/12;
• I₁₂ ≈ 0,96…0,97 I кола того ж R_eq;
• F ≈ 2,12 як проміжне між колом і октагоном;
• g рахують по фактичній грані b₀;
• аналітику обов’язково звіряють FEA, якщо b/D > 0,6, є два люки, підвіс СИП або H ≥ 12 м.

Грані працюють як слабкі ребра: локальна редукція φ₃ на отворі зазвичай менша, ніж у гладкій оболонці. Це не «бонус каталогу», а привід тримати люк вужчим і з радіусами N, а не різати гострий прямокутник.

Для грані b₀ ≈ 82 мм при D_eq = 320 мм і t = 5 мм

g = (15×5 / 82)^0,6 ≈ 0,94

g < 1 зрізає Mux, тому 12-гранник виграє лише якщо Zpn і φ₃ це компенсують. Без FEA «гранена завжди міцніша на 6 %» у тендер не пишемо.

Робочий ряд кластера: ОГК-10, Черкаси

Навантаження на люк уже зібрані на сторінці стовбура. Тут не перераховуємо q(z), Ce(z) і базу защемлення.

Це ті самі рядки, що в таблиці шести перерізів сусідньої статті. 12-гранна оболонка на низу отвору тримає близько +6 % за Mux. Кругла виграє в собівартості паркових стійок 3–5 м, не в зоні люка 10-метрової ОГК.

Верх конуса — не копія низу: діаметр менший, t та сама, M_Ed трохи нижчий, ослаблення лишається. Ігнорування верха дає +10…15 % напруги саме там, де низ «уже зійшовся».

Локальний SLS крайки не підміняють класом прогину вершини з табл. 4 ДСТУ EN 40-3-3. Орієнтир серії: δ_local < 3 мм на крайці при розрахунковому вітрі.

Осі. Якщо кронштейн фіксований — перевіряють робочу площину. Якщо кронштейн змінний або є ризик розвороту — беруть слабшу з осей n-n і y-y. Кручення від одностороннього рожка на люку менше, ніж біля вузла, але Tp = 0 ставити не можна.

Посилення: коли формули п. 5.6.2.2 вже мало

Неармований люк залишають, якщо взаємодія ≤ 1,0 і бар’єр 1,35 витримується. Інакше — п. 5.6.2.3.

• Тип 3 — зовнішні пластини, катети й довжина шва в межах стандарту. Коефіцієнт φ₆ > 1 лише після перерахунку Zpnr, не «плюс 15 % на око».
• Тип 5 — внутрішня труба (press-fit / вставка). У формули (6)–(7) підставляють tw, Rw; Zpn замінюють на Zpnr. Обіцяти ×1,45 без нового перерізу не можна.
• Звар посилення — окремий γm шва. HAZ біля крайки люка не маскують цинком.

Посилення, радіуси N, дренаж і вентканали закладають у карту розкрою до ванни. Вирізати або приварювати вставку на вже оцинкованому стовбурі — це новий виріб, не «доробка люка».

Практичне правило розкрою АЛІАС: тримати b/D ≤ 0,6 на серійній ОГК-8/10; N не менше 50 мм; не ставити два люки в одній третині висоти без моделі; не різати отвір по ребру 12-гранника «наполовину грані». Якщо b/D виходить як у навчальному ряді 0,94 — спочатку звужують дверцята або ставлять тип 5, потім цинкують.

П’ять пасток, через які PDF не сходиться з металом

1. Закрите кільце замість Zpn. Запас 2,5 «по трубі» зникає на низу люка.
2. φ₁ замість φ₃. На отворі працює саме φ₃, обмежений φ₁, а не φ₁ замкненого перерізу.
3. ε «як завжди < 0,8». При R/t ≈ 32 і S355 ε близько 1,3 — рис. 2 обов’язковий.
4. Конус перевірили лише знизу. Верх люка для конічної — окремий рядок п. 5.1.
5. 12 граней порахували як коло. Без R_eq, g по грані й FEA це не ДСТУ, а екстраполяція без межі похибки.

Окремо: випробування GFRP за тією ж EN 40-3-3 показують, що аналітика композиту розходиться з стендом. На сталь S355 цей факт не переносять коефіцієнтом «мінус 30 %». Для сталі ревізор — FEA й протокол заводу, не чужий GFRP-графік.

Що має бути в PDF люка для Prozorro

• посилання на ДСТУ EN 40-3-1 (навантаження) і ДСТУ EN 40-3-3 п. 5.1, 5.6.2.2 або 5.6.2.3, 5.7;
• a, b, N, відмітка центра, R або R_eq, t, fy, γm;
• L, ε, φ₁, φ₃, Zpn, Zpy, Mux, Muy, Tu;
• M_Ed і T_Ed саме на відмітці низу й, для конуса, верху;
• рядок взаємодії ≤ 1,0 і заводський бар’єр ≥ 1,35;
• тип посилення, якщо він є, з Zpnr і φ₆;
• пряма фраза: шар цинку в несучу здатність не входить;
• для 12-гранника — позначка «аналітика + FEA, розбіжність ≤ 4 %».

Неповний PDF, де люк «закритий» фразою «опора серії ОГК», для тендера не годиться.

Що конструктор надсилає на рядок люка: H, D бази й верха, t по поясах, a×b×N, відмітка центра, сторона рожка, виліт, вага світильника, місто або W0, чи кронштейн змінний. Без b і N завод не має права підписувати п. 5.6.2.2.

FAQ: міцність люка за ДСТУ EN 40-3-3:2019

Чи обов’язково рахувати люк окремо від стовбура?

Так. П. 5.1 прямо ставить нижній край отвору в список перерізів. Стовбур без редукції отвору показує запас, якого в металі немає.

Чи можна поставити φ₁ = 1,0 на люку?

Ні. На отворі діє φ₃. φ₁ обмежує φ₃ зверху й знімається з рис. 2 за ε. Для R/t ≈ 32 і S355 ε > 0,8.

Чи входить шар цинку в Zpn?

Ні. Рахують номінальну t до цинкування. ДСТУ EN ISO 1461:2024 нормує покриття, не додає модуль перерізу.

Чому 12-гранна на люку тримає більше за круглу?

У робочому ряді кластера Mux 88,4 проти 83,7 кН·м. Грані зменшують локальну редукцію й піднімають Zpn. Це екстраполяція плюс FEA, не пункт стандарту.

Чи завжди потрібне посилення типу 5?

Ні. Якщо взаємодія й бар’єр 1,35 сходяться на неармованому отворі — залишають п. 5.6.2.2. Тип 5 ставлять, коли b/D великий, є кручення від одностороннього кронштейна або конус не проходить по верху.

Чи замінює Excel перевірку верху конічного люка?

Ні. Верх — окремий рядок. Збіг низу не закриває п. 5.1 для конуса.

Висновок

ДСТУ EN 40-3-3:2019 перевіряє отвір як переріз, а не як люк з прайса. Формули п. 5.6.2.2 закривають коло й правильний 8-гранник; 12 граней ідуть через R_eq і FEA. Цинк у Zpn не входить. Робочий ряд ОГК-10 кластера АЛІАС на низу люка: Mux 83,7 / 88,4 кН·м, взаємодія 0,36 / 0,34, бар’єр після редукції не нижче 1,35.

Надішліть висоту, D бази й верха, t, a×b×N, виліт кронштейна й місто установки. Підготуємо рядок люка ULT/SLS так, щоб після гарячого цинкування отвір сходився з п. 5.7 і з картою розкрою.

Автор

Ярослав Домбровський, власник і директор ТОВ «АЛІАС УКРАЇНА», провідний фахівець. Понад 15 років практики гарячого цинкування за ДСТУ EN ISO 1461:2024, розрахунку та поставки граненних і конічних опор освітлення.