Strefa obciążenia ciężkim lodem: Przewodnik do projektowania konstrukcji i weryfikacji obciążenia dla słupków przenośnych ze stali o napięciu 69 kV ≈ 230 kV
Wyzwanie strukturalne związane z ciężkimi strefami lodowymi dla linii przesyłowych w USA
Górne części Środkowego Zachodu, Północny Wschód i Alaska każdego zimowego miesiąca stają w obliczu poważnego ryzyka gromadzenia się lodu.Burza lodowa w styczniu 1998 r. w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych, która spowodowała rozległe załamanie się wieży przesyłowej i awarie linii, pozostaje podręcznikiem dla branży.Wpływ akumulacji lodu na stalowe słupy przesyłowe wykracza daleko poza zwiększone obciążenia pionowe:Zwiększa to powierzchnię wystawioną na wiatr przewodów i przewodów naziemnych., mnożąc poprzeczne obciążenia wiatrem;nierównomierne rozlewanie lodu i galopgenerują znaczące długotrwałe nierównoważone napięcia w sąsiednich przedziałach; bardziej krytycznie,połączone występowanie obciążeń lodowych i wiatrowychnakłada na konstrukcje słupkowe wymagania dotyczące wytrzymałości znacznie większe niż w przypadku konwencjonalnych scenariuszy projektowania.
W przypadku słupów stalowych rurowych o napięciu od 69 kV do 230 kV weryfikacja obciążenia jest kluczowa dla zapewnienia integralności konstrukcji w strefach o dużym poziomie lodu.W tym artykule systematycznie przedstawiono wymagania dotyczące obciążenia i kryteria wyboru konstrukcji dla konstrukcji słupów w obszarach o dużym poziomie lodu, oparte na przepisach NESC i standardach projektowych ASCE/SEI 48-19.
NESC Wymogi dotyczące obciążeń w strefie ciężkiego lodu i klasyfikacja dzielnicy
W sprawieKrajowy Kodeks Bezpieczeństwa Elektrycznego (NESC, ANSI C2)jest obowiązkowym podstawowym standardem projektowania linii przesyłowych powietrznych w USA.NESC dzieli kraj na trzy okręgi pogodowe.:
Źródło: tabela 250-1 NESC
W okręgu ciężkich ładunków, na przykład w Pensylwanii, urządzenia lotnicze muszą być zaprojektowane do:0.5 cali lodu radialnego + 40 mph wiatru + 0 ° F temperatura.
Czynniki obciążenia konstrukcji stalowychw klasie B NESC Konstrukcja jest określona w następujący sposób::
Ekstremalne obciążenie lodemjest kolejnym kluczowym wymogiem projektowania stref o dużym poziomie lodu: obiekty muszą wytrzymaćminimalne promieniowe obciążenie lodem o długości 1,25 cala (31,8 mm), o gęstości lodu57 pcf (około 913 kg/m3), temperatura 0°F, i prędkość wiatru 0 mphNiektóre państwa i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej przyjęły jeszcze bardziej rygorystyczne standardy wewnętrzne.
Standardy projektowania konstrukcyjnego ASCE/SEI 48-19
ASCE/SEI 48-19, Projektowanie konstrukcji stalowych biegów przesyłowych, jest specjalistycznym standardem projektowania wydanym przez American Society of Civil Engineers, zapewniającym jednolitą podstawę techniczną do projektowania, szczegółowego opracowywania, produkcji, testowania, montażu,i budowy konstrukcji stalowych rurowatych z kształtami kuchennymi, utworzonych na zimnoNorma ma zastosowanie zarówno do samonośnych konstrukcji, jak i do konstrukcji z przewodami, obejmujących różne typy fundamentów, w tym betonowe klatki, stalowe stosy i bezpośrednie osadzanie.
W przypadku zastosowań w strefach o dużym poziomie lodu norma ASCE/SEI 48-19 wymaga od projektantów uwzględnienia następujących kombinacji obciążeń:
-
Reguła NESC 250B (załadunek okręgowy): standardowa kombinacja obciążeń lodowych i wiatrowych
-
Reguła NESC 250C (wyjątkowy wiatr): ma zastosowanie wyłącznie do konstrukcji o wysokości przekraczającej 18,3 m
-
Reguła NESC 250D (ekstremalny lód z równoległym wiatrem): 100-letni okres zwrotu ekstremalny obciążenie lodem i wiatrem
Wskazówka ASCE 74, Wytyczne dotyczące obciążeń strukturalnych linii przesyłowych elektrycznych,dodatkowo dostarcza metodologii obliczania obciążenia opartych na niezawodności i służy jako wiarygodne odniesienie do analizy obciążenia stref o dużym poziomie lodu,.
Wybór materiału i grubości ściany dla słupków stalowych
Wybór klasy stali
W przypadku zastosowań w obszarach o dużym poziomie lodu,ASTM Gr50 (minimalna wytrzymałość wytrzymałości 345 MPa) lub Gr65 (minimalna wytrzymałość wytrzymałości 448 MPa)Zalecana jest stal o wysokiej wytrzymałościGr65 zapewnia większą przepustowość przy tej samej grubości ściany, pomagając kontrolować ogólną wagę słupów i koszty transportu.
Wymagania dotyczące grubości ścian
RUS Bulletin 1724E-224 nakazuje minimalną grubość metalu podstawowego dla elementów wieży stalowej:
-
Główni członkowie rogu: ≥3/16 cala (4,76 mm)
-
Pozostali członkowie: ≥1/8 cala (3,18 mm)
W obszarach z gęstym lodem projektanci zazwyczajzwiększyć grubość ścian pośladkóww celu uwzględnienia maksymalnego momentu linii ziemi wynikającego z kombinacji obciążeń NESCSpecyficzna grubość ściany tyłu musi być określona w oparciu o moment linii bazowej obliczony z zastosowań obciążenia NESC, zapewniając, że współczynnik naprężenia nie przekracza 1.0.
Koniczny wzór słupka
Najlepiej obsługiwane są linie zlokalizowane w obszarach o dużym poziomie loduzębkowektóre zmieniają grubość ściany i średnicę sekcji wzdłuż wysokości słupka, wzmacniając sekcję tyłu przy zachowaniu odpowiedniej sztywności górnejW przypadku konstrukcji wielosekcyjnych urządzeń ślizgowych należy zwrócić szczególną uwagę na lokalną weryfikację zgięcia w strefie splice (zwykle ≥ 24 cali/610 mm długości zaangażowania).
Kluczowe parametry weryfikacji obciążenia
Następujące parametry mają kluczowe znaczenie dla weryfikacji obciążenia słupów stalowych o napięciu 69 kV/230 kV w strefach o dużym poziomie lodu:
Bezpośrednie wbudowanie i rozważania dotyczące projektowania fundamentów
W przypadku słupów stalowych z bezpośrednim osadzeniem w strefach o dużym poziomie lodu projektowanie fundamentów wymaga dodatkowej uwagi na:
1. Głębokość osadzania i boczny opór ziemi
Zwiększone obciążenia boczne z akumulacji lodu są przenoszone bezpośrednio na wbudowaną sekcję, co wymaga wystarczającej głębokości wbudowania, aby zapewnić boczny opór ziemi.Projektanci powinni obliczyć odcięcie linii ziemi i moment na podstawie kombinacji obciążeń NESC i określić faktyczną głębokość osadzania w zależności od rodzaju gleby..
2- Mroźne rozważania
Zbiory o dużym poziomie lodu często pokrywają się z sezonowym przepływem mrozu.poniżej linii mrozu, lub materiały wypełniające, które nie są wrażliwe na mróz (np. kruszony kamień, piasek/żwir), powinny być stosowane w celu zapobiegania podnoszeniu przez mróz.
3. Ochrona przed korozją wbudowanej sekcji
Wbudowana sekcja stoi w obliczu podwójnych wyzwań związanych z korozją gleby i cyklami zamarzania-roztopienia.powłoka bituminowa lub ochrona przed kurczeniem cieplnymnadASTM A123 klasa 100 (100 μm)powłoka ocynkowana na strefie osadzania.
Wniosek
Projekt konstrukcyjny słupów stalowych o napięciu 69 kV/230 kV w strefach o dużym poziomie lodu musi ściśle spełniać wymogiNESC C2wymagania dotyczące obciążenia orazASCE/SEI 48-19metodologii projektowania konstrukcji: od 0,5-calowych obszarowych obciążeń lodowych do 1,25-calowych skrajnych scenariuszy lodowych, od współczynnika obciążenia wiatrem 2,50 do minimalnego progu grubości ściany 3/16 cali,każdy parametr ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo konstrukcyjne w ekstremalnych warunkach zimowych.
W przypadku dostawców planujących uczestniczenie w przetargach na projekty przesyłowe w górnej części środkowego zachodu, północnym wschodzie lub na Alasce, wyraźnie określając¢ Zgodność z NESC Heavy Loading District ¢,Wymagania dotyczące:, a kompletna tabela parametrów weryfikacji obciążenia w wnioskach technicznych stanowi podstawę ustalenia wiarygodności technicznej.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!