Strefy huraganów NESC C2 o dużym obciążeniu wiatrem: kontrola grubości ścian i głębokości osadzenia dla stożkowych słupów stalowych rurowych
Strukturalne wyzwanie stref huraganów dla amerykańskich linii przesyłowych
Południowo-wschodnie regiony Stanów Zjednoczonych, wybrzeże Zatoki Meksykańskiej i wybrzeża Atlantyku co roku stają w obliczu bezpośredniego zagrożenia ze strony huraganów. Ekstremalne prędkości wiatru powodowane przez huragany mogą spowodować katastrofalne uszkodzenia stalowych słupów przekładni:Obciążenia wiatrem przewodów i przewodów uziemiających mnożą się wykładniczo,korpus słupa wytrzymuje ogromne poprzeczne momenty zginające, IFundamenty poddawane są zarówno działaniu sił unoszących, jak i wywracających.
Wszystkie poważne katastrofy, takie jak huragan Katrina (2005), huragan Harvey (2017) i huragan Ian (2022), spowodowały powszechne zawalenia się wież transmisyjnych. Wydarzenia te skłoniły amerykańskie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i organy regulacyjne do ciągłego ulepszania standardów projektowania linii przesyłowych w regionach narażonych na huragany.
Do słupów rurowych stożkowych od 69 kV do 230 kV,grubość ścianki i głębokość zakotwieniato dwa podstawowe parametry określające odporność na wiatr. W tym artykule w sposób systematyczny przedstawiono wymagania dotyczące obciążenia i kontroli parametrów przy projektowaniu słupów w strefie huraganu, w oparciu o przepisy NESC i normy projektowe ASCE/SEI 48-19.
Ramy wymagań dotyczących obciążenia w strefie huraganu NESC
TheKrajowy kodeks bezpieczeństwa elektrycznego (NESC, ANSI C2)to obowiązkowy podstawowy standard projektowania napowietrznych linii przesyłowych w USA. NESC dzieli kraj na trzy okręgi obciążone warunkami pogodowymi:CIĘŻKI,ŚREDNI, IŚWIATŁO. W przypadku stref huraganów obowiązuje przede wszystkim LIGHT Loading District:
Źródło: Tabela NESC 250-1
Cały stan Floryda należy do dzielnicy LIGHT Loading District, dla której należy zaprojektować infrastrukturę powietrznąWiatr o prędkości 60 mil na godzinę (ciśnienie wiatru 9 psf) + temperatura 30°F. Z kolei Pensylwania znajduje się w dystrykcie HEAVY Loading, wymagającym projektu uwzględniającego lód o grubości 0,5 cala i wiatr o prędkości 40 mil na godzinę.
Zasada NESC 250C (ekstremalne obciążenie wiatrem)to kolejny krytyczny wymóg dotyczący projektowania stref huraganów: przekraczanie konstrukcji60 stóp (18,3 m)wysokości, wraz z podpartymi urządzeniami, muszą być zaprojektowane na ekstremalne obciążenia wiatrem w oparciu o podstawowe prędkości wiatru podane w NESC Rysunek 250-2 (90 do 170 mil na godzinę, 3-sekundowy podmuch, w zależności od lokalizacji).
Współczynniki obciążenia dla konstrukcji stalowychw ramach konstrukcji klasy B NESC są określone w następujący sposób:
Klasa B reprezentuje najwyższy margines bezpieczeństwa w NESC, wymagany w przypadku, gdy słupy podtrzymują przęsła przecinające autostrady, linie kolejowe i żeglowne drogi wodne o ograniczonym dostępie.
ASCE/SEI 48-19 Norma dotycząca projektowania konstrukcji i obliczanie obciążenia wiatrem
ASCE/SEI 48-19, Projektowanie stalowych konstrukcji słupów transmisyjnych, to specjalistyczna norma projektowa wydana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Budownictwa, zapewniająca jednolitą podstawę techniczną do projektowania, opracowywania szczegółów, wytwarzania, testowania, montażu i wznoszenia formowanych na zimno stożkowych konstrukcji stalowych z rurek.
W przypadku zastosowań w strefach huraganów norma ASCE/SEI 48-19 wymaga od projektantów uwzględnienia następujących kombinacji obciążeń NESC:
-
Zasada NESC 250B (załadunek okręgowy): Standardowa kombinacja ciśnienia wiatru 9 psf (bez lodu) dla dzielnicy LIGHT
-
Zasada NESC 250C (ekstremalny wiatr): Ekstremalne obciążenia wiatrem w oparciu o podstawowe prędkości wiatru z Rysunku 250-2, mające zastosowanie do konstrukcji o wysokości przekraczającej 60 stóp
-
Zasada NESC 250D (ekstremalny lód przy jednoczesnym wietrze): 100-letni okres zwrotu, ekstremalna kombinacja lodu i wiatru
Podręcznik ASCE 74, Wytyczne dotyczące obciążenia strukturalnego linii elektroenergetycznej, zawiera ponadto metody obliczania obciążenia oparte na niezawodności i służy jako wiarygodne odniesienie do analizy obciążenia wiatrem w strefie huraganu.
Inżynierskie obliczenia obciążenia wiatrem: Zasada 250C NESC stanowi, że ekstremalne ciśnienie wiatru oblicza się w następujący sposób:
Ciśnienie wiatru = 0,00256 × V² × kz × GRF × I × Cd × Przewidywany obszar
gdzie V to 3-sekundowa prędkość porywu wiatru z rysunku 250-2 (90–170 mil na godzinę), kz to współczynnik narażenia na ciśnienie prędkości (0,92–1,40), a GRF to współczynnik reakcji na podmuch.
Kontrola parametrów grubości ściany dla stref huraganów
Biuletyn RUS 1724E-224 określa minimalną grubość metalu nieszlachetnego dla elementów wież ze stali ocynkowanej:
-
Główni członkowie narożnika: ≥3/16 cala (4,76 mm)
-
Inni członkowie: ≥1/8 cala (3,18 mm)
W strefach huraganów projektanci zazwyczaj znajdują się dalejzwiększyć grubość ścianki tyłkaaby uwzględnić maksymalny moment naziemny wynikający z kombinacji obciążeń NESC. Konkretną grubość ścianki czołowej należy określić na podstawie momentu od podłoża obliczonego na podstawie przypadków obciążeń NESC, zapewniając, że współczynnik naprężeń nie przekracza 1,0.
Zwężana konstrukcja słupa: Linie w strefie huraganu są najlepiej obsługiwane przezstożkowe słupkiktóre różnią się grubością ścianki i średnicą przekroju na wysokości słupa, wzmacniając część dolniczą przy zachowaniu odpowiedniej sztywności górnej. W przypadku wielosekcyjnych konstrukcji pasowanych na wcisk należy zwrócić szczególną uwagę na weryfikację lokalnego wyboczenia w strefie połączenia (zwykle długość połączenia ≥24 cali/610 mm).
Kontrola parametrów głębokości osadzenia dla stref huraganów
Głębokość osadzenia słupów stalowych do bezpośredniego osadzenia to kolejny kluczowy parametr przy projektowaniu stref huraganów. Poprzeczne obciążenia wiatrem wywołane huraganem przenoszone są bezpośrednio na sekcję osadzoną, co wymaga wystarczającej głębokości osadzenia, aby zapewnić boczny opór uziemienia.
Zasady projektowania głębokości osadzenia:
1. Określ głębokość osadzenia na podstawie momentu linii podłoża
Głębokość osadzenia musi być wystarczająca, aby wytrzymać moment i ścinanie od podłoża. Projektanci powinni obliczyć kombinacje obciążeń zgodnie z Zasadą 250B NESC (ciśnienie wiatru 9 psf) i Zasadą 250C (ekstremalny wiatr), biorąc pod uwagęwartość kopertyw celu określenia wymaganej głębokości zakotwienia.
2. Typowy zakres głębokości osadzenia
W przypadku stożkowych słupów stalowych 69 kV–230 kV typowa głębokość osadzenia wynosi10%–15%wysokości słupa. Dla słupa o długości 70 stóp odpowiada to w przybliżeniu7–10,5 stopyosadzania.
3. Względy stanu gleby
Obliczenia głębokości osadzenia muszą uwzględniać rodzaj gruntu i nośność. Może być wymagana miękka gleba lub obszary wypełnieniawiększą głębokość osadzenia lub dodanie płyt nośnych fundamentówaby zapewnić odpowiedni opór boczny.
4. Wymagania dotyczące linii mrozu
Chociaż strefy huraganów to głównie klimat tropikalny, w niektórych regionach (takich jak wybrzeże środkowego Atlantyku) nadal występuje sezonowa penetracja mrozu. Osadzona sekcja powinna się wydłużyćponiżej linii mrozulub należy zastosować niewrażliwe na mróz materiały zasypowe (np. tłuczeń kamienny, piasek/żwir).
Cynkowanie Ochrona przed korozją i zagadnienia związane ze strefą huraganu
Strefy huraganów często pokrywają się zśrodowiska przybrzeżne o wysokiej zawartości soli, nakładając rygorystyczne wymagania dotyczące ochrony przed korozją dla słupów stalowych:
-
Standard cynkowania:ASTM A123, zKlasa 100 (100μm)grubość powłoki zalecana dla środowisk przybrzeżnych
-
Dodatkowa ochrona sekcji wbudowanej:Powłoka bitumiczna lub zabezpieczenie rękawa termokurczliwegozaleca się układanie na warstwie ocynkowanej
Podsumowanie kluczowych parametrów
Wniosek
Projekt konstrukcyjny stożkowych słupów rurowych stalowych 69 kV–230 kV w strefach huraganów musi ściśle spełniaćNESC C2wymagania dotyczące obciążenia iASCE/SEI 48-19metodyki projektowania konstrukcji. Od ciśnienia wiatru o wartości 9 psf w dzielnicy LIGHT po ekstremalne prędkości wiatru do 300 km/h na Rys. 250-2, od współczynnika obciążenia wiatrem wynoszącego 2,50 do minimalnego progu grubości ściany wynoszącego 3/16 cala oraz od wymagań dotyczących głębokości osadzenia od 10% do 15% — każdy parametr ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo konstrukcji w warunkach huraganu.
W przypadku dostawców planujących udział w przetargach na projekty przesyłowe w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych, na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej lub w regionach przybrzeżnych Atlantyku, wyraźnie określając„Zgodny z NESC Light Loading District”,„Konstrukcja ekstremalnie wietrzna zgodna z zasadą NESC 250C”,„Projekt ASCE/SEI 48-19”, a pełna tabela parametrów grubości ścianki i głębokości zakotwienia w propozycjach technicznych jest podstawą do ustalenia wiarygodności technicznej.
- Firma:Futao Metal Structural Unit Co., Ltd.
- Oficjalna strona internetowa:
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!