منطقه بارگیری یخ سنگین: راهنمای طراحی سازه و تأیید بار برای قطب های انتقال فولاد مخروطی 69 تا 230 کیلوولت

چالش ساختاری مناطق یخی سنگین برای خطوط انتقال ایالات متحده

غرب میانه، شمال شرق و آلاسکا هر زمستان با خطرات شدید تجمع یخ مواجه هستند. طوفان یخ ژانویه 1998 در شمال شرقی ایالات متحده، که باعث ریزش گسترده دکل های انتقال و خرابی خطوط شد، کتاب درسی برای صنعت باقی مانده است.. تأثیر انباشته شدن یخ بر روی قطب های فولادی انتقال بسیار فراتر از افزایش بارهای عمودی است:تجمع یخ ناحیه در معرض باد هادی ها و سیم های زمین را بزرگ می کندضرب بارهای عرضی باد;ریزش ناهموار یخ و تاختنایجاد کشش های نامتعادل طولی قابل توجهی در طول دهانه های مجاور; انتقادی تر،وقوع ترکیبی بارهای یخ و بادتقاضاهای مقاومتی را بر سازه های قطب بسیار فراتر از سناریوهای طراحی معمولی تحمیل می کند.

برای قطب های فولادی لوله ای مخروطی 69 کیلوولت تا 230 کیلو ولت، تأیید بار هسته اصلی تضمین یکپارچگی سازه در مناطق یخ سنگین است. این مقاله به طور سیستماتیک الزامات بار و معیارهای انتخاب سازه را برای طراحی قطب منطقه یخ سنگین، بر اساس مقررات NESC و استانداردهای طراحی ASCE/SEI 48-19 تشریح می‌کند.

الزامات بار منطقه یخی سنگین NESC و طبقه بندی منطقه

راکد ملی ایمنی برق (NESC، ANSI C2)استاندارد پایه اجباری برای طراحی خطوط انتقال هوایی در ایالات متحده است. NESC کشور را به سه منطقه بارگیری آب و هوا تقسیم می کند:

منبع: NESC جدول 250-1

در ناحیه بارگیری سنگین، که نمونه آن پنسیلوانیا است، تأسیسات هوایی باید براییخ شعاعی 0.5 اینچ + باد 40 مایل در ساعت + دمای 0 درجه فارنهایت.

عوامل بار برای سازه های فولادیتحت NESC Grade B Construction به صورت زیر مشخص می شوند:

بارگیری شدید یخیکی دیگر از نیازهای حیاتی برای طراحی منطقه یخی سنگین است: تأسیسات باید در برابر الف مقاومت کنندحداقل بارگیری یخ شعاعی 1.25 اینچ (31.8 میلی متر)، با تراکم یخ در57 pcf (تقریباً 913 کیلوگرم بر متر مکعب)، دما در 0 درجه فارنهایت و سرعت باد در 0 مایل در ساعت. برخی از ایالت ها و شرکت های آب و برق حتی استانداردهای داخلی سخت گیرانه تری را اتخاذ کرده اند.

استاندارد طراحی سازه ASCE/SEI 48-19

ASCE/SEI 48-19، طراحی سازه های قطب انتقال فولادی، استاندارد طراحی تخصصی است که توسط انجمن مهندسین عمران آمریکا صادر شده است و پایه فنی یکسانی را برای طراحی، جزئیات، ساخت، آزمایش، مونتاژ و نصب سازه های فولادی مخروطی شکل سرد ارائه می دهد.. این استاندارد برای سازه‌های خودنگهدار و سازه‌های راه‌اندازی اعمال می‌شود که انواع مختلف فونداسیون از جمله کیسون‌های بتنی، شمع‌بندی فولادی و تعبیه مستقیم را پوشش می‌دهد..

برای کاربردهای منطقه یخی سنگین، ASCE/SEI 48-19 از طراحان می خواهد که ترکیبات بار زیر را در نظر بگیرند:

• قانون NESC 250B (بارگیری ناحیه): ترکیب استاندارد بارهای یخ و باد

• قانون NESC 250C (باد شدید): فقط برای سازه های بیش از 60 فوت (18.3 متر) در ارتفاع اعمال می شود

• قانون NESC 250D (یخ شدید با باد همزمان): دوره بازگشت 100 ساله ترکیب بار شدید یخ و باد

راهنمای ASCE 74، دستورالعمل برای بارگذاری ساختاری خط انتقال الکتریکی، روش‌های محاسبه بار مبتنی بر قابلیت اطمینان را بیشتر ارائه می‌کند و به عنوان مرجع معتبر برای تجزیه و تحلیل بار منطقه یخ سنگین عمل می‌کند..

انتخاب مواد و ضخامت دیوار برای تیرهای فولادی مخروطی

انتخاب درجه فولاد

برای کاربردهای منطقه یخی سنگین،ASTM Gr50 (حداقل قدرت تسلیم 345 مگاپاسکال) یا Gr65 (حداقل قدرت تسلیم 448 مگاپاسکال)فولاد با مقاومت بالا توصیه می شود. Gr65 ظرفیت گشتاور بیشتری را در ضخامت دیواره یکسان ارائه می دهد و به کنترل وزن کلی قطب و هزینه های حمل و نقل کمک می کند.

الزامات ضخامت دیوار

RUS Bulletin 1724E-224 حداقل ضخامت فلز پایه را برای اجزای برج فولادی گالوانیزه الزامی می کند:

• اعضای گوشه اصلی: ≥3/16 اینچ (4.76 میلی متر)

• سایر اعضا: ≥1/8 اینچ (3.18 میلی متر)

در مناطق یخی سنگین، طراحان معمولاً جلوتر می‌روندافزایش ضخامت دیوار لب به لببرای رسیدگی به حداکثر گشتاور زمینی حاصل از ترکیبات بار NESC. ضخامت خاص دیوار لب به لب باید بر اساس گشتاور خط زمین محاسبه شده از موارد بارگذاری NESC تعیین شود و اطمینان حاصل شود که نسبت تنش از 1.0 تجاوز نمی کند..

طراحی قطب مخروطی

خطوط منطقه یخی سنگین به بهترین وجه مورد استفاده قرار می گیرندقطب های مخروطیکه ضخامت دیوار و قطر بخش را در امتداد ارتفاع قطب تغییر می‌دهد، و در عین حال سفتی بالایی را حفظ می‌کند، بخش لب به لب را تقویت می‌کند.. برای طرح‌های لغزشی چند بخش، باید به تأیید کمانش موضعی در ناحیه اتصال (معمولاً ≥24 اینچ/610 میلی‌متر طول درگیری) توجه ویژه ای شود.

پارامترهای کلیدی برای تأیید بار

پارامترهای زیر برای تأیید بار قطب های فولادی مخروطی 69 کیلوولت تا 230 کیلوولت در مناطق یخ سنگین حیاتی هستند:

ملاحظات طراحی پایه و جاسازی مستقیم

برای قطب های فولادی مستقر در مناطق یخی سنگین، طراحی فونداسیون نیازمند توجه بیشتری به موارد زیر است:

1. عمق جاسازی و مقاومت جانبی زمین

بارهای جانبی افزایش یافته از تجمع یخ مستقیماً به بخش تعبیه شده منتقل می شود و به عمق جاسازی کافی برای ایجاد مقاومت جانبی زمین نیاز دارد. طراحان باید برش و گشتاور خط زمین را بر اساس ترکیبات بار NESC محاسبه کرده و عمق فرورفتگی موثر را با توجه به نوع خاک تعیین کنند.

2. ملاحظات Frost Heave

مناطق یخی سنگین اغلب با نفوذ یخبندان فصلی همزمان است. بخش تعبیه شده باید گسترش یابدزیر خط یخبندانبرای جلوگیری از بالا آمدن یخبندان، باید از مواد پرکننده غیر مستعد یخبندان (مانند سنگ خرد شده، ماسه/شن) استفاده شود.

3. حفاظت از خوردگی برای بخش تعبیه شده

بخش تعبیه شده با چالش های دوگانه از خوردگی خاک و چرخه های یخ-ذوب مواجه است. توصیه می شود اعمال شودپوشش قیری یا محافظ آستین در برابر حرارتبیش ازASTM A123 Grade 100 (100μm)پوشش گالوانیزه در ناحیه تعبیه.

نتیجه گیری

طراحی ساختاری قطب های فولادی مخروطی 69 کیلوولت تا 230 کیلوولت در مناطق یخ سنگین باید کاملاً مطابق باNESC C2الزامات بار وASCE/SEI 48-19روش های طراحی سازه از بارهای یخ منطقه ای 0.5 اینچی تا سناریوهای یخ شدید 1.25 اینچی، از ضریب بار باد 2.50 تا حداقل آستانه ضخامت دیواره 3/16 اینچ، هر پارامتر مستقیماً بر ایمنی سازه در شرایط شدید زمستان تأثیر می گذارد.

برای تامین کنندگانی که قصد دارند در مناقصات پروژه انتقال در غرب میانه بالا، شمال شرق یا آلاسکا شرکت کنند، به صراحت"منطبق با منطقه بارگیری سنگین NESC"،طراحی ASCE/SEI 48-19، و جدول پارامترهای تأیید بار کامل در پروپوزال های فنی پایه و اساس ایجاد اعتبار فنی است.

• شرکت:Futao Metal Structural Unit Co., Ltd.
• وب سایت رسمی: http://www.metalpowerpole.com
• واتس اپ:0086-13812516912、13665163520
• ایمیل:li@fu-tao.com،sales2@futaogroup.com