NESC C2 High Wind Load Hurricane Zones: Πάχος τοίχου και Έλεγχος βάθους ενσωμάτωσης για κωνικούς σωληνωτούς χαλύβδινους πόλους
Η δομική πρόκληση των ζωνών τυφώνων για τις γραμμές μεταφοράς των ΗΠΑ
Οι νοτιοανατολικές ΗΠΑ, οι παράκτιες περιοχές του Κόλπου και του Ατλαντικού αντιμετωπίζουν άμεσες απειλές από τυφώνες κάθε χρόνο. Οι ακραίες ταχύτητες ανέμου από τυφώνες μπορεί να προκαλέσουν καταστροφικές ζημιές στους χαλύβδινους στύλους μετάδοσης:Τα φορτία ανέμου στους αγωγούς και τα καλώδια γείωσης πολλαπλασιάζονται εκθετικά,το σώμα του στύλου αντέχει τεράστιες εγκάρσιες ροπές κάμψης, καιτα θεμέλια υπόκεινται σε δυνάμεις ανύψωσης και ανατροπής.
Σημαντικά γεγονότα καταστροφών όπως ο τυφώνας Κατρίνα (2005), ο τυφώνας Χάρβεϊ (2017) και ο τυφώνας Ίαν (2022) είχαν όλα ως αποτέλεσμα εκτεταμένες καταρρεύσεις πύργων μεταφοράς. Αυτά τα γεγονότα οδήγησαν τις εταιρείες κοινής ωφελείας και τις ρυθμιστικές αρχές των ΗΠΑ να ενισχύουν συνεχώς τα πρότυπα σχεδιασμού γραμμών μεταφοράς σε περιοχές επιρρεπείς σε τυφώνες.
Για κωνικούς σωληνωτούς χαλύβδινους πόλους 69 kV έως 230 kV,πάχος τοιχώματος και βάθος ενσωμάτωσηςείναι οι δύο βασικές παράμετροι που καθορίζουν την ικανότητα αντίστασης στον αέρα. Αυτό το άρθρο περιγράφει συστηματικά τις απαιτήσεις φορτίου και τον έλεγχο παραμέτρων要点 για τον σχεδιασμό πόλων ζώνης τυφώνα, με βάση τους κανονισμούς NESC και τα πρότυπα σχεδίασης ASCE/SEI 48-19.
Πλαίσιο Απαιτήσεων Φορτίου Ζώνης Τυφώνων NESC
ΟΕθνικός Κώδικας Ηλεκτρικής Ασφάλειας (NESC, ANSI C2)είναι το υποχρεωτικό θεμελιώδες πρότυπο για το σχεδιασμό εναέριας γραμμής μεταφοράς στις ΗΠΑ Το NESC χωρίζει τη χώρα σε τρεις περιοχές φόρτωσης καιρού:ΒΑΡΥΣ,ΜΕΣΟΝ, καιΦΩΣ. Για τις ζώνες τυφώνων, η LIGHT Loading District ισχύει κυρίως:
Πηγή: NESC Πίνακας 250-1
Ολόκληρη η πολιτεία της Φλόριντα εμπίπτει στην περιοχή LIGHT Loading District, απαιτώντας εναέριες εγκαταστάσεις να σχεδιαστούν γιαΆνεμος 60 mph (πίεση ανέμου 9 psf) + θερμοκρασία 30°F. Αντίθετα, η Πενσυλβάνια βρίσκεται στην περιοχή HEAVY Loading District, που απαιτεί σχεδιασμό για πάγο 0,5 ιντσών + άνεμο 40 mph.
Κανόνας NESC 250C (Ακραία φόρτιση ανέμου)είναι μια άλλη κρίσιμη απαίτηση για το σχεδιασμό της ζώνης τυφώνα: οι κατασκευές υπερβαίνουν60 πόδια (18,3 μ.)σε ύψος, μαζί με τις υποστηριζόμενες εγκαταστάσεις τους, πρέπει να σχεδιάζονται για ακραία φορτία ανέμου με βάση τις βασικές ταχύτητες ανέμου στο NESC Εικόνα 250-2 (90 έως 170 mph ριπή 3 δευτερολέπτων, ανάλογα με την τοποθεσία).
Συντελεστές Φορτίου για Μεταλλικές Κατασκευέςστο NESC Grade B Construction καθορίζονται ως εξής:
Ο βαθμός Β αντιπροσωπεύει το υψηλότερο περιθώριο ασφαλείας στο NESC, που απαιτείται όταν οι πόλοι υποστηρίζουν εκτάσεις που διασχίζουν αυτοκινητόδρομους περιορισμένης πρόσβασης, σιδηρόδρομους και πλωτές πλωτές οδούς.
ASCE/SEI 48-19 Πρότυπο Στατικής Σχεδιασμού και Υπολογισμός Ανεμοφορτίου
ASCE/SEI 48-19, Σχεδιασμός Μεταλλικών Κατασκευών Πόλων μετάδοσης, είναι το εξειδικευμένο πρότυπο σχεδιασμού που εκδίδεται από την Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών, παρέχοντας μια ενιαία τεχνική βάση για το σχεδιασμό, τη λεπτομέρεια, την κατασκευή, τη δοκιμή, τη συναρμολόγηση και την ανέγερση ψυχρής μορφοποίησης κωνικών σωληνωτών κατασκευών από χάλυβα.
Για εφαρμογές ζώνης τυφώνων, το ASCE/SEI 48-19 απαιτεί από τους σχεδιαστές να εξετάσουν τους ακόλουθους συνδυασμούς φορτίου NESC:
-
Κανόνας NESC 250B (Φόρτωση περιοχής): 9 psf πίεση ανέμου (χωρίς πάγο) τυπικός συνδυασμός για την περιοχή LIGHT
-
Κανόνας NESC 250C (ακραίος άνεμος): Ακραία φορτία ανέμου με βάση το Σχήμα 250-2 βασικές ταχύτητες ανέμου, που ισχύουν για κατασκευές που υπερβαίνουν τα 60 πόδια σε ύψος
-
Κανόνας NESC 250D (ακραίος πάγος με ταυτόχρονο άνεμο): Περίοδος επιστροφής 100 ετών ακραίος συνδυασμός πάγου και ανέμου
Το Εγχειρίδιο ASCE 74, Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading, παρέχει περαιτέρω μεθοδολογίες υπολογισμού φορτίου με βάση την αξιοπιστία και χρησιμεύει ως η έγκυρη αναφορά για την ανάλυση φορτίου ανέμου ζώνης τυφώνα.
Μηχανικός Υπολογισμός Ανεμοφορτίου: Ο κανόνας 250C του NESC ορίζει ότι η ακραία πίεση ανέμου υπολογίζεται ως εξής:
Πίεση ανέμου = 0,00256 × V² × kz × GRF × I × Cd × Προβλεπόμενη περιοχή
όπου V είναι η ταχύτητα ριπής ανέμου 3 δευτερολέπτων από το Σχήμα 250-2 (90–170 mph), kz είναι ο συντελεστής έκθεσης πίεσης ταχύτητας (0,92–1,40) και GRF είναι ο παράγοντας απόκρισης ριπής.
Έλεγχος παραμέτρων πάχους τοίχου για ζώνες τυφώνων
Το Δελτίο RUS 1724E-224 ορίζει ελάχιστο πάχος βασικού μετάλλου για εξαρτήματα πύργων από γαλβανισμένο χάλυβα:
-
Κύρια γωνιακά μέλη: ≥3/16 ιντσών (4,76 χλστ.)
-
Άλλα μέλη: ≥1/8 ίντσας (3,18 χλστ.)
Σε ζώνες τυφώνων, οι σχεδιαστές συνήθως παραπέρααυξήστε το πάχος του τοιχώματος του άκρουγια την αντιμετώπιση της μέγιστης ροπής εδάφους που προκύπτει από συνδυασμούς φορτίου NESC. Το συγκεκριμένο πάχος τοιχώματος κοντακίου πρέπει να προσδιορίζεται με βάση τη ροπή εδάφους που υπολογίζεται από περιπτώσεις φορτίου NESC, διασφαλίζοντας ότι ο λόγος τάσης δεν υπερβαίνει το 1,0.
Σχέδιο με κωνικό στύλο: Οι γραμμές ζώνης τυφώνα εξυπηρετούνται καλύτερα απόκωνικοί στύλοιπου ποικίλλουν το πάχος του τοιχώματος και τη διάμετρο του τμήματος κατά μήκος του ύψους του πόλου, ενισχύοντας το τμήμα του άκρου διατηρώντας παράλληλα επαρκή ακαμψία κορυφής. Για σχέδια ολίσθησης πολλαπλών τμημάτων, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επαλήθευση τοπικού λυγισμού στη ζώνη ματίσματος (συνήθως ≥24 ίντσες/μήκος εμπλοκής 610 mm).
Έλεγχος παραμέτρων βάθους ενσωμάτωσης για ζώνες τυφώνων
Το βάθος ενσωμάτωσης για στύλους από χάλυβα απευθείας ενσωμάτωσης είναι μια άλλη βασική παράμετρος στο σχεδιασμό της ζώνης τυφώνα. Τα εγκάρσια φορτία ανέμου που προκαλούνται από τον τυφώνα μεταδίδονται απευθείας στο ενσωματωμένο τμήμα, απαιτώντας επαρκές βάθος ενσωμάτωσης για την παροχή πλευρικής αντίστασης γείωσης.
Αρχές σχεδίασης βάθους ενσωμάτωσης:
1. Προσδιορίστε το βάθος ενσωμάτωσης με βάση τη ροπή γραμμής εδάφους
Το βάθος ενσωμάτωσης πρέπει να είναι επαρκές για να αντέχει τη ροπή και τη διάτμηση του εδάφους. Οι σχεδιαστές θα πρέπει να υπολογίζουν τους συνδυασμούς φορτίων σύμφωνα με τον κανόνα NESC 250B (9 psf πίεση ανέμου) και τον κανόνα 250C (ακραίος άνεμος), λαμβάνονταςαξία φακέλουγια τον προσδιορισμό του απαιτούμενου βάθους ενσωμάτωσης.
2. Τυπικό εύρος βάθους ενσωμάτωσης
Για κωνικούς χαλύβδινους πόλους 69 kV–230 kV, το τυπικό βάθος ενσωμάτωσης είναι10%-15%ύψους στύλου. Για έναν πόλο 70 ποδιών, αυτό ισοδυναμεί με περίπου7–10,5 πόδιατης ενσωμάτωσης.
3. Παρατηρήσεις για την κατάσταση του εδάφους
Οι υπολογισμοί βάθους ενσωμάτωσης πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τον τύπο του εδάφους και τη φέρουσα ικανότητα. Μπορεί να χρειαστεί μαλακό χώμα ή περιοχές πλήρωσηςμεγαλύτερο βάθος ενσωμάτωσης ή προσθήκη πλακών που φέρουν θεμέλιανα παρέχει επαρκή πλευρική αντίσταση.
4. Απαιτήσεις Frost Line
Αν και οι ζώνες τυφώνων είναι κυρίως τροπικά κλίματα, ορισμένες περιοχές (όπως οι ακτές του μέσου Ατλαντικού) εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν εποχιακή διείσδυση παγετού. Το ενσωματωμένο τμήμα πρέπει να εκτείνεταικάτω από τη γραμμή του παγετού, ή θα πρέπει να χρησιμοποιούνται υλικά επίχωσης που δεν είναι ευαίσθητα στον παγετό (π.χ. θρυμματισμένη πέτρα, άμμος/χαλίκι).
Ζώνη προστασίας από γαλβανισμό και τυφώνα
Οι ζώνες τυφώνων συχνά συμπίπτουν μεπαράκτια περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι, επιβάλλοντας αυστηρές απαιτήσεις αντιδιαβρωτικής προστασίας για χαλύβδινους πόλους:
-
Πρότυπο Γαλβανισμού:ASTM A123, μεΒαθμός 100 (100μm)Συνιστάται πάχος επίστρωσης για παράκτια περιβάλλοντα
-
Πρόσθετη προστασία για ενσωματωμένο τμήμα:Ασφαλτική επίστρωση ή προστασία από θερμοσυστελλόμενο χιτώνιοπάνω από το γαλβανισμένο στρώμα συνιστάται
Σύνοψη βασικών παραμέτρων
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!