يعد 138 كيلو فولت أحد فئات الجهد الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في نظام النقل والتوزيع في الولايات المتحدة، ويتم تطبيقه بشكل شائع في توسيع الشبكة الحضرية، وتحديث النقل الريفي، ومشاريع الربط البيني للطاقة المتجددة. مع استمرار نمو الطلب على الأحمال الكهربائية،تكوينات الدائرة المزدوجةأصبحت التصميم القياسي لخطوط 138 كيلوفولت - تحمل دائرتين على هيكل عمود واحد، مما يضاعف قدرة النقل بشكل فعال دون الحصول على حق طريق إضافي.
تتطلب تكوينات الدائرة المزدوجة دعم أعمدة فولاذيةستة الموصلات(ثلاثة لكل دائرة) زائدأسلاك الألياف الضوئية الأرضية OPGW، مما يؤدي إلى أحمال رأسية أعلى بكثير، وأحمال رياح عرضية، وتوترات طولية غير متوازنة مقارنة بتصميمات الدائرة الواحدة. وفي الوقت نفسه، تفرض ممرات النقل الضيقة بشكل متزايد في المناطق الحضرية والضواحي قيودًا صارمة علىالبصمة القطبيةوالأبعاد الهيكلية.
وفي هذا السياق الهندسي،تطبيق الصلب عالي القوةأصبح المسار الفني الرئيسي لتحقيق التوازن بين السلامة الهيكلية، وأبعاد القطب، واقتصاديات المشروع.
أستم A572 Gr65عبارة عن درجة فولاذية هيكلية عالية القوة ومنخفضة السبائك شائعة الاستخدام لأعمدة نقل الصلب في السوق الأمريكية. خصائصها الميكانيكية الرئيسية هي كما يلي:
| المعلمة | أستم A572 Gr50 | أستم A572 Gr65 | ميزة |
|---|---|---|---|
| الحد الأدنى من قوة العائد | 345 ميجا باسكال(50 كيسي) | 450-460 ميجا باسكال(65 كيسي) | ~33% زيادة |
| الحد الأدنى من قوة الشد | 450 ميجا باسكال | 550-620 ميجا باسكال | ~22-38% زيادة |
| درجة حرارة التأثير | — | -30 درجة مئوية | مناسبة للبيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة |
| تطبيق نموذجي | مهاوي القطب، والأذرع المتقاطعة | مهاوي القطب، والأذرع المتقاطعة | نفس نطاق التطبيق |
يقدم Gr65 أالحد الأدنى لقوة الخضوع 450-460 ميجا باسكال، تقريبًاأعلى بنسبة 33%من Gr50's 345 ميجا باسكال. إن فرق القوة هذا له أهمية هندسية مباشرة في تصميم أعمدة فولاذية ذات دائرة مزدوجة كبيرة الحجم بقدرة 138 كيلو فولت:
في ظل ظروف تحميل متماثلة، يسمح Gr65 بسمك جدار أصغر أو أبعاد مقطع عرضي أقل، وبالتالي تقليل الوزن الإجمالي للقطب، واستهلاك المواد، وأحجام الأساس. تعتبر هذه الميزة ذات قيمة خاصة بالنسبة للمشاريع المقيدة بحدود طول وسائل النقل (قسم واحد ≥55-60 قدمًا) والممرات الحضرية الضيقة.
1. معيار التصميم
يجب أن تكون الأعمدة الفولاذية ذات الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولت مصممة بما يتوافق معASCE/SEI 48-19، تصميم هياكل أعمدة النقل الفولاذية. توفر هذه المواصفة القياسية أساسًا موحدًا للتصميم والتفصيل والتصنيع والاختبار والتجميع والتركيب للهياكل الفولاذية الأنبوبية المشكلة على البارد، والتي تنطبق على كل من الهياكل المشدودة وذاتية الدعم مع أنواع الأساس المختلفة بما في ذلك القيسونات الخرسانية والركائز الفولاذية والتضمين المباشر..
2. متطلبات التحميل
في ظل تكوينات الدائرة المزدوجة، يجب تصميم الأعمدة الفولاذية لكل منهانيسك C2متطلبات الأحمال، مع مجموعات الأحمال اعتمادًا على منطقة التحميل الجوية للمشروع (خفيفة/متوسطة/ثقيلة) كما هو مفصل في الأقسام السابقة. بالنسبة لفئة 138 كيلوفولت، تتضمن حالات التصميم النموذجية ما يلي:
تحميل المنطقة: مجموعات ضغط الرياح والجليد وفقًا لجدول NESC 250-1
تحميل الرياح المدقع: قاعدة NESC 250C، تنطبق على الهياكل التي يزيد ارتفاعها عن 60 قدمًا
توترات الموصلات والأسلاك الأرضية: التوترات الطولية والعرضية من ستة موصلات في تكوين الدائرة المزدوجة
3. اختيار المقطع العرضي وسمك الجدار
عادةً ما تستخدم الأعمدة الفولاذية كبيرة الحجم ذات الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولتالمقاطع العرضية الأنبوبية المضلعة المستدقة(12 جانبًا، أو 16 جانبًا، أو 18 جانبًا). يجب أن يلبي اختيار سمك الجدار كلاً من:
نشرة روس 1724E-224الحد الأدنى لمتطلبات سمك الجدار: الأعضاء الرئيسية ≥3/16 بوصة (4.76 مم)
ASCE/SEI 48-19التواء المحلي والتحقق من الاستقرار الشامل
مع الفولاذ Gr65، يستطيع المصممون ذلكتحسين سمك الجدارمع الحفاظ على نسبة الإجهاد .01.0، عادةً ما يتم تحقيق سمك الجدارتخفيضات من 10% إلى 15%، الموافق لوزن القطب الإجماليتخفيضات من 8٪ إلى 12٪.
4. التوافق مع الموصلات ذات القسم الكبير
غالبًا ما تستخدم مشاريع الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولتالموصلات ذات المقطع الكبير، مثل موصلات AAC HAWTHORN مقاس 604 مم². تفرض الموصلات ذات المقطع الكبير أحمالًا رأسية ورياحًا أعلى، مما يتطلب قدرًا أكبرالقدرة لحظةمن أعمدة الصلب. تتيح قوة الإنتاجية العالية لـ Gr65 سعة عزم أعلى في نفس أبعاد القطب، أو تصميمات عمود أكثر إحكاما في ظل ظروف تحميل مماثلة.
Gr65 هوفولاذ عالي القوة منخفض السبائك، وتختلف إجراءات اللحام بشكل كبير عن تلك الخاصة بالفولاذ الكربوني العادي (على سبيل المثال، A36). تشمل نقاط التحكم الرئيسية في عملية اللحام ما يلي:
1. اختيار المعدن الحشو
يتطلب لحام الفولاذ Gr65مطابقة الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين. يوصى باستخدام أقطاب سلسلة ASTM E80XX لـ Gr65، بينما يستخدم الفولاذ A36 وGr50 عادةً أقطاب سلسلة ASTM E70XX. يجب أن تتطابق درجة قوة معدن الحشو مع المعدن الأساسي لضمان أن قوة الوصلة الملحومة تلبي أو تتجاوز قيم التصميم.
2. التسخين والتحكم في درجة الحرارة البينية
يحتوي Gr65 على مكافئ كربون أعلى (CE) من الفولاذ الكربوني العادي، مما يتطلبالتحكم في التسخين المسبق ودرجات الحرارة البينيةلمنع التشققات الباردة. تعتمد درجات الحرارة المحددة للتسخين المسبق على سمك اللوحة وطريقة اللحام، عادةً في100-150 درجة مئويةيتراوح.
3. عمليات اللحام
عادةً ما يتم استخدام لحام أعمدة فولاذ ناقل الحركةاللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون أو اللحام الأوتوماتيكي بالقوس المغمور. يجب أن تمتثل إجراءات اللحامAWS D1.1، كود اللحام الهيكلي - الفولاذ.
4. المعالجة الحرارية بعد اللحام
بالنسبة للمفاصل الملحومة ذات الصفائح السميكة،المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)قد تكون هناك حاجة لتخفيف الضغوط المتبقية وتحسين المتانة. تعتمد المتطلبات المحددة على سمك اللوحة، وتكوين الوصلة، وظروف الخدمة.
إن تطبيق الفولاذ عالي القوة Gr65 في أعمدة فولاذية كبيرة الحجم ذات دائرة مزدوجة 138 كيلو فولت يدور بشكل أساسي حولقوة المواد التجارية لتحقيق الكفاءة الهيكلية— في ظل ظروف تحميل متطابقة، يسمح Gr65 بسماكة جدار أصغر وأوزان أخف للعمود، وبالتالي تقليل تكاليف المواد والنقل والأساس. مع أالحد الأدنى لقوة الخضوع 450-460 ميجا باسكالوهو ما يمثل زيادة بنسبة 33٪ تقريبًا عن Gr50، بالإضافة إلىASCE/SEI 48-19منهجيات التصميم وأوس د1.1التحكم في عملية اللحام، تقدم Gr65 حلاً ماديًا يوازن بين السلامة الهيكلية والاقتصاد لمشاريع نقل الدائرة المزدوجة بقدرة 138 كيلو فولت في الولايات المتحدة.
يعد 138 كيلو فولت أحد فئات الجهد الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في نظام النقل والتوزيع في الولايات المتحدة، ويتم تطبيقه بشكل شائع في توسيع الشبكة الحضرية، وتحديث النقل الريفي، ومشاريع الربط البيني للطاقة المتجددة. مع استمرار نمو الطلب على الأحمال الكهربائية،تكوينات الدائرة المزدوجةأصبحت التصميم القياسي لخطوط 138 كيلوفولت - تحمل دائرتين على هيكل عمود واحد، مما يضاعف قدرة النقل بشكل فعال دون الحصول على حق طريق إضافي.
تتطلب تكوينات الدائرة المزدوجة دعم أعمدة فولاذيةستة الموصلات(ثلاثة لكل دائرة) زائدأسلاك الألياف الضوئية الأرضية OPGW، مما يؤدي إلى أحمال رأسية أعلى بكثير، وأحمال رياح عرضية، وتوترات طولية غير متوازنة مقارنة بتصميمات الدائرة الواحدة. وفي الوقت نفسه، تفرض ممرات النقل الضيقة بشكل متزايد في المناطق الحضرية والضواحي قيودًا صارمة علىالبصمة القطبيةوالأبعاد الهيكلية.
وفي هذا السياق الهندسي،تطبيق الصلب عالي القوةأصبح المسار الفني الرئيسي لتحقيق التوازن بين السلامة الهيكلية، وأبعاد القطب، واقتصاديات المشروع.
أستم A572 Gr65عبارة عن درجة فولاذية هيكلية عالية القوة ومنخفضة السبائك شائعة الاستخدام لأعمدة نقل الصلب في السوق الأمريكية. خصائصها الميكانيكية الرئيسية هي كما يلي:
| المعلمة | أستم A572 Gr50 | أستم A572 Gr65 | ميزة |
|---|---|---|---|
| الحد الأدنى من قوة العائد | 345 ميجا باسكال(50 كيسي) | 450-460 ميجا باسكال(65 كيسي) | ~33% زيادة |
| الحد الأدنى من قوة الشد | 450 ميجا باسكال | 550-620 ميجا باسكال | ~22-38% زيادة |
| درجة حرارة التأثير | — | -30 درجة مئوية | مناسبة للبيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة |
| تطبيق نموذجي | مهاوي القطب، والأذرع المتقاطعة | مهاوي القطب، والأذرع المتقاطعة | نفس نطاق التطبيق |
يقدم Gr65 أالحد الأدنى لقوة الخضوع 450-460 ميجا باسكال، تقريبًاأعلى بنسبة 33%من Gr50's 345 ميجا باسكال. إن فرق القوة هذا له أهمية هندسية مباشرة في تصميم أعمدة فولاذية ذات دائرة مزدوجة كبيرة الحجم بقدرة 138 كيلو فولت:
في ظل ظروف تحميل متماثلة، يسمح Gr65 بسمك جدار أصغر أو أبعاد مقطع عرضي أقل، وبالتالي تقليل الوزن الإجمالي للقطب، واستهلاك المواد، وأحجام الأساس. تعتبر هذه الميزة ذات قيمة خاصة بالنسبة للمشاريع المقيدة بحدود طول وسائل النقل (قسم واحد ≥55-60 قدمًا) والممرات الحضرية الضيقة.
1. معيار التصميم
يجب أن تكون الأعمدة الفولاذية ذات الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولت مصممة بما يتوافق معASCE/SEI 48-19، تصميم هياكل أعمدة النقل الفولاذية. توفر هذه المواصفة القياسية أساسًا موحدًا للتصميم والتفصيل والتصنيع والاختبار والتجميع والتركيب للهياكل الفولاذية الأنبوبية المشكلة على البارد، والتي تنطبق على كل من الهياكل المشدودة وذاتية الدعم مع أنواع الأساس المختلفة بما في ذلك القيسونات الخرسانية والركائز الفولاذية والتضمين المباشر..
2. متطلبات التحميل
في ظل تكوينات الدائرة المزدوجة، يجب تصميم الأعمدة الفولاذية لكل منهانيسك C2متطلبات الأحمال، مع مجموعات الأحمال اعتمادًا على منطقة التحميل الجوية للمشروع (خفيفة/متوسطة/ثقيلة) كما هو مفصل في الأقسام السابقة. بالنسبة لفئة 138 كيلوفولت، تتضمن حالات التصميم النموذجية ما يلي:
تحميل المنطقة: مجموعات ضغط الرياح والجليد وفقًا لجدول NESC 250-1
تحميل الرياح المدقع: قاعدة NESC 250C، تنطبق على الهياكل التي يزيد ارتفاعها عن 60 قدمًا
توترات الموصلات والأسلاك الأرضية: التوترات الطولية والعرضية من ستة موصلات في تكوين الدائرة المزدوجة
3. اختيار المقطع العرضي وسمك الجدار
عادةً ما تستخدم الأعمدة الفولاذية كبيرة الحجم ذات الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولتالمقاطع العرضية الأنبوبية المضلعة المستدقة(12 جانبًا، أو 16 جانبًا، أو 18 جانبًا). يجب أن يلبي اختيار سمك الجدار كلاً من:
نشرة روس 1724E-224الحد الأدنى لمتطلبات سمك الجدار: الأعضاء الرئيسية ≥3/16 بوصة (4.76 مم)
ASCE/SEI 48-19التواء المحلي والتحقق من الاستقرار الشامل
مع الفولاذ Gr65، يستطيع المصممون ذلكتحسين سمك الجدارمع الحفاظ على نسبة الإجهاد .01.0، عادةً ما يتم تحقيق سمك الجدارتخفيضات من 10% إلى 15%، الموافق لوزن القطب الإجماليتخفيضات من 8٪ إلى 12٪.
4. التوافق مع الموصلات ذات القسم الكبير
غالبًا ما تستخدم مشاريع الدائرة المزدوجة 138 كيلو فولتالموصلات ذات المقطع الكبير، مثل موصلات AAC HAWTHORN مقاس 604 مم². تفرض الموصلات ذات المقطع الكبير أحمالًا رأسية ورياحًا أعلى، مما يتطلب قدرًا أكبرالقدرة لحظةمن أعمدة الصلب. تتيح قوة الإنتاجية العالية لـ Gr65 سعة عزم أعلى في نفس أبعاد القطب، أو تصميمات عمود أكثر إحكاما في ظل ظروف تحميل مماثلة.
Gr65 هوفولاذ عالي القوة منخفض السبائك، وتختلف إجراءات اللحام بشكل كبير عن تلك الخاصة بالفولاذ الكربوني العادي (على سبيل المثال، A36). تشمل نقاط التحكم الرئيسية في عملية اللحام ما يلي:
1. اختيار المعدن الحشو
يتطلب لحام الفولاذ Gr65مطابقة الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين. يوصى باستخدام أقطاب سلسلة ASTM E80XX لـ Gr65، بينما يستخدم الفولاذ A36 وGr50 عادةً أقطاب سلسلة ASTM E70XX. يجب أن تتطابق درجة قوة معدن الحشو مع المعدن الأساسي لضمان أن قوة الوصلة الملحومة تلبي أو تتجاوز قيم التصميم.
2. التسخين والتحكم في درجة الحرارة البينية
يحتوي Gr65 على مكافئ كربون أعلى (CE) من الفولاذ الكربوني العادي، مما يتطلبالتحكم في التسخين المسبق ودرجات الحرارة البينيةلمنع التشققات الباردة. تعتمد درجات الحرارة المحددة للتسخين المسبق على سمك اللوحة وطريقة اللحام، عادةً في100-150 درجة مئويةيتراوح.
3. عمليات اللحام
عادةً ما يتم استخدام لحام أعمدة فولاذ ناقل الحركةاللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون أو اللحام الأوتوماتيكي بالقوس المغمور. يجب أن تمتثل إجراءات اللحامAWS D1.1، كود اللحام الهيكلي - الفولاذ.
4. المعالجة الحرارية بعد اللحام
بالنسبة للمفاصل الملحومة ذات الصفائح السميكة،المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)قد تكون هناك حاجة لتخفيف الضغوط المتبقية وتحسين المتانة. تعتمد المتطلبات المحددة على سمك اللوحة، وتكوين الوصلة، وظروف الخدمة.
إن تطبيق الفولاذ عالي القوة Gr65 في أعمدة فولاذية كبيرة الحجم ذات دائرة مزدوجة 138 كيلو فولت يدور بشكل أساسي حولقوة المواد التجارية لتحقيق الكفاءة الهيكلية— في ظل ظروف تحميل متطابقة، يسمح Gr65 بسماكة جدار أصغر وأوزان أخف للعمود، وبالتالي تقليل تكاليف المواد والنقل والأساس. مع أالحد الأدنى لقوة الخضوع 450-460 ميجا باسكالوهو ما يمثل زيادة بنسبة 33٪ تقريبًا عن Gr50، بالإضافة إلىASCE/SEI 48-19منهجيات التصميم وأوس د1.1التحكم في عملية اللحام، تقدم Gr65 حلاً ماديًا يوازن بين السلامة الهيكلية والاقتصاد لمشاريع نقل الدائرة المزدوجة بقدرة 138 كيلو فولت في الولايات المتحدة.
