يواجه الجزء العلوي من الغرب الأوسط والشمال الشرقي وألاسكا مخاطر التراكم الجليدي الشديد كل شتاءالعاصفة الجليدية في يناير 1998 في شمال شرق الولايات المتحدة، التي تسببت في انهيار أبراج الإرسال وتعطيل الخطوط على نطاق واسع، لا تزال كتابًا دراسيًا للصناعةتأثير تراكم الجليد على أعمدة نقل الصلب يمتد إلى ما هو أبعد بكثير من زيادة الأحمال الرأسية:تزايد الجليد يزيد من مساحة الكهرباء المكشوفة للمرشدين والأسلاك الأرضية، مضاعفة أحمال الرياح العرضيةتساقط الجليد غير المتكافئ والغلوتوليد التوترات غير المتوازنة الطولية الكبيرة عبر المدى المجاور؛ أكثر أهمية،الحدوث المشترك لحملات الجليد والرياحيفرض متطلبات قوة على الهياكل القطبية تتجاوز بكثير متطلبات سيناريوهات التصميم التقليدية.
بالنسبة لأعمدة الفولاذ الأنبوبية الشائكة من 69kV إلى 230kV ، فإن التحقق من الحمل هو جوهر ضمان سلامة الهيكل في مناطق الثلج الثقيل.هذه المقالة تحدد بشكل منهجي متطلبات الحمل ومعايير اختيار الهيكل لتصميم قطب منطقة الثلج الثقيل، استنادا إلى لوائح NESC ومعايير التصميم ASCE/SEI 48-19.
الـالقانون الوطني للسلامة الكهربائية (NESC، ANSI C2)هو المعيار الأساسي الإلزامي لتصميم خطوط النقل الجوي في الولايات المتحدةتقسم NESC البلاد إلى ثلاث مناطق تحميل الطقس:
| منطقة التحميل | سمك الجليد الشعاعي | ضغط الرياح الأفقي | الحرارة |
|---|---|---|---|
| ثقيلة | 0.5 بوصة (12.7 ملم) | 4 psf (حوالي 192 Pa) | 0 درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية) |
| متوسطة | 0.25 بوصة (6.35 ملم) | 4 سم | |
| ضوء | 0 في | 9 سم | 30 درجة فهرنهايت |
المصدر: NESC الجدول 250-1
في منطقة الحمولة الثقيلة، على سبيل المثال بنسلفانيا، يجب تصميم المرافق الجوية0.5 بوصة الجليد الشعاعي + رياح 40 ميل في الساعة + درجة حرارة 0 درجة فهرنهايت.
عوامل الحمل في الهياكل الفولاذيةتحت تصنيف NESC B البناء محددة على النحو التالي::
| نوع الحمولة | عامل الحمل |
|---|---|
| حمولة الرياح | 2.50 |
| الحمل الرأسي (الوزن الميت + الجليد) | 1.50 |
| التوتر الموصل/السلك الستاتيكي | 1.65 |
حمولة ثلجية شديدةهو شرط آخر حاسم لتصميم مناطق الجليد الثقيل: يجب أن تتحمل المرافقالحد الأدنى لحمل الجليد الشعاعي 1.25 بوصة (31.8 مم)، مع كثافة الجليد عند57 pcf (حوالي 913 kg/m3)، درجة حرارة عند 0 درجة فهرنهايت، وسرعة الرياح عند 0 ميل في الساعةبعض الدول والمرافق تبنت معايير داخلية أكثر صرامة.
ASCE/SEI 48-19، تصميم هيكليات قطب نقل الصلب، هو معيار التصميم المتخصص الصادر عن الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين، وتوفير أساس فني موحد للتصميم والتفاصيل والتصنيع والاختبار والتجميع،وتركيب الهياكل الصلبية الأنبوبية المتعرجة المشكلة باردةينطبق المعيار على كل من الهياكل الداعمة ذاتياً والهياكل المكونة من أدوات، ويغطي أنواع مختلفة من الأساسات بما في ذلك الصناديق الخرسانية، والرصيف الفولاذي، والترميم المباشر..
بالنسبة للتطبيقات في مناطق الثلج الثقيل، فإن ASCE/SEI 48-19 تتطلب من المصممين النظر في مجموعات الأحمال التالية:
قاعدة NESC 250B (حمولة المنطقة): مزيج قياسي من الأحمال الجليدية والرياح
قاعدة NESC 250C (رياح شديدة): ينطبق فقط على الهياكل التي تزيد ارتفاعها عن 60 قدم (18.3 م)
قاعدة NESC 250D (الجليد الشديد مع الرياح المتزامنة): فترة العودة 100 سنة الجليد الشديد و مزيج من عبء الرياح
دليل ASCE رقم 74، المبادئ التوجيهية للحمل الهيكلي لخط نقل الكهرباء.كما يوفر منهجيات حساب الحمل القائمة على الموثوقية ويعتبر مرجعًا موثوقًا لتحليل حمولة مناطق الجليد الثقيل.
اختيار درجة الصلب
لتطبيقات مناطق الثلج الثقيلأيه إس تي إم غر50 (حد أدنى لقوة الصعود 345 مبا) أو غر65 (حد أدنى لقوة الصعود 448 مبا)يوصى بالفولاذ عالي القوةيقدم Gr65 قدرة أكبر على الدفع عند نفس سمك الجدار، مما يساعد على السيطرة على الوزن العام للقطب وتكاليف النقل.
متطلبات سمك الجدار
يفرض نشرة الروسية 1724E-224 الحد الأدنى لسمك المعدن الأساسي لمكونات برج الفولاذ المغلف:
أعضاء الركن الرئيسي: ≥3/16 بوصة (4.76 ملم)
أعضاء آخرون: ≥1/8 بوصة (3.18 ملم)
في المناطق الثلجية الثقيلة، المصممين عادة أبعدزيادة سمك جدار المؤخرةلمعالجة أقصى لحظة خط الأرض الناتجة عن مجموعات حمولة NESCيجب أن يتم تحديد سمك جدار البطن المحدد بناءً على لحظة الخط الأرضي المحسوبة من حالات الحمل NESC ، مع ضمان أن نسبة الإجهاد لا تتجاوز 1.0.
تصميم القطب المتجعد
خطوط مناطق الجليد الثقيل هي أفضل خدمة منأعمدة معقبةالتي تختلف سمك الجدار وقطر قطر على طول ارتفاع القطب، وتعزيز قسم القمامة مع الحفاظ على صلابة أعلى كافيةبالنسبة لتصاميم الارتباط المنزلق متعددة الأقسام ، يجب إيلاء اهتمام خاص للتحقق من الانحناء المحلي في منطقة التوصيل (عادة ≥ 24 بوصة / 610 مم).
المعايير التالية حاسمة للتحقق من الحمل من أعمدة الفولاذ الشائكة 69kV ∼ 230kV في مناطق الثلج الثقيل:
| معايير التحقق | متطلبات المناطق ذات الجليد الثقيل | الأساس |
|---|---|---|
| سمك الجليد الشعاعي (حمل المنطقة) | 0.5 بوصة (12.7 ملم) | جدول 250-1 NESC |
| سمك الجليد المفرط | 1.25 بوصة (31.8 ملم) على الأقل | القاعدة 250D NESC |
| ضغط الرياح المتزامن (المقاطعة) | 4 درجات في السرعة (40 ميل في الساعة) | جدول 250-1 NESC |
| كثافة الجليد | 57 pcf (913 kg/m3) | NESC |
| عامل حمل الرياح (الفولاذ) | 2.50 | الدرجة B من NESC |
| عامل الحمل الرأسي (بما في ذلك الجليد) | 1.50 | الدرجة B من NESC |
| عامل التوتر في الموصل | 1.65 | الدرجة B من NESC |
| الحد الأدنى لسمك جدار العضو الرئيسي | 3/16 بوصة (4.76 ملم) | بلوتين 1724E-224 |
| معيار التصميم | ASCE/SEI 48-19 | أساس التصميم الهيكلي |
بالنسبة لأعمدة الفولاذ المدمجة مباشرة في مناطق الثلج الثقيل ، يتطلب تصميم الأساس اهتماما إضافيا بما يلي:
1عمق الاندماج ومقاومة الأرض الجانبية
يتم نقل الأحمال الجانبية المتزايدة من تراكم الجليد مباشرة إلى القسم المدمج ، مما يتطلب عمقًا كافًا للتضمين لتوفير مقاومة الأرض الجانبية.يجب على المصممين حساب قشر الخط الأرضي واللحظة على أساس مجموعات الحمل NESC وتحديد عمق الاندماج الفعلي وفقا لنوع التربة.
2الثلج يرفع الاعتبارات
غالبًا ما تتزامن مناطق الجليد الثقيل مع اختراق الصقيع الموسمي.تحت خط الصقيع، أو مواد التعبئة الخلفية غير المعرضة للصقيع (مثل الحجر المسحوق والرمل / الحصى) يجب استخدامها لمنع رفع الصقيع.
3الحماية من التآكل للجزء المدمج
يواجه القسم المدمج تحديات مزدوجة من تآكل التربة ودورات التجمد والذوبان.طبقة من البطاطس أو حماية الغلاف ضد الانكماش الحراريعلىالصف ASTM A123 100 (100μm)طبقة معدنية على منطقة التثبيت.
يجب أن يتوافق التصميم الهيكلي لأعمدة الفولاذ الشائكة 69kV ≈ 230kV في مناطق الجليد الثقيل بدقةNESC C2متطلبات الحملASCE/SEI 48-19منهجيات التصميم الهيكلي: من حمولات الجليد في المناطق التي تبلغ 0.5 بوصة إلى سيناريوهات الجليد القاسية التي تبلغ 1.25 بوصة، من عامل حمولة الرياح الذي يبلغ 2.50 إلى الحد الأدنى للعمق الحدودي للجدار الذي يبلغ 3/16 بوصة،كل معيار له تأثير مباشر على سلامة الهيكل في ظروف الشتاء القاسية.
بالنسبة للموردين الذين يخططون للمشاركة في عروض المناقصات لمشاريع النقل في الغرب الأوسط العلوي أو الشمال الشرقي أو ألاسكا ، مع تحديد صراحةمتوافق مع منطقة الحمولة الثقيلة NESC,تصميم ASCE/SEI 48-19، وتقديم جدول كامل لمعلمات التحقق من الحمل في المقترحات التقنية هو أساس لتحديد المصداقية التقنية.
يواجه الجزء العلوي من الغرب الأوسط والشمال الشرقي وألاسكا مخاطر التراكم الجليدي الشديد كل شتاءالعاصفة الجليدية في يناير 1998 في شمال شرق الولايات المتحدة، التي تسببت في انهيار أبراج الإرسال وتعطيل الخطوط على نطاق واسع، لا تزال كتابًا دراسيًا للصناعةتأثير تراكم الجليد على أعمدة نقل الصلب يمتد إلى ما هو أبعد بكثير من زيادة الأحمال الرأسية:تزايد الجليد يزيد من مساحة الكهرباء المكشوفة للمرشدين والأسلاك الأرضية، مضاعفة أحمال الرياح العرضيةتساقط الجليد غير المتكافئ والغلوتوليد التوترات غير المتوازنة الطولية الكبيرة عبر المدى المجاور؛ أكثر أهمية،الحدوث المشترك لحملات الجليد والرياحيفرض متطلبات قوة على الهياكل القطبية تتجاوز بكثير متطلبات سيناريوهات التصميم التقليدية.
بالنسبة لأعمدة الفولاذ الأنبوبية الشائكة من 69kV إلى 230kV ، فإن التحقق من الحمل هو جوهر ضمان سلامة الهيكل في مناطق الثلج الثقيل.هذه المقالة تحدد بشكل منهجي متطلبات الحمل ومعايير اختيار الهيكل لتصميم قطب منطقة الثلج الثقيل، استنادا إلى لوائح NESC ومعايير التصميم ASCE/SEI 48-19.
الـالقانون الوطني للسلامة الكهربائية (NESC، ANSI C2)هو المعيار الأساسي الإلزامي لتصميم خطوط النقل الجوي في الولايات المتحدةتقسم NESC البلاد إلى ثلاث مناطق تحميل الطقس:
| منطقة التحميل | سمك الجليد الشعاعي | ضغط الرياح الأفقي | الحرارة |
|---|---|---|---|
| ثقيلة | 0.5 بوصة (12.7 ملم) | 4 psf (حوالي 192 Pa) | 0 درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية) |
| متوسطة | 0.25 بوصة (6.35 ملم) | 4 سم | |
| ضوء | 0 في | 9 سم | 30 درجة فهرنهايت |
المصدر: NESC الجدول 250-1
في منطقة الحمولة الثقيلة، على سبيل المثال بنسلفانيا، يجب تصميم المرافق الجوية0.5 بوصة الجليد الشعاعي + رياح 40 ميل في الساعة + درجة حرارة 0 درجة فهرنهايت.
عوامل الحمل في الهياكل الفولاذيةتحت تصنيف NESC B البناء محددة على النحو التالي::
| نوع الحمولة | عامل الحمل |
|---|---|
| حمولة الرياح | 2.50 |
| الحمل الرأسي (الوزن الميت + الجليد) | 1.50 |
| التوتر الموصل/السلك الستاتيكي | 1.65 |
حمولة ثلجية شديدةهو شرط آخر حاسم لتصميم مناطق الجليد الثقيل: يجب أن تتحمل المرافقالحد الأدنى لحمل الجليد الشعاعي 1.25 بوصة (31.8 مم)، مع كثافة الجليد عند57 pcf (حوالي 913 kg/m3)، درجة حرارة عند 0 درجة فهرنهايت، وسرعة الرياح عند 0 ميل في الساعةبعض الدول والمرافق تبنت معايير داخلية أكثر صرامة.
ASCE/SEI 48-19، تصميم هيكليات قطب نقل الصلب، هو معيار التصميم المتخصص الصادر عن الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين، وتوفير أساس فني موحد للتصميم والتفاصيل والتصنيع والاختبار والتجميع،وتركيب الهياكل الصلبية الأنبوبية المتعرجة المشكلة باردةينطبق المعيار على كل من الهياكل الداعمة ذاتياً والهياكل المكونة من أدوات، ويغطي أنواع مختلفة من الأساسات بما في ذلك الصناديق الخرسانية، والرصيف الفولاذي، والترميم المباشر..
بالنسبة للتطبيقات في مناطق الثلج الثقيل، فإن ASCE/SEI 48-19 تتطلب من المصممين النظر في مجموعات الأحمال التالية:
قاعدة NESC 250B (حمولة المنطقة): مزيج قياسي من الأحمال الجليدية والرياح
قاعدة NESC 250C (رياح شديدة): ينطبق فقط على الهياكل التي تزيد ارتفاعها عن 60 قدم (18.3 م)
قاعدة NESC 250D (الجليد الشديد مع الرياح المتزامنة): فترة العودة 100 سنة الجليد الشديد و مزيج من عبء الرياح
دليل ASCE رقم 74، المبادئ التوجيهية للحمل الهيكلي لخط نقل الكهرباء.كما يوفر منهجيات حساب الحمل القائمة على الموثوقية ويعتبر مرجعًا موثوقًا لتحليل حمولة مناطق الجليد الثقيل.
اختيار درجة الصلب
لتطبيقات مناطق الثلج الثقيلأيه إس تي إم غر50 (حد أدنى لقوة الصعود 345 مبا) أو غر65 (حد أدنى لقوة الصعود 448 مبا)يوصى بالفولاذ عالي القوةيقدم Gr65 قدرة أكبر على الدفع عند نفس سمك الجدار، مما يساعد على السيطرة على الوزن العام للقطب وتكاليف النقل.
متطلبات سمك الجدار
يفرض نشرة الروسية 1724E-224 الحد الأدنى لسمك المعدن الأساسي لمكونات برج الفولاذ المغلف:
أعضاء الركن الرئيسي: ≥3/16 بوصة (4.76 ملم)
أعضاء آخرون: ≥1/8 بوصة (3.18 ملم)
في المناطق الثلجية الثقيلة، المصممين عادة أبعدزيادة سمك جدار المؤخرةلمعالجة أقصى لحظة خط الأرض الناتجة عن مجموعات حمولة NESCيجب أن يتم تحديد سمك جدار البطن المحدد بناءً على لحظة الخط الأرضي المحسوبة من حالات الحمل NESC ، مع ضمان أن نسبة الإجهاد لا تتجاوز 1.0.
تصميم القطب المتجعد
خطوط مناطق الجليد الثقيل هي أفضل خدمة منأعمدة معقبةالتي تختلف سمك الجدار وقطر قطر على طول ارتفاع القطب، وتعزيز قسم القمامة مع الحفاظ على صلابة أعلى كافيةبالنسبة لتصاميم الارتباط المنزلق متعددة الأقسام ، يجب إيلاء اهتمام خاص للتحقق من الانحناء المحلي في منطقة التوصيل (عادة ≥ 24 بوصة / 610 مم).
المعايير التالية حاسمة للتحقق من الحمل من أعمدة الفولاذ الشائكة 69kV ∼ 230kV في مناطق الثلج الثقيل:
| معايير التحقق | متطلبات المناطق ذات الجليد الثقيل | الأساس |
|---|---|---|
| سمك الجليد الشعاعي (حمل المنطقة) | 0.5 بوصة (12.7 ملم) | جدول 250-1 NESC |
| سمك الجليد المفرط | 1.25 بوصة (31.8 ملم) على الأقل | القاعدة 250D NESC |
| ضغط الرياح المتزامن (المقاطعة) | 4 درجات في السرعة (40 ميل في الساعة) | جدول 250-1 NESC |
| كثافة الجليد | 57 pcf (913 kg/m3) | NESC |
| عامل حمل الرياح (الفولاذ) | 2.50 | الدرجة B من NESC |
| عامل الحمل الرأسي (بما في ذلك الجليد) | 1.50 | الدرجة B من NESC |
| عامل التوتر في الموصل | 1.65 | الدرجة B من NESC |
| الحد الأدنى لسمك جدار العضو الرئيسي | 3/16 بوصة (4.76 ملم) | بلوتين 1724E-224 |
| معيار التصميم | ASCE/SEI 48-19 | أساس التصميم الهيكلي |
بالنسبة لأعمدة الفولاذ المدمجة مباشرة في مناطق الثلج الثقيل ، يتطلب تصميم الأساس اهتماما إضافيا بما يلي:
1عمق الاندماج ومقاومة الأرض الجانبية
يتم نقل الأحمال الجانبية المتزايدة من تراكم الجليد مباشرة إلى القسم المدمج ، مما يتطلب عمقًا كافًا للتضمين لتوفير مقاومة الأرض الجانبية.يجب على المصممين حساب قشر الخط الأرضي واللحظة على أساس مجموعات الحمل NESC وتحديد عمق الاندماج الفعلي وفقا لنوع التربة.
2الثلج يرفع الاعتبارات
غالبًا ما تتزامن مناطق الجليد الثقيل مع اختراق الصقيع الموسمي.تحت خط الصقيع، أو مواد التعبئة الخلفية غير المعرضة للصقيع (مثل الحجر المسحوق والرمل / الحصى) يجب استخدامها لمنع رفع الصقيع.
3الحماية من التآكل للجزء المدمج
يواجه القسم المدمج تحديات مزدوجة من تآكل التربة ودورات التجمد والذوبان.طبقة من البطاطس أو حماية الغلاف ضد الانكماش الحراريعلىالصف ASTM A123 100 (100μm)طبقة معدنية على منطقة التثبيت.
يجب أن يتوافق التصميم الهيكلي لأعمدة الفولاذ الشائكة 69kV ≈ 230kV في مناطق الجليد الثقيل بدقةNESC C2متطلبات الحملASCE/SEI 48-19منهجيات التصميم الهيكلي: من حمولات الجليد في المناطق التي تبلغ 0.5 بوصة إلى سيناريوهات الجليد القاسية التي تبلغ 1.25 بوصة، من عامل حمولة الرياح الذي يبلغ 2.50 إلى الحد الأدنى للعمق الحدودي للجدار الذي يبلغ 3/16 بوصة،كل معيار له تأثير مباشر على سلامة الهيكل في ظروف الشتاء القاسية.
بالنسبة للموردين الذين يخططون للمشاركة في عروض المناقصات لمشاريع النقل في الغرب الأوسط العلوي أو الشمال الشرقي أو ألاسكا ، مع تحديد صراحةمتوافق مع منطقة الحمولة الثقيلة NESC,تصميم ASCE/SEI 48-19، وتقديم جدول كامل لمعلمات التحقق من الحمل في المقترحات التقنية هو أساس لتحديد المصداقية التقنية.
