Zona di carico con ghiaccio pesante: Guida alla progettazione strutturale e alla verifica del carico per i pali di trasmissione in acciaio conicolato da 69 kV ∼ 230 kV
La sfida strutturale delle zone di ghiaccio pesante per le linee di trasmissione degli Stati Uniti
L'alto Midwest, il nord-est e l'Alaska affrontano ogni inverno gravi rischi di accumulo di ghiaccioLa tempesta di ghiaccio del gennaio 1998 nel nord-est degli Stati Uniti, che ha causato il crollo di numerose torri di trasmissione e guasti di linee, rimane un manuale per l'industria.L'impatto dell'accumulo di ghiaccio sui pali in acciaio di trasmissione va ben oltre l'aumento dei carichi verticali:l'accrescimento del ghiaccio aumenta l'area esposta al vento dei conduttori e dei fili di terra, moltiplicando i carichi di vento trasversali;scarico di ghiaccio irregolare e galoppamentogenerare tensioni longitudinali sbilanciate significative su lunghezze adiacenti■ più criticamente, lapresenza combinata di carichi di ghiaccio e di ventoimpone richieste di resistenza alle strutture a pali di gran lunga superiori a quelle degli scenari di progettazione convenzionali.
Per i pali tubulari di acciaio conici da 69 kV a 230 kV, la verifica del carico è il fulcro della garanzia dell'integrità strutturale nelle zone di ghiaccio pesante.Questo articolo illustra sistematicamente i requisiti di carico e i criteri di selezione strutturale per la progettazione di pali di zone di ghiaccio pesante, basato sui regolamenti NESC e sulle norme di progettazione ASCE/SEI 48-19.
NESC Requisiti di carico per zone di ghiaccio pesante e classificazione del distretto
IlCodice nazionale di sicurezza elettrica (NESC, ANSI C2)è lo standard fondamentale obbligatorio per la progettazione di linee aeree di trasmissione negli Stati Uniti.Il NESC divide il paese in tre distretti di carico meteorologico.:
Fonte: NESC Tabella 250-1
Nel Distretto di carico pesante, esemplificato dalla Pennsylvania, le strutture aeree devono essere progettate per0.5 pollici di ghiaccio radiale + vento a 40 mph + temperatura di 0 ° F.
Fattori di carico delle strutture in acciaiosotto NESC Grado B La costruzione è specificata come segue::
Carico di ghiaccio estremoIl progetto di una zona di ghiaccio pesante richiede inoltre che le strutture resistano a un'evoluzionecarico radicale minimo di ghiaccio di 1,25 pollici (31,8 mm), con densità di ghiaccio di57 pcf (circa 913 kg/m3), temperatura a 0°F, e velocità del vento a 0 mphAlcuni stati e utility hanno adottato standard interni ancora più severi..
Norma ASCE/SEI 48-19 di progettazione strutturale
ASCE/SEI 48-19, Progettazione di strutture di poli di trasmissione in acciaio, è lo standard di progettazione specializzato rilasciato dall'American Society of Civil Engineers, che fornisce una base tecnica uniforme per la progettazione, il dettaglio, la fabbricazione, i test, l'assemblaggio,e costruzione di strutture tubulari di acciaio coniche a freddoLa norma si applica sia alle strutture autoportanti che alle strutture a tubi, che coprono vari tipi di fondazioni, tra cui cassonetti in cemento, pilastri in acciaio e incorporamento diretto..
Per le applicazioni in zone di ghiaccio pesante, la norma ASCE/SEI 48-19 richiede ai progettisti di considerare le seguenti combinazioni di carichi:
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Regolamento NESC 250B (carico distrettuale): Combinazione standard di carichi di ghiaccio e vento
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Regola NESC 250C (vento estremo): si applica solo a strutture di altezza superiore a 60 ft (18,3 m)
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Regola NESC 250D (Ghiaccio estremo con vento concomitante): periodo di ritorno di 100 anni combinazione di ghiaccio estremo e carico eolico
Manuale ASCE 74, Linee guida per il carico strutturale delle linee di trasmissione elettrica,fornisce inoltre metodologie di calcolo del carico basate sull'affidabilità e funge da riferimento autorevole per l'analisi del carico delle zone di ghiaccio pesante.
Scelta del materiale e dello spessore della parete per i pali in acciaio conico
Selezione del grado di acciaio
per applicazioni in zone di ghiaccio pesante,ASTM Gr50 (densità minima 345 MPa) o Gr65 (densità minima 448 MPa)si raccomanda l'acciaio ad alta resistenza. Gr65 offre una maggiore capacità di torsione allo stesso spessore della parete, contribuendo a controllare il peso complessivo dei pali e i costi di trasporto.
Requisiti di spessore della parete
Il bollettino RUS 1724E-224 stabilisce lo spessore minimo del metallo di base per i componenti delle torri in acciaio galvanizzato:
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I membri principali dell'angolo: ≥3/16 di pollice (4,76 mm)
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Altri membri: ≥1/8 di pollice (3,18 mm)
Nelle zone di ghiaccio pesante, i progettisti in genereaumentare lo spessore della parete del sedereper affrontare il momento massimo di linea di fondo derivante da combinazioni di carichi NESCLo spessore specifico della parete di fondo deve essere determinato sulla base del momento di base calcolato in base ai casi di carico NESC, assicurando che il rapporto di sollecitazione non superi 1.0.
Disegno a palo conico
Le linee della zona di ghiaccio pesante sono meglio servite dadi legno o di legnoche variano lo spessore della parete e il diametro della sezione lungo l'altezza del palo, rafforzando la sezione della spalla mantenendo una rigidità superiore adeguataPer i disegni di montatura in scivolo a più sezioni, occorre prestare particolare attenzione alla verifica della flessione locale nella zona di fusione (in genere ≥ 24 pollici/610 mm di lunghezza di attacco).
Parametri chiave per la verifica del carico
I seguenti parametri sono fondamentali per la verifica del carico di pali in acciaio conici a 69 kV/230 kV in zone di ghiaccio pesante:
Considerazioni relative all'incorporazione diretta e alla progettazione delle fondamenta
Per i pali in acciaio ad incasso diretto in zone di ghiaccio pesante, la progettazione delle fondamenta richiede un'attenzione aggiuntiva a:
1. profondità di inserimento e resistenza laterale della terra
L'aumento dei carichi laterali derivanti dall'accumulo di ghiaccio viene trasmesso direttamente alla sezione incorporata, richiedendo una profondità di inserimento sufficiente per fornire una resistenza laterale alla terra.I progettisti dovrebbero calcolare il taglio e il momento della linea di fondo sulla base delle combinazioni di carichi NESC e determinare la profondità effettiva di inserimento in base al tipo di terreno..
2. Frost Heave Considerazioni
Le zone di ghiaccio pesante spesso coincidono con la penetrazione stagionale del gelo.al di sotto della linea di gelo, o materiali di riempimento non sensibili al gelo (ad es. pietra frantumata, sabbia/ghiaia) devono essere utilizzati per prevenire il sollevamento da ghiaccio.
3Protezione dalla corrosione per sezione incorporata
La sezione incorporata deve affrontare due sfide: la corrosione del suolo e i cicli di congelamento-discongelazione.rivestimento bituminoso o protezione a manica termicaoltre ilASTM A123 grado 100 (100 μm)rivestimento galvanizzato sulla zona di inserimento.
Conclusioni
La progettazione strutturale dei pali di acciaio conici da 69 kV a 230 kV nelle zone di ghiaccio pesante deve rispettare rigorosamenteNESC C2requisiti di carico eASCE/SEI 48-19metodologie di progettazione strutturale: da carichi di ghiaccio distrettuali di 0,5 pollici a scenari di ghiaccio estremo di 1,25 pollici, da un fattore di carico del vento di 2,50 a una soglia minima di spessore della parete di 3/16 pollici,ogni parametro ha un impatto diretto sulla sicurezza strutturale in condizioni invernali estreme.
Per i fornitori che intendono partecipare a gare d'appalto per progetti di trasmissione nell'Upper Midwest, nel Nordest o in Alaska, specificando esplicitamenteNESC Heavy Load District conforme,¢ progettazione ASCE/SEI 48-19, e una tabella completa dei parametri di verifica del carico nelle proposte tecniche costituisce la base per stabilire la credibilità tecnica.
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