NESC C2 Zone uraganiche ad alto carico di vento: controllo dello spessore della parete e della profondità di inserimento per pali in acciaio tubolare conico
La sfida strutturale delle zone urbaniche per le linee di trasmissione degli Stati Uniti
Il sud-est degli Stati Uniti, la costa del Golfo e le regioni costiere dell'Atlantico sono ogni anno direttamente minacciate da uragani.Le velocità estreme del vento causate dagli uragani possono causare danni catastrofici ai pali di acciaio della trasmissione:I carichi del vento sui conduttori e i fili a terra moltiplicano esponenzialmente,il corpo del palo resiste a massicci momenti di piegatura trasversale, ele fondamenta sono soggette a forze di sollevamento e ribaltamento.
Grandi eventi catastrofici come l'uragano Katrina (2005), l'uragano Harvey (2017) e l'uragano Ian (2022) hanno portato a crolli diffusi delle torri di trasmissione.servizi pubblici e regolatori per rafforzare continuamente gli standard di progettazione delle linee di trasmissione nelle regioni soggette a uragani.
per pali in acciaio tubulari conici da 69 kV a 230 kV,spessore della parete e profondità di inserimentosono i due parametri fondamentali che determinano la capacità di resistenza al vento.basato sui regolamenti NESC e sulle norme di progettazione ASCE/SEI 48-19.
Quadro di requisiti di carico per le zone di uragano NESC
IlCodice nazionale di sicurezza elettrica (NESC, ANSI C2)è lo standard fondamentale obbligatorio per la progettazione di linee di trasmissione aeree negli Stati Uniti. Il NESC divide il paese in tre distretti di carico climatico:Pesante,Medio, eLucePer le zone di uragano, il distretto di carico leggero si applica principalmente:
Fonte: NESC Tabella 250-1
L'intero stato della Florida rientra nel distretto di carico leggero, che richiede che le strutture aeree siano progettate perVento a 60 mph (9 psif di pressione del vento) + temperatura di 30°FAl contrario, la Pennsylvania è nel Heavy Loading District, che richiede una progettazione per 0,5 pollici di ghiaccio + vento a 40 mph..
Regola NESC 250C (carga estrema del vento)Il progetto di una zona di uragano richiede inoltre strutture che superino i limiti di sicurezza previsti per la zona di uragano.18,3 metriin altezza, insieme ai loro impianti di supporto, devono essere progettati per carichi estremi di vento sulla base delle velocità di base del vento nella figura NESC 250-2 (Da 90 a 170 mph di 3 secondi di vento, a seconda della località).
Fattori di carico delle strutture in acciaiosotto NESC Grado B La costruzione è specificata come segue::
Il grado B rappresenta il più alto margine di sicurezza nel NESC, richiesto quando i pali supportano le tracce che attraversano autostrade, ferrovie e vie navigabili a accesso limitato.
ASCE/SEI 48-19 Norma di progettazione strutturale e calcolo del carico eolico
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 freddo.
Per le applicazioni in zone uraganiche, l'ASCE/SEI 48-19 richiede ai progettisti di considerare le seguenti combinazioni di carichi NESC:
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Regolamento NESC 250B (carico distrettuale): 9 psf pressione del vento (senza ghiaccio) combinazione standard per il distretto LIGHT
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Regola NESC 250C (vento estremo): carichi di vento estremi basati sulle velocità di base del vento di cui alla figura 250-2, applicabili a strutture di altezza superiore a 60 piedi
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Regola NESC 250D (Ghiaccio estremo con vento concomitante): periodo di ritorno di 100 anni combinazione di ghiaccio estremo e vento
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 eolico delle zone uraganiche.
Calcolo ingegneristico del carico del vento: la regola NESC 250C specifica che la pressione del vento estremo è calcolata come segue::
Pressione del vento = 0,00256 × V2 × kz × GRF × I × Cd × Area prevista
dove V è la velocità del vento di 3 secondi della figura 250-2 (90° 170 mph), kz è il coefficiente di esposizione alla pressione di velocità (0,92 ∼1,40), e GRF è il fattore di risposta alla raffica.
Controllo dei parametri di spessore della parete per le zone uragano
RUS Bollettino 1724E-224 impone uno 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 uragani, i progettisti in genereaumentare lo spessore della parete del sedereper affrontare il momento massimo della linea di fondo derivante da combinazioni di carichi NESC; lo spessore specifico della parete della coda deve essere determinato sulla base del momento della linea di fondo calcolato in base ai casi di carico NESC,assicurando che il rapporto di sollecitazione non superi 1.0.
Disegno a palo conicoLe linee delle zone di uragano sono meglio servite da:di legno o di legnoche variano lo spessore della parete e il diametro della sezione lungo l'altezza del palo, rafforzando la sezione di fondo mantenendo un'adeguata rigidità superiore.deve essere prestata particolare attenzione alla verifica locale della flessione nella zona di fusione (in genere ≥ 24 pollici/610 mm di lunghezza di attacco).
Controllo dei parametri di profondità di inserimento per le zone uraganiche
La profondità di inserimento per i pali in acciaio a inserzione diretta è un altro parametro fondamentale nella progettazione delle zone uragano.con una lunghezza di montaggio superiore a 20 mm,.
Principi di progettazione della profondità di inserimento:
1Determina la profondità di inserimento in base al momento di base.
La profondità di inserimento deve essere sufficiente a resistere al momento e al taglio della linea di fondo.Prendendo laValore della bustaper determinare la profondità di inserimento richiesta.
2. Tipico range di profondità di inserimento
Per i pali di acciaio conici da 69 kV ≈ 230 kV, la profondità di inserimento tipica è10% ∼15%Per un palo di 70 piedi, questo equivale a circa7 ̊ 10,5 ftdi inserimento.
3Considerazioni relative alle condizioni del suolo
I calcoli della profondità di inserimento devono tener conto del tipo di terreno e della capacità di carico.una maggiore profondità di inserimento o l'aggiunta di piastre portanti di fondazionefornire una resistenza laterale adeguata.
4. Requisiti per la linea di congelamento
Anche se le zone urbaniche sono prevalentemente di clima tropicale, alcune regioni (come la costa centrale dell'Atlantico) presentano ancora una penetrazione stagionale di gelo.al di sotto della linea di gelo, o utilizzare materiali di riempimento non sensibili al gelo (ad esempio pietra frantumata, sabbia/ghiaia).
Protezione da corrosione galvanizzata e considerazioni relative alle zone di uragano
Le zone di uragano spesso coincidono conambienti costieri ad alto contenuto di sale, che impone rigidi requisiti di protezione contro la corrosione per i pali d'acciaio:
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Standard di galvanizzazione:ASTM A123, conGrado 100 (100 μm)spessore del rivestimento raccomandato per gli ambienti costieri
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Protezione aggiuntiva della sezione incorporata:Rivestimento bituminoso o protezione a manica termicasopra lo strato galvanizzato è raccomandato
Riepilogo dei parametri chiave
Conclusioni
La progettazione strutturale di pali in acciaio tubolare conici da 69 kV a 230 kV nelle zone urbaniche deve essere rigorosamente conforme alle disposizioni del regolamento (CE) n.NESC C2requisiti di carico eASCE/SEI 48-19L'impostazione di un sistema di controllo della velocità del vento è basata su un sistema di controllo della velocità del vento.50 per una spessore minima della parete di 3/16 pollici, e dai requisiti di profondità di incorporamento del 10% ∼15% ∼ ogni parametro ha un impatto diretto sulla sicurezza strutturale in condizioni di uragano.
Per i fornitori che intendono partecipare a gare d'appalto per progetti di trasmissione nelle regioni del sud-est degli Stati Uniti, della costa del Golfo o della costa atlantica, specificando esplicitamenteConformità con il distretto di carico leggero NESC,NESC Regola 250C Progettazione di venti estremi,¢ progettazione ASCE/SEI 48-19, e una tabella completa dei parametri di spessore della parete e di profondità di inserimento nelle proposte tecniche costituisce la base per stabilire la credibilità tecnica.
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