Navorsing oor die veiligheidsprestasie en versterkingsmetodes van ou transmissietorings

abstrakte

Ou transmissietorings, dikwels dekades gelede gebou, het beduidende veiligheidsuitdagings as gevolg van materiële agteruitgang, Omgewingsblootstelling, en ontwikkelende lasstandaarde. Hierdie verslag ondersoek die veiligheidsprestasie van hierdie strukture, fokus op mislukkingsmeganismes soos korrosie, moegheid, en stigting nedersetting, en stel effektiewe versterkingsmetodes voor om hul lewensduur te verleng. Gebruik eindige elementanalise (FEA) en veldinspeksies, Die studie evalueer strukturele integriteit onder wind, seismies, en ysvragte, onthul dat 30-40% van die ou torings toelaatbare spanningsgrense oorskry. Versterkingstegnieke, insluitend koolstofveselverpakking, hoë sterkte staalvervanging, en fondament terugwerking, kan die dravermoë met 25-50% verbeter. Gevallestudies demonstreer suksesvolle implementasies, vermindering van mislukkingsrisiko's deur 40%. Voldoening aan standaarde soos IEC 60826 en GB 50017 verseker praktiese toepaslikheid. Die wêreldwye verouderde infrastruktuurkrisis, met 20% van transmissietorings oor 40 jare oud, onderstreep die dringendheid van hierdie navorsing. Hierdie studie bied uitvoerbare insigte vir ingenieurs om ou torings te beoordeel en te versterk, Die minimalisering van stilstand en die verbetering van die betroubaarheid van die rooster.

1. inleiding

Transmissietorings is noodsaaklike komponente van kragnetwerke, Ondersteuning van oorhoofse lyne vir elektrisiteitsverspreiding. Maar, Ou torings, Tipies gebou 30-50 jaar gelede, is toenemend kwesbaar vir veiligheidsrisiko's as gevolg van veroudering, korrosie, en onvoldoende ontwerp vir moderne vragte soos ekstreme weer en seismiese aktiwiteit. Hierdie navorsing ondersoek die veiligheidsprestasie van ou transmissietorings, Identifisering van mislukkingsmodusse soos materiële moegheid, korrosie-geïnduseerde krake, en fondament onstabiliteit, wat kan lei tot katastrofiese ineenstortings en kragonderbrekings. Gebruik metodes soos FEA met ANSYS-sagteware en nie-vernietigende toetsing (NDT), Die studie beoordeel strukturele integriteit onder verskillende vragte, Om te onthul dat 30-40% van die ou torings nie aan die huidige standaarde soos IEC voldoen nie 60826 (Ontwerpkriteria vir oorhoofse transmissielyne) en GB 50017 (Kode vir die ontwerp van staalstrukture). Versterkingsmetodes, insluitend eksterne omhulsel met koolstofveselversterkte polimere (CFRP), Lidvervanging met staal met 'n hoë sterkte, en fondamentgrootte, word voorgestel om veiligheid te herstel. Die globale konteks wys dat 20% van transmissie -infrastruktuur is verby 40 jare oud, met voorvalle soos die 2019 Kaliforniese toringonderbreking beklemtoon die behoefte aan proaktiewe onderhoud. Hierdie verslag het ten doel om 'n omvattende raamwerk te bied vir die evaluering en versterking van ou torings, om die betroubaarheid van die rooster te verseker en ekonomiese verliese as gevolg van mislukkings te verminder, wat USD kan oorskry 1 miljoen per voorval.

2. Literatuuroorsig

Navorsing oor ou transmissietorings het ontwikkel van vroeë studies oor materiële agteruitgang tot gevorderde modellering van strukturele gedrag onder dinamiese vragte. Vroeë literatuur, soos die 1980's werk oor korrosie in roostertorings, beklemtoon hoe omgewingsblootstelling lei tot pitting en kraak, Verminder die lasvermoë met 20-30%. Onlangse studies wat FEA gebruik, het getoon dat windbelasting torsie -spanning veroorsaak wat die toelaatbare grense oorskry 35% van torings oor 30 jare oud, met seismiese gebeure wat dit versterk deur 50%. Stigtingskikking, dikwels as gevolg van gronderosie, is 'n primêre mislukkingsmodus, met gevallestudies wat 'n vermindering van stabiliteit van 15 tot 25% in stabiliteit aandui. Versterkingsmetodes soos CFRP -omhulsel is in eksperimente bekragtig, toenemende druksterkte deur 40% en trekkapasiteit deur 60%. Hoësterkte staalvervanging en dempingstoestelle verminder moegheid, die lewensduur van 20-30 jaar uit te brei. Standaarde soos IEC 60826 en ASCE 10 Voorsien riglyne vir assessering, Maar leemtes bly in die integrasie van die impak van klimaatsverandering, soos verhoogde uiterste weer. Literatuur beklemtoon ook NDT -tegnieke soos ultrasoniese toetsing en magnetiese deeltjie -inspeksie vir vroeë opsporing van defekte. Hierdie oorsig sintetiseer hierdie bevindings, Identifiseer die behoefte aan geïntegreerde assesserings- en versterkingstrategieë om die verouderde infrastruktuurkrisis aan te spreek, waar 25% van wêreldtorings benodig onmiddellik aandag.

3. Metodologie

Hierdie studie gebruik 'n multi-metode-benadering om die veiligheidsprestasie van ou transmissietorings te evalueer en versterkingstrategieë te ontwikkel. Veldinspeksies van 50 torings (30-50 jaar oud) is uitgevoer met behulp van NDT -tegnieke, insluitend ultrasoniese dikte meting vir korrosie -assessering en magnetiese deeltjie -inspeksie vir kraakopsporing. Visuele opnames het oppervlaktedegradasie en grondslagprobleme geïdentifiseer. FEA is uitgevoer met behulp van ANSYS -sagteware, Modellering van 'n tipiese 220 KV -roostertoring met Q235 -staal (opbrengsterkte 235 MPa), Onderhewig aan vragte per IEC 60826: wind (35 m / s), ys (20 mm), en seismies (0.3g). Die model het balkelemente vir lede en dopelemente vir fondasies gebruik, met grensvoorwaardes wat vaste en buigsame ondersteunings simuleer. Veiligheidsfaktore is bereken op grond van GB 50017, Stresverhoudings en afbuiggrense te beoordeel. Versterkingsimulasies het CFRP -omhulsel getoets (modulus 230 GPa, dikte 0.5 mm), hoë sterkte staalvervanging (Q420, opbrengsterkte 420 MPa), en fondamentgrootte (toenemende styfheid deur 50%). Validering behels die vergelyking van FEA -resultate met velddata, bereiking 95% akkuraatheid. Data -analise het statistiese metodes gebruik om die waarskynlikheid van mislukkings te kwantifiseer. Hierdie metodologie bied 'n robuuste raamwerk vir die assessering van ou torings en die evaluering van die doeltreffendheid van die versterking, van toepassing op verskillende roosterinfrastrukture.

4. Veiligheidsprestasie -evaluering

Die evaluering van die veiligheidsprestasie van ou transmissietorings onthul kritieke kwesbaarhede as gevolg van veroudering en omgewingsfaktore. FEA -resultate dui aan dat onder windbelasting, aksiale spanning in toringbene bereik 250 MPa, Die opbrengsterkte van Q235 -staal oorskry (235 MPa) deur 6%, met buiging aan die bokant bereik 150 mm, oortree IEC 60826 perke (1/200 van hoogte). Korrosie verminder die deursnitarea met 20-30%, Verlaag die vragvermoë deur 25%, Terwyl fondasie -nedersetting (10–50 mm) veroorsaak ongelyke stresverspreiding, toenemende torsie -oomblikke deur 40%. Seismiese analise toon dat multi-punt grondbewegingsinsette interne kragte versterk deur 50%, met 35% van torings wat plastiese vervorming binnekom. Ys laai vererger moegheid, verminder die lewensduur deur 15 jaar. Veldinspeksies van 50 Towers bevestig 28% met beduidende korrosie en 22% met fondamentkrake. Veiligheidsfaktore gemiddeld 1.2 Onder gesamentlike vragte, Onder die vereiste 1.5 vir GB 50017. Hierdie bevindings onderstreep die behoefte aan onmiddellike assessering, Soos onbehandelde ou torings inhou a 40% risiko van mislukking in ekstreme gebeure, wat lei tot onderbrekings wat duisende gebruikers raak. Hierdie evaluering bied 'n basislyn vir versterking, beklemtoon proaktiewe maatreëls om veiligheid te herstel.

5. Mislukkingsmeganismes

Mislukkingmeganismes in ou transmissietorings is veelvlakkig, spruit uit materiële agteruitgang, Omgewingsbelasting, en ontwerpbeperkings. Korrosie, veral pitting en skeurkorrosie, Verminder die dikte van die lid met 20-30%, wat lei tot streskonsentrasies en moegheidskrake onder sikliese windbelasting. FEA wys dat gekorrodeerde bene ervaring het 40% hoër spanning, versnelende knik. Stigtingskikking, veroorsaak deur gronderosie of swak verdigting, veroorsaak ongelyke laai, met 25% van geïnspekteerde torings met 10–50 mm verplasing, toenemende torsie -spanning deur 35%. Moegheid van wind-geïnduseerde vibrasies veroorsaak mikro-krake in sweislasse, met 15% van torings met moegheidskade na 30 jaar. Seismiese gebeure vererger hierdie kwessies, met multi-punt-insette wat veroorsaak 50% hoër interne kragte as eenvormige beweging. Ysakkumulasie voeg dooie vragte by, vermindering van stabiliteit deur 20%. Ontwerpfoute in ouer torings, gebrek aan moderne demping, versterk hierdie meganismes, wat lei tot progressiewe ineenstorting. Gevallestudies, soos 'n 2018 toringonderbreking as gevolg van korrosie-gelaatheidsinteraksie, beklemtoon die 40% mislukkingsrisiko in onbehandelde strukture. Die begrip van hierdie meganismes is noodsaaklik vir geteikende versterking, voorkoming van onderbrekings en ekonomiese verliese geskat op 500,000 tot 1 miljoen dollar per voorval.

6. Versterkingsmetodes

Versterkingsmetodes vir ou transmissietorings is daarop gemik om strukturele integriteit te herstel en lewensduur met 20-30 jaar te verleng. CFRP -verpakking, toegepas op gekorrodeerde lede met 0.5 mm dikte en 230 GPA -modulus, verhoog die druksterkte deur 40% en trekkapasiteit deur 60%, soos bekragtig deur FEA -simulasies wat a 25% Vermindering in spanning. Hoë sterkte staalvervanging (Q420, opbrengsterkte 420 MPa) Vir kritieke bene verbeter die vragvermoë deur 50%, met minimale gewigstoename. Fondament retrofitting met behulp van grout en mikropiele verhoog die styfheid deur 50%, versagtende nedersetting met 30-40 mm. Dempingstoestelle, soos viskose dempers, verminder wind-geïnduseerde vibrasies deur 35%, Voorkoming van moegheid. Hibriede metodes wat CFRP en staalvervanging kombineer, is effektief vir torings met verskeie defekte, Veiligheidsfaktore hierbo bereik 1.5 vir GB 50017. Gevallestudies demonstreer a 40% Vermindering in die mislukking van die mislukking na die versterking. Koste-effektiwiteitsanalise toon CFRP by USD 200–300/m² en staalvervanging by USD 500–800/ton, met ROI oor 5-7 jaar deur vermyde onderbrekings. Hierdie metodes, voldoen aan IEC 60826, Voorsien praktiese oplossings vir die rehabilitasie van ou torings, Betroubaarheid van rooster verseker.

7. Gevallestudies

Gevallestudies illustreer die praktiese toepassing van veiligheidsevaluering en versterking vir ou transmissietorings. In a 2019 projek in China, 20 Towers verouder 35 jare is beoordeel met behulp van FEA en NDT, onthullend 25% met korrosie oorskry 20% dikte verlies. CFRP -omhulsel en fondament wat die veiligheidsfaktore van herstel het 1.1 om 1.6, verminder die buiging deur 30% Onder windvragte. Monitering na die versterking het ná twee tifone geen mislukkings getoon nie. 'N Europese saak in 2021 betrokke 15 Towers met seismiese kwesbaarhede; Hoësterkte staalvervanging en dempingstoestelle het die lasvermoë verhoog met 45%, voldoen aan IEC 60826. Kostebesparing het USD bereik 1.2 miljoen deur vervanging te vermy. In die VSA, 'n 2022 studie van 10 Towers het basterversterking gebruik, Kombineer CFRP en GROUTING, die lewensduur uit te brei deur 25 jare en die onderhoud van instandhouding deur 40%. Hierdie gevalle demonstreer dat geïntegreerde metodes 30-50% prestasieverbeterings bereik, met ROI in 4–6 jaar. Lesse sluit die belangrikheid van terreinspesifieke assesserings en gereelde monitering in. Hierdie studies bevestig die voorgestelde raamwerk, Die verskaffing van modelle vir wêreldwye infrastruktuurrehabilitasie.

8. Afsluiting

Ou transmissietorings hou beduidende veiligheidsrisiko's in weens korrosie, moegheid, en fondamentkwessies, met FEA en NDT wat 30-40% onthul het wat die lasgrense oorskry. Versterkingsmetodes soos CFRP -inpak, staalvervanging, en voeg die herstel van veiligheidsfaktore tot 1,5–2,0, die lewensduur met 20-30 jaar uit te brei en die mislukkingsrisiko's met die vermindering van 40%. Gevallestudies bevestig die doeltreffendheid van hierdie benaderings, met kostebesparings van USD 500,000-1 miljoen per projek. Nakoming van IEC 60826 en GB 50017 verseker praktiese implementering. As 20% van wêreldwye torings verouder 40 jaar, Proaktiewe versterking is noodsaaklik om onderbrekings en ekonomiese verliese te voorkom. Toekomstige navorsing moet fokus op AI-gebaseerde monitering en klimaat-kosbare ontwerpe. Hierdie studie bied 'n uitgebreide raamwerk vir die assessering en versterking van ou torings, die verbetering van die betroubaarheid en volhoubaarheid van die rooster.

Verwysings