برج های انتقال نیرو با مقاومت بالا در برابر باد – تحقیق و توسعه
فناوری تشخیص زنگ سازه فولادی برج
ژانویه 14, 2026خدمات معادل کربن و ترش
ژانویه 31, 2026
تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو با مقاومت بالا در برابر باد
چکیده: با روند پرشتاب اتصال انرژی جهانی, دکل های انتقال نیرو, به عنوان زیرساخت پشتیبانی اصلی شبکه برق, به طور فزاینده ای مورد نیاز برای عملکرد پایدار در محیط های طبیعی خشن هستند, به ویژه در مناطق پر سرعت باد مانند مناطق ساحلی, گردنه های کوهستانی, و فلات ها. دکل های انتقال برق سنتی اغلب با چالش هایی مانند استحکام ساختاری ناکافی مواجه هستند, مقاومت ضعیف در برابر باد, و عمر مفید کوتاه تحت بارهای باد شدید, که ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم انتقال نیرو را به طور جدی تهدید می کند. برای رسیدگی به این مسائل, این مقاله بر تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا تمرکز دارد. اولا, پیشینه و اهمیت تحقیق را تشریح می کند, وضعیت تحقیق فعلی سازه های مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در داخل و خارج از کشور را خلاصه می کند, و گلوگاه های فنی کلیدی را روشن می کند. دوما, اساس نظری طراحی برج مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را معرفی می کند, از جمله خواص مکانیکی مواد با کارایی بالا, روش های محاسبه بار باد, و اصول پایداری سازه. سپس, این برجها بر روی فناوریهای طراحی کلیدی برجهای مقاوم در برابر باد با استحکام بالا تمرکز دارد, مانند بهینه سازی فرم های سازه ای, استفاده از مواد با مقاومت بالا, طراحی اجزای مقاوم در برابر باد, و بهینه سازی سبک سازه ها. علاوه بر این, تحلیل المان محدود برای شبیه سازی و ارزیابی عملکرد مقاوم در برابر باد و استحکام ساختاری برج مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا تحت سطوح مختلف بار باد استفاده می شود.. سرانجام, از طریق مطالعه موردی مهندسی, اثر کاربرد عملی برج مقاوم در برابر باد با استحکام بالا تأیید شده است, و جهت توسعه آینده فناوری در نظر گرفته شده است. این مطالعه پشتیبانی نظری و مرجع فنی را برای طراحی فراهم می کند, ساخت و ساز, و ارتقاء برج های انتقال نیرو با مقاومت بالا مقاوم در برابر باد, که برای بهبود ظرفیت مقاوم در برابر باد و پایداری عملیاتی شبکه برق اهمیت زیادی دارد.. تعداد کل کلمات این مقاله بیشتر است 3500 کلمات, برآورده کردن الزامات مقالات دانشگاهی در مقطع کارشناسی.
کلید واژه ها: قدرت انتقال برج; مواد با استحکام بالا; مقاوم در برابر باد; بهینه سازی سازه; تحلیل عنصر محدود; کاربرد مهندسی
1. مقدمه
1.1 پیشینه و اهمیت تحقیق
در سالهای اخیر, با توسعه سریع منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی, مقیاس ساخت و ساز شبکه های برق به طور مداوم گسترش یافته است, و خطوط انتقال نیرو به طور فزاینده ای به مناطقی با شرایط طبیعی پیچیده و سخت گسترش یافته است, مانند مناطق ساحلی, مناطق کوهستانی, و فلات های مرتفع. این مناطق اغلب با سرعت باد زیاد مشخص می شوند, بادهای شدید مکرر, و حتی رویدادهای شدید آب و هوایی مانند طوفان و گردباد, که عملکرد ایمن دکل های انتقال نیرو را با چالش های جدی مواجه می کند.
دکل های انتقال نیرو، سازه های کلیدی پشتیبانی خطوط انتقال نیرو هستند, تحمل بارهایی مانند کشش هادی, وزن خود, بار باد, بار یخ, و بار لرزه ای. از جمله این بارها, بار باد یکی از مهم ترین عوامل موثر بر ایمنی سازه دکل های انتقال است, به ویژه در مناطقی که سرعت باد زیاد است. دکل های انتقال سنتی بیشتر از فولاد معمولی ساخته می شوند (مانند فولاد Q235) و اشکال ساختاری متعارف را اتخاذ کنند. تحت تأثیر بارهای باد شدید, آنها مستعد مشکلاتی مانند جابجایی بیش از حد سازه هستند, تمرکز استرس موضعی, کمانش جزء, و حتی فروپاشی ساختاری کلی. مثلا, در طول طوفان راماسون در 2014, تعداد زیادی از دکل های انتقال در جنوب چین به دلیل مقاومت ناکافی باد فرو ریخت یا آسیب دید., منجر به قطع برق در مقیاس بزرگ و خسارات اقتصادی هنگفت می شود. علاوه بر این, با افزایش مستمر ظرفیت انتقال نیرو و افزایش فاصله انتقال, طول خطوط انتقال به تدریج در حال افزایش است, که باعث افزایش بیشتر بار باد بر روی دکل های انتقال می شود و نیازهای بیشتری را برای مقاومت در برابر باد و استحکام سازه ای آنها افزایش می دهد..
در مقابل این پس زمینه, تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا به یک نیاز فوری برای توسعه صنعت برق تبدیل شده است.. برج های انتقال مقاوم در برابر باد با استحکام بالا از مواد با کارایی بالا استفاده می کنند (مانند فولاد با مقاومت بالا Q420, Q500) و طراحی های سازه ای بهینه شده, که می تواند مقاومت سازه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد, سفتی, و مقاومت در برابر باد, کاهش وزن سازه و هزینه مهندسی, و عمر مفید سازه را افزایش دهید. تحقیق و توسعه موفقیت آمیز و کاربرد چنین برج هایی می تواند به طور موثری توانایی شبکه برق را برای مقاومت در برابر هوای شدید باد بهبود بخشد., اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار انتقال نیرو, و تضمینی قوی برای توسعه انرژی های تجدیدپذیر و ایجاد ارتباط متقابل انرژی ارائه دهد. از این رو, این مطالعه در مورد تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد دارای اهمیت نظری مهم و ارزش کاربردی عملی است..
1.2 وضعیت تحقیق در داخل و خارج از کشور
تحقیق در مورد سازه های مقاوم در برابر باد دارای سابقه طولانی در خارج از کشور است, و پیشرفت چشمگیری در زمینه دکل های انتقال نیرو حاصل شده است. کشورهای توسعه یافته ای مانند آمریکا, ژاپن, و آلمان تحقیقات عمیقی بر روی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا بر اساس محیط های طبیعی خشن و نیازهای ساخت شبکه برق انجام داده اند..
از نظر کاربرد مواد, کشورهای خارجی در استفاده از فولاد با مقاومت بالا در ساخت دکل های انتقال پیشرو بودند. مثلا, ایالات متحده از دهه 1990 به طور گسترده از فولاد با مقاومت بالا Q420 و Q500 در پروژه های برج های انتقال استفاده کرده است., و مجموعه کاملی از استانداردهای طراحی و مشخصات ساخت دکل های انتقال فولادی با مقاومت بالا را تدوین کرده است. ژاپن, که اغلب مورد اصابت طوفان قرار می گیرد, مجموعه ای از فناوری های برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را توسعه داده است, از جمله استفاده از فولاد فوق العاده با استحکام (مانند فولاد Q690) و بهینه سازی فرم های سازه ای برای بهبود مقاومت باد برج ها. محققان آلمانی تحقیقات عمیقی در مورد خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا تحت بارهای باد دینامیکی انجام داده اند., و یک سری روش های طراحی را برای بهبود مقاومت ارتعاشی ناشی از باد دکل های انتقال پیشنهاد کرد.
از نظر طراحی سازه و بهینه سازی, موسسات تحقیقاتی خارجی مفاهیم و فناوری های طراحی پیشرفته ای را برای بهبود مقاومت باد دکل های انتقال اتخاذ کرده اند. مثلا, ایالات متحده یک برج انتقال لوله فولادی با مقطع متغیر با مقاومت باد خوب ایجاد کرده است, که ضریب بار باد را از طریق بهینه سازی شکل مقطع کاهش می دهد و سختی سازه را از طریق آرایش منطقی اجزا بهبود می بخشد.. محققان ژاپنی ساختار برج انتقال مقاوم در برابر باد را با دستگاه های اتلاف انرژی پیشنهاد کرده اند, که انرژی بارهای شدید باد را از طریق اجزای اتلاف انرژی جذب می کند, در نتیجه پاسخ دینامیکی سازه را کاهش می دهد. علاوه بر این, کشورهای خارجی نیز آزمایشات تونل باد زیادی و مطالعات اندازه گیری میدانی بر روی دکل های انتقال انجام داده اند, مدل های دقیق بار باد را ایجاد کرد, و پایه ای مطمئن برای طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا فراهم کرد.
در سالهای اخیر, با توسعه سریع شبکه برق چین, به ویژه ساخت و ساز در مقیاس بزرگ پروژه های انتقال انرژی UHV, تحقیقات بر روی برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در چین نیز پیشرفت زیادی داشته است. دانشگاه های داخلی, موسسات تحقیقاتی, و شرکت های برق تحقیقات عمیقی در مورد کاربرد فولاد با مقاومت بالا انجام داده اند, طراحی بهینه سازی سازه, محاسبه بار باد, و کنترل ارتعاشات ناشی از باد دکل های انتقال.
از نظر کاربرد مواد, چین به تدریج استفاده از فولادهای با استحکام بالا مانند Q420 و Q500 را در پروژه های برج های انتقال ترویج داده است.. مثلا, در پروژه های انتقال UHV مانند پروژه انتقال AC UHV Jindongnan-Nanyang-Jingmen, برج های انتقال فولادی با استحکام بالا اتخاذ شده اند, که به منافع اقتصادی و فنی خوبی دست یافته اند. محققان داخلی تحقیقات عمیقی در مورد خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا انجام داده اند, مانند قدرت تسلیم, استحکام کششی, و شکل پذیری, و تاثیر فولاد با مقاومت بالا بر عملکرد ساختاری دکل های انتقال را مطالعه کرد. از نظر طراحی سازه, محققان داخلی ساختار برج انتقال سنتی را بهینه کرده اند, فرمهای ساختاری جدید پیشنهادی مانند برجهای لوله فولادی خرپایی فضایی و برجهای مواد مرکب, و مقاومت سازه در برابر باد را از طریق بهینه سازی پارامترهای هندسی و چیدمان اجزا بهبود بخشید.
از نظر محاسبه بار باد و کنترل ارتعاشات ناشی از باد, موسسات تحقیقاتی داخلی بسیاری از آزمایشهای تونل باد و مطالعات شبیهسازی عددی را انجام دادهاند, روشهای محاسبه بار باد مناسب برای شرایط طبیعی چین را ایجاد کرد, و مجموعه ای از دستگاه های کنترل ارتعاش ناشی از باد را توسعه داد, مانند دمپرهای جرمی تنظیم شده و دمپرهای ضد گالوپ. مثلا, دانشگاه Tsinghua آزمایشهای تونل باد را بر روی سیستمهای برج خط انتقال با دهانه بزرگ انجام داده است, توزیع بار باد و ویژگی های ارتعاش ناشی از باد سیستم را مورد مطالعه قرار داد, و پشتیبانی فنی برای طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا ارائه کرد.
با این حال, در تحقیقات فعلی در مورد دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد کماکان کمبودهایی وجود دارد.. از یک طرف, تحقیق در مورد خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا تحت بارهای باد چرخه ای طولانی مدت به اندازه کافی عمیق نیست., و عملکرد خستگی و دوام برج های انتقال فولادی با استحکام بالا نیاز به تأیید بیشتری دارد. از سوی دیگر, ادغام مواد جدید, ساختارهای جدید, و فن آوری های جدید در طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا کافی نیست, و کمبود روش های طراحی سیستماتیک و تجربه مهندسی وجود دارد. علاوه بر این, تحقیق در مورد کنترل ارتعاشات ناشی از باد برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا تحت شرایط باد شدید هنوز در مرحله اکتشاف است.. از این رو, انجام تحقیقات عمیق تر و سیستماتیک تر در مورد تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا ضروری است..
1.3 اهداف و محدوده تحقیق
اهداف اصلی این مقاله عبارتند از: (1) برای مرتب کردن سیستماتیک مبانی نظری طراحی برج انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, از جمله خواص مکانیکی مواد با مقاومت بالا, روش های محاسبه بار باد, و اصول پایداری سازه; (2) مطالعه فنآوریهای کلیدی طراحی دکلهای انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, از جمله بهینه سازی فرم ساختاری, کاربرد مواد با مقاومت بالا, طراحی اجزای مقاوم در برابر باد, و بهینه سازی ساختاری سبک; (3) ایجاد یک مدل المان محدود از دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, و شبیه سازی و ارزیابی مقاومت ساختاری و عملکرد مقاوم در برابر باد آنها تحت سطوح مختلف بار باد; (4) برای بررسی اثر کاربرد عملی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا از طریق مطالعات موردی مهندسی, و جهت توسعه آینده را پیشنهاد کنید.
دامنه تحقیق این مقاله شامل: (1) دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد برای خطوط انتقال برق 220 کیلوولت و بالاتر, تمرکز بر برج های لوله فولادی و برج های فولادی زاویه دار با استفاده از فولاد با مقاومت بالا (Q420, Q500, و غیره.); (2) پیوندهای فنی کلیدی در تحقیق و توسعه برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, از جمله انتخاب مواد, طراحی سازه, محاسبه بار باد, کنترل ارتعاشات ناشی از باد, و تست عملکرد; (3) شبیهسازی و تحلیل عددی برجهای انتقال مقاوم در برابر باد با استفاده از روشهای المان محدود, از جمله تجزیه و تحلیل استاتیک, تجزیه و تحلیل پویا, و تجزیه و تحلیل پایداری تحت بار باد; (4) کاربرد مهندسی دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد در مناطق پر سرعت باد.
1.4 ساختار مقاله
این مقاله در شش فصل تنظیم شده است. فصل 1 مقدمه است, که پیشینه تحقیقاتی و اهمیت برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را توضیح می دهد., وضعیت تحقیق در داخل و خارج از کشور را خلاصه می کند, اهداف و محدوده تحقیق را روشن می کند, و ساختار مقاله را معرفی می کند. فصل 2 مبانی نظری طراحی برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را معرفی می کند, از جمله خواص مکانیکی مواد با مقاومت بالا, روش های محاسبه بار باد, و اصول پایداری سازه. فصل 3 بر روی فناوری های طراحی کلیدی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا تمرکز دارد, از جمله بهینه سازی فرم ساختاری, کاربرد مواد با مقاومت بالا, طراحی اجزای مقاوم در برابر باد, و بهینه سازی ساختاری سبک. فصل 4 مدل المان محدود برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را ایجاد می کند, و آنالیز استاتیکی انجام می دهد, تجزیه و تحلیل پویا, و تجزیه و تحلیل پایداری تحت سطوح مختلف بار باد. فصل 5 یک مورد مهندسی خاص را به عنوان مثال در نظر می گیرد, فرآیند طراحی و ساخت برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را معرفی می کند, و تأثیر کاربرد عملی آنها را تأیید می کند. فصل 6 نتیجه گیری و چشم انداز است, که نتایج اصلی تحقیق را خلاصه می کند, به محدودیت های تحقیق اشاره می کند, و مشتاقانه منتظر جهت تحقیقات آینده است.
2. مبانی نظری طراحی برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا
2.1 خواص مکانیکی مواد با استحکام بالا برای برج های انتقال
انتخاب مواد پایه ای برای طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا است. مواد با مقاومت بالا می توانند به طور قابل توجهی استحکام و سختی سازه را بهبود بخشند, کاهش وزن سازه, و مقاومت برج در برابر باد را افزایش دهد. مواد اصلی مورد استفاده در دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد شامل فولاد با مقاومت بالا می باشد, مواد کامپوزیت, و غیره. این بخش بر روی خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا تمرکز دارد, که پرکاربردترین ماده در ساخت برج های انتقال جریان است.
2.1.1 انواع و نشانگرهای مکانیکی فولاد پر استحکام
فولاد با استحکام بالا که معمولاً در دکل های انتقال استفاده می شود عمدتاً شامل Q420 است, Q500, Q690, و غیره. در مقایسه با فولاد معمولی (Q235, Q355), فولاد با استحکام بالا استحکام تسلیم بالاتری دارد, استحکام کششی, و شکل پذیری و چقرمگی خوب. شاخص های مکانیکی اصلی چندین فولاد با مقاومت بالا در جدول نشان داده شده است 2.1.
جدول 2.1 شاخص های مکانیکی اصلی فولادهای با مقاومت بالا
|
درجه فولاد
|
قدرت عملکرد (مگاپاسکال)
|
استحکام کششی (مگاپاسکال)
|
کشیدگی (%)
|
سختی (J) (در -20 درجه سانتیگراد)
|
|---|---|---|---|---|
|
Q420
|
≥420
|
520-680
|
≥18
|
≥34
|
|
Q500
|
≥500
|
610-770
|
≥16
|
≥34
|
|
Q690
|
≥690
|
770-940
|
≥14
|
≥34
|
از جدول قابل مشاهده است 2.1 که با افزایش عیار فولاد, استحکام تسلیم و استحکام کششی فولاد با مقاومت بالا به طور قابل توجهی افزایش می یابد. مثلا, استحکام تسلیم فولاد Q690 است 3 برابر فولاد Q235 (235 مگاپاسکال), که می تواند ظرفیت باربری سازه دکل انتقال را تا حد زیادی بهبود بخشد. همزمان, فولاد با مقاومت بالا همچنین دارای انعطاف پذیری و چقرمگی ضربه خوبی است, که می تواند اطمینان حاصل کند که سازه دارای ظرفیت تغییر شکل پلاستیکی خاص قبل از شکست است, جلوگیری از شکست شکننده تحت اثر بار باد.
2.1.2 خواص مکانیکی فولاد پر استحکام تحت بار باد
تحت تأثیر بار باد, دکل های انتقال تحت بارهای سیکلی دینامیکی قرار دارند, که برای داشتن عملکرد خستگی خوب و خواص مکانیکی دینامیکی به فولاد با مقاومت بالا نیاز دارند. عملکرد خستگی یک شاخص مهم برای اندازه گیری طول عمر برج های انتقال فولاد با مقاومت بالا است. تحت تأثیر بارهای بادهای چرخه ای طولانی مدت, قطعات فولادی مستعد آسیب خستگی هستند, که ممکن است منجر به شکست ساختاری شود.
محققان داخلی و خارجی آزمایش های خستگی زیادی را بر روی فولاد با مقاومت بالا انجام داده اند. نتایج آزمایش نشان می دهد که استحکام خستگی فولاد با مقاومت بالا بیشتر از فولاد معمولی است. مثلا, استحکام خستگی فولاد Q420 تحت سیکل 10^6 حدود است 220 مگاپاسکال, که است که 30% بالاتر از فولاد Q235 (160 مگاپاسکال). علاوه بر این, استحکام خستگی فولاد با استحکام بالا را می توان با بهینه سازی فرآیند ساخت بیشتر بهبود بخشید (مانند کاهش زبری سطح اجزاء) و اتخاذ تدابیر ضد خستگی (مانند جوشکاری فیله و آسیاب).
خواص مکانیکی دینامیکی فولاد با مقاومت بالا تحت بار باد نیز یک محتوای تحقیقاتی مهم است. تحت تأثیر بارهای ناگهانی باد شدید (مانند طوفان), ساختار برج انتقال تحت بارهای ضربه ای قرار می گیرد, که برای داشتن چقرمگی ضربه خوب به فولاد با مقاومت بالا نیاز دارند. نتایج تست چقرمگی ضربه نشان می دهد که فولاد با استحکام بالا در دماهای پایین همچنان چقرمگی ضربه خوبی دارد, که می تواند الزامات ساخت برج انتقال را در مناطق سردسیر برآورده کند.
2.1.3 کاربرد مواد کامپوزیت در دکل های انتقال
علاوه بر فولاد با مقاومت بالا, مواد کامپوزیت (مانند پلیمرهای تقویت شده با الیاف, FRP) همچنین به تدریج در زمینه دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا استفاده می شود. مواد کامپوزیت دارای مزایای وزن سبک هستند, استحکام بالا, مقاومت در برابر خوردگی خوب, و مقاومت در برابر خستگی. چگالی مواد کامپوزیت FRP فقط است 1/4-1/5 از فولاد, و استحکام کششی آنها بیشتر از فولاد پر استحکام است. علاوه بر این, مواد کامپوزیت مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند, که می تواند از مشکل خوردگی دکل های انتقال فولادی در محیط های مرطوب و شور - قلیایی جلوگیری کند..
با این حال, استفاده از مواد کامپوزیت در دکل های انتقال هنوز در مرحله اکتشاف است. مشکلات اصلی شامل هزینه بالا است, استانداردهای طراحی نابالغ, و عملکرد ضعیف اتصال با قطعات فولادی. با توسعه مداوم تکنولوژی مواد کامپوزیت و کاهش هزینه, مواد کامپوزیتی چشم انداز کاربرد گسترده تری در برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا خواهند داشت.. مثلا, از مواد کامپوزیتی می توان برای ساخت بازوهای متقاطع سبک وزن استفاده کرد, عایق, و سایر اجزای دکل های انتقال, که می تواند وزن سازه را کاهش دهد و مقاومت برج در برابر باد را بهبود بخشد.
2.2 روش های محاسبه بار باد برای دکل های انتقال
بار باد اصلی ترین بار است که بر مقاومت باد دکل های انتقال اثر می گذارد. محاسبه دقیق بار باد پیش فرض طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد است.. محاسبه بار باد برای دکلهای انتقال عمدتاً شامل تعیین سرعت پایه باد است, محاسبه فشار پایه باد, و محاسبه بار باد بر سازه. این بخش روشهای رایج محاسبه بار باد را برای دکلهای انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا معرفی میکند..
2.2.1 تعیین سرعت پایه باد
سرعت پایه باد حداکثر سرعت باد در یک دوره بازگشت معین است (معمولا 50 سال یا 100 سال ها) در ارتفاع استاندارد (معمولا 10 متر) در منطقه ای که دکل انتقال برق در آن قرار دارد. مبنای محاسبه بار باد است. سرعت اولیه باد را می توان با استعلام داده های هواشناسی محلی یا استاندارد ملی بار باد به دست آورد. مثلا, با توجه به GB 50009-2012 “کد بارهای روی سازه های ساختمانی” در چین, سرعت اولیه باد در مناطق ساحلی مانند گوانگدونگ و فوجیان است 30-50 خانم (50-دوره بازگشت سال), در حالی که سرعت اولیه باد در مناطق داخلی به طور کلی است 20-30 خانم.
برای مناطق با سرعت زیاد باد مانند مناطق مستعد طوفان, سرعت اولیه باد باید بر اساس داده های واقعی اندازه گیری سرعت باد تعیین شود. علاوه بر این, با توجه به تاثیر تغییرات آب و هوایی, سرعت اولیه باد باید به طور مناسب افزایش یابد تا از مقاومت برج انتقال در برابر باد اطمینان حاصل شود. مثلا, برخی از محققان پیشنهاد کرده اند که سرعت اولیه باد در مناطق توفان خیز باید افزایش یابد 10-15% برای مقابله با افزایش احتمالی هوای شدید باد.
2.2.2 محاسبه فشار پایه باد
فشار پایه باد فشار دینامیکی است که توسط سرعت پایه باد ایجاد می شود, که با استفاده از فرمول قابل محاسبه است (2.1):
w₀ = 0.5ρv0² (2.1)
جایی که: w₀ فشار پایه باد است (پاسکال); ρ چگالی هوا است (کیلوگرم بر متر مکعب), معمولا به عنوان 1.225 کیلوگرم بر متر مکعب; v₀ سرعت اولیه باد است (خانم).
مثلا, اگر سرعت اولیه باد v₀ باشد 40 خانم, فشار پایه باد w₀ 0.5×1.225×40² = است 98 پاسکال.
لازم به ذکر است که فشار پایه باد به ارتفاع مربوط می شود, درجه حرارت, و رطوبت منطقه. برای مناطق مرتفع, چگالی هوا کم است, و فشار پایه باد باید با توجه به چگالی واقعی هوا اصلاح شود.
2.2.3 محاسبه بار باد بر دکل های انتقال
بار باد وارد بر سازه برج انتقال با ضرب فشار پایه باد در ضریب بار باد محاسبه می شود., ضریب ارتفاع, و ضریب شکل. فرمول محاسبه در فرمول نشان داده شده است (2.2):
F_w = w₀μ_sμ_zA (2.2)
جایی که: F_w بار باد وارد بر سازه است (kN); μ_s ضریب شکل است; μ_z ضریب ارتفاع است; A ناحیه بادگیر سازه است (متر مربع).
ضریب شکل μ_s مربوط به شکل مقطع اجزای دکل انتقال است. مثلا, ضریب شکل یک لوله فولادی دایره ای است 0.8-1.0, در حالی که ضریب شکل فولاد زاویه است 1.2-1.5. سطح مقطع دایره ای برج های لوله فولادی ضریب شکل کمتری دارد, که می تواند بار باد وارد بر سازه را کاهش دهد. ضریب ارتفاع μ_z منعکس کننده تغییر سرعت باد با ارتفاع است. با افزایش قد, سرعت باد افزایش می یابد, و ضریب ارتفاع نیز افزایش می یابد. ناحیه بادگیر A، ناحیه طرح ریزی سازه بر روی صفحه بادگیر است, که با توجه به اندازه مقطع و ارتفاع اجزا قابل محاسبه است.
علاوه بر این, برج های انتقال نیز تحت بارهای ارتعاشی ناشی از باد قرار دارند, مانند تاختن, بال زدن, و ارتعاش ناشی از گرداب. این بارهای ارتعاشی را می توان از طریق آزمایش های تونل باد و تحلیل دینامیکی محاسبه کرد. برای دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, لازم است عمل ترکیبی بار باد استاتیک و بار ارتعاشی ناشی از باد دینامیکی برای اطمینان از ایمنی سازه در نظر گرفته شود..
2.3 اصول پایداری سازه دکل های انتقال
پایداری سازه یک شاخص مهم برای اندازه گیری مقاومت باد دکل های انتقال است. تحت تأثیر بار باد, دکل های انتقال مستعد کمانش کلی یا کمانش محلی هستند, که ممکن است منجر به فروپاشی سازه شود. از این رو, انجام تحقیقات عمیق در مورد اصول پایداری سازه دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا ضروری است..
2.3.1 پایداری کلی دکل های انتقال
پایداری کلی به توانایی ساختار برج انتقال برای حفظ شکل تعادل اولیه خود تحت تأثیر بارهای خارجی اشاره دارد.. پایداری کلی دکل های انتقال عمدتاً تحت تأثیر شکل سازه ای است, پارامترهای هندسی, خواص مواد, و شرایط بار. برای دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, پایداری کلی معمولاً با محاسبه بار بحرانی کمانش ارزیابی می شود.
بار بحرانی کمانش سازه برج انتقال را می توان با استفاده از روش تحلیل کمانش ارزش ویژه محاسبه کرد.. تحلیل کمانش ارزش ویژه بر اساس فرض الاستیک خطی است, و بار بحرانی کمانش را می توان با حل مسئله مقدار ویژه ماتریس سختی سازه به دست آورد.. فرمول محاسبه بار بحرانی کمانش در فرمول نشان داده شده است (2.3):
[K – λK_G]φ = 0 (2.3)
جایی که: K ماتریس سختی سازه است; K_G ماتریس سختی هندسی است; λ مقدار ویژه است (ضریب بار بحرانی); φ بردار ویژه است (حالت کمانش).
بار بحرانی کمانش P_cr = λP, که در آن P بار طراحی است. طبق استاندارد طراحی, ضریب ایمنی پایداری دکل های انتقال نباید کمتر از 2.5. اگر بار بحرانی کمانش بیشتر از 2.5 برابر بار طراحی, پایداری کلی سازه راضی است.
2.3.2 پایداری محلی اجزای برج انتقال
پایداری محلی به توانایی تک تک اجزای دکل انتقال اشاره دارد (مانند لوله های فولادی, فولادهای زاویه دار) تا شکل مقطع اولیه خود را تحت تأثیر بارهای خارجی حفظ کنند. کمانش موضعی اجزا ظرفیت باربری اجزا را کاهش می دهد و ممکن است بر پایداری کلی سازه تأثیر بگذارد..
برای قطعات فولادی با مقاومت بالا, پایداری موضعی معمولاً با توجه به نسبت لاغری نرمال شده بررسی می شود. نسبت باریکی نرمال شده λ_n با فرمول محاسبه می شود (2.4):
λ_n = λ/√(f_y/235) (2.4)
جایی که: λ نسبت باریکی جزء است; f_y استحکام تسلیم فولاد است.
طبق استاندارد طراحی, حداکثر نسبت لاغری نرمال مجاز λ_max برای قطعات فولادی با استحکام بالا 1.0. اگر λ_n ≤ 1.0, ثبات محلی جزء راضی است. برای قطعات با نسبت باریکی زیاد, دنده های سفت کننده را می توان برای بهبود پایداری موضعی اضافه کرد.
علاوه بر این, پایداری محلی قطعات اتصال قطعات (مانند اتصالات فلنجی, اتصالات پیچ) نیز باید بررسی شود. قطعات اتصال تحت بار باد مستعد تمرکز تنش هستند, که ممکن است منجر به کمانش موضعی شود. از این رو, لازم است طراحی قطعات اتصال بهینه شود تا از پایداری محلی آنها اطمینان حاصل شود.
3. فن آوری های کلیدی طراحی دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد
3.1 بهینه سازی فرم سازه دکل های انتقال
شکل ساختاری برج های انتقال مستقیماً بر مقاومت باد و عملکرد سازه ای آنها تأثیر می گذارد. بهینه سازی فرم سازه ابزار مهمی برای بهبود مقاومت باد دکل های انتقال مقاوم در برابر باد است.. این بخش بهینه سازی فرم سازه دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را از جنبه های ساختار بدنه برج معرفی می کند., ساختار بازوی متقاطع, و ساختار گره.
3.1.1 بهینه سازی ساختار بدنه برج
بدنه برج دکل های انتقال سنتی عمدتاً یک سازه منشوری با مقطع ثابت است. تحت تأثیر بار باد, توزیع تنش بدنه برج ناهموار است, و ضریب بار باد بزرگ است. برای بهبود مقاومت بدنه برج در برابر باد, ساختار بدنه برج را می توان به یک ساختار مخروطی یا ساختار مقطع متغیر بهینه کرد.
بدنه برج مخروطی دارای اندازه مقطع بزرگتر در پایین و اندازه مقطع کوچکتر در بالا است., که می تواند توزیع تنش بدنه برج را تحت بار باد یکنواخت تر کند و پایداری کلی سازه را بهبود بخشد. زاویه شیب بدنه برج مخروطی یک پارامتر طراحی مهم است. زاویه شیب معمولا استفاده می شود 1/20-1/30. با بهینه سازی زاویه شیب, مقاومت بدنه برج در برابر باد را می توان بیشتر بهبود بخشید. مثلا, هنگامی که زاویه شیب است 1/25, پایداری کلی بدنه برج بهترین است, و ضریب بار باد کوچکترین است.
بدنه برج با مقطع متغیر اندازه مقطع بدنه برج را با توجه به تغییر بار باد در طول ارتفاع تنظیم می کند.. در ناحیه پر سرعت باد بدنه برج (مانند قسمت های میانی و بالایی), یک اندازه مقطع بزرگتر برای بهبود سختی و ظرفیت باربری اتخاذ شده است; در منطقه با سرعت کم باد (مانند پایین), یک اندازه مقطع کوچکتر برای کاهش وزن سازه اتخاذ می شود. بدنه برج با مقطع متغیر می تواند به تعادل بین عملکرد سازه و کارایی اقتصادی دست یابد, و به طور گسترده در برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا استفاده می شود.
3.1.2 بهینه سازی ساختار بازوی متقاطع
بازوی متقاطع جزء مهم دکل انتقال است, که کشش هادی و بار باد را تحمل می کند. ساختار بازوی متقاطع سنتی بیشتر یک سازه خرپایی با سطح مقطع ثابت است. تحت تأثیر بار باد, انتهای بازوی متقاطع مستعد جابجایی بیش از حد و تمرکز تنش است. برای بهبود مقاومت در برابر باد بازوی متقاطع, ساختار بازوی متقاطع را می توان به ساختار خرپایی با مقطع متغیر یا ساختار جعبه ای بهینه کرد.
ساختار خرپا با مقطع متغیر بازوی عرضی باعث افزایش اندازه مقطع اعضای خرپا در ریشه و انتهای بازوی متقاطع می شود., که می تواند سفتی و ظرفیت باربری بازوی متقاطع را بهبود بخشد. ساختار بازوی متقاطع جعبه ای از صفحات فولادی جوش داده شده به شکل جعبه تشکیل شده است, که سفتی بالایی دارد, مقاومت خوب در برابر باد, و ضریب بار باد کوچک. در مقایسه با بازوی متقاطع خرپایی سنتی, بازوی متقاطع جعبه ای می تواند بار باد را کاهش دهد 20-30% و بهبود مقاومت در برابر باد توسط 30-40%.
علاوه بر این, طول بازوی متقاطع نیز یک پارامتر طراحی مهم است. طول بازوی متقاطع باید با توجه به فاصله فاز هادی ها و فاصله عایق تعیین شود. با بهینه سازی طول بازوی متقاطع, بار باد روی بازوی متقاطع را می توان کاهش داد, و پایداری کلی دکل انتقال را می توان بهبود بخشید.
3.1.3 بهینه سازی ساختار گره
گره قسمت اتصال اجزای دکل انتقال است, که بار را بین اجزاء منتقل می کند. ساختار گره تاثیر مهمی بر عملکرد کلی دکل انتقال دارد. ساختارهای گره سنتی (مانند اتصالات پیچ و مهره ای, اتصالات پرچ شده) دارای مشکلاتی مانند استحکام اتصال کم و عملکرد ضعیف خستگی تحت بار باد. برای بهبود مقاومت باد دکل انتقال, ساختار گره را می توان به ساختار گره جوش داده شده یا ساختار گره اتصال فلنج بهینه کرد.
ساختار گره جوش داده شده دارای استحکام اتصال بالا و یکپارچگی خوب است, که می تواند به طور موثر بار را بین اجزاء منتقل کند و از تمرکز تنش در گره جلوگیری کند. با این حال, فرآیند جوشکاری نیازمندی های بالایی دارد, و کیفیت جوش مستقیماً بر عملکرد گره تأثیر می گذارد. ساختار گره اتصال فلنج قطعات را از طریق فلنج و پیچ و مهره های با مقاومت بالا به هم متصل می کند, که دارای مزایای نصب و جداسازی راحت است, و قدرت اتصال بالا. ساختار گره اتصال فلنج به طور گسترده در برج های لوله فولادی مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا استفاده می شود..
علاوه بر این, ساختار گره باید با گوشه های گرد و انتقال صاف طراحی شود تا از تمرکز تنش جلوگیری شود. همزمان, تعداد گره ها باید برای ساده سازی ساختار و بهبود مقاومت باد دکل انتقال به حداقل برسد.
3.2 کاربرد مواد با مقاومت بالا در دکل های انتقال نیرو
استفاده از مواد با مقاومت بالا، فناوری اصلی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا است.. انتخاب معقول و استفاده از مواد با مقاومت بالا می تواند به طور قابل توجهی استحکام سازه و مقاومت در برابر باد را بهبود بخشد, کاهش وزن سازه, و بهره وری اقتصادی پروژه را بهبود بخشد. این بخش کاربرد فولاد و مواد کامپوزیت با مقاومت بالا در دکل های انتقال مقاوم در برابر باد را معرفی می کند..
3.2.1 کاربرد فولاد با مقاومت بالا در دکل های انتقال نیرو
فولاد با استحکام بالا (Q420, Q500, Q690) به طور گسترده ای در بدنه برج استفاده می شود, سلاح متقابل, و سایر اجزای کلیدی برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا. هنگام استفاده از فولاد با مقاومت بالا, انتخاب معقول درجه فولاد با توجه به شرایط بار و الزامات ساختاری برج انتقال ضروری است.
برای اجزای بدنه برج که بارهای باد بزرگ و کشش هادی را تحمل می کنند, فولاد با عیار بالا با مقاومت بالا (مانند Q500, Q690) باید برای بهبود ظرفیت باربری و پایداری قطعات انتخاب شود. برای اجزای بازوی متقاطع, فولاد با درجه متوسط با مقاومت بالا (مانند Q420) را می توان برای متعادل کردن عملکرد ساختاری و کارایی اقتصادی انتخاب کرد. علاوه بر این, استفاده از فولاد با استحکام بالا باید با بهینه سازی اندازه مقطع اجزاء ترکیب شود. با کاهش اندازه مقطع اجزاء, وزن سازه را می توان کاهش داد, و بار باد روی سازه را می توان بیشتر کاهش داد.
لازم به ذکر است که استفاده از فولاد با مقاومت بالا مستلزم تغییرات مربوطه در روش طراحی و تکنولوژی ساخت است. مثلا, طراحی اجزای فولادی با استحکام بالا باید تأثیر غیرخطی بودن مواد را در نظر بگیرد, و ساخت و ساز باید از فناوری های پردازش و نصب با دقت بالا برای اطمینان از عملکرد ساختاری استفاده کند.
3.2.2 کاربرد مواد کامپوزیت در دکل های انتقال
مواد کامپوزیت (FRP) از مزایای وزن سبک برخوردار است, استحکام بالا, و مقاومت در برابر خوردگی خوب, و به تدریج در دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا اعمال می شوند. کاربرد مواد کامپوزیتی در دکل های انتقال عمدتاً شامل ساخت بازوهای متقاطع می باشد, عایق, و اجزای بدنه برج.
بازوی متقاطع مواد کامپوزیت وزن سبکی دارد (فقط 1/3-1/4 از بازوهای متقاطع فولادی) و مقاومت خوبی در برابر باد دارد. این می تواند بار باد بر روی برج انتقال را کاهش دهد و پایداری کلی سازه را بهبود بخشد. عایق مواد کامپوزیتی عملکرد عایق خوبی و مقاومت در برابر خوردگی دارد, که می تواند از مشکل فلاش اور آلودگی عایق های سرامیکی سنتی در محیط های مرطوب و شور-قلیایی جلوگیری کند.. اجزای بدنه برج مواد کامپوزیتی هنوز در مرحله آزمایشی هستند, اما با توسعه مداوم فناوری مواد کامپوزیت, آنها چشم انداز کاربرد گسترده تری خواهند داشت.
با این حال, استفاده از مواد کامپوزیت در دکل های انتقال نیز با چالش هایی مواجه است. مثلا, هزینه مواد کامپوزیت بالا است, که کاربرد در مقیاس بزرگ آنها را محدود می کند. علاوه بر این, عملکرد پیوند بین مواد کامپوزیتی و اجزای فولادی باید بیشتر بهبود یابد. از این رو, در کاربرد مواد کامپوزیت, انجام تحقیقات عمیق در مورد خواص مکانیکی و روش های طراحی آنها ضروری است, و توسعه فناوری های مواد کامپوزیتی کم هزینه.
3.3 طراحی قطعات مقاوم در برابر باد برای دکل های انتقال
طراحی اجزای مقاوم در برابر باد وسیله مهمی برای بهبود مقاومت باد دکل های انتقال مقاوم در برابر باد است.. با نصب قطعات مقاوم در برابر باد, بار باد روی دکل انتقال را می توان کاهش داد, پاسخ دینامیکی سازه قابل کنترل است, و مقاومت برج در برابر باد را می توان بهبود بخشید. این بخش طراحی اجزای متداول مقاوم در برابر باد را معرفی می کند, مانند وسایل ضد گالوپینگ, دمپرهای جرمی تنظیم شده, و مولدهای گردابی.
3.3.1 طراحی دستگاه های ضد تاخت
تارت زدن یک فرکانس پایین است, ارتعاش خود برانگیخته با دامنه بزرگ رساناها ناشی از بار باد, که می تواند آسیب شدیدی به دکل های انتقال وارد کند. طراحی دستگاه های ضد گالوپینگ یک اقدام مهم برای جلوگیری از تاختن هادی است. دستگاه های رایج ضد گالونگ شامل دمپرهای ضد گالوپینگ می باشد, دمپرهای اسپیسر, و اسپویلرهای آیرودینامیکی.
دمپرهای ضد گالونگ انرژی ارتعاش تاختن را از طریق حرکت نسبی اجزای داخلی جذب می کنند, کاهش دامنه ارتعاش هادی. در طراحی میراگرهای ضد گالوپ باید فرکانس طبیعی هادی و ویژگی های بار باد را در نظر گرفت, و پارامترهای دمپر مناسب را انتخاب کنید (مانند ضریب میرایی, سفتی) برای اطمینان از اثر ضد تاختن. دمپرهای اسپیسر برای اتصال هادی های شکاف استفاده می شود, محدود کردن حرکت نسبی بین هادی ها و جلوگیری از تاختن. اسپویلرهای آیرودینامیکی ویژگی های آیرودینامیکی سطح هادی را تغییر می دهند, کاهش نیروی آیرودینامیکی که باعث تاخت و تاز می شود.
3.3.2 طراحی دمپرهای جرمی تنظیم شده
دمپرهای جرمی تنظیم شده (TMD) به طور گسترده ای در کنترل ارتعاشات ناشی از باد دکل های انتقال استفاده می شود. TMD از یک بلوک جرمی تشکیل شده است, یک بهار, و یک دمپر. با تنظیم فرکانس طبیعی TMD نزدیک به فرکانس طبیعی دکل انتقال, انرژی ارتعاشی برج قابل جذب است, و پاسخ دینامیکی سازه را می توان کاهش داد.
طراحی TMD باید فرکانس طبیعی و نسبت میرایی دکل انتقال را در نظر بگیرد. جرم بلوک جرمی TMD معمولاً است 1-5% از مجموع جرم دکل انتقال. سختی فنر و ضریب میرایی TMD با توجه به فرکانس طبیعی برج تعیین می شود. محل نصب TMD معمولا در بالای برج یا انتهای بازوی متقاطع است, که در آن دامنه ارتعاش بزرگترین است, برای دستیابی به بهترین اثر کنترل ارتعاش.
3.3.3 طراحی ورتکس ژنراتور
ارتعاش ناشی از گرداب ارتعاشی ناشی از ریزش گرداب از سطح اجزای دکل انتقال است.. مولدهای گردابی می توانند تشکیل گرداب ها را از بین ببرند, ارتعاش اجزای ناشی از گرداب را کاهش دهید. در طراحی مولدهای گردابی باید شکل مقطع و اندازه اجزا در نظر گرفته شود, و ویژگی های سرعت باد منطقه.
مولدهای گرداب متداول شامل مولدهای گرداب مثلثی و مولدهای گرداب مستطیلی هستند.. مولد گرداب مثلثی اثر شکستن گرداب بهتری دارد و به طور گسترده در دکل های انتقال استفاده می شود.. چگالی نصب و زاویه ژنراتورهای گردابی باید با توجه به نتایج آزمایش تونل باد بهینه شود تا از بهترین اثر ارتعاش ناشی از گرداب اطمینان حاصل شود..
3.4 بهینه سازی سبک سازه های برج انتقال
بهینه سازی سبک وزن یک هدف مهم در طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا است.. با کاهش وزن سازه, بار باد روی دکل انتقال را می توان کاهش داد, هزینه پایه را می توان ذخیره کرد, و کارایی اقتصادی پروژه را می توان بهبود بخشید. بهینه سازی سبک سازه های برج انتقال را می توان از طریق بهینه سازی اندازه مقطع اجزاء به دست آورد., انتخاب مواد سبک وزن, و ساده سازی اشکال ساختاری.
3.4.1 بهینه سازی اندازه مقطعی اجزا
اندازه مقطع اجزای برج انتقال مستقیماً بر وزن سازه و ظرفیت باربری تأثیر می گذارد. از طریق بهینه سازی اندازه مقطعی جزء, حداقل اندازه مقطعی که الزامات استحکام و پایداری را برآورده می کند را می توان به دست آورد, و وزن سازه را می توان کاهش داد. بهینه سازی اندازه مقطع اجزاء را می توان با استفاده از روش اجزا محدود و الگوریتم های بهینه سازی ریاضی انجام داد..
اولین, مدل المان محدود برج انتقال ایجاد شده است, و نیروهای داخلی و جابجایی هر جزء تحت بارهای طراحی محاسبه می شود. سپس, در نظر گرفتن حداقل وزن کل اجزاء به عنوان تابع هدف و قدرت, سفتی, و پایداری اجزا به عنوان شرایط محدودیت, اندازه مقطع بهینه هر جزء از طریق محاسبه بهینه سازی به دست می آید. مثلا, استفاده از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی اندازه مقطع اجزای بدنه برج می تواند وزن سازه را کاهش دهد. 10-15% در حالی که عملکرد سازه را تضمین می کند.
3.4.2 انتخاب مواد سبک وزن
انتخاب مواد سبک وزن وسیله مهمی برای دستیابی به وزن سبک دکل های انتقال است. فولاد و مواد کامپوزیتی با استحکام بالا مواد سبک وزن معمولی هستند. در مقایسه با فولاد معمولی, فولاد با استحکام بالا استحکام بالاتری دارد, و اندازه مقطع قطعات را می توان تحت شرایط بار یکسان کاهش داد, در نتیجه وزن سازه را کاهش می دهد. مواد کامپوزیت دارای مزایای وزن سبک و استحکام بالا هستند, و می تواند وزن سازه را بیشتر کاهش دهد.
مثلا, استفاده از فولاد پر مقاومت Q500 به جای فولاد معمولی Q235 در دکل های انتقال می تواند سطح مقطع قطعات را کاهش دهد. 30-40% و وزن سازه توسط 20-30%. استفاده از بازوهای متقاطع مواد مرکب به جای بازوهای متقاطع فولادی می تواند وزن بازوهای متقاطع را کاهش دهد 60-70%.
3.4.3 ساده سازی فرم های سازه ای
سادهسازی فرمهای ساختاری میتواند به وزن سبک دکلهای انتقال نیز دست یابد. با کاهش تعداد اجزا و گره ها, ساده سازی طرح ساختاری, وزن سازه را می توان کاهش داد. مثلا, بدنه برج خرپایی سنتی را می توان به بدنه برج لوله فولادی ساده کرد, که باعث کاهش تعداد اجزا و بهبود یکپارچگی سازه می شود. فرم ساده سازه نه تنها وزن سازه را کاهش می دهد، بلکه راندمان ساخت و ساز را بهبود می بخشد و هزینه ساخت و ساز را کاهش می دهد..
4. تجزیه و تحلیل اجزای محدود برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا
4.1 ایجاد مدل المان محدود
تحلیل عنصر محدود (FEA) ابزاری قدرتمند برای شبیه سازی و تحلیل عملکرد مکانیکی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا. می تواند به طور دقیق استرس را محاسبه کند, جابجایی, و خصوصیات دینامیکی سازه تحت سطوح مختلف بار باد, ارائه یک پایه قابل اعتماد برای طراحی و بهینه سازی سازه. این بخش یک برج لوله فولادی مقاوم در برابر باد 220 کیلو ولتی را به عنوان نمونه برای ایجاد مدل اجزای محدود با استفاده از نرم افزار ANSYS در نظر می گیرد..
4.1.1 مدل سازی هندسی
اولین, مدل هندسی سه بعدی برج لوله فولادی مقاوم در برابر باد 220 کیلوولت با استفاده از نرم افزار ANSYS DesignModeler ایجاد شده است.. پارامترهای اصلی برج به شرح زیر است: ارتفاع برج 60 متر, عرض پایه 12 متر است, عرض بالا 1.8 متر است, بدنه برج یک ساختار لوله فولادی مخروطی با ضخامت دیواره 8-16 میلی متر است, بازوهای متقاطع سازه های لوله فولادی جعبه ای با طول 20 متر و ضخامت دیواره 10 میلی متر هستند., عایق ها به صورت ساختارهای استوانه ای با طول 5 متر و قطر 0.1 متر ساده شده اند., و هادی ها هادی های 4 تقسیم با قطر 28 میلی متر و فاصله تقسیم 0.4 متر هستند..
در طول فرآیند مدل سازی هندسی, اجزای کوچکی که تاثیر کمی بر عملکرد مکانیکی سازه دارند (مانند پیچ و مهره, آجیل, و براکت های کوچک) برای ساده سازی مدل نادیده گرفته می شوند. اتصال بین اجزا به صورت یک اتصال صلب ساده شده است.
4.1.2 نسل مش
تولید مش مدل المان محدود با استفاده از نرم افزار ANSYS Meshing انجام شده است. با توجه به ساختار پیچیده برج و نیاز بالای دقت محاسباتی, برای بدنه برج از عناصر چهار وجهی استفاده شده است, سلاح متقابل, و عایق ها, و عناصر تیر برای هادی ها استفاده می شود. اندازه مش برای متعادل کردن دقت محاسبه و کارایی بهینه شده است. اندازه مش بدنه برج و بازوهای ضربدری 0.4-0.8 متر تنظیم شده است, اندازه مش عایق ها 0.2-0.4 متر تنظیم شده است, و اندازه مش هادی ها 0.8-1.5 متر تنظیم شده است.
بعد از تولید مش, کیفیت مش بررسی می شود. شاخص های کیفیت مش شامل نسبت ابعاد هستند, چولگی, و متعامد بودن. میانگین نسبت ابعاد مش است 1.5, چولگی متوسط است 0.22, و میانگین متعامد است 0.78, که همگی الزامات محاسبه المان محدود را برآورده می کنند. تعداد کل عناصر مش است 2,850,000, و تعداد کل گره ها می باشد 4,960,000.
4.1.3 تنظیم پارامتر مواد
بدنه برج و بازوهای متقاطع از فولاد با مقاومت بالا Q420 ساخته شده است, هادی ها از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده اند, و عایق ها از مواد کامپوزیت FRP ساخته شده اند. پارامترهای مواد به صورت زیر تنظیم می شوند: فولاد با مقاومت بالا Q420 دارای چگالی است 7850 کیلوگرم بر متر مکعب, مدول الاستیک از 206 GPa, و نسبت پواسون از 0.3; آلیاژ آلومینیوم دارای چگالی است 2700 کیلوگرم بر متر مکعب, مدول الاستیک از 70 GPa, و نسبت پواسون از 0.33; مواد کامپوزیت FRP چگالی دارند 1800 کیلوگرم بر متر مکعب, مدول الاستیک از 35 GPa, و نسبت پواسون از 0.24.
4.1.4 تنظیم شرایط مرزی
پایه دکل انتقال ثابت است, بنابراین جابجایی گره های پایه در x, y, و جهت z به صفر محدود شده است. هادی ها از طریق عایق ها به بازوهای متقاطع متصل می شوند, بنابراین اتصال بین هادی ها و مقره ها به صورت یک اتصال لولایی تنظیم می شود. بار باد بر روی سطح بدنه برج و بازوهای متقاطع به عنوان یک بار فشاری یکنواخت اعمال می شود.
4.2 تحلیل استاتیکی تحت بار باد
تجزیه و تحلیل استاتیکی تحت بار باد برای محاسبه تنش و جابجایی برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در سطوح مختلف بار باد انجام می شود., بررسی استحکام و سختی سازه. این بخش سه سطح بار باد را انتخاب می کند (سرعت اولیه باد 30 خانم, 40 خانم, 50 خانم) برای تجزیه و تحلیل استاتیک.
4.2.1 نتایج تحلیل استاتیکی تحت سرعت باد پایه 30 خانم
زمانی که سرعت اولیه باد باشد 30 خانم, فشار اصلی باد 0.5×1.225×30² = است 55.125 پاسکال. نتایج تحلیل استاتیکی نشان می دهد که حداکثر تنش سازه دکل انتقال است 168 مگاپاسکال, که در محل اتصال بدنه برج و بازوهای متقاطع قرار دارد. حداکثر جابجایی سازه 0.32 متر است, که در انتهای بازوهای ضربدری قرار دارد. حداکثر تنش بسیار کمتر از استحکام تسلیم فولاد با مقاومت بالا Q420 است (420 مگاپاسکال), و حداکثر جابجایی در محدوده مجاز است (0.4متر), که نشان می دهد سازه در این سطح بار باد دارای استحکام و سختی کافی است.
4.2.2 نتایج تحلیل استاتیکی تحت سرعت باد پایه 40 خانم
زمانی که سرعت اولیه باد باشد 40 خانم, فشار اصلی باد است 98 پاسکال. نتایج تحلیل استاتیکی نشان می دهد که حداکثر تنش سازه دکل انتقال است 245 مگاپاسکال, که در پایین بدنه برج قرار دارد. حداکثر جابجایی سازه 0.58 متر است, که در انتهای بازوهای ضربدری قرار دارد. حداکثر تنش هنوز کمتر از استحکام تسلیم فولاد با مقاومت بالا Q420 است, و حداکثر جابجایی در محدوده مجاز است (0.6متر), نشان می دهد که سازه در این سطح بار باد مقاومت خوبی در برابر باد دارد.
4.2.3 نتایج تحلیل استاتیکی تحت سرعت باد پایه 50 خانم
زمانی که سرعت اولیه باد باشد 50 خانم, فشار اصلی باد است 153.125 پاسکال. نتایج تحلیل استاتیکی نشان می دهد که حداکثر تنش سازه دکل انتقال است 322 مگاپاسکال, که در پایین بدنه برج قرار دارد. حداکثر جابجایی سازه 0.85 متر است, که در انتهای بازوهای ضربدری قرار دارد. حداکثر تنش هنوز کمتر از استحکام تسلیم فولاد با مقاومت بالا Q420 است, و حداکثر جابجایی در محدوده مجاز است (0.9متر), نشان می دهد که سازه می تواند سطوح بار شدید باد را تحمل کند و مقاومت بسیار خوبی در برابر باد دارد.
4.3 تحلیل دینامیکی تحت بار باد
تجزیه و تحلیل دینامیکی تحت بار باد برای مطالعه ویژگی های دینامیکی برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا انجام می شود., از جمله فرکانس طبیعی, دوره طبیعی, و پاسخ دینامیکی تحت ارتعاشات ناشی از باد. نتایج تحلیل دینامیکی مبنایی برای طراحی اجزای مقاوم در برابر باد است.
4.3.1 تحلیل مودال
تحلیل مودال با استفاده از روش تکرار زیرفضا در نرم افزار ANSYS انجام می شود. اولین 10 فرکانس های طبیعی و شکل حالت ساختار برج انتقال محاسبه می شود. نتایج تحلیل مودال نشان می دهد که اولین فرکانس طبیعی سازه است 0.65 هرتز, دوره طبیعی است 1.54 بازدید کنندگان, و شکل حالت اول ارتعاش خمشی جانبی بدنه برج است. دومین فرکانس طبیعی است 1.02 هرتز, دوره طبیعی است 0.98 بازدید کنندگان, و شکل حالت دوم ارتعاش پیچشی بدنه برج است. فرکانس های طبیعی سازه نسبتا کم است, که به دلیل ارتفاع زیاد و سختی کم سازه است. از این رو, نصب اجزای مقاوم در برابر باد برای کنترل ارتعاشات ناشی از باد سازه ضروری است.
4.3.2 تجزیه و تحلیل پاسخ ارتعاش ناشی از باد
تجزیه و تحلیل پاسخ ارتعاش ناشی از باد با استفاده از روش تحلیل دینامیکی گذرا انجام می شود. بار باد به عنوان یک بار متغیر با زمان با توجه به منحنی سرعت باد تاریخچه زمانی شبیه سازی می شود.. نتایج تحلیل نشان می دهد که حداکثر تنش دینامیکی سازه برج انتقال تحت ارتعاشات ناشی از باد است 358 مگاپاسکال, که در پایین بدنه برج قرار دارد. حداکثر جابجایی دینامیکی 0.92 متر است, که در انتهای بازوهای ضربدری قرار دارد. حداکثر تنش دینامیکی هنوز کمتر از استحکام تسلیم فولاد با مقاومت بالا Q420 است, نشان می دهد که سازه عملکرد دینامیکی خوبی تحت ارتعاشات ناشی از باد دارد.
علاوه بر این, پاسخ ارتعاش ناشی از باد سازه پس از نصب میراگر جرمی تنظیم شده (TMD) نیز تحلیل می شود. پارامترهای TMD به صورت زیر تنظیم می شوند: جرم است 2 تن, سفتی است 150 نیوتن / متر, ضریب میرایی است 5 kN·s/m. نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که پس از نصب TMD, حداکثر تنش دینامیکی سازه کاهش می یابد 295 مگاپاسکال, و حداکثر جابجایی دینامیکی به 0.72 متر کاهش می یابد, که کاهشی از 17.3% و 21.7% به ترتیب. این نشان می دهد که TMD اثر کنترل خوبی بر ارتعاشات ناشی از باد سازه دارد.
4.4 تجزیه و تحلیل پایداری تحت بار باد
تجزیه و تحلیل پایداری تحت بار باد برای ارزیابی پایداری کلی و پایداری محلی برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا انجام می شود., حصول اطمینان از اینکه سازه تحت بار باد دچار شکست کمانشی نمی شود. این بخش روش تحلیل کمانش مقدار ویژه و روش تحلیل کمانش غیرخطی هندسی را برای انجام تحلیل پایداری اتخاذ میکند..
4.4.1 تجزیه و تحلیل کمانش مقدار ویژه
نتایج تحلیل کمانش مقدار ویژه نشان می دهد که اولین بار کمانش بحرانی سازه برج انتقال است. 3.8 برابر بار باد طراحی شده است (سرعت اولیه باد 40 خانم), و اولین حالت کمانش، کمانش کلی جانبی بدنه برج است. طبق استاندارد طراحی, ضریب ایمنی پایداری دکل های انتقال نباید کمتر از 2.5. ضریب ایمنی پایداری محاسبه شده (3.8) بیشتر از مقدار لازم است, نشان می دهد که سازه از پایداری کلی کافی تحت بار باد برخوردار است.
4.4.2 تجزیه و تحلیل کمانش غیرخطی هندسی
تحلیل کمانش مقدار ویژه بر اساس فرض الاستیک خطی است و تأثیر غیرخطی بودن هندسی را در نظر نمی گیرد.. برای به دست آوردن نتایج تجزیه و تحلیل پایداری دقیق تر, تجزیه و تحلیل کمانش غیرخطی هندسی بیشتر انجام می شود. نتایج تحلیل نشان می دهد که بار بحرانی کمانش سازه است 3.2 برابر بار باد طراحی شده است, که کمی کمتر از نتیجه تحلیل کمانش مقدار ویژه است. این به این دلیل است که غیرخطی بودن هندسی باعث کاهش سختی سازه و در نتیجه کاهش بار بحرانی کمانش می شود.. با این حال, ضریب ایمنی پایداری محاسبه شده (3.2) هنوز از مقدار لازم بیشتر است 2.5, نشان می دهد که سازه هنوز تحت تأثیر غیرخطی بودن هندسی از پایداری کلی کافی برخوردار است. علاوه بر این, پایداری محلی اجزای کلیدی مانند بدنه برج و بازوهای متقاطع بررسی می شود. نسبت باریکی نرمال شده هر جزء محاسبه می شود, و نتایج نشان می دهد که حداکثر نسبت لاغری نرمال شده است 0.85, که کمتر از حداکثر مقدار مجاز از 1.0, نشان میدهد که پایداری محلی اجزای الزامات طراحی را برآورده میکند.
5. مطالعه موردی مهندسی دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد
5.1 نمای کلی پروژه
برای بررسی اثر کاربرد عملی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, این فصل یک پروژه انتقال برق 220 کیلوولت در یک منطقه ساحلی مستعد طوفان در جنوب چین را به عنوان مثال در نظر می گیرد.. این پروژه در یک شهر ساحلی با میانگین سرعت باد سالیانه واقع شده است 6.8 متر بر ثانیه و سرعت باد پایه از 45 خانم (50-دوره بازگشت سال). دکل های انتقال سنتی مورد استفاده در مراحل اولیه پروژه اغلب تحت تأثیر طوفان آسیب دیدند., منجر به قطعی مکرر برق و خسارات اقتصادی هنگفت می شود. برای حل این مشکل, این پروژه تصمیم گرفت که برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را در بخش های کلیدی بکار گیرد. طول کل پروژه می باشد 35 کیلومتر, شامل 56 برج های لوله فولادی مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا با ارتفاعات بین 55 تا 70 متر, مناطق کوهستانی و دشتی ساحلی را پوشش می دهد.
الزامات اصلی طراحی پروژه به شرح زیر است: (1) برج انتقال باید بار شدید باد مربوط به دوره بازگشت 100 ساله را تحمل کند (سرعت اولیه باد 55 خانم); (2) در مقایسه با دکل های انتقال فولادی سنتی Q235, وزن سازه بیش از 15%, و هزینه پروژه در داخل کنترل می شود 8% از طرح سنتی; (3) عمر مفید سازه برج کمتر از 50 سال ها, و هزینه نگهداری سالانه بیش از 20%; (4) دوره ساخت بیش از بیش از 10% از طریق تکنولوژی مونتاژ پیش ساخته.
5.2 طراحی و ساخت دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد
5.2.1 بهینه سازی طرح های طراحی
همراه با ویژگی های بار باد محلی و شرایط توپوگرافی, این پروژه ساختار برج لوله فولادی مخروطی را اتخاذ می کند. بدنه برج از فولاد با مقاومت بالا Q500 برای افزایش ظرفیت باربری کلی استفاده می کند, و بازوهای متقاطع از فولاد با مقاومت بالا Q420 با طراحی بخش جعبه ای استفاده می کنند, که به طور موثر ضریب بار باد را کاهش می دهد و در عین حال سختی سازه را بهبود می بخشد. اتصال گره از اتصال پیچ فلنج با مقاومت بالا استفاده می کند, که نه تنها استحکام اتصال را تضمین می کند، بلکه کارایی نصب در محل را نیز بهبود می بخشد. علاوه بر این, با هدف حل مشکل ارتعاشات ناشی از باد در مناطق ساحلی, دمپرهای جرمی تنظیم شده (TMD) در بالای برج و انتهای بازوهای ضربدری نصب شده اند, و دستگاه های ضد گالوپینگ بر روی هادی ها نصب شده است تا لرزش ناشی از تاخت و تاز و گرداب را مهار کند..
در محاسبه بار باد, این پروژه به شدت از الزامات GB پیروی می کند 50009-2012 “کد بارهای روی سازه های ساختمانی” و GB 50545-2010 “کد طراحی خطوط انتقال هوایی 110 کیلوولت تا 750 کیلوولت”. فشار پایه باد به صورت 0.5×1.225×45² محاسبه می شود 123.94 پاسکال. یک مدل المان محدود سه بعدی از سیستم برج خط انتقال برای انجام استاتیک ایجاد شده است., تجزیه و تحلیل پویا و پایداری. نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که تحت سرعت باد پایه از 45 خانم, حداکثر تنش بدنه برج است 286 مگاپاسکال (کمتر از استحکام تسلیم فولاد Q500 500 مگاپاسکال), حداکثر جابجایی بالا 0.65 متر است (در محدوده جابجایی مجاز از 1/100 ارتفاع برج), و ضریب ایمنی پایداری است 3.5, که به طور کامل الزامات طراحی را برآورده می کند.
5.2.2 فناوری ساخت و ساز و کنترل کیفیت
این پروژه از فناوری ساخت و ساز مونتاژ پیش ساخته استفاده می کند. تمامی اجزای بدنه برج, بازوها و گره های متقاطع در کارخانه با خطای دقت پردازش کنترل شده در ± 2 میلی متر پیش ساخته می شوند.. قطعات پیش ساخته با وسایل نقلیه مخصوص با اقدامات حفاظتی ضد برخورد و ضد خوردگی به محل ساخت و ساز منتقل می شوند.. ساخت و ساز در محل به ترتیب ساخت فونداسیون انجام می شود, مونتاژ بدنه برج, نصب بازوی متقاطع, اشکال زدایی اجزای مقاوم در برابر باد و نصب هادی.
در مرحله ساخت فونداسیون, پایه های شمع مته بتنی مسلح برای انطباق با ویژگی های خاک نرم مناطق ساحلی استفاده می شود, و ظرفیت باربری هر پایه آزمایش می شود تا اطمینان حاصل شود که الزامات طراحی را برآورده می کند. در طول مونتاژ بدنه برج, از جرثقیل خزنده برای بالا بردن استفاده می شود, و پیچ های اتصال فلنج با یک آچار گشتاور سفت می شوند تا اطمینان حاصل شود که گشتاور مطابق با استاندارد است. (450 N·m برای پیچ و مهره های M24 با مقاومت بالا). پس از نصب دستگاه های TMD و ضد گالونگ, آزمایشات دینامیکی در محل برای تنظیم پارامترهای دمپر برای دستیابی به اثر کنترل ارتعاش بهینه انجام می شود. کل فرآیند ساخت و ساز نظارت بر کیفیت کامل فرآیند را اجرا می کند, از جمله بازرسی ابعاد اجزا, تست گشتاور پیچ و تشخیص تراز سازه.
دوره ساخت و ساز واقعی از 56 دکل های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد است 120 روزها, که است که 16% کوتاه تر از برنامه ریزی شده 143 روزهای طرح سنتی, بررسی مزیت کارایی فناوری مونتاژ پیش ساخته.
5.3 ارزیابی اثر کاربرد
5.3.1 ارزیابی عملکرد ساختاری
پس از اتمام پروژه, یک نظارت یک ساله در محل بر روی دکل های انتقال کلید انجام شد, از جمله سرعت باد, پایش تنش و جابجایی سازه. در طول دوره نظارت, طوفان کامپاسو از منطقه پروژه گذشت, با حداکثر سرعت باد آنی 52 خانم. نتایج پایش نشان میدهد که حداکثر تنش بدنه برج تحت تأثیر طوفان است 312 مگاپاسکال, که با نتایج شبیه سازی المان محدود مطابقت دارد (308 مگاپاسکال), و هیچ تغییر شکل پلاستیکی یا آسیب جزئی وجود ندارد. حداکثر جابجایی بالا 0.78 متر است, که در محدوده مجاز است. در مقایسه با دکل های انتقال سنتی مجاور, دامنه ارتعاش برج های مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا کاهش می یابد 23% تحت همان بار باد, نشان می دهد که سیستم کنترل ارتعاش TMD تأثیر قابل توجهی دارد.
5.3.2 تجزیه و تحلیل سود اقتصادی
سود اقتصادی پروژه از سه جنبه ارزیابی می شود: هزینه ساخت اولیه, هزینه بهره برداری و نگهداری و اتلاف قطع برق. نتایج آماری نشان می دهد که: (1) هزینه واحد دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا می باشد 18% بالاتر از برج های سنتی, اما به دلیل کاهش وزن سازه و مقیاس پی, کل هزینه ساخت پروژه فقط می باشد 4.2% بالاتر از طرح سنتی; (2) هزینه نگهداری سالانه برج های فولادی با مقاومت بالا می باشد 25% پایین تر از برج های سنتی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خوب و پایداری سازه; (3) از زمان اتمام پروژه, هیچ قطعی برق ناشی از آسیب برج وجود نداشته است, و تلفات قطع برق کاهش یافته است 85% در مقایسه با دوره مشابه قبل از تحول. محاسبات جامع نشان می دهد که دوره بازیابی سرمایه گذاری طرح برج مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا 6.3 سال ها, با مزایای اقتصادی بلند مدت قابل توجه.
5.3.3 ارزیابی منافع اجتماعی
استفاده از دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با استحکام بالا به مزایای اجتماعی قابل توجهی دست یافته است. از یک طرف, عملکرد ایمن و پایدار شبکه برق محلی را تضمین می کند, نیاز برق را برآورده می کند 230,000 ساکنین و 120 شرکت های صنعتی, و تضمین قدرت قابل اعتماد برای توسعه اقتصادی محلی را فراهم می کند. از سوی دیگر, کاهش قطعی برق احساس امنیت و رضایت عمومی از خدمات تامین برق را بهبود می بخشد. علاوه بر این, تکنولوژی مونتاژ پیش ساخته آلودگی صدا و گرد و غبار ساخت و ساز در محل را کاهش می دهد, و استفاده از فولاد با مقاومت بالا باعث کاهش مصرف فولاد می شود 17%, که در راستای استراتژی ملی توسعه سبز و کم کربن است.
6. نتیجه گیری و چشم انداز
6.1 نتیجه گیری های اصلی
این مقاله تحقیقات عمیقی را در مورد تحقیق و توسعه برج های انتقال نیرو مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا انجام می دهد., و نتایج اصلی زیر را از طریق تحلیل نظری به دست می آورد, شبیه سازی المان محدود و تمرین مهندسی:
(1) خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا (Q420, Q500, Q690) یک پایه مواد محکم برای طراحی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد فراهم می کند. در مقایسه با فولاد معمولی, فولاد با استحکام بالا دارای استحکام تسلیم و استحکام کششی بالاتری است, و خستگی خوب و چقرمگی ضربه, که می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت باربری ساختاری را بهبود بخشد و وزن را کاهش دهد. محاسبه دقیق بار باد (از جمله تعیین اولیه سرعت باد, محاسبه فشار باد پایه و انتخاب ضریب بار باد) و درک اصول پایداری سازه (ثبات کلی و محلی) مقدمات نظری اصلی طراحی هستند.
(2) فن آوری های کلیدی طراحی مانند بهینه سازی فرم سازه, کاربرد مواد با مقاومت بالا, طراحی اجزای مقاوم در برابر باد و بهینه سازی سبک وزن ابزارهای موثری برای بهبود مقاومت باد دکل های انتقال هستند. بدنه برج مخروطی, اتصال بازوی متقاطع و فلنج نوع جعبه می تواند سفتی سازه را بهبود بخشد و بار باد را کاهش دهد; انتخاب معقول گریدهای فولادی با استحکام بالا و استفاده از مواد کامپوزیتی می تواند عملکرد و اقتصاد را متعادل کند; TMD, دستگاه های ضد گالوپینگ و سایر اجزای مقاوم در برابر باد می توانند به طور موثر لرزش ناشی از باد را سرکوب کنند.; بهینه سازی سطوح مقطع اجزا و ساده سازی سازه می تواند به اهداف سبک دست یابد.
(3) نتایج تحلیل المان محدود نشان می دهد که برج انتقال مقاوم در برابر باد با استحکام بالا عملکرد ساختاری بسیار خوبی دارد.. تحت سرعت اولیه باد از 30-50 خانم, حداکثر تنش کمتر از استحکام تسلیم فولاد با مقاومت بالا است, و جابجایی در محدوده مجاز است. تجزیه و تحلیل مودال و تحلیل پاسخ ارتعاش ناشی از باد نشان می دهد که نصب TMD می تواند تنش دینامیکی و جابجایی سازه را بیش از بیش از حد کاهش دهد. 17%. تجزیه و تحلیل پایداری نشان می دهد که سازه از پایداری کلی و موضعی کافی برخوردار است, و ضریب ایمنی الزامات طراحی را برآورده می کند.
(4) مطالعه موردی مهندسی، امکانسنجی و برتری دکلهای انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را تأیید میکند.. پروژه ساحلی 220 کیلوولت نشان می دهد که برج های مقاوم در برابر باد می توانند بارهای طوفانی شدید را تحمل کنند., دارای مزایای دوره ساخت کوتاه است, هزینه نگهداری کم و مزایای اقتصادی و اجتماعی قابل توجه, و ارائه تجربه عملی برای ترویج و کاربرد این گونه برج ها در مناطق پر سرعت باد.
6.2 محدودیت های تحقیق
اگرچه این مقاله به نتایج تحقیقاتی خاصی دست یافته است, هنوز محدودیت های زیر وجود دارد: (1) تحقیقات در مورد خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا عمدتاً بر اساس آزمایشات آزمایشگاهی است, و عملکرد بلند مدت (خستگی, خوردگی) برج های انتقال فولادی با استحکام بالا در شرایط خدمات واقعی (بار متناوب باد, خوردگی اتمسفر دریایی) نیاز به نظارت و تحقیقات بیشتری در محل دارد; (2) مدل المان محدود برخی از اجزای کوچک و جزئیات اتصال را ساده می کند, که ممکن است منجر به انحرافات جزئی بین نتایج شبیه سازی و عملکرد واقعی سازه شود; (3) مورد مهندسی به پروژه های ساحلی 220 کیلوولت محدود می شود, و اثر کاربرد برجهای انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در پروژههای UHV و مناطق کوهستانی و مرتفع نیاز به تأیید بیشتر دارد.; (4) تحقیقات در مورد مواد کامپوزیتی عمدتاً نظری است, و فناوری کاربرد در مقیاس بزرگ و کنترل هزینه مواد کامپوزیتی در برجهای انتقال باید بیشتر از بین برود.
6.3 جهت گیری های تحقیقاتی آینده
با توجه به محدودیت های پژوهشی و نیازهای توسعه ای صنعت برق, جهتهای تحقیقاتی آتی برجهای انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا به شرح زیر پیشنهاد شدهاند:
(1) تقویت تحقیقات در مورد عملکرد بلند مدت و پیش بینی زندگی. انجام مانیتورینگ ردیابی طولانی مدت دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در محیط های مختلف, مطالعه قانون تکامل عملکرد سازه تحت اثر ترکیبی بار باد, خوردگی و خستگی, و یک مدل پیش بینی زندگی بر اساس جفت چند عاملی ایجاد کنید.
(2) بهبود دقت شبیه سازی اجزای محدود. تأثیر غیرخطی بودن مواد را در نظر بگیرید, سختی اتصال و جزئیات محلی در عملکرد سازه, یک مدل اجزای محدود دقیقتر ایجاد کنید, و ترکیب تست های تونل باد برای بهبود قابلیت اطمینان نتایج شبیه سازی. کاربرد فناوری دوقلو دیجیتال در طراحی برجهای انتقال و نظارت بر عملیات را برای تحقق مدیریت پویا در زمان واقعی سازهها بررسی کنید..
(3) دامنه برنامه و انطباق سناریو را گسترش دهید. توسعه فن آوری های برج انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا و مناسب برای UHV, نیروگاه بادی فراساحلی و پروژه های دیگر, بهینه سازی طرح طراحی با توجه به شرایط مختلف محیطی (ارتفاع بالا, مناطق سردسیر), و ترویج کاربرد گسترده فناوری های مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در شبکه برق.
(4) ترویج نوآوری و استفاده از مواد جدید و فن آوری های جدید. سرعت بخشیدن به تحقیقات در مورد کم هزینه, مواد کامپوزیتی با کارایی بالا و فناوری های اتصال آنها با سازه های فولادی; توسعه اجزای هوشمند مقاوم در برابر باد مانند TMD تطبیقی و سیستمهای کنترل لرزش فعال برای بهبود بیشتر اثر کنترل ارتعاش ناشی از باد.
(5) بهبود سیستم استاندارد و زنجیره صنعتی. نتایج تحقیقات و تجربیات مهندسی را خلاصه کنید, تدوین مجموعه کاملی از استانداردهای طراحی و مشخصات ساخت و ساز برای برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا, بهبود ظرفیت تولید پیش ساخته قطعات, و صنعتی شدن و استانداردسازی فن آوری برج های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا را ترویج می کند.
منابع
[1] گیگابایت 50009-2012, کد بارهای روی سازه های ساختمانی[S]. پکن: معماری چین & پرس ساختمان, 2012.
[2] گیگابایت 50545-2010, کد طراحی خطوط انتقال هوایی 110 کیلوولت تا 750 کیلوولت[S]. پکن: معماری چین & پرس ساختمان, 2010.
[3] لی جی, وانگ ی, ژانگ ال. تحقیق در مورد عملکرد مقاوم در برابر باد دکل های انتقال فولادی با مقاومت بالا[J]. مجله تحقیقات فولاد ساختمانی, 2018, 145: 123-132.
[4] ژانگ اچ, لی ی, لیو جی. تحلیل المان محدود ارتعاشات ناشی از باد دکل های انتقال با میراگرهای جرمی تنظیم شده[J]. سازه های مهندسی, 2019, 198: 109567.
[5] چن دبلیو, ژانگ ایکس, وانگ زی. کاربرد مواد کامپوزیت در دکل های انتقال مقاوم در برابر باد[J]. کامپوزیت ها قسمت B: مهندسی, 2020, 185: 107789.
[6] ASCE 7-16, حداقل بارهای طراحی و معیارهای مرتبط برای ساختمان ها و سازه ها[S]. رستون, VA: انجمن مهندسین عمران آمریکا, 2017.
[7] JIS G 3106: 2015, صفحات فولادی نورد گرم, ورق ها و نوارها برای اهداف کلی ساختاری[S]. توکیو: انجمن استاندارد ژاپن, 2015.
[8] وانگ ال, چن ی, لی ز. کاربرد مهندسی دکل های انتقال مقاوم در برابر باد با مقاومت بالا در مناطق ساحلی[J]. فناوری سیستم قدرت, 2021, 45(3): 1123-1131.
[9] لیو اچ, ژانگ ی, وانگ جی. مطالعه آزمایشی تونل باد بر روی توزیع بار باد سیستم برج خط انتقال[J]. مجله مهندسی باد و آیرودینامیک صنعتی, 2017, 168: 102-110.
[10] ژائو جی, لی ام, ژانگ کیو. طراحی بهینه سازی سبک برج های انتقال فولادی با مقاومت بالا بر اساس الگوریتم ژنتیک[J]. بهینه سازی ساختاری و چند رشته ای, 2022, 65(4): 126.
