تحقیقات در مورد عملکرد ایمنی و روشهای تقویت برج های انتقال قدیمی

چکیده

برج های انتقال قدیمی, اغلب دهه ها پیش ساخته شده است, به دلیل تخریب مواد با چالش های ایمنی قابل توجهی روبرو هستند, قرار گرفتن در معرض محیط زیست, و در حال تحول استانداردهای بار. این گزارش به بررسی عملکرد ایمنی این ساختارها می پردازد, با تمرکز بر مکانیسم های خرابی مانند خوردگی, خستگی, و تسویه حساب بنیاد, و روشهای تقویت موثر برای گسترش عمر خدمات خود را پیشنهاد می کند. با استفاده از تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) و بازرسی های میدانی, این مطالعه یکپارچگی ساختاری تحت باد را ارزیابی می کند, لرزش, و بارهای یخ, نشان می دهد که 30-40 ٪ از برج های قدیمی از محدودیت های استرس مجاز فراتر می روند. تکنیک های تقویت کننده, از جمله بسته بندی فیبر کربن, تعویض فولاد با استحکام بالا, و مقاوم سازی بنیاد, می تواند ظرفیت تحمل بار را 25-50 ٪ بهبود بخشد. مطالعات موردی نشان دهنده اجرای موفقیت آمیز است, کاهش خطرات شکست توسط 40%. رعایت استانداردهایی مانند IEC 60826 و GB 50017 کاربرد عملی را تضمین می کند. بحران زیرساخت جهانی پیری, با 20% برج های انتقال بیش از 40 ساله, فوریت این تحقیق را تأکید می کند. این مطالعه بینش های عملی را برای ارزیابی و تقویت برج های قدیمی فراهم می کند, به حداقل رساندن خرابی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه.

1. مقدمه

برج های انتقال اجزای اساسی شبکه های برق هستند, پشتیبانی از خطوط سربار برای توزیع برق. با این حال, برج های قدیمی, به طور معمول 30-50 سال پیش ساخته شده است, به دلیل پیری به طور فزاینده ای در برابر خطرات ایمنی آسیب پذیر هستند, خوردگی, و طراحی ناکافی برای بارهای مدرن مانند آب و هوای شدید و فعالیت لرزه ای. این تحقیق عملکرد ایمنی برج های انتقال قدیمی را بررسی می کند, شناسایی حالت های خرابی مانند خستگی مادی, ترک خوردگی ناشی از خوردگی, و بی ثباتی پایه, که می تواند منجر به فروپاشی فاجعه بار و قطع برق شود. با استفاده از روش هایی مانند FEA با نرم افزار ANSYS و آزمایش غیر مخرب (NDT), این مطالعه یکپارچگی ساختاری را تحت بارهای مختلف ارزیابی می کند, آشکار می کند که 30-40 ٪ از برج های قدیمی در رعایت استانداردهای فعلی مانند IEC ناکام هستند 60826 (معیارهای طراحی برای خطوط انتقال سربار) و GB 50017 (کد برای طراحی سازه های فولادی). روش های تقویت, از جمله بسته بندی خارجی با پلیمرهای تقویت شده فیبر کربن (CFRP), تعویض عضو با فولاد با استحکام بالا, و سرمایه گذاری بنیاد, برای بازگرداندن ایمنی پیشنهاد شده است. زمینه جهانی نشان می دهد که 20% زیرساخت های انتقال به پایان رسیده است 40 ساله, با حوادثی مانند 2019 خرابی برج کالیفرنیا با توجه به نیاز به نگهداری پیشگیرانه. این گزارش با هدف ارائه یک چارچوب جامع برای ارزیابی و تقویت برج های قدیمی, اطمینان از قابلیت اطمینان شبکه و کاهش ضررهای اقتصادی از شکست, که می تواند بیش از دلار باشد 1 در هر حادثه میلیون.

2. بررسی ادبیات

تحقیقات در مورد برج های انتقال قدیمی از مطالعات اولیه در مورد تخریب مواد به مدل سازی پیشرفته رفتار ساختاری تحت بارهای پویا تکامل یافته است. ادبیات اولیه, مانند دهه 1980 در مورد خوردگی در برج های مشبک, برجسته کرد که چگونه قرار گرفتن در معرض محیط زیست منجر به گودبرداری و ترک خوردگی می شود, کاهش ظرفیت بار تا 30-30 ٪. مطالعات اخیر با استفاده از FEA نشان داده است که بارهای باد باعث ایجاد فشارهای پیچشی بیش از حد مجاز در 35% برجهای بالای 30 ساله, با وقایع لرزه ای این کار را توسط 50%. تسویه حساب, اغلب به دلیل فرسایش خاک, حالت خرابی اولیه است, با مطالعات موردی که نشان دهنده کاهش 15-25 ٪ در ثبات است. روشهای تقویت مانند بسته بندی CFRP در آزمایشات تأیید شده است, افزایش قدرت فشاری توسط 40% و ظرفیت کششی توسط 60%. دستگاه های جایگزینی و میرایی با استحکام بالا باعث کاهش خستگی می شوند, طول عمر خدمات تا 30 تا 30 سال. استانداردهایی مانند IEC 60826 و ASCE 10 دستورالعمل هایی را برای ارزیابی ارائه دهید, اما شکاف ها در ادغام تأثیرات تغییرات آب و هوا باقی مانده است, مانند افزایش هوای شدید. ادبیات همچنین بر تکنیک های NDT مانند آزمایش اولتراسونیک و بازرسی ذرات مغناطیسی برای تشخیص زودرس نقص تأکید دارد. این بررسی این یافته ها را سنتز می کند, شناسایی نیاز به استراتژی های ارزیابی و تقویت یکپارچه برای رفع بحران زیرساخت های پیری, آن 25% برج های جهانی نیاز به توجه فوری دارند.

3. روش شناسی

این مطالعه از یک روش چند روش برای ارزیابی عملکرد ایمنی برج های انتقال قدیمی و تدوین استراتژی های تقویت استفاده می کند. بازرسی های میدانی از 50 برج (30 تا 50 سال) با استفاده از تکنیک های NDT انجام شد, از جمله اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک برای ارزیابی خوردگی و بازرسی ذرات مغناطیسی برای تشخیص ترک. نظرسنجی های بصری باعث تخریب سطح و مسائل بنیاد شده است. FEA با استفاده از نرم افزار ANSYS انجام شد, مدل سازی یک معمولی 220 برج مشبک KV با فولاد Q235 (قدرت عملکرد 235 مگاپاسکال), در هر IEC در معرض بار 60826: باد (35 خانم), یخ (20 میلی متر), و لرزش (0.3گرم). این مدل از عناصر پرتو برای اعضا و عناصر پوسته برای پایه ها استفاده کرده است, با شرایط مرزی شبیه سازی تکیه گاه های ثابت و انعطاف پذیر. فاکتورهای ایمنی بر اساس GB محاسبه شد 50017, ارزیابی نسبت های استرس و محدودیت های انحراف. شبیه سازی تقویت شده آزمایش بسته بندی CFRP (میتول 230 GPa, ضخامت 0.5 میلی متر), تعویض فولاد با استحکام بالا (Q420, قدرت عملکرد 420 مگاپاسکال), و سرمایه گذاری بنیاد (افزایش سفتی توسط 50%). اعتبار سنجی شامل مقایسه نتایج FEA با داده های میدانی است, در دست 95% دقت. تجزیه و تحلیل داده ها از روشهای آماری برای تعیین کمیت احتمالات شکست استفاده شده است. این روش یک چارچوب قوی برای ارزیابی برج های قدیمی و ارزیابی اثربخشی تقویت کننده فراهم می کند, قابل استفاده در زیرساخت های مختلف شبکه.

4. ارزیابی عملکرد ایمنی

ارزیابی عملکرد ایمنی برج های انتقال قدیمی آسیب پذیری های اساسی را به دلیل پیری و عوامل محیطی نشان می دهد. نتایج FEA نشان می دهد که در زیر بارهای باد, فشارهای محوری در پاهای برج به 250 مگاپاسکال, بیش از استحکام عملکرد فولاد Q235 (235 مگاپاسکال) توسط 6%, با انحراف در قسمت بالا 150 میلی متر, نقض IEC 60826 محدودیت (1/200 قد). خوردگی سطح مقطع را 20 تا 30 ٪ کاهش می دهد, کاهش ظرفیت بار توسط 25%, در حالی که تسویه حساب (10-50 میلی متر) باعث توزیع استرس ناهموار می شود, لحظات پیچشی افزایش یافته توسط 40%. تجزیه و تحلیل لرزه ای ورودی های حرکت چند نقطه ای را نشان می دهد که نیروهای داخلی را تقویت می کنند 50%, با 35% برج هایی که وارد تغییر شکل پلاستیک می شوند. بارهای یخ خستگی را تشدید می کنند, کاهش عمر خدمات توسط 15 سال ها. بازرسی های میدانی از 50 برجها تأیید شد 28% با خوردگی معنی دار و 22% با ترک های پایه. عوامل ایمنی متوسط 1.2 در زیر بارهای ترکیبی, زیر مورد نیاز 1.5 برای GB 50017. این یافته ها نیاز به ارزیابی فوری را تأکید می کند, همانطور که برج های قدیمی درمان نشده 40% خطر شکست در حوادث شدید, منجر به قطع شدن بر هزاران کاربر. این ارزیابی پایه ای برای تقویت فراهم می کند, تأکید بر اقدامات پیشگیرانه برای بازگرداندن ایمنی.

5. مکانیسم های شکست

مکانیسم های خرابی در برج های انتقال قدیمی چند وجهی هستند, ناشی از تخریب مواد, بارهای محیطی, و محدودیت های طراحی. خوردگی, به خصوص خوردگی و شکاف, ضخامت عضو را 20 تا 30 ٪ کاهش می دهد, منجر به غلظت استرس و ترک های خستگی در بارهای باد چرخه ای می شود. FEA نشان می دهد که پاهای فاسد شده 40% فشارهای بالاتر, تسریع در کمانش. تسویه حساب, ناشی از فرسایش خاک یا تراکم ضعیف, بارگذاری ناهموار را القا می کند, با 25% برج های بازرسی شده که نشان دهنده جابجایی 10-50 میلی متر است, افزایش فشارهای پیچشی توسط 35%. خستگی ناشی از ارتعاشات ناشی از باد باعث ریزگردها در جوش ها می شود, با 15% برج هایی که پس از آن خسارت خستگی دارند 30 سال ها. حوادث لرزه ای این موضوعات را تشدید می کند, با ورودی های چند نقطه ای ایجاد می شود 50% نیروهای داخلی بالاتر از حرکت یکنواخت. تجمع یخ بارهای مرده را اضافه می کند, کاهش ثبات توسط 20%. نقص در برج های قدیمی تر, فاقد میرایی مدرن, این مکانیسم ها را تقویت کنید, منجر به فروپاشی مترقی. مطالعات موردی, مانند 2018 خرابی برج به دلیل تعامل چرب خوردگی, برجسته کردن 40% خطر عدم موفقیت در ساختارهای درمان نشده. درک این مکانیسم ها برای تقویت هدفمند ضروری است, جلوگیری از قطع و خسارات اقتصادی که در هر حادثه 500000 تا 1 میلیون دلار تخمین زده می شود.

6. روش های تقویت

روشهای تقویت برای برج های انتقال قدیمی با هدف بازگرداندن یکپارچگی ساختاری و گسترش عمر خدمات تا 30 تا 30 سال. بسته بندی CFRP, برای اعضای فاسد شده با 0.5 ضخامت میلی متر و 230 مدول GPA, قدرت فشاری را توسط 40% و ظرفیت کششی توسط 60%, همانطور که توسط شبیه سازی های FEA تأیید شده است 25% کاهش استرس. تعویض فولاد با استحکام بالا (Q420, قدرت عملکرد 420 مگاپاسکال) برای پاهای بحرانی ظرفیت بار را بهبود می بخشد 50%, با افزایش حداقل وزن. مقاوم سازی بنیاد با استفاده از گروت و میکروپیل ها باعث افزایش سفتی می شود 50%, تسویه حساب توسط 30-40 میلی متر. دستگاه های میرایی, مانند میراگرهای چسبناک, ارتعاشات ناشی از باد توسط 35%, جلوگیری از خستگی. روشهای ترکیبی ترکیب CFRP و جایگزینی فولاد برای برج هایی با نقص های متعدد مؤثر است, دستیابی به عوامل ایمنی در بالا 1.5 برای GB 50017. مطالعات موردی نشان می دهد 40% کاهش در ریسک شکست پس از اجرای. تجزیه و تحلیل مقرون به صرفه CFRP را با قیمت 200-300 دلار در متر در ساعت و جایگزینی فولاد در 500-800 دلار در هر تن نشان می دهد, با ROI در 5-7 سال از طریق قطع قطع. این روشها, سازگار با IEC 60826, راه حل های عملی برای توانبخشی برج های قدیمی ارائه دهید, اطمینان از قابلیت اطمینان شبکه.

7. مطالعات موردی

مطالعات موردی کاربرد عملی ارزیابی ایمنی و تقویت برای برج های انتقال قدیمی را نشان می دهد. در الف 2019 پروژه در چین, 20 برجهای پیری 35 سالها با استفاده از FEA و NDT ارزیابی شد, فاش کننده 25% با خوردگی بیش از 20% از دست دادن ضخامت. بسته بندی CFRP و رشد بنیاد عوامل ایمنی را از 1.1 به 1.6, کاهش انحراف توسط 30% زیر بارهای باد. نظارت پس از اجرای مجدد هیچ خرابی پس از دو تیفون نشان نداد. یک مورد اروپایی در 2021 درگیر 15 برجهایی با آسیب پذیری های لرزه ای; دستگاه های جایگزینی و میرایی فولادی با مقاومت بالا باعث افزایش ظرفیت بار توسط 45%, رعایت IEC 60826. پس انداز هزینه به دلار رسید 1.2 میلیون با اجتناب از جایگزینی. در ایالات متحده آمریکا, a 2022 مطالعه 10 برجهایی که از تقویت ترکیبی استفاده می شود, ترکیب CFRP و گروت, گسترش عمر خدمات توسط 25 سالها و برش تعمیر و نگهداری توسط 40%. این موارد نشان می دهد که روشهای یکپارچه به پیشرفت عملکرد 30-50 ٪ دست می یابند, با ROI در 4-6 سال. دروس شامل اهمیت ارزیابی های خاص سایت و نظارت منظم است. این مطالعات چارچوب پیشنهادی را تأیید می کند, ارائه مدل هایی برای توانبخشی زیرساخت های جهانی.

8. نتیجه

برج های انتقال قدیمی به دلیل خوردگی خطرات ایمنی قابل توجهی را ایجاد می کنند, خستگی, و مسائل بنیاد, با FEA و NDT 30-40 ٪ بیش از حد بار را نشان می دهد. روشهای تقویت مانند بسته بندی CFRP, تعویض فولادی, و بازگرداندن فاکتورهای ایمنی به 1.5-2.0, افزایش عمر خدمات تا 20 تا 30 سال و کاهش خطرات نارسایی توسط 40%. مطالعات موردی اثربخشی این رویکردها را تأیید می کند, با صرفه جویی در هزینه 500000 تا 1 میلیون دلار در هر پروژه. انطباق با IEC 60826 و GB 50017 اجرای عملی را تضمین می کند. به عنوان 20% از برجهای جهانی فراتر از آن 40 سال ها, تقویت فعال برای جلوگیری از قطع و خسارات اقتصادی ضروری است. تحقیقات آینده باید بر روی نظارت مبتنی بر هوش مصنوعی و طرح های مقاوم در برابر آب و هوا متمرکز شود. این مطالعه یک چارچوب جامع برای ارزیابی و تقویت برج های قدیمی ارائه می دهد, افزایش قابلیت اطمینان و پایداری شبکه.

منابع