Menulis analisa teknis sebesar ini—khususnya mengenai koefisien beban angin baja siku menara transmisi lengan silang pada berbagai sudut yaw—membutuhkan pemahaman mendalam tentang dinamika fluida, keandalan struktural, dan nuansa kode desain internasional seperti IEC 60826, ASCE 74, dan EN 1993-3-1.

Impedansi Aerodinamis dan Tantangan Lapisan Batas

Ketika kita mempertimbangkan struktur kisi menara transmisi, kita tidak hanya melihat objek statis; kita sedang melihat filter kompleks untuk energi kinetik turbulen. Anggota baja sudut (L-profil) secara aerodinamis “tajam.” Berbeda dengan bagian melingkar, yang mengalami krisis drag pada bilangan Reynolds tinggi, baja sudut pada dasarnya tidak bergantung pada Reynolds pada berbagai kecepatan angin operasional. Pemisahan aliran terjadi secara tetap pada ujung yang tajam.

Inti permasalahan dalam menghitung koefisien beban angin ($C_t$) karena cross-arm terletak pada interaksi antara anggota individu dan efek perisai. Saat angin menerpa lengan silang di a $0^\circ$ sudut (tegak lurus terhadap permukaan memanjang), anggota depan menciptakan turbulensi tinggi dan berkurangnya momentum. Anggota belakang, duduk di ini “defisit kecepatan” daerah, tidak mengalami tekanan dinamis yang sama. Ini adalah “faktor perisai” ($\eta$), yang merupakan fungsi dari rasio soliditas ($\phi$).

Namun, saat sudut angin bergeser—katakanlah $45^\circ$ atau $60^\circ$—pelindung ini menjadi asimetris. Yang efektif “daerah yang diproyeksikan” ($A_n$) perubahan, tetapi tidak secara linear. Dalam banyak kode desain tradisional, beban angin pada bagian kisi disederhanakan menggunakan koefisien gaya total yang diterapkan pada luas proyeksi pada satu permukaan. Tapi untuk lengan silang baja siku, yang sering menampilkan kompleks “K” atau “X” yg menguatkan, koefisien drag berfluktuasi liar karena “ketajaman” baja sudut memberikan profil yang berbeda terhadap angin pada setiap derajat yaw.

Fisika Koefisien Tarikan ($C_f$)

Dalam arti teknis yang mendalam, koefisien hambatan untuk anggota sudut terisolasi kira-kira $2.0$ ketika angin menerpa “di dalam” dari bentuk V dan sedikit mengecil saat mencapai puncak. Ketika diintegrasikan ke dalam tower cross-arm, kita harus memperhitungkan rasio aspek. Bersama, lengan silang ramping berperilaku berbeda dari lengan pendek, yang gemuk karena pusaran ujung ujung.

Mari kita lihat nilai standar yang biasanya digunakan sebagai dasar sebelum kita membedahnya “sudut serang” variasi.

Meja 1: Koefisien Tarik Dasar ($C_{ft}$) untuk Struktur Kisi (Referensi Umum)

Catatan: Nilai-nilai ini mengasumsikan angin normal terhadap permukaan. Itu “Efek Sudut” itulah yang memperumit tabel ini.

Fenomena Angin Miring

Saat angin tidak tegak lurus, kita menjumpai “hukum kosinus” kekeliruan. Trigonometri sederhana menunjukkan bahwa gaya harusnya berkurang $\cos^2(\theta)$, namun pengujian terowongan angin empiris menunjukkan hal ini jarang terjadi pada menara baja siku. Karena sifat kisi yang tiga dimensi, di a $45^\circ$ sudut, angin mungkin “melihat” kepadatan baja yang lebih tinggi dari pada $0^\circ$.

Penelitian saluran transmisi tegangan tinggi (khususnya $500\text{kV}$ dan $800\text{kV}$ garis UHV) menunjukkan bahwa beban angin maksimum pada lengan silang sering terjadi pada sudut yang miring, biasanya sekitar $30^\circ$ untuk $60^\circ$, daripada di $0^\circ$. Hal ini disebabkan oleh “membuka” dari anggota penguat. Angin melewati muka depan dan menerpa anggota muka belakang yang sebelumnya dilindungi.

Dinamika Fluida Komputasi (CFD) vs. Pengujian Terowongan Angin

Di era modern, kami menggunakan Simulasi Eddy Besar (ITU) untuk memodelkan koefisien ini. Tantangan dengan baja sudut adalah “pelepasan pusaran” dari ujung yang tajam. Pusaran ini dapat beresonansi dengan frekuensi alami lengan silang, menyebabkan ketidakstabilan aeroelastis.

Jika kita melihat koefisien tekanan ($C_p$) melintasi permukaan profil-L tunggal dalam lengan silang, kita menemukan bahwa pengisapan pada sisi bawah angin flensa adalah penggerak utama gaya tarik. Saat lengan silang dimiringkan, salah satu flensa baja sudut mungkin sejajar dengan aliran, secara signifikan mengurangi hambatan individualnya, sedangkan flensa lainnya menjadi a “tubuh gertakan,” memaksimalkannya.

Meja 2: Komparatif $C_t$ Variasi berdasarkan Yaw Angle ($\theta$) untuk Soliditas Silang Lengan yang Khas ($\phi \approx 0.2$)

Tabel di atas menggambarkan kesenjangan yang berbahaya. Kode tradisional yang disederhanakan sering kali berasumsi bahwa sudutnya bertambah, bebannya turun. Namun, untuk lengan silang, sebenarnya kekuatan angin total bisa meningkatkan saat angin mulai menerpa anggota memanjang dari lengan silang dan penyangga diagonal secara lebih langsung.

Peran Penguat Sekunder dan Pelat Gusset

Kita sering mengabaikan hal-hal kecil—pelat buhul, baut, dan anggota sekunder yang berlebihan. Namun, di menara baja sudut, ini dapat meningkatkan rasio soliditas sebesar $5\%$ untuk $10\%$. Lebih penting lagi, mereka menciptakan turbulensi lokal itu “perjalanan” aliran, mencegah pemulihan aerodinamis yang bersih. Dalam analisis saya, itu “efektif” lebar anggota harus ditingkatkan dengan faktor (biasanya $1.05$ untuk $1.15$) untuk memperhitungkan hubungan ini saat menghitung koefisien beban angin.

Respon dan Keandalan Struktural

Mengapa hal ini penting bagi insinyur? Jika kita meremehkan beban angin pada a $45^\circ$ sudut, kami sedang merancang bagian kaki utama dan sambungan lengan silang. Itu “menurut jurusan angin” kaki menara menerima akumulasi beban. Jika koefisien $C_t$ sedang berangkat $30\%$, faktor keamanan dari $1.5$ secara efektif terkikis $1.1$.

Selanjutnya, lengan silang bukan sekadar kantilever; itu adalah elemen struktural yang dapat mengalami torsi di bawah angin miring. Angin tidak sekedar mendorong lengan silang “kembali”; ia mencoba memutarnya karena pusat tekanan tidak sejajar dengan pusat geser pada bagian lengan silang. Eksentrisitas ini diperburuk oleh koefisien beban angin yang bergantung pada sudut.

Formulasi Tingkat Lanjut untuk Beban Angin

Untuk bergerak ke arah yang lebih “ilmiah” dan “dalam” perhitungan, kita harus melihat gaya sebagai jumlah vektor gaya hambat ($D$) dan angkat ($L$) komponen relatif terhadap arah angin, kemudian menyelesaikannya ke dalam sistem koordinat lokal menara (Membujur dan Melintang).

Kekuatan total $F$ dapat dinyatakan sebagai:

Dimana:

• $q$ adalah tekanan kecepatan dinamis.

• $G_z$ adalah faktor respon hembusan (yang harus lebih tinggi untuk lengan silang karena tinggi dan fleksibilitasnya).

• $C_t$ adalah koefisien variabel kita.

• $A_n$ adalah luas bersih yang diproyeksikan.

Itu “BENAR” $C_t$ untuk sudut miring $\theta$ lebih baik dimodelkan dengan kesesuaian elips atau polinomial daripada fungsi kosinus sederhana. Untuk kisi baja sudut, kesesuaian yang direkomendasikan untuk koefisien tersebut $C_{t(\theta)}$ mungkin terlihat seperti:

Dimana $\alpha$ dan $\beta$ adalah konstanta yang diturunkan dari rasio soliditas dan tipe anggota.

Kesimpulan Pemikiran dan Arah Masa Depan

Studi tentang menara transmisi baja sudut beralih dari asumsi kuasi-statis ke dinamis, realitas yang peka terhadap sudut. Itu “sudut serang” bukan merupakan faktor reduksi; dalam banyak kasus, ini merupakan faktor penguatan bagi anggota tertentu dalam majelis lintas cabang.

Kita harus menjauh dari gagasan bahwa “skenario terburuk” selalu angin menerpa menara secara langsung. Interaksi perisai yang kompleks, perlekatan kembali turbulensi, dan hambatan tinggi yang melekat pada profil-L menunjukkan bahwa menara melebihi $50\text{m}$, penuh $360^\circ$ analisis beban angin diperlukan. Koefisien yang digunakan harus mencerminkan “puncak” ditemukan pada sudut miring, bukan hanya itu “standar” nilai-nilai yang ditemukan dalam buku teks abad ke-20.

Langkah selanjutnya dalam penelitian ini adalah mengintegrasikan koefisien-koefisien yang bergantung pada sudut ini ke dalam analisis elemen hingga non-linier (FEA) untuk melihat bagaimana redistribusi gaya mempengaruhi kapasitas tekuk badan menara utama.