Dampak deformasi permukaan pada menara transmisi: Analisis komprehensif

Abstrak

Deformasi permukaan, diinduksi oleh fenomena alam seperti gempa bumi, kegiatan penambangan, atau pemukiman tanah, menimbulkan tantangan signifikan terhadap integritas struktural menara transmisi, Komponen penting jaringan distribusi daya. Makalah ini menyelidiki efek deformasi permukaan pada menara transmisi, Berfokus pada stres aksial, pemindahan, dan stabilitas secara keseluruhan. Menggunakan analisis elemen hingga (FEA) dengan perangkat lunak seperti ANSYS, Studi ini mensimulasikan berbagai skenario deformasi, termasuk peregangan horizontal, kompresi, dan pemukiman vertikal, untuk menilai dampaknya pada perilaku menara. Hasilnya menunjukkan bahwa deformasi horizontal secara signifikan meningkatkan tegangan aksial, dengan tegangan tarik dan tekan meningkat secara linier karena nilai deformasi meningkat. Di luar ambang batas deformasi kritis, Menara dapat melebihi batas stres yang diijinkan, mempertaruhkan kegagalan struktural. Makalah ini juga mengeksplorasi strategi mitigasi, seperti desain fondasi yang fleksibel dan menara penampang segitiga, yang menawarkan stabilitas yang ditingkatkan. Analisis komparatif dengan desain tradisional menyoroti keunggulan konfigurasi menara inovatif di area rawan deformasi. Kepatuhan dengan standar seperti GB 50017 dan IEC 60826 Memastikan penerapan temuan untuk skenario dunia nyata. Studi ini menggarisbawahi pentingnya mempertimbangkan deformasi permukaan menara transmisi Desain, Memberikan wawasan yang dapat ditindaklanjuti bagi para insinyur untuk meningkatkan ketahanan dan memastikan transmisi daya yang andal di daerah yang tidak stabil secara geologis.

1. pengantar

Menara transmisi adalah komponen infrastruktur vital yang mendukung saluran listrik tegangan tinggi, memastikan distribusi listrik yang andal di jarak yang luas. Namun, Stabilitasnya dapat dikompromikan oleh deformasi permukaan yang disebabkan oleh aktivitas geologis seperti gempa bumi, penambangan yang diinduksi penambangan, atau pemukiman tanah karena faktor lingkungan. Deformasi ini, termasuk peregangan horizontal, kompresi, dan pemukiman vertikal, memperkenalkan tekanan dan perpindahan tambahan yang dapat mengancam integritas struktural menara, berpotensi menyebabkan kegagalan bencana dan pemadaman listrik yang meluas. Meningkatnya frekuensi peristiwa cuaca ekstrem dan perubahan geologis yang diinduksi manusia, seperti penambangan atau urbanisasi, telah meningkatkan kebutuhan untuk memahami dan mengurangi efek ini. Makalah ini bertujuan untuk menganalisis dampak deformasi permukaan pada menara transmisi, Berfokus pada perilaku mekanik mereka di bawah berbagai skenario deformasi. Dengan menggunakan analisis elemen hingga (FEA) dan referensi standar seperti GB 50017 (Kode untuk Desain Struktur Baja) dan IEC 60826 (Kriteria desain untuk saluran transmisi overhead), Studi ini mengevaluasi bagaimana deformasi mempengaruhi tekanan aksial, perpindahan, dan stabilitas secara keseluruhan. Penelitian sebelumnya, termasuk studi tentang efek seismik dan deformasi yang diinduksi penambangan, menunjukkan bahwa deformasi horizontal secara signifikan mempengaruhi komponen menara, khususnya di pangkalan, di mana tekanan berkonsentrasi. Pengenalan Desain Menara Inovatif, seperti menara penampang segitiga, telah menunjukkan janji dalam mengurangi konsentrasi stres dan meningkatkan ketahanan. Makalah ini mensintesis temuan ini, menyajikan hasil simulasi baru, dan mengusulkan strategi desain untuk meningkatkan kinerja menara di area rawan deformasi, Berkontribusi pada infrastruktur transmisi daya yang lebih aman dan lebih andal.[]

2. Ulasan Sastra

Dampak deformasi permukaan pada menara transmisi telah menjadi subjek minat yang meningkat pada rekayasa struktural, khususnya di daerah yang rentan terhadap ketidakstabilan geologis. Studi telah mengidentifikasi deformasi permukaan itu, apakah disebabkan oleh gempa bumi, pertambangan, atau pemukiman tanah, menginduksi tekanan dan perpindahan yang signifikan dalam struktur menara. Misalnya, Penelitian tentang respons seismik menara transmisi rentang besar di bawah input gerak multi-titik menyoroti efek torsional yang diucapkan dan peningkatan kekuatan internal di dasar menara, dengan input multi-titik menyebabkan lebih banyak komponen untuk memasuki deformasi plastik dibandingkan dengan input yang seragam. Demikian pula, Deformasi horizontal yang diinduksi penambangan telah terbukti meningkatkan tarik aksial dan tegangan tekan secara linear, dengan ambang batas deformasi kritis yang mengarah ke kegagalan struktural ketika tekanan melebihi batas yang diijinkan. Temuan ini menekankan perlunya pemodelan efek deformasi yang akurat untuk memprediksi perilaku menara. Desain Menara Tradisional, biasanya dengan penampang segi empat, rentan terhadap konsentrasi stres di bawah deformasi, Minta eksplorasi konfigurasi alternatif seperti menara penampang segitiga, yang menawarkan pengurangan stres pengekang, Berat yang lebih ringan, dan jejak kaki yang lebih kecil, khususnya di koridor sempit. Studi perpindahan fondasi lebih lanjut menunjukkan bahwa pemukiman yang tidak merata secara signifikan mengubah kekuatan internal internal, mengharuskan desain fondasi adaptif. Standar seperti GB 50017 dan IEC 60826 Berikan pedoman untuk merancang menara untuk menahan beban lingkungan, tetapi protokol spesifik untuk tekanan yang diinduksi deformasi terbatas, menyoroti kesenjangan penelitian. Makalah ini dibangun pada studi ini dengan mengintegrasikan simulasi FEA canggih dan mengeksplorasi strategi mitigasi untuk mengatasi deformasi permukaan, Bertujuan untuk meningkatkan ketahanan menara transmisi di lingkungan yang menantang secara geologis.[]

3. Metodologi

Untuk menyelidiki dampak deformasi permukaan pada menara transmisi, Studi ini menggunakan analisis elemen yang terbatas (FEA) pendekatan menggunakan perangkat lunak ANSYS, alat yang diterima secara luas untuk simulasi struktural. Tipikal 220 Menara transmisi KV dengan struktur kisi segi empat, dibangun dari baja Q235 dan Q345 (kekuatan luluh 235 MPA dan 345 MPa, masing-masing), dimodelkan berdasarkan desain standar yang sesuai dengan GB 50017. Menara, sekitar 30 tinggi meter dengan dasar 6 meter persegi, menjadi sasaran tiga skenario deformasi: peregangan horizontal, Kompresi horizontal, dan pemukiman vertikal. Besaran deformasi bervariasi dari 0.1% untuk 0.5% Strain untuk kasus horizontal dan 10-50 mm untuk pemukiman vertikal, mencerminkan kondisi realistis yang diamati di zona pertambangan atau seismik. Model yang dimasukkan sifat material (Modulus Young: 200 IPK, Rasio Poisson: 0.3) dan kondisi batas yang mensimulasikan fondasi tetap dan fleksibel. Kondisi pemuatan termasuk bobot diri, beban angin (per IEC 60826), dan ketegangan konduktor (500 tidak ada/m). The Fea Mesh menggunakan elemen balok 3D (Bas 1818) untuk anggota menara dan elemen shell (Shell181) untuk yayasan, memastikan stres dan perhitungan perpindahan yang akurat. Input gerak tanah multi-titik diterapkan untuk mensimulasikan deformasi yang diinduksi seismik, Berdasarkan metodologi dari studi sebelumnya. Output kunci termasuk tegangan aksial, perpindahan lateral, dan reaksi dasar. Analisis sensitivitas dilakukan untuk menilai dampak kekakuan fondasi dan besarnya deformasi. Hasilnya divalidasi terhadap perhitungan teoretis dan literatur yang ada, memastikan keandalan. Metodologi ini memberikan kerangka kerja yang kuat untuk mengevaluasi perilaku menara di bawah deformasi permukaan, Menawarkan wawasan tentang distribusi stres dan mode kegagalan potensial.[]

4. Hasil

Analisis elemen hingga mengungkapkan dampak signifikan dari deformasi permukaan pada kinerja menara transmisi. Di bawah peregangan horizontal (0.1–0,5% strain), tegangan tarik aksial pada kaki menara meningkat secara linier, mencapai hingga 280 MPa AT 0.5% tekanan, Mendekati kekuatan luluh baja Q235 (235 MPa). Tegangan tekan menunjukkan tren yang sama, dengan nilai maksimum 260 MPa, menunjukkan risiko tekuk pada deformasi yang lebih tinggi. Kompresi horizontal menginduksi tekanan yang sedikit lebih tinggi (290 MPa AT 0.5% tekanan), menunjukkan bahwa menara kurang tahan terhadap deformasi tekan, Konsisten dengan temuan dari studi deformasi yang diinduksi pertambangan. Penyelesaian Vertikal (10–50 mm) menyebabkan distribusi stres yang tidak rata, dengan anggota pangkalan yang mengalami hingga 30% tekanan yang lebih tinggi (250 MPa) di 50 pemukiman mm dibandingkan dengan kondisi seragam. Perpindahan lateral paling menonjol di bawah peregangan horizontal, mencapai 150 mm di atas menara, berpotensi mempengaruhi penyelarasan konduktor. Efek torsional signifikan di bawah input gerak multi-titik, dengan a 20% Peningkatan stres torsional dibandingkan dengan input yang seragam, menguatkan penelitian seismik sebelumnya. Fondasi yang fleksibel mengurangi konsentrasi stres sebesar 15-20% dibandingkan dengan fondasi tetap, menyoroti efektivitasnya dalam mengurangi efek deformasi. Meja 2 merangkum hasil utama, menunjukkan stres dan nilai perpindahan di seluruh skenario. Di luar deformasi horizontal yang kritis 0.4% tekanan, tekanan melebihi batas yang diijinkan, mempertaruhkan kegagalan struktural. Temuan ini menggarisbawahi kebutuhan akan desain adaptif di daerah rawan deformasi, seperti yayasan yang fleksibel atau menara penampang segitiga, untuk meningkatkan stabilitas dan mencegah kegagalan.[](

5. Diskusi

Hasilnya menyoroti pengaruh signifikan deformasi permukaan pada kinerja menara transmisi, khususnya dalam hal stres aksial dan perpindahan. Deformasi horizontal, apakah peregangan atau kompresi, menginduksi tekanan yang lebih tinggi daripada pemukiman vertikal, dengan deformasi tekan menimbulkan risiko yang lebih besar karena potensi tekuk di kaki menara. Peningkatan linear dalam tegangan aksial dengan besarnya deformasi selaras dengan studi sebelumnya, yang mencatat tren serupa dalam skenario deformasi yang diinduksi pertambangan. Efek torsional yang diucapkan di bawah input gerak multi-titik menggarisbawahi pentingnya mempertimbangkan deformasi yang tidak seragam di zona seismik, sebagai model input yang seragam dapat meremehkan tekanan. Fondasi yang fleksibel terbukti efektif dalam mengurangi konsentrasi stres, menyarankan desain fondasi adaptif itu, seperti sistem yang diartikulasikan atau berbasis musim semi, bisa mengurangi efek deformasi. Pengenalan menara penampang segitiga, dengan stres pengekang yang lebih rendah dan jejak kaki yang lebih kecil, menawarkan solusi yang menjanjikan untuk area rawan deformasi, khususnya di koridor sempit di mana penggunaan lahan menjadi perhatian. Namun, Tegangan yang lebih tinggi diamati mendekati batas yang diijinkan di 0.4% Strain menunjukkan bahwa desain menara saat ini mungkin tidak memadai untuk skenario deformasi ekstrem, Mempersyaratkan kriteria desain yang lebih ketat atau bahan yang ditingkatkan. Temuan ini juga menunjukkan bahwa standar yang ada seperti GB 50017 dan IEC 60826 mungkin perlu pembaruan untuk mengatasi beban spesifik deformasi secara eksplisit. Keterbatasan penelitian termasuk asumsi perilaku material linier dan kondisi batas yang disederhanakan, yang mungkin tidak sepenuhnya menangkap interaksi struktur tanah yang kompleks. Penelitian di masa depan harus mengeksplorasi model nonlinier dan validasi lapangan untuk memperbaiki temuan ini, Memastikan desain menara yang kuat untuk daerah yang tidak stabil secara geologis.[]

6. Strategi Mitigasi

Untuk mengatasi efek samping deformasi permukaan pada menara transmisi, Beberapa strategi mitigasi dapat diimplementasikan. Pertama, mengadopsi desain fondasi yang fleksibel, seperti dasar tiang dengan sambungan yang diartikulasikan atau peredam musim semi, dapat mengurangi konsentrasi stres dengan memungkinkan gerakan terkontrol di bawah deformasi. Simulasi menunjukkan pengurangan tegangan dasar 15-20% dengan fondasi yang fleksibel, mendukung kemanjuran mereka. Kedua, Penggunaan menara penampang segitiga, yang memiliki stres pengekangan yang lebih rendah dan jejak kaki yang lebih kecil, dapat meningkatkan stabilitas di area rawan deformasi, seperti yang ditunjukkan dalam aplikasi terbaru. Menara ini mengurangi penggunaan material hingga 20% dan lebih mudah dipasang di ruang terbatas, Menawarkan manfaat ekonomi dan praktis. Ketiga, menggabungkan baja berkekuatan tinggi (misalnya, Q420, kekuatan luluh 420 MPa) dapat meningkatkan kapasitas menara untuk menahan tekanan yang diinduksi deformasi. Keempat, Sistem Pemantauan Lanjutan, seperti sensor berbasis IoT, dapat melacak deformasi secara real-time, memungkinkan pemeliharaan prediktif dan intervensi dini. Sistem ini dapat mendeteksi tingkat regangan dan mengingatkan operator saat ambang kritis (misalnya, 0.4% tekanan) didekati. Akhirnya, Penilaian geoteknik spesifik lokasi harus dilakukan untuk mengukur risiko deformasi sebelum instalasi menara, menginformasikan penyesuaian desain. Kepatuhan dengan standar seperti IEC 60826 memastikan bahwa strategi ini selaras dengan persyaratan industri, Sementara penelitian berkelanjutan tentang bahan dan desain yang tahan deformasi dapat lebih meningkatkan ketahanan. Dengan menerapkan langkah -langkah ini, Insinyur dapat meningkatkan keamanan dan umur panjang menara transmisi, meminimalkan risiko kegagalan di lingkungan yang tidak stabil secara geologis dan memastikan pengiriman daya yang andal.

7. Analisis Komparatif

Analisis komparatif desain menara transmisi di bawah deformasi permukaan menyoroti keunggulan konfigurasi modern dibandingkan yang tradisional. Menara kisi segi empat tradisional, sementara banyak digunakan, rentan terhadap konsentrasi stres tinggi di bawah deformasi horizontal, dengan tekanan aksial mencapai 280–290 MPa di 0.5% tekanan, seperti yang ditunjukkan dalam hasil. Sebaliknya, Menara penampang segitiga, baru -baru ini diperkenalkan dalam beberapa 220 Proyek KV, menunjukkan tekanan pengekangan yang lebih rendah dan a 20% Pengurangan penggunaan material, membuat mereka lebih tangguh dan hemat biaya. Fondasi yang fleksibel mengurangi tekanan dasar sebesar 15-20% dibandingkan dengan fondasi tetap, yang kaku dan memperkuat transfer tegangan di bawah deformasi. Menara baja berkekuatan tinggi (misalnya, Q420) dapat bertahan hingga 420 MPa, menawarkan a 45% Kapasitas tegangan yang lebih tinggi daripada baja Q235 yang digunakan dalam desain standar. Meja 4 membandingkan opsi ini, menunjukkan bahwa menara segitiga dan yayasan yang fleksibel memberikan kinerja yang unggul di daerah rawan deformasi. Namun, Menara segitiga mungkin memiliki biaya fabrikasi yang lebih tinggi, dan fondasi yang fleksibel memerlukan data geoteknik yang tepat, yang dapat meningkatkan biaya di muka. Dibandingkan dengan menara turbin angin, yang menghadapi tantangan deformasi yang sama, menara transmisi mengalami pemuatan yang lebih sedikit dinamis tetapi membutuhkan resistensi yang lebih besar terhadap efek torsional karena struktur kisi mereka. Analisis ini menunjukkan bahwa mengadopsi desain dan bahan inovatif dapat secara signifikan meningkatkan ketahanan menara, khususnya di daerah seismik atau pertambangan, Menyelaraskan dengan kebutuhan akan infrastruktur listrik yang berkelanjutan dan andal.[]

8. Kesimpulan

Deformasi permukaan menimbulkan ancaman signifikan terhadap integritas struktural menara transmisi, dengan peregangan horizontal dan kompresi yang menginduksi tegangan aksial tinggi dan efek torsional yang dapat menyebabkan kegagalan di luar ambang kritis (misalnya, 0.4% tekanan). Studi ini, Menggunakan analisis elemen hingga, menunjukkan bahwa deformasi secara signifikan meningkatkan tekanan pada kaki dan pangkalan menara, dengan fondasi yang fleksibel dan menara penampang segitiga yang menawarkan mitigasi yang efektif dengan mengurangi tekanan dan penggunaan material. Temuan ini selaras dengan penelitian sebelumnya, mengkonfirmasi hubungan linier antara besarnya deformasi dan stres, dan menyoroti keterbatasan desain segi empat tradisional di daerah yang tidak stabil secara geologis. Strategi mitigasi, termasuk yayasan yang fleksibel, Baja berkekuatan tinggi, dan pemantauan waktu nyata, dapat meningkatkan ketahanan menara, memastikan kepatuhan dengan standar seperti GB 50017 dan IEC 60826. Penelitian di masa depan harus fokus pada pemodelan nonlinier, Validasi Bidang, dan integrasi teknologi pintar untuk lebih meningkatkan kinerja menara. Dengan mengadopsi strategi ini, Insinyur dapat merancang menara transmisi yang menahan deformasi permukaan, Memastikan pengiriman daya yang andal dan meminimalkan kerugian ekonomi di daerah yang rentan terhadap ketidakstabilan geologis. Studi ini memberikan dasar untuk memajukan desain menara dan praktik pemeliharaan, Berkontribusi pada keberlanjutan dan keamanan infrastruktur daya global.[]