Penelitian tentang kinerja keselamatan dan metode penguatan menara transmisi lama

Abstrak

Menara transmisi tua, sering dibangun beberapa dekade yang lalu, menghadapi tantangan keamanan yang signifikan karena degradasi material, Eksposur Lingkungan, dan mengembangkan standar beban. Laporan ini menyelidiki kinerja keselamatan struktur ini, Berfokus pada mekanisme kegagalan seperti korosi, kelelahan, dan pemukiman yayasan, dan mengusulkan metode penguatan yang efektif untuk memperpanjang masa pakai mereka. Menggunakan analisis elemen hingga (FEA) dan inspeksi lapangan, Studi ini mengevaluasi integritas struktural di bawah angin, seismik, dan beban es, mengungkapkan bahwa 30-40% menara tua melebihi batas stres yang diijinkan. Teknik penguatan, termasuk pembungkus serat karbon, Penggantian baja berkekuatan tinggi, dan retrofitting foundation, dapat meningkatkan kapasitas bantalan beban sebesar 25-50%. Studi kasus menunjukkan implementasi yang berhasil, mengurangi risiko kegagalan 40%. Kepatuhan dengan standar seperti IEC 60826 dan GB 50017 memastikan penerapan praktis. Krisis Infrastruktur Penuaan Global, dengan 20% menara transmisi berakhir 40 tahun, menggarisbawahi urgensi penelitian ini. Studi ini memberikan wawasan yang dapat ditindaklanjuti bagi para insinyur untuk menilai dan memperkuat menara tua, meminimalkan downtime dan meningkatkan keandalan grid.

1. pengantar

Menara transmisi adalah komponen penting dari jaringan listrik, Mendukung jalur overhead untuk distribusi listrik. Namun, menara tua, biasanya dibangun 30-50 tahun yang lalu, semakin rentan terhadap risiko keselamatan karena penuaan, korosi, dan desain yang tidak memadai untuk beban modern seperti cuaca ekstrem dan aktivitas seismik. Penelitian ini meneliti kinerja keamanan menara transmisi lama, mengidentifikasi mode kegagalan seperti kelelahan material, retak yang diinduksi korosi, dan ketidakstabilan yayasan, yang dapat menyebabkan keruntuhan bencana dan pemadaman listrik. Menggunakan metode seperti FEA dengan perangkat lunak ANSYS dan pengujian non-destruktif (NDT), Studi ini menilai integritas struktural di bawah berbagai beban, mengungkapkan bahwa 30-40% menara tua gagal memenuhi standar saat ini seperti IEC 60826 (Kriteria desain untuk saluran transmisi overhead) dan GB 50017 (Kode untuk Desain Struktur Baja). Metode penguatan, termasuk pembungkus eksternal dengan polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP), Penggantian anggota dengan baja berkekuatan tinggi, dan foundation grouting, diusulkan untuk memulihkan keselamatan. Konteks global menunjukkan itu 20% infrastruktur penularan sudah berakhir 40 tahun, dengan insiden seperti 2019 Kegagalan Menara California Menyoroti Kebutuhan Pemeliharaan Proaktif. Laporan ini bertujuan untuk memberikan kerangka kerja yang komprehensif untuk mengevaluasi dan memperkuat menara tua, memastikan keandalan kisi dan mengurangi kerugian ekonomi dari kegagalan, yang bisa melebihi USD 1 juta per insiden.

2. Ulasan Sastra

Penelitian tentang menara transmisi lama telah berevolusi dari studi awal tentang degradasi material ke pemodelan lanjutan perilaku struktural di bawah beban dinamis. Sastra Awal, seperti tahun 1980 -an bekerja pada korosi di menara kisi, menyoroti bagaimana paparan lingkungan menyebabkan pitting dan retak, mengurangi kapasitas beban sebesar 20-30%. Studi terbaru menggunakan FEA telah menunjukkan bahwa beban angin menyebabkan tekanan torsional melebihi batas yang diijinkan 35% menara ke atas 30 tahun, dengan peristiwa seismik memperkuat ini dengan 50%. Penyelesaian Yayasan, sering karena erosi tanah, adalah mode kegagalan utama, dengan studi kasus yang menunjukkan pengurangan stabilitas 15-25%. Metode penguatan seperti pembungkus CFRP telah divalidasi dalam percobaan, meningkatkan kekuatan tekan 40% dan kapasitas tarik oleh 60%. Penggantian baja berkekuatan tinggi dan perangkat redaman mengurangi kelelahan, Memperluas umur layanan selama 20-30 tahun. Standar seperti IEC 60826 dan ASCE 10 memberikan pedoman untuk penilaian, Tetapi kesenjangan tetap dalam mengintegrasikan dampak perubahan iklim, seperti peningkatan cuaca ekstrem. Literatur juga menekankan teknik NDT seperti pengujian ultrasonik dan inspeksi partikel magnetik untuk deteksi awal cacat. Ulasan ini mensintesis temuan ini, mengidentifikasi kebutuhan untuk penilaian terintegrasi dan strategi penguatan untuk mengatasi krisis infrastruktur yang menua, mana 25% menara global membutuhkan perhatian segera.

3. Metodologi

Studi ini menggunakan pendekatan multi-metode untuk mengevaluasi kinerja keselamatan menara transmisi lama dan mengembangkan strategi penguatan. Inspeksi Lapangan 50 menara (berusia 30-50 tahun) dilakukan dengan menggunakan teknik NDT, termasuk pengukuran ketebalan ultrasonik untuk penilaian korosi dan inspeksi partikel magnetik untuk deteksi retak. Survei visual mengidentifikasi degradasi permukaan dan masalah pondasi. FEA dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ANSYS, memodelkan khas 220 Menara kisi KV dengan baja Q235 (kekuatan luluh 235 MPa), menjadi sasaran beban per IEC 60826: angin (35 Nona), Es (20 mm), dan seismik (0.3g). Model ini menggunakan elemen balok untuk anggota dan elemen shell untuk yayasan, dengan kondisi batas mensimulasikan dukungan tetap dan fleksibel. Faktor keamanan dihitung berdasarkan GB 50017, Menilai rasio stres dan batas defleksi. Simulasi penguatan yang diuji pembungkus CFRP (modulus 230 IPK, ketebalan 0.5 mm), Penggantian baja berkekuatan tinggi (Q420, kekuatan luluh 420 MPa), dan foundation grouting (meningkatkan kekakuan oleh 50%). Validasi yang terlibat membandingkan hasil FEA dengan data lapangan, pencapaian 95% ketepatan. Analisis data menggunakan metode statistik untuk mengukur probabilitas kegagalan. Metodologi ini memberikan kerangka kerja yang kuat untuk menilai menara tua dan mengevaluasi kemanjuran tulangan, Berlaku untuk beragam infrastruktur jaringan.

4. Evaluasi Kinerja Keselamatan

Evaluasi kinerja keselamatan menara transmisi lama mengungkapkan kerentanan kritis karena faktor penuaan dan lingkungan. Hasil FEA menunjukkan bahwa di bawah beban angin, tegangan aksial pada mencapai kaki menara 250 MPa, melebihi kekuatan luluh baja Q235 (235 MPa) oleh 6%, dengan defleksi di bagian atas 150 mm, melanggar IEC 60826 batas (1/200 tinggi). Korosi mengurangi luas penampang sebesar 20-30%, menurunkan kapasitas beban dengan 25%, Sedangkan pemukiman yayasan (10–50 mm) menyebabkan distribusi tegangan yang tidak rata, Meningkatkan momen torsional dengan 40%. Analisis seismik menunjukkan input gerak tanah multi-titik memperkuat kekuatan internal dengan 50%, dengan 35% menara yang memasuki deformasi plastik. Beban es memperburuk kelelahan, Mengurangi kehidupan layanan oleh 15 tahun. Inspeksi Lapangan 50 Menara dikonfirmasi 28% dengan korosi yang signifikan dan 22% dengan celah fondasi. Faktor keamanan rata -rata 1.2 di bawah beban gabungan, di bawah yang diperlukan 1.5 untuk GB 50017. Temuan ini menggarisbawahi perlunya penilaian segera, Saat menara tua yang tidak diobati berpose a 40% Risiko kegagalan dalam peristiwa ekstrem, mengarah ke pemadaman yang mempengaruhi ribuan pengguna. Evaluasi ini memberikan garis dasar untuk penguatan, menekankan langkah -langkah proaktif untuk memulihkan keselamatan.

5. Mekanisme Kegagalan

Mekanisme kegagalan di menara transmisi lama beragam, yang berasal dari degradasi material, beban lingkungan, dan batasan desain. Korosi, Korosi pitting dan celah khusus, mengurangi ketebalan anggota sebesar 20-30%, menyebabkan konsentrasi stres dan retakan kelelahan di bawah beban angin siklik. FEA menunjukkan bahwa pengalaman kaki yang terkorosi 40% tekanan yang lebih tinggi, Tekuk yang semakin cepat. Penyelesaian Yayasan, disebabkan oleh erosi tanah atau pemadatan yang buruk, menginduksi pemuatan yang tidak merata, dengan 25% menara yang diperiksa menunjukkan perpindahan 10-50 mm, meningkatkan tekanan torsional 35%. Kelelahan akibat getaran yang diinduksi angin menyebabkan lasan mikro pada lasan, dengan 15% menara yang menunjukkan kerusakan kelelahan setelahnya 30 tahun. Peristiwa seismik memperburuk masalah ini, dengan input multi-titik menyebabkan 50% kekuatan internal yang lebih tinggi daripada gerakan seragam. Akumulasi es menambah beban mati, mengurangi stabilitas oleh 20%. Desain kelemahan di menara yang lebih tua, kurang redaman modern, memperkuat mekanisme ini, menyebabkan keruntuhan progresif. Studi Kasus, seperti a 2018 Kegagalan menara karena interaksi korosi kelelahan, Sorot 40% Risiko kegagalan dalam struktur yang tidak diobati. Memahami mekanisme ini sangat penting untuk penguatan yang ditargetkan, Mencegah pemadaman dan kerugian ekonomi diperkirakan USD 500.000–1 juta per insiden.

6. Metode penguatan

Metode Penguatan untuk Menara Transmisi Lama bertujuan untuk memulihkan integritas struktural dan memperpanjang masa pakai selama 20-30 tahun. Pembungkus CFRP, diterapkan pada anggota yang terkorosi dengan 0.5 ketebalan mm dan 230 Modulus IPK, meningkatkan kekuatan tekan 40% dan kapasitas tarik oleh 60%, sebagaimana divalidasi oleh simulasi FEA yang menunjukkan a 25% pengurangan tekanan. Penggantian baja berkekuatan tinggi (Q420, kekuatan luluh 420 MPa) untuk kaki kritis meningkatkan kapasitas beban dengan 50%, dengan kenaikan berat badan minimal. Retrofiting foundation menggunakan grouting dan mikropil meningkatkan kekakuan dengan 50%, Memitigasi penyelesaian dengan 30-40 mm. Perangkat redaman, seperti peredam kental, mengurangi getaran yang diinduksi oleh angin 35%, mencegah kelelahan. Metode hibrida menggabungkan CFRP dan penggantian baja efektif untuk menara dengan banyak cacat, mencapai faktor keamanan di atas 1.5 untuk GB 50017. Studi kasus menunjukkan a 40% Pengurangan Risiko Kegagalan Pasca Penguatan. Analisis efektivitas biaya menunjukkan CFRP pada USD 200-300/m² dan penggantian baja di USD 500–800/ton, dengan ROI dalam 5-7 tahun melalui pemadaman yang dihindari. Metode ini, sesuai dengan IEC 60826, memberikan solusi praktis untuk merehabilitasi menara tua, memastikan keandalan grid.

7. Studi Kasus

Studi kasus menggambarkan aplikasi praktis evaluasi keselamatan dan penguatan untuk menara transmisi lama. Di sebuah 2019 Proyek di Cina, 20 menara berusia 35 tahun dinilai menggunakan FEA dan NDT, mengungkapkan 25% dengan korosi melebihi 20% Kehilangan ketebalan. Pembungkus CFRP dan foundation grouting faktor keselamatan yang dipulihkan dari 1.1 untuk 1.6, mengurangi defleksi oleh 30% di bawah beban angin. Pemantauan pasca penguatan tidak menunjukkan kegagalan setelah dua topan. Kasus Eropa di 2021 terlibat 15 Menara dengan kerentanan seismik; Penggantian baja berkekuatan tinggi dan perangkat redaman meningkatkan kapasitas beban dengan 45%, mematuhi IEC 60826. Penghematan biaya mencapai USD 1.2 Juta dengan menghindari penggantian. Di A.S., Sebuah 2022 studi tentang 10 Menara menggunakan penguatan hibrida, Menggabungkan CFRP dan Grouting, memperpanjang masa pakai oleh 25 bertahun -tahun dan memotong perawatan oleh 40%. Kasus -kasus ini menunjukkan bahwa metode terintegrasi mencapai peningkatan kinerja 30-50%, dengan ROI dalam 4-6 tahun. Pelajaran termasuk pentingnya penilaian spesifik lokasi dan pemantauan rutin. Studi ini memvalidasi kerangka kerja yang diusulkan, Memberikan model untuk rehabilitasi infrastruktur global.

8. Kesimpulan

Menara transmisi tua menimbulkan risiko keamanan yang signifikan karena korosi, kelelahan, dan masalah dasar, dengan FEA dan NDT mengungkapkan 30-40% melebihi batas beban. Metode penguatan seperti pembungkus CFRP, Penggantian baja, dan Grouting Restore Safety Factors menjadi 1,5-2.0, Memperluas umur layanan hingga 20-30 tahun dan mengurangi risiko kegagalan 40%. Studi kasus mengkonfirmasi kemanjuran pendekatan ini, dengan penghematan biaya USD 500.000–1 juta per proyek. Kepatuhan dengan IEC 60826 dan GB 50017 memastikan implementasi praktis. Sebagai 20% usia menara global di luar 40 tahun, Penguatan proaktif sangat penting untuk mencegah pemadaman dan kerugian ekonomi. Penelitian di masa depan harus fokus pada pemantauan berbasis AI dan desain yang tahan iklim. Studi ini memberikan kerangka kerja yang komprehensif untuk menilai dan memperkuat menara tua, Meningkatkan Keandalan dan Keberlanjutan Grid.

Referensi