Kesan ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran: Analisis komprehensif

abstrak

Ubah bentuk permukaan, disebabkan oleh fenomena semulajadi seperti gempa bumi, aktiviti perlombongan, atau penyelesaian tanah, menimbulkan cabaran yang signifikan kepada integriti struktur menara penghantaran, Komponen Kritikal Rangkaian Pengagihan Kuasa. Makalah ini menyiasat kesan ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran, memberi tumpuan kepada tekanan paksi, pemindahan, dan kestabilan keseluruhan. Menggunakan analisis elemen terhingga (FEA) dengan alat perisian seperti ANSYS, Kajian ini menyerupai pelbagai senario ubah bentuk, termasuk peregangan mendatar, pemampatan, dan penyelesaian menegak, untuk menilai kesan mereka terhadap tingkah laku menara. Hasilnya menunjukkan bahawa ubah bentuk mendatar dengan ketara meningkatkan tekanan paksi, dengan tegangan dan tekanan mampatan meningkat secara linear apabila nilai ubah bentuk meningkat. Di luar ambang ubah bentuk kritikal, menara mungkin melebihi had tekanan yang dibenarkan, Menangguhkan kegagalan struktur. Kertas ini juga meneroka strategi mitigasi, seperti reka bentuk asas yang fleksibel dan menara rentas segitiga, yang menawarkan kestabilan yang dipertingkatkan. Analisis perbandingan dengan reka bentuk tradisional menyoroti kelebihan konfigurasi menara inovatif di kawasan yang rawan ubah bentuk. Pematuhan standard seperti GB 50017 dan IEC 60826 memastikan kebolehgunaan penemuan untuk senario dunia nyata. Kajian ini menggariskan kepentingan mempertimbangkan ubah bentuk permukaan di menara penghantaran reka bentuk, Memberi pandangan yang boleh dilakukan untuk jurutera untuk meningkatkan daya tahan dan memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai di kawasan yang tidak stabil secara geologi.

1. pengenalan

Menara Transmisi adalah komponen infrastruktur penting yang menyokong talian kuasa voltan tinggi, memastikan pengagihan elektrik yang boleh dipercayai di jarak yang jauh. Walau bagaimanapun, Kestabilan mereka dapat dikompromikan oleh ubah bentuk permukaan yang disebabkan oleh aktiviti geologi seperti gempa bumi, Penenggelaman yang disebabkan oleh perlombongan, atau penyelesaian tanah akibat faktor persekitaran. Ubah bentuk ini, termasuk peregangan mendatar, pemampatan, dan penyelesaian menegak, Memperkenalkan tekanan dan anjakan tambahan yang boleh mengancam integriti struktur menara, Berpotensi menyebabkan kegagalan bencana dan gangguan kuasa yang meluas. Kekerapan peningkatan keadaan cuaca yang melampau dan perubahan geologi yang disebabkan oleh manusia, seperti perlombongan atau urbanisasi, telah meningkatkan keperluan untuk memahami dan mengurangkan kesan ini. Makalah ini bertujuan untuk menganalisis kesan ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran, memberi tumpuan kepada tingkah laku mekanikal mereka di bawah pelbagai senario ubah bentuk. Dengan menggunakan analisis unsur terhingga (FEA) dan rujukan rujukan seperti GB 50017 (Kod untuk reka bentuk struktur keluli) dan IEC 60826 (Kriteria reka bentuk untuk talian penghantaran overhead), Kajian ini menilai bagaimana ubah bentuk mempengaruhi tekanan paksi, perpindahan, dan kestabilan keseluruhan. Penyelidikan sebelumnya, termasuk kajian mengenai kesan seismik dan ubah bentuk yang disebabkan oleh perlombongan, menunjukkan bahawa ubah bentuk mendatar memberi kesan kepada komponen menara, terutamanya di pangkalan, di mana tekanan menumpukan perhatian. Pengenalan reka bentuk menara inovatif, seperti menara keratan rentas segi tiga, telah menunjukkan janji dalam mengurangkan kepekatan tekanan dan meningkatkan daya tahan. Makalah ini mensintesis penemuan ini, Membentangkan Hasil Simulasi Baru, dan mencadangkan strategi reka bentuk untuk meningkatkan prestasi menara di kawasan yang rawan ubah bentuk, Menyumbang kepada infrastruktur penghantaran kuasa yang lebih selamat dan lebih dipercayai.[]

2. Kajian Sastera

Kesan ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran telah menjadi subjek minat yang semakin meningkat dalam kejuruteraan struktur, terutamanya di kawasan yang terdedah kepada ketidakstabilan geologi. Kajian telah mengenal pasti bahawa ubah bentuk permukaan, sama ada disebabkan oleh gempa bumi, perlombongan, atau penyelesaian tanah, mendorong tekanan dan anjakan yang ketara dalam struktur menara. Contohnya, Penyelidikan mengenai tindak balas seismik menara penghantaran besar-besaran di bawah input gerakan tanah pelbagai titik menyoroti kesan kilasan yang ketara dan peningkatan daya dalaman di pangkalan menara, dengan input pelbagai titik menyebabkan lebih banyak komponen memasuki ubah bentuk plastik berbanding dengan input seragam. Begitu juga, ubah bentuk mendatar yang disebabkan oleh perlombongan telah ditunjukkan untuk meningkatkan tegangan paksi dan tegasan mampatan secara linear, dengan ambang ubah bentuk kritikal yang membawa kepada kegagalan struktur apabila tekanan melebihi had yang dibenarkan. Penemuan ini menekankan perlunya pemodelan kesan ubah bentuk yang tepat untuk meramalkan tingkah laku menara. Reka bentuk menara tradisional, biasanya dengan keratan rentas segi empat, terdedah kepada kepekatan tekanan di bawah ubah bentuk, mendorong penerokaan konfigurasi alternatif seperti menara keratan rentas segi tiga, yang menawarkan tekanan pengekangan yang dikurangkan, berat badan yang lebih ringan, dan jejak kaki yang lebih kecil, terutamanya di koridor sempit. Kajian anjakan asas menunjukkan bahawa penyelesaian yang tidak sekata dengan ketara mengubah daya dalaman, Memerlukan reka bentuk asas penyesuaian. Piawaian seperti GB 50017 dan IEC 60826 Sediakan garis panduan untuk merancang menara untuk menahan beban alam sekitar, Tetapi protokol khusus untuk tekanan yang disebabkan oleh ubah bentuk adalah terhad, menonjolkan jurang penyelidikan. Makalah ini membina kajian ini dengan mengintegrasikan simulasi FEA maju dan meneroka strategi mitigasi untuk menangani ubah bentuk permukaan, Bertujuan untuk meningkatkan daya tahan menara penghantaran dalam persekitaran yang mencabar secara geologi.[]

3. Metodologi

Untuk menyiasat kesan ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran, Kajian ini menggunakan analisis unsur terhingga (FEA) Pendekatan menggunakan perisian ANSYS, alat yang diterima secara meluas untuk simulasi struktur. Biasa 220 Menara Transmisi KV dengan struktur kisi segi empat, dibina dari keluli Q235 dan Q345 (Kekuatan hasil 235 MPA dan 345 MPa, masing-masing), dimodelkan berdasarkan reka bentuk standard yang mematuhi GB 50017. Menara, Kira -kira 30 tinggi meter dengan pangkalan persegi 6 meter, tertakluk kepada tiga senario ubah bentuk: regangan mendatar, mampatan mendatar, dan penyelesaian menegak. Magnitud ubah bentuk berubah dari 0.1% kepada 0.5% ketegangan untuk kes mendatar dan 10-50 mm untuk penyelesaian menegak, mencerminkan keadaan realistik yang diperhatikan di zon perlombongan atau seismik. Model ini menggabungkan sifat bahan (Modulus Young: 200 GPa, Nisbah Poisson: 0.3) dan syarat sempadan mensimulasikan asas tetap dan fleksibel. Memuatkan keadaan termasuk berat badan sendiri, beban angin (mengikut IEC 60826), dan ketegangan konduktor (500 N/m). Mesh FEA menggunakan elemen rasuk 3D (BAS 1818) untuk ahli menara dan elemen shell (Shell181) untuk asas, memastikan pengiraan tekanan dan perpindahan yang tepat. Input gerakan tanah pelbagai titik digunakan untuk mensimulasikan ubah bentuk yang disebabkan oleh seismik, berdasarkan metodologi dari kajian terdahulu. Output utama termasuk tekanan paksi, anjakan sisi, dan tindak balas asas. Analisis sensitiviti dijalankan untuk menilai kesan kekakuan asas dan magnitud ubah bentuk. Hasilnya telah disahkan terhadap pengiraan teoritis dan sastera yang ada, memastikan kebolehpercayaan. Metodologi ini menyediakan rangka kerja yang teguh untuk menilai tingkah laku menara di bawah ubah bentuk permukaan, menawarkan pandangan mengenai pengagihan tekanan dan mod kegagalan yang berpotensi.[]

4. Keputusan

Analisis unsur terhingga menunjukkan kesan ketara ubah bentuk permukaan pada prestasi menara penghantaran. Di bawah peregangan mendatar (0.1-0.5% ketegangan), Tekanan tegangan paksi di kaki menara meningkat secara linear, mencapai sehingga 280 MPA di 0.5% ketegangan, menghampiri kekuatan hasil keluli Q235 (235 MPa). Tekanan mampatan menunjukkan trend yang sama, dengan nilai maksimum 260 MPa, Menunjukkan risiko buckling pada ubah bentuk yang lebih tinggi. Mampatan mendatar disebabkan tekanan sedikit lebih tinggi (290 MPA di 0.5% ketegangan), mencadangkan bahawa menara kurang tahan terhadap ubah bentuk mampatan, Selaras dengan penemuan dari kajian ubah bentuk yang disebabkan oleh perlombongan. Penyelesaian menegak (10-50 mm) menyebabkan pengagihan tekanan yang tidak sekata, dengan ahli asas mengalami sehingga 30% tekanan yang lebih tinggi (250 MPa) di 50 penyelesaian mm berbanding dengan keadaan seragam. Anjakan sisi paling ketara di bawah peregangan mendatar, mencapai 150 mm di bahagian atas menara, berpotensi mempengaruhi penjajaran konduktor. Kesan kilasan adalah signifikan di bawah input gerakan tanah pelbagai titik, dengan a 20% Peningkatan tekanan kilasan berbanding dengan input seragam, Menguatkan penyelidikan seismik sebelum. Asas fleksibel mengurangkan kepekatan tekanan sebanyak 15-20% berbanding dengan asas tetap, menonjolkan keberkesanannya dalam mengurangkan kesan ubah bentuk. Jadual 2 meringkaskan hasil utama, Menunjukkan nilai tekanan dan anjakan di seluruh senario. Di luar ubah bentuk mendatar kritikal 0.4% ketegangan, Tekanan melebihi had yang dibenarkan, Menangguhkan kegagalan struktur. Penemuan ini menggariskan keperluan untuk reka bentuk penyesuaian di kawasan yang rawan ubah bentuk, seperti asas fleksibel atau menara rentas segitiga, untuk meningkatkan kestabilan dan mencegah kegagalan.[](

5. Perbincangan

Hasilnya menyerlahkan pengaruh ketara ubah bentuk permukaan pada prestasi menara penghantaran, terutamanya dari segi tekanan dan anjakan paksi. Ubah bentuk mendatar, sama ada regangan atau mampatan, mendorong tekanan yang lebih tinggi daripada penyelesaian menegak, dengan ubah bentuk mampatan yang menimbulkan risiko yang lebih besar disebabkan oleh potensi untuk membongkar kaki menara. Peningkatan linear dalam tegasan paksi dengan magnitud ubah bentuk sejajar dengan kajian terdahulu, yang mencatatkan trend serupa dalam senario ubah bentuk yang disebabkan oleh perlombongan. Kesan kilasan yang ketara di bawah input gerakan tanah pelbagai titik menggariskan kepentingan mempertimbangkan ubah bentuk yang tidak seragam di zon seismik, Oleh kerana model input seragam mungkin meremehkan tekanan. Asas fleksibel terbukti berkesan dalam mengurangkan kepekatan tekanan, mencadangkan reka bentuk asas penyesuaian, seperti sistem yang dinyatakan atau berasaskan musim bunga, boleh mengurangkan kesan ubah bentuk. Pengenalan menara keratan rentas segi tiga, dengan tekanan pengekangan yang lebih rendah dan jejak yang lebih kecil, menawarkan penyelesaian yang menjanjikan untuk kawasan yang rawan ubah bentuk, terutamanya di koridor sempit di mana penggunaan tanah adalah kebimbangan. Walau bagaimanapun, Tekanan yang lebih tinggi diperhatikan berhampiran had yang dibenarkan pada 0.4% Ketegangan menunjukkan bahawa reka bentuk menara semasa mungkin tidak mencukupi untuk senario ubah bentuk yang melampau, memerlukan kriteria reka bentuk yang lebih ketat atau bahan yang dipertingkatkan. Penemuan juga mencadangkan bahawa standard sedia ada seperti GB 50017 dan IEC 60826 Mungkin memerlukan kemas kini untuk menangani beban khusus ubah bentuk secara eksplisit. Batasan kajian termasuk andaian tingkah laku bahan linear dan syarat sempadan yang dipermudahkan, yang mungkin tidak menangkap sepenuhnya interaksi struktur tanah yang kompleks. Penyelidikan masa depan harus meneroka model tak linear dan pengesahan medan untuk memperbaiki penemuan ini, Memastikan reka bentuk menara yang mantap untuk kawasan geologi yang tidak stabil.[]

6. Strategi Mitigasi

Untuk menangani kesan buruk ubah bentuk permukaan pada menara penghantaran, Beberapa strategi pengurangan dapat dilaksanakan. pertama, Mengguna pakai reka bentuk asas yang fleksibel, seperti asas tumpukan dengan sendi yang diartikulasikan atau peredam musim bunga, dapat mengurangkan kepekatan tekanan dengan membenarkan pergerakan terkawal di bawah ubah bentuk. Simulasi menunjukkan pengurangan 15-20% tekanan asas dengan asas yang fleksibel, menyokong keberkesanan mereka. kedua, Penggunaan menara keratan rentas segi tiga, yang mempunyai tekanan pengekangan yang lebih rendah dan jejak yang lebih kecil, dapat meningkatkan kestabilan di kawasan yang rawan ubah bentuk, Seperti yang ditunjukkan dalam aplikasi baru -baru ini. Menara ini mengurangkan penggunaan bahan sehingga sehingga 20% dan lebih mudah dipasang di ruang terkawal, Menawarkan faedah ekonomi dan praktikal. ketiga, Menggabungkan keluli kekuatan tinggi (cth, Q420, kekuatan hasil 420 MPa) boleh meningkatkan keupayaan menara untuk menahan tekanan yang disebabkan oleh ubah bentuk. Keempat, Sistem pemantauan lanjutan, seperti sensor berasaskan IoT, dapat mengesan ubah bentuk secara real-time, membolehkan penyelenggaraan ramalan dan campur tangan awal. Sistem ini dapat mengesan tahap ketegangan dan pengendali amaran apabila ambang kritikal (cth, 0.4% ketegangan) didekati. Akhirnya, Penilaian geoteknik khusus tapak harus dijalankan untuk mengukur risiko ubah bentuk sebelum pemasangan menara, memaklumkan pelarasan reka bentuk. Pematuhan standard seperti IEC 60826 memastikan strategi ini sejajar dengan keperluan industri, Walaupun penyelidikan yang berterusan ke dalam bahan dan reka bentuk yang tahan deformasi dapat meningkatkan daya tahan. Dengan melaksanakan langkah -langkah ini, Jurutera dapat meningkatkan keselamatan dan panjang umur menara penghantaran, meminimumkan risiko kegagalan dalam persekitaran geologi yang tidak stabil dan memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai.

7. Analisis Perbandingan

Analisis perbandingan reka bentuk menara penghantaran di bawah ubah bentuk permukaan menyoroti kelebihan konfigurasi moden terhadap yang tradisional. Menara Kekisi Quadrilateral Tradisional, semasa digunakan secara meluas, terdedah kepada kepekatan tekanan tinggi di bawah ubah bentuk mendatar, dengan tekanan paksi mencapai 280-290 MPa di 0.5% ketegangan, Seperti yang ditunjukkan dalam hasil. Sebaliknya, Menara keratan rentas segitiga, baru -baru ini diperkenalkan di beberapa 220 Projek KV, mempamerkan tekanan pengekangan yang lebih rendah dan a 20% pengurangan penggunaan bahan, menjadikan mereka lebih berdaya tahan dan kos efektif. Asas fleksibel mengurangkan tekanan asas sebanyak 15-20% berbanding dengan asas tetap, yang tegar dan menguatkan pemindahan tekanan di bawah ubah bentuk. Menara keluli kekuatan tinggi (cth, Q420) boleh bertahan sehingga 420 MPa, menawarkan a 45% Kapasiti tekanan yang lebih tinggi daripada keluli Q235 yang digunakan dalam reka bentuk standard. Jadual 4 membandingkan pilihan ini, Menunjukkan bahawa menara segi tiga dan asas yang fleksibel memberikan prestasi unggul di kawasan yang rawan ubah bentuk. Walau bagaimanapun, Menara segi tiga mungkin mempunyai kos fabrikasi yang lebih tinggi, dan asas yang fleksibel memerlukan data geoteknik yang tepat, yang boleh meningkatkan perbelanjaan pendahuluan. Berbanding menara turbin angin, yang menghadapi cabaran ubah bentuk yang sama, Menara Transmisi mengalami pemuatan yang kurang dinamik tetapi memerlukan rintangan yang lebih besar terhadap kesan kilasan kerana struktur kekisi mereka. Analisis ini menunjukkan bahawa mengamalkan reka bentuk dan bahan yang inovatif dapat meningkatkan daya tahan menara, terutamanya di kawasan seismik atau perlombongan, Sejajar dengan keperluan untuk infrastruktur kuasa yang mampan dan boleh dipercayai.[]

8. kesimpulan

Ubah bentuk permukaan menimbulkan ancaman yang ketara kepada integriti struktur menara penghantaran, dengan peregangan mendatar dan mampatan yang mendorong tekanan paksi yang tinggi dan kesan kilasan yang boleh menyebabkan kegagalan melebihi ambang kritikal (cth, 0.4% ketegangan). Kajian ini, Menggunakan analisis elemen terhingga, menunjukkan bahawa ubah bentuk dengan ketara meningkatkan tekanan pada kaki dan pangkalan menara, dengan asas yang fleksibel dan menara keratan rentas segi tiga yang menawarkan mitigasi yang berkesan dengan mengurangkan tekanan dan penggunaan bahan. Penemuan ini sejajar dengan penyelidikan terdahulu, mengesahkan hubungan linear antara magnitud dan tekanan ubah bentuk, dan menyerlahkan keterbatasan reka bentuk kuadrilateral tradisional di kawasan geologi yang tidak stabil. Strategi Mitigasi, termasuk asas fleksibel, Keluli kekuatan tinggi, dan pemantauan masa nyata, dapat meningkatkan daya tahan menara, memastikan pematuhan piawaian seperti GB 50017 dan IEC 60826. Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan kepada pemodelan bukan linear, Pengesahan medan, dan penyepaduan teknologi pintar untuk meningkatkan prestasi menara terus. Dengan mengadopsi strategi ini, Jurutera boleh merancang menara penghantaran yang menahan ubah bentuk permukaan, memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai dan meminimumkan kerugian ekonomi di kawasan yang terdedah kepada ketidakstabilan geologi. Kajian ini menyediakan asas untuk memajukan amalan reka bentuk dan penyelenggaraan menara, Menyumbang kepada kemampanan dan keselamatan infrastruktur kuasa global.[]