Penyelidikan mengenai prestasi keselamatan dan kaedah tetulang menara penghantaran lama

abstrak

Menara Transmisi Lama, sering dibina beberapa dekad yang lalu, menghadapi cabaran keselamatan yang ketara akibat kemerosotan material, Pendedahan alam sekitar, dan piawaian beban yang berkembang. Laporan ini menyiasat prestasi keselamatan struktur ini, memberi tumpuan kepada mekanisme kegagalan seperti kakisan, keletihan, dan penyelesaian asas, dan mencadangkan kaedah tetulang yang berkesan untuk melanjutkan hayat perkhidmatan mereka. Menggunakan analisis elemen terhingga (FEA) dan pemeriksaan lapangan, Kajian ini menilai integriti struktur di bawah angin, seismik, dan beban ais, mendedahkan bahawa 30-40% menara lama melebihi had tekanan yang dibenarkan. Teknik tetulang, termasuk pembalut serat karbon, Penggantian keluli kekuatan tinggi, dan Yayasan Pengubahsuaian, boleh meningkatkan kapasiti galas beban sebanyak 25-50%. Kajian kes menunjukkan pelaksanaan yang berjaya, mengurangkan risiko kegagalan oleh 40%. Pematuhan standard seperti IEC 60826 dan GB 50017 Memastikan kebolehgunaan praktikal. Krisis Infrastruktur Penuaan Global, dengan 20% menara penghantaran 40 berumur tahun, menggariskan mendesak penyelidikan ini. Kajian ini memberikan pandangan yang boleh dilakukan untuk jurutera untuk menilai dan mengukuhkan menara lama, meminimumkan downtime dan meningkatkan kebolehpercayaan grid.

1. pengenalan

Menara Transmisi adalah komponen penting grid kuasa, Menyokong garis overhead untuk pengedaran elektrik. Walau bagaimanapun, Menara lama, biasanya dibina 30-50 tahun yang lalu, semakin terdedah kepada risiko keselamatan akibat penuaan, kakisan, dan reka bentuk yang tidak mencukupi untuk beban moden seperti cuaca yang melampau dan aktiviti seismik. Kajian ini mengkaji prestasi keselamatan menara penghantaran lama, mengenal pasti mod kegagalan seperti keletihan material, retak yang disebabkan oleh kakisan, dan ketidakstabilan asas, yang boleh menyebabkan keruntuhan dan gangguan kuasa. Menggunakan kaedah seperti FEA dengan perisian ANSYS dan ujian tidak merosakkan (NDT), Kajian ini menilai integriti struktur di bawah pelbagai beban, mendedahkan bahawa 30-40% menara lama gagal memenuhi standard semasa seperti IEC 60826 (Kriteria reka bentuk untuk talian penghantaran overhead) dan GB 50017 (Kod untuk reka bentuk struktur keluli). Kaedah tetulang, termasuk pembalut luaran dengan polimer bertetulang serat karbon (CFRP), Penggantian ahli dengan keluli kekuatan tinggi, dan asas grouting, dicadangkan untuk memulihkan keselamatan. Konteks global menunjukkan bahawa 20% infrastruktur penghantaran sudah berakhir 40 berumur tahun, dengan insiden seperti 2019 Kegagalan Menara California yang menonjolkan keperluan penyelenggaraan proaktif. Laporan ini bertujuan untuk menyediakan rangka kerja yang komprehensif untuk menilai dan menguatkan menara lama, memastikan kebolehpercayaan grid dan mengurangkan kerugian ekonomi daripada kegagalan, yang boleh melebihi USD 1 juta setiap kejadian.

2. Kajian Sastera

Penyelidikan mengenai menara penghantaran lama telah berkembang dari kajian awal mengenai kemerosotan material hingga pemodelan lanjutan tingkah laku struktur di bawah beban dinamik. Kesusasteraan awal, seperti tahun 1980 -an bekerja pada kakisan di menara kekisi, menekankan bagaimana pendedahan alam sekitar membawa kepada pitting dan retak, mengurangkan kapasiti beban sebanyak 20-30%. Kajian terbaru yang menggunakan FEA telah menunjukkan bahawa beban angin menyebabkan tekanan kilasan melebihi had yang dibenarkan dalam 35% menara 30 berumur tahun, dengan peristiwa seismik menguatkan ini oleh 50%. Penyelesaian Yayasan, selalunya disebabkan oleh hakisan tanah, adalah mod kegagalan utama, dengan kajian kes yang menunjukkan pengurangan 15-25% dalam kestabilan. Kaedah pengukuhan seperti pembalut CFRP telah disahkan dalam eksperimen, meningkatkan kekuatan mampatan oleh 40% dan kapasiti tegangan oleh 60%. Penggantian keluli kekuatan tinggi dan peranti redaman mengurangkan keletihan, Memperluas hayat perkhidmatan sebanyak 20-30 tahun. Piawaian seperti IEC 60826 dan ASCE 10 Berikan garis panduan untuk penilaian, Tetapi jurang kekal dalam mengintegrasikan kesan perubahan iklim, seperti peningkatan cuaca yang melampau. Sastera juga menekankan teknik NDT seperti ujian ultrasonik dan pemeriksaan zarah magnet untuk pengesanan awal kecacatan. Kajian ini mensintesis penemuan ini, Mengenal pasti keperluan untuk penilaian bersepadu dan strategi tetulang untuk menangani krisis infrastruktur yang semakin tua, Mana 25% menara global memerlukan perhatian segera.

3. Metodologi

Kajian ini menggunakan pendekatan pelbagai kaedah untuk menilai prestasi keselamatan menara penghantaran lama dan membangunkan strategi tetulang. Pemeriksaan lapangan 50 menara (berumur 30-50 tahun) dijalankan menggunakan teknik NDT, termasuk pengukuran ketebalan ultrasonik untuk penilaian kakisan dan pemeriksaan zarah magnet untuk pengesanan retak. Tinjauan Visual mengenal pasti masalah degradasi permukaan dan asas. FEA dilakukan menggunakan perisian ANSYS, pemodelan biasa 220 Menara kekisi KV dengan keluli Q235 (kekuatan hasil 235 MPa), tertakluk kepada beban setiap IEC 60826: angin (35 Cik), ais (20 mm), dan seismik (0.3g). Model menggunakan elemen rasuk untuk ahli dan elemen shell untuk asas, dengan syarat sempadan mensimulasikan sokongan tetap dan fleksibel. Faktor keselamatan dikira berdasarkan GB 50017, Menilai nisbah tekanan dan had pesongan. Simulasi tetulang diuji pembungkus CFRP (modulus 230 GPa, ketebalan 0.5 mm), Penggantian keluli kekuatan tinggi (Q420, kekuatan hasil 420 MPa), dan asas grouting (Meningkatkan kekakuan oleh 50%). Pengesahan melibatkan membandingkan hasil FEA dengan data medan, mencapai 95% ketepatan. Analisis Data Digunakan Kaedah Statistik Untuk Mengukur Kebarangkalian Kegagalan. Metodologi ini menyediakan rangka kerja yang mantap untuk menilai menara lama dan menilai keberkesanan tetulang, Berkenaan dengan pelbagai infrastruktur grid.

4. Penilaian prestasi keselamatan

Penilaian prestasi keselamatan menara penghantaran lama mendedahkan kelemahan kritikal kerana faktor penuaan dan persekitaran. Hasil FEA menunjukkan bahawa di bawah beban angin, Tekanan paksi di kaki menara mencapai 250 MPa, melebihi kekuatan hasil keluli Q235 (235 MPa) oleh 6%, dengan pesongan di bahagian atas mencapai 150 mm, melanggar IEC 60826 had (1/200 ketinggian). Kakisan mengurangkan kawasan keratan rentas sebanyak 20-30%, menurunkan kapasiti beban oleh 25%, manakala penyelesaian asas (10-50 mm) menyebabkan pengagihan tekanan yang tidak sekata, Meningkatkan detik -detik kilasan oleh 40%. Analisis seismik menunjukkan input gerakan tanah pelbagai titik menguatkan daya dalaman oleh 50%, dengan 35% menara memasuki ubah bentuk plastik. Beban ais memburukkan lagi keletihan, mengurangkan hayat perkhidmatan dengan 15 tahun. Pemeriksaan lapangan 50 Menara disahkan 28% dengan kakisan yang ketara dan 22% dengan retak asas. Faktor keselamatan purata 1.2 di bawah beban gabungan, di bawah yang diperlukan 1.5 untuk GB 50017. Penemuan ini menggariskan keperluan untuk penilaian segera, Seperti menara lama yang tidak dirawat menimbulkan a 40% Risiko kegagalan dalam peristiwa yang melampau, membawa kepada gangguan yang mempengaruhi ribuan pengguna. Penilaian ini menyediakan garis dasar untuk tetulang, menekankan langkah proaktif untuk memulihkan keselamatan.

5. Mekanisme Kegagalan

Mekanisme kegagalan di menara penghantaran lama beragam, berpunca dari kemerosotan bahan, Beban alam sekitar, dan batasan reka bentuk. kakisan, terutamanya Pitting dan Crevice Hakram, mengurangkan ketebalan ahli sebanyak 20-30%, membawa kepada kepekatan tekanan dan keretakan keletihan di bawah beban angin kitaran. FEA menunjukkan bahawa pengalaman kaki berkarat 40% tekanan yang lebih tinggi, mempercepatkan buckling. Penyelesaian Yayasan, disebabkan oleh hakisan tanah atau pemadatan yang lemah, mendorong pemuatan tidak sekata, dengan 25% menara yang diperiksa menunjukkan anjakan 10-50 mm, Meningkatkan tekanan kilasan oleh 35%. Keletihan dari getaran yang disebabkan oleh angin menyebabkan retak mikro dalam kimpalan, dengan 15% menara menunjukkan kerosakan keletihan selepas 30 tahun. Peristiwa seismik memburukkan isu -isu ini, dengan input pelbagai titik menyebabkan 50% daya dalaman yang lebih tinggi daripada gerakan seragam. Pengumpulan ais menambah beban mati, Mengurangkan kestabilan oleh 20%. Kelemahan reka bentuk di menara yang lebih tua, Kurangnya redaman moden, menguatkan mekanisme ini, membawa kepada keruntuhan progresif. Kajian kes, seperti a 2018 kegagalan menara akibat interaksi keletihan kakisan, Sorot 40% risiko kegagalan dalam struktur yang tidak dirawat. Memahami mekanisme ini adalah penting untuk pengukuhan yang disasarkan, Mencegah gangguan dan kerugian ekonomi yang dianggarkan pada USD 500,000-1 juta setiap insiden.

6. Kaedah tetulang

Kaedah pengukuhan untuk menara penghantaran lama bertujuan untuk memulihkan integriti struktur dan memanjangkan hayat perkhidmatan sebanyak 20-30 tahun. CFRP Wrapping, digunakan untuk anggota berkarat dengan 0.5 ketebalan mm dan 230 Modulus GPA, meningkatkan kekuatan mampatan oleh 40% dan kapasiti tegangan oleh 60%, Seperti yang disahkan oleh simulasi FEA yang menunjukkan a 25% pengurangan tekanan. Penggantian keluli kekuatan tinggi (Q420, kekuatan hasil 420 MPa) untuk kaki kritikal meningkatkan kapasiti beban oleh 50%, dengan kenaikan berat badan yang minimum. Pengubahsuaian Yayasan Menggunakan Grouting dan Micropiles Meningkatkan Kekakuan oleh 50%, pengurangan penyelesaian sebanyak 30-40 mm. Peranti redaman, seperti peredam likat, mengurangkan getaran yang disebabkan oleh angin oleh 35%, mencegah keletihan. Kaedah hibrid menggabungkan penggantian CFRP dan keluli berkesan untuk menara dengan banyak kecacatan, mencapai faktor keselamatan di atas 1.5 untuk GB 50017. Kajian kes menunjukkan a 40% pengurangan kegagalan risiko selepas penguatkuasaan. Analisis keberkesanan kos menunjukkan CFRP pada USD 200-300/m² dan penggantian keluli pada USD 500-800/tan, dengan ROI dalam 5-7 tahun melalui gangguan yang dielakkan. Kaedah ini, mematuhi IEC 60826, Sediakan penyelesaian praktikal untuk memulihkan menara lama, Memastikan kebolehpercayaan grid.

7. Kajian Kes

Kajian kes menggambarkan aplikasi praktikal penilaian keselamatan dan tetulang untuk menara penghantaran lama. Dalam a 2019 Projek di China, 20 Menara berumur 35 tahun dinilai menggunakan FEA dan NDT, mendedahkan 25% dengan kakisan melebihi 20% kehilangan ketebalan. CFRP Bungkus dan asas yang menggabungkan faktor keselamatan yang dipulihkan dari 1.1 kepada 1.6, Mengurangkan pesongan oleh 30% di bawah beban angin. Pemantauan pasca penguatkuasaan tidak menunjukkan kegagalan selepas dua taufan. Kes Eropah di 2021 terlibat 15 menara dengan kelemahan seismik; Penggantian keluli kekuatan tinggi dan peranti redaman meningkatkan kapasiti beban oleh 45%, mematuhi IEC 60826. Penjimatan kos mencapai USD 1.2 juta dengan mengelakkan penggantian. Di A.S., yang 2022 kajian 10 menara menggunakan tetulang hibrid, menggabungkan CFRP dan grouting, Memperluas hayat perkhidmatan oleh 25 tahun dan pemotongan penyelenggaraan oleh 40%. Kes -kes ini menunjukkan bahawa kaedah bersepadu mencapai penambahbaikan prestasi 30-50%, dengan ROI dalam 4-6 tahun. Pelajaran termasuk kepentingan penilaian khusus tapak dan pemantauan tetap. Kajian -kajian ini mengesahkan rangka kerja yang dicadangkan, Menyediakan model untuk pemulihan infrastruktur global.

8. kesimpulan

Menara Transmisi Lama menimbulkan risiko keselamatan yang ketara kerana kakisan, keletihan, dan isu asas, dengan FEA dan NDT mendedahkan had beban 30-40%. Kaedah pengukuhan seperti pembungkus CFRP, penggantian keluli, dan grouting memulihkan faktor keselamatan kepada 1.5-2.0, memanjangkan hayat perkhidmatan sebanyak 20-30 tahun dan mengurangkan risiko kegagalan oleh 40%. Kajian kes mengesahkan keberkesanan pendekatan ini, dengan penjimatan kos sebanyak USD 500,000-1 juta setiap projek. Pematuhan dengan IEC 60826 dan GB 50017 Memastikan pelaksanaan praktikal. Sebagai 20% menara global umur di luar 40 tahun, Pengukuhan proaktif adalah penting untuk mencegah gangguan dan kerugian ekonomi. Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan kepada pemantauan berasaskan AI dan reka bentuk iklim. Kajian ini menyediakan rangka kerja yang komprehensif untuk menilai dan mengukuhkan menara lama, meningkatkan kebolehpercayaan grid dan kelestarian.

Rujukan