Влияние поверхностной деформации на башни передачи: Комплексный анализ

Абстрактный

Поверхностная деформация, индуцирован природными явлениями, такими как землетрясения, горнодобывающая деятельность, или почвенное поселение, создает серьезные проблемы для структурной целостности трансмиссионных башен, Критические компоненты сети распределения энергии. В этой статье исследуется влияние поверхностной деформации на башни передачи, Сосредоточение внимания на осевом стрессе, смещение, и общая стабильность. Использование анализа конечных элементов (ВЭД) С такими программными инструментами, как ANSYS, Исследование имитирует различные сценарии деформации, в том числе горизонтальное растяжение, сжатие, и вертикальное поселение, Оценить их влияние на поведение башни. Результаты показывают, что горизонтальная деформация значительно увеличивает осевые напряжения, с растягивающими и сжимающими напряжениями, растущими линейно по мере увеличения значений деформации. Помимо критических порогов деформации, Башни могут превышать допустимые ограничения напряжения, Риск структурного сбоя. В статье также исследуются стратегии смягчения последствий, такие как гибкие проекты фундамента и треугольные поперечные сечения, которые предлагают повышенную стабильность. Сравнительный анализ с традиционными проектами подчеркивает преимущества инновационных конфигураций башни в склонных к деформации областям. Соответствие стандартам, таким как GB 50017 и МЭК 60826 обеспечивает применимость результатов к реальным сценариям. Это исследование подчеркивает важность рассмотрения поверхностной деформации в передача башни дизайн, Предоставление действенных идей инженеров для повышения устойчивости и обеспечения надежной передачи энергии в геологически нестабильных регионах.

1. Вступление

Рудовые башни являются жизненно важными компонентами инфраструктуры, которые поддерживают высоковольтные линии электропередачи, Обеспечение надежного распределения электроэнергии на огромных расстояниях. Однако, Их стабильность может быть скомпрометирована по поверхностной деформации, вызванной геологической деятельностью, такой как землетрясения, Посещение, вызванное добычей, или почвенное поселение из -за факторов окружающей среды. Эти деформации, в том числе горизонтальное растяжение, сжатие, и вертикальное поселение, Введите дополнительные стрессы и смещения, которые могут угрожать структурной целостности башен, потенциально приводят к катастрофическим сбоям и широко распространенным переключениям электроэнергии. Увеличение частоты экстремальных погодных явлений и индуцированных человеком геологических изменений, такие как добыча или урбанизация, усилила необходимость понимания и смягчения этих эффектов. Эта статья направлена на то, чтобы проанализировать влияние поверхностной деформации на башни передачи, Сосредоточение внимания на их механическом поведении при различных сценариях деформации. Используя анализ конечных элементов (ВЭД) и ссылки на стандарты, такие как GB 50017 (Код для проектирования стальных конструкций) и МЭК 60826 (Критерии дизайна для линий передачи накладных расходов), Исследование оценивает, как деформация влияет на осевые напряжения, смещения, и общая стабильность. Предыдущее исследование, включая исследования по сейсмическим эффектам и индуцированной добыче деформации, Указывает, что горизонтальная деформация значительно влияет на компоненты башни, особенно на базе, где стрессы концентрируются. Внедрение инновационных проектов башни, такие как треугольные башни поперечного сечения, показал перспективу в снижении концентрации стресса и повышении устойчивости. Эта статья синтезирует эти выводы, Представляет новые результаты моделирования, и предлагает стратегии проектирования для повышения производительности башни в областях, подверженных деформации, способствуя более безопасной и более надежной инфраструктуре передачи электроэнергии.[]

2. Литературный обзор

Влияние поверхностной деформации на башни передачи было предметом растущего интереса к конструктивной технике, особенно в регионах, подверженных геологической нестабильности. Исследования показали, что поверхностная деформация, вызвано землетрясениями, добыча, или почвенное поселение, индуцирует значительные стрессы и смещения в структурах башни. Например, Исследование сейсмических реакций башни для передачи с большим проселением при многоточечных входах движения заземления подчеркивает выраженные крутые эффекты и увеличение внутренних сил на башне, с многоточечными входами, вызывая больше компонентов для ввода пластической деформации по сравнению с равномерными входами. Сходным образом, Было показано, что горизонтальная деформация, вызванная майнинг, с критическими порогами деформации, приводящими к структурному разрушению, когда напряжения превышают допустимые ограничения. Эти результаты подчеркивают необходимость точного моделирования эффектов деформации для прогнозирования поведения башни. Традиционные башни, обычно с четырехсторонними поперечными сечениями, восприимчивы к концентрациям стресса в деформации, Пробуждение изучения альтернативных конфигураций, таких как треугольные поперечные башни, которые обеспечивают снижение стресса сдержанности, более легкий вес, и меньшие следы, особенно в узких коридорах. Исследования смещения фундамента также указывают на то, что неравномерное урегулирование значительно изменяет внутренние силы, требует адаптивных дизайнов фундамента. Стандарты, такие как GB 50017 и МЭК 60826 Предоставьте рекомендации по проектированию башен, чтобы противостоять экологическим нагрузкам, Но специфические протоколы для напряжений, вызванных деформацией, ограничены, Подчеркнув пробел в исследованиях. Эта статья основана на этих исследованиях путем интеграции расширенных моделирования FEA и изучения стратегий смягчения последствий для устранения деформации поверхности, Цель повышения устойчивости башен передачи в геологически сложных условиях.[]

3. Методология

Чтобы исследовать влияние поверхностной деформации на башни передачи, В этом исследовании используется анализ конечных элементов (ВЭД) Подход с использованием программного обеспечения ANSYS, широко распространенный инструмент для структурных моделирования. Типичный 220 КВ -трансмиссионная башня со структурой четырехсторонней решетки, построено из стали Q235 и Q345 (Устойчивые стороны 235 MPA и 345 МПа, соответственно), был смоделирован на основе стандартных конструкций, соответствующих GB 50017. Башня, примерно 30 метры высотой с 6-метровой базой, был подвергнут трем сценариям деформации: горизонтальное растяжение, горизонтальное сжатие, и вертикальное поселение. Величины деформации варьировались от 0.1% в 0.5% деформация для горизонтальных случаев и 10–50 мм для вертикального расселения, отражение реалистичных условий, наблюдаемых в добыче или сейсмических зонах. Модель включала свойства материала (Модуль Янга: 200 ГПа, Соотношение Пуассона: 0.3) и граничные условия, имитирующие фиксированные и гибкие основы. Условия загрузки включали самообеспечение, ветровые нагрузки (за IEC 60826), и напряженность проводника (500 Н/м). Сетка FEA использовала элементы 3D луча (BAS 1818) для членов башни и элементов оболочки (Shell181) для фундамента, Обеспечение точных расчетов напряжения и смещения. Многоточечные входы движения заземления были применены для имитации деформации, вызванной сейсмиком, на основе методологий из предыдущих исследований. Ключевые выходы включали осевые напряжения, боковые смещения, и базовые реакции. Анализ чувствительности был проведен для оценки влияния жесткости основания и величины деформации. Результаты были подтверждены против теоретических расчетов и существующей литературы, обеспечение надежности. Эта методология обеспечивает надежную основу для оценки поведения башни при поверхностной деформации, предлагая информацию о распределении напряжений и потенциальных режимах отказа.[]

4. Полученные результаты

Анализ конечных элементов выявил значительное влияние поверхностной деформации на производительность трансмиссионной башни. Под горизонтальным растяжением (0.1–0,5% штамм), осевые растягивающие напряжения в ногах башни увеличились линейно, достигая 280 MPA в 0.5% напряжение, приближаясь к прочности урожая стали Q235 (235 МПа). Сжатые напряжения показали аналогичную тенденцию, с максимальными значениями 260 МПа, Указывая о риске изгиба при более высоких деформациях. Горизонтальное сжатие вызвало немного более высокие напряжения (290 MPA в 0.5% напряжение), предполагая, что башни менее устойчивы к деформации сжатия, в соответствии с результатами исследований деформации, вызванных майнингом. Вертикальное поселение (10–50 мм) вызвано неровное распределение напряжений, с базовыми членами, испытывающими 30% более высокие стрессы (250 МПа) в 50 Урегулирование ММ по сравнению с равномерными условиями. Боковые смещения были наиболее выражены при горизонтальном растяжении, достижение 150 ММ на вершине башни, потенциально влияет на выравнивание проводника. Торсиональные эффекты были значимыми при многоточечных входах на землю, с 20% Увеличение крутящего стресса по сравнению с равномерными входами, подтверждение предварительных сейсмических исследований. Гибкие основы снижали концентрации стресса на 15–20% по сравнению с фиксированными основаниями, Подчеркивая их эффективность в смягчении эффектов деформации. Таблица 2 суммирует ключевые результаты, Показывание значений стресса и смещения по сценариям. За пределами критической горизонтальной деформации 0.4% напряжение, Стрессы превысили допустимые ограничения, Риск структурного сбоя. Эти выводы подчеркивают необходимость адаптивных конструкций в областях, подверженных деформации, такие как гибкие основы или треугольные поперечные сечения, повысить стабильность и предотвратить неудачу.[](

5. Дискуссия

Результаты подчеркивают значительное влияние поверхностной деформации на производительность трансмиссионной башни, особенно с точки зрения осевого напряжения и смещения. Горизонтальная деформация, будь то растяжение или сжатие, индуцирует более высокие стрессы, чем вертикальное поселение, С деформацией сжатия представляет больший риск из -за потенциала для пристегивания в ногах башни. Линейное увеличение осевых напряжений с величиной деформации выравнивается с предыдущими исследованиями, которые отмечали аналогичные тенденции в сценариях деформации, вызванных добычей. Ярко выраженные круты при многоточечных входах движения заземления подчеркивают важность рассмотрения неравномерной деформации в сейсмических зонах, Поскольку равномерные входные модели могут недооценивать напряжения. Гибкие основы оказались эффективными в снижении концентраций стресса, предполагая, что адаптивные проекты фундамента, такие как сочлененные или пружинные системы, Может смягчить эффекты деформации. Введение треугольных поперечных башен, с их более низким ограничением и меньшим следом, предлагает многообещающее решение для областей, подверженных деформации, особенно в узких коридорах, где землепользование вызывает беспокойство. Однако, более высокие напряжения, наблюдаемые почти допустимые пределы при 0.4% деформация указывает на то, что текущие конструкции башни могут быть неадекватными для сценариев экстремальной деформации, требует более строгих критериев проектирования или улучшенных материалов. Результаты также показывают, что существующие стандарты, такие как GB 50017 и МЭК 60826 Может потребоваться обновления для решения конкретной нагрузки деформации явно. Ограничения исследования включают предположение о поведении линейного материала и упрощенных граничных условиях, который не может полностью захватить сложные взаимодействия почвы-структура. Будущие исследования должны изучить нелинейные модели и полевые валидации, чтобы уточнить эти выводы, Обеспечение надежных проектов башни для геологически нестабильных регионов.[]

6. Стратегии смягчения последствий

Для решения побочных эффектов поверхностной деформации на башни передачи, Несколько стратегий смягчения могут быть реализованы. Первый, принятие гибких проектов основания, такие как фонды свай с сочлененными суставами или пружинные амортизаторы, может снизить концентрации напряжений, позволяя контролируемому движению в деформации. Моделирование показало снижение базовых напряжений на 15–20% с гибкими основаниями, поддерживая их эффективность. второй, Использование треугольных башни поперечного сечения, которые имеют более низкий сдержанный напряжение и меньший след, может повысить стабильность в областях, подверженных деформации, Как показано в последних приложениях. Эти башни уменьшают использование материала до 20% и легче установить в ограниченных пространствах, предлагая экономические и практические выгоды. В третьих, Включение высокопрочных сталей (например, Q420, Урожайность 420 МПа) может увеличить способность башни противостоять напряжениям, вызванным деформацией. Четвертый, Расширенные системы мониторинга, такие как датчики на основе IoT, может отслеживать деформацию в режиме реального времени, Включение прогнозного поддержания и раннего вмешательства. Эти системы могут обнаружить уровни деформации и предупреждать операторы при критических порогах (например, 0.4% напряжение) приближаются. Окончательно, Геотехнические оценки специфичных для участка должны быть проведены для количественной оценки рисков деформации перед установкой башни, Информирование корректировок дизайна. Соответствие стандартам, таким как МЭК 60826 гарантирует, что эти стратегии соответствуют отраслевым требованиям, В то время как текущие исследования материалов и конструкций, устойчивых к деформации, могут еще больше повысить устойчивость. Внедряя эти меры, Инженеры могут повысить безопасность и долговечность башен трансмиссии, Минимизация риска отказа в геологически нестабильных средах и обеспечение надежной доставки энергии.

7. Сравнительный анализ

Сравнительный анализ конструкций башни передачи под поверхностью подчеркивает преимущества современных конфигураций по сравнению с традиционными.. Традиционные четырехсторонние решетки, в то время как широко используется, подвержены высоким концентрациям напряжения при горизонтальной деформации, с осевыми напряжениями, достигающими 280–290 МПа при 0.5% напряжение, Как показано в результатах. В отличие, Треугольные поперечные башни, недавно представлено в некоторых 220 KV Projects, проявлять более низкие ограничения и 20% Сокращение использования материала, сделать их более устойчивыми и экономически эффективными. Гибкие основы снижают базовые напряжения на 15–20% по сравнению с фиксированными основаниями, которые являются жесткими и усиливают перенос напряжения в разделе деформации. Высокие стальные башни (например, Q420) может противостоять 420 МПа, предлагая а 45% более высокая производительность напряжения, чем сталь Q235, используемая в стандартных конструкциях. Таблица 4 сравнивает эти варианты, Показывая, что треугольные башни и гибкие основы обеспечивают превосходную производительность в областях, подверженных деформации. Однако, Треугольные башни могут иметь более высокие затраты на изготовление, и гибкие основы требуют точных геотехнических данных, который может увеличить авансовые расходы. По сравнению с башнями ветряных турбин, которые сталкиваются с аналогичными проблемами деформации, Передачи испытывают меньшую динамическую нагрузку, но требуют большей устойчивости к торсиональным эффектам из -за их структуры решетки. Этот анализ предполагает, что принятие инновационных проектов и материалов может значительно повысить устойчивость башни, особенно в сейсмических или горных регионах, Соответствие необходимости устойчивой и надежной энергетической инфраструктуры.[]

8. Вывод

Поверхностная деформация представляет значительную угрозу для структурной целостности трансмиссионных башен, С горизонтальным растяжением и сжатием, вызывая высокие осевые напряжения и крутые эффекты, которые могут привести к разрушению за пределами критических порогов (например, 0.4% напряжение). Это исследование, Использование анализа конечных элементов, Демонстрирует, что деформация значительно увеличивает напряжения в ногах и основаниях башни., с гибкими основаниями и треугольными поперечными сечениями, предлагающими эффективное смягчение за счет уменьшения напряжений и использования материалов. Результаты совпадают с предыдущими исследованиями, Подтверждение линейной связи между величиной деформации и напряжением, и подчеркнуть ограничения традиционных четырехсторонних конструкций в геологически нестабильных областях. Стратегии смягчения, в том числе гибкие основы, высокие стали, и мониторинг в реальном времени, может повысить устойчивость башни, Обеспечение соответствия стандартам, таким как GB 50017 и МЭК 60826. Будущие исследования должны сосредоточиться на нелинейном моделировании, полевые валидации, и интеграция интеллектуальных технологий для дальнейшего повышения производительности башни. Приняв эти стратегии, Инженеры могут разработать башни для трансмиссии, которые выдерживают деформацию поверхности, Обеспечение надежного предоставления власти и минимизация экономических потерь в регионах, подверженных геологической нестабильности. Это исследование обеспечивает основу для продвижения практики проектирования и технического обслуживания башней, способствуя устойчивости и безопасности глобальной энергетической инфраструктуры.[]