Eski iletim kulelerinin güvenlik performansı ve takviye yöntemleri üzerine araştırma

soyut

Eski şanzıman kuleleri, genellikle onlarca yıl önce inşa edildi, Malzeme bozulması nedeniyle önemli güvenlik zorluklarıyla karşı karşıya, Çevresel maruziyet, ve gelişen yük standartları. Bu rapor, bu yapıların güvenlik performansını araştırıyor, korozyon gibi başarısızlık mekanizmalarına odaklanmak, tükenmişlik, ve vakıf çözümü, ve hizmet ömrünü uzatmak için etkili takviye yöntemleri önerir. Sonlu Eleman Analizini Kullanma (FEA) ve saha denetimleri, Çalışma, rüzgar altında yapısal bütünlüğü değerlendiriyor, sismik, ve buz yükleri, Eski kulelerin% 30-40'ının izin verilen stres sınırlarını aştığını ortaya çıkarmak. Takviye teknikleri, karbon fiber sarma dahil, Yüksek mukavemetli çelik yedek, ve temel güçlendirme, yük taşıma kapasitesini% 25-50 artırabilir. Vaka çalışmaları başarılı uygulamaları göstermektedir, başarısızlık risklerini azaltmak 40%. IEC gibi standartlara uyum 60826 ve GB 50017 pratik uygulanabilirlik sağlar. Küresel Yaşlanma Altyapı Krizi, ile 20% şanzıman kuleleri 40 Yaşlı, Bu araştırmanın aciliyetinin altını çiziyor. Bu çalışma, mühendislerin eski kuleleri değerlendirmesi ve güçlendirmesi için eyleme geçirilebilir bilgiler sağlar, Kesinti süresini en aza indirme ve ızgara güvenilirliğini artırma.

1. Giriş

Şanzıman kuleleri, güç ızgaralarının temel bileşenleridir, Elektrik dağılımı için havai hatları desteklemek. ancak, eski kuleler, Tipik olarak 30-50 yıl önce inşa edildi, yaşlanma nedeniyle güvenlik risklerine karşı giderek daha savunmasız, aşınma, ve aşırı hava ve sismik aktivite gibi modern yükler için yetersiz tasarım. Bu araştırma, eski iletim kulelerinin güvenlik performansını inceler, Malzeme yorgunluğu gibi başarısızlık modlarının tanımlanması, korozyona bağlı çatlak, ve vakıf istikrarsızlığı, bu da felaket çöküşlerine ve elektrik kesintilerine yol açabilir. ANSYS yazılımı ile FEA gibi yöntemler ve tahribatsız testler kullanma (NDT), Çalışma, çeşitli yükler altında yapısal bütünlüğü değerlendirir, Eski kulelerin% 30-40'ının IEC gibi mevcut standartları karşılamadığını ortaya çıkarmak 60826 (Tepegöz iletim hatları için tasarım kriterleri) ve GB 50017 (Çelik yapıların tasarımı için kod). Takviye yöntemleri, Karbon fiber takviyeli polimerlerle harici sarma dahil (CFRP), Yüksek mukavemetli çelik ile üye değiştirme, ve vakıf hariç, güvenliği geri yüklemesi önerildi. Küresel bağlam bunu gösterir 20% İletim altyapısı bitti 40 Yaşlı, gibi olaylarla 2019 Proaktif bakım ihtiyacını vurgulayan California Tower başarısızlığı. Bu rapor, eski kuleleri değerlendirmek ve güçlendirmek için kapsamlı bir çerçeve sağlamayı amaçlamaktadır., Izgara güvenilirliğini sağlamak ve başarısızlıklardan kaynaklanan ekonomik kayıpları azaltmak, USD'yi aşabilir 1 olay başına milyon.

2. Literatür incelemesi

Eski iletim kuleleri üzerine yapılan araştırmalar, maddi bozulma üzerine erken çalışmalardan, dinamik yükler altında yapısal davranışın ileri modellenmesine kadar gelişmiştir.. Erken literatür, 1980'lerin kafes kulelerinde korozyon üzerinde çalışıyor, Çevresel maruziyetin çukurlaşmaya ve çatlamaya nasıl yol açtığını vurguladı, Yük kapasitesini% 20-30 azaltmak. FEA kullanan son çalışmalar, rüzgar yüklerinin burulma streslerinin izin verilen sınırları aşmasına neden olduğunu göstermiştir. 35% kulelerin 30 Yaşlı, sismik olaylarla bunu güçlendirerek 50%. Temel yerleşim, genellikle toprak erozyonu nedeniyle, birincil arıza modudur, İstikrarda% 15-25 azalma gösteren vaka çalışmaları. CFRP sarma gibi takviye yöntemleri deneylerde doğrulanmıştır, Sıkıştırma mukavemetinin arttırılması 40% ve gerilme kapasitesi 60%. Yüksek mukavemetli çelik değiştirme ve sönümleme cihazları yorgunluğu azaltır, Servis ömrünü 20-30 yıl uzatmak. IEC gibi standartlar 60826 ve ASCE 10 Değerlendirme için yönergeler sağlayın, Ancak iklim değişikliği etkilerini entegre etmekte boşluklar devam ediyor, artan aşırı hava gibi. Literatür ayrıca, kusurların erken tespiti için ultrasonik test ve manyetik parçacık muayenesi gibi NDT tekniklerini de vurgulamaktadır.. Bu inceleme bu bulguları sentezler, Yaşlanan altyapı krizini ele almak için entegre değerlendirme ve takviye stratejilerine duyulan ihtiyacı belirleme, nerede 25% küresel kulelerin hemen dikkat edilmesi gerekir.

3. Metodoloji

Bu çalışmada, eski iletim kulelerinin güvenlik performansını değerlendirmek ve takviye stratejileri geliştirmek için çok yöntemli bir yaklaşım kullanmaktadır.. Alan denetimleri 50 kuleler (30-50 yaş arası) NDT teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi, Korozyon Değerlendirmesi için Ultrasonik Kalınlık Ölçümü ve Çatlak Tespiti için Manyetik Parçacık İncelemesi. Görsel araştırmalar, yüzey bozulmasını ve temel sorunlarını tanımladı. FEA, ANSYS yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi, tipik bir modelleme 220 Q235 çelik ile KV kafes kulesi (verim gücü 235 MPa), IEC başına yüklere tabi tutuldu 60826: rüzgar (35 MS), ve rüzgar hızları ile kafes direğin farklı yüksekliklerini etkileyen rüzgar yükleri Tablo'da verilmiştir. (20 aa), Ve sismik (0.3g). Model, temeller için üyeler ve kabuk elemanları için kiriş öğeleri kullandı, sınır koşulları ile sabit ve esnek destekleri simüle etmek. Güvenlik faktörleri GB'ye göre hesaplandı 50017, Stres oranlarının ve sapma sınırlarının değerlendirilmesi. Takviye simülasyonları test edilen CFRP sarma (modül 230 not ortalaması, kalınlık 0.5 aa), Yüksek mukavemetli çelik yedek (Q420, verim gücü 420 MPa), ve vakıf hariç (sertliğin arttırılması 50%). Doğrulama FEA sonuçlarının saha verileriyle karşılaştırılması, başarmak 95% kesinlik. Veri analizi, arıza olasılıklarını ölçmek için istatistiksel yöntemler kullandı. Bu metodoloji, eski kuleleri değerlendirmek ve takviye etkinliğini değerlendirmek için sağlam bir çerçeve sağlar, Farklı ızgara altyapıları için geçerlidir.

4. Güvenlik Performans Değerlendirmesi

Eski iletim kulelerinin güvenlik performansı değerlendirmesi, yaşlanma ve çevresel faktörlerden kaynaklanan kritik güvenlik açıklarını ortaya koymaktadır.. FEA sonuçları rüzgar yüklerinin altında olduğunu göstermektedir, Kule bacaklarındaki eksenel gerilmeler 250 MPa, Q235 çeliğinin akma mukavemetini aşan (235 MPa) tarafından 6%, üstte sapma ile ulaşarak 150 aa, IEC ihlali 60826 sınırlar (1/200 yükseklikte). Korozyon kesit alanı% 20-30 azaltır, yük kapasitesini azaltmak 25%, Vakıf Yerleşimi (10–50 mm) eşit olmayan stres dağılımına neden olur, burulma anlarını artırmak 40%. Sismik analiz, çok noktalı yer hareketi girişlerinin iç kuvvetleri yükselttiğini gösterir 50%, ile 35% plastik deformasyona giren kulelerin. Buz yükleri yorgunluğu şiddetlendirir, hizmet ömrünü azaltmak 15 yıl. Alan denetimleri 50 Kuleler onaylandı 28% önemli korozyon ve 22% temel çatlaklarla. Güvenlik Faktörleri Ortalama 1.2 kombine yükler altında, gerekli 1.5 GB için 50017. Bu bulgular derhal değerlendirme ihtiyacının altını çiziyor, Tedavi edilmemiş eski kuleler gibi bir 40% Aşırı olaylarda başarısızlık riski, binlerce kullanıcıyı etkileyen kesintilere yol açıyor. Bu değerlendirme, takviye için bir temel sağlar, Güvenliği geri yüklemek için proaktif önlemleri vurgulamak.

5. Arıza Mekanizmaları

Eski şanzıman kulelerindeki başarısızlık mekanizmaları çok yönlüdür, malzeme bozulmasından kaynaklanan, Çevresel Yükler, ve tasarım sınırlamaları. Korozyon, özellikle çukur ve çatlak korozyonu, Üye kalınlığını% 20-30 azaltır, döngüsel rüzgar yükleri altında stres konsantrasyonlarına ve yorgunluk çatlaklarına yol açar. FEA, aşınmış bacakların deneyimlendiğini gösterir 40% daha yüksek stres, Hızlanma burkulması. Temel yerleşim, toprak erozyonu veya zayıf sıkıştırmanın neden olduğu, eşit olmayan yüklemeyi indükler, ile 25% 10-50 mm yer değiştirme gösteren denetlenmiş kulelerin, burulma streslerinin arttırılması 35%. Rüzgar kaynaklı titreşimlerden yorgunluk, kaynaklarda mikro çatlaklara neden olur, ile 15% sonra yorgunluk hasarı sergileyen kulelerin 30 yıl. Sismik olaylar bu sorunları daha da kötüleştiriyor, Çok noktalı girişler ile 50% Tekdüze hareketten daha yüksek iç kuvvetler. Buz birikimi ölü yükler ekler, istikrarı azaltmak 20%. Eski kulelerde kusurlar tasarım, Modern sönümlemeden yoksun, Bu mekanizmaları güçlendirin, aşamalı çöküşe yol açar. Vaka çalışmaları, gibi 2018 Korozyon-yorgunluk etkileşimi nedeniyle kule hatası, vurgulayın 40% Tedavi edilmemiş yapılarda başarısızlık riski. Bu mekanizmaları anlamak, hedeflenen takviye için gereklidir, Olay başına 500.000-1 milyon ABD doları olarak tahmin edilen kesintilerin ve ekonomik kayıpların önlenmesi.

6. Takviye yöntemleri

Eski iletim kuleleri için takviye yöntemleri yapısal bütünlüğü geri kazanmayı ve servis ömrünü 20-30 yıl genişletmeyi amaçlıyor. CFRP sarma, aşınmış üyelere uygulandı 0.5 mm kalınlık ve 230 GPA modülü, basınç gücünü arttırır 40% ve gerilme kapasitesi 60%, FEA simülasyonları ile doğrulandığı gibi 25% Streslerde azalma. Yüksek mukavemetli çelik yedek (Q420, verim gücü 420 MPa) Kritik bacaklar için yük kapasitesini iyileştirir 50%, minimal ağırlık artışı ile. Grouting ve mikropiller kullanarak temel güçlendirme sertliği arttırır 50%, Yerleşimi 30-40 mm azaltma. Sönümleme cihazları, viskoz damperler gibi, rüzgar kaynaklı titreşimleri azaltın 35%, Yorgunluğu önlemek. CFRP ve Çelik Değiştirmeyi Birleştiren Hibrit Yöntemler Çoklu kusurlu kuleler için etkilidir, Yukarıdaki güvenlik faktörlerine ulaşmak 1.5 GB için 50017. Vaka çalışmaları bir 40% Sağlama sonrası başarısızlık riskinde azalma. Maliyet-etkinlik analizi, 200-300 USD/m²'de CFRP'yi ve 500-800 USD/Ton'da çelik değiştirme gösterir, 5-7 yıl içinde YG ile önlenen kesintiler yoluyla. Bu yöntemler, IEC ile uyumlu 60826, Eski kuleleri rehabilite etmek için pratik çözümler sağlayın, ızgara güvenilirliğini sağlamak.

7. Vaka Çalışmaları

Vaka çalışmaları, eski iletim kuleleri için güvenlik değerlendirmesi ve takviyesinin pratik uygulamasını göstermektedir.. Bir 2019 Çin'de proje, 20 Yaşlı Kuleler 35 Yıllar FEA ve NDT kullanılarak değerlendirildi, açıklayıcı 25% korozyonu aşarak 20% kalınlık kaybı. CFRP Sarma ve Foundation Grouting Güvenlik Faktörleri 1.1 için 1.6, sapmayı azaltmak 30% rüzgar yükleri altında. Takviye sonrası izleme iki tifodan sonra herhangi bir başarısızlık göstermedi. Avrupa davası 2021 dahil olmuş 15 Sismik güvenlik açıklarına sahip kuleler; Yüksek mukavemetli çelik değiştirme ve sönümleme cihazları, yük kapasitesini artırdı 45%, IEC'ye uymak 60826. Maliyet tasarrufu USD'ye ulaştı 1.2 Yerine Kaçınarak Milyon. ABD'de, bir 2022 incelemek 10 Kuleler hibrit takviye kullandı, CFRP ve Grouting'i birleştirme, hizmet ömrünü uzatmak 25 yıllar ve bakımı kesme 40%. Bu vakalar, entegre yöntemlerin% 30-50 performans iyileştirmeleri elde ettiğini göstermektedir, 4-6 yıl içinde YG ile. Dersler, siteye özgü değerlendirmelerin önemini ve düzenli izlemeyi içerir. Bu çalışmalar önerilen çerçeveyi doğrulamaktadır, Küresel Altyapı Rehabilitasyonu için Modeller Sağlama.

8. Sonuç

Eski iletim kuleleri korozyon nedeniyle önemli güvenlik riskleri oluşturmaktadır, tükenmişlik, ve temel sorunları, FEA ve NDT,% 30-40'ı aşan yük sınırlarını ortaya çıkarır. CFRP sarma gibi takviye yöntemleri, çelik değiştirme, ve Grouting Güvenlik faktörlerini 1,5-2.0 olarak geri yükleme, Hizmet ömrünü 20-30 yıl uzatmak ve başarısızlık risklerini azaltmak 40%. Vaka çalışmaları bu yaklaşımların etkinliğini doğrulamaktadır, Proje başına 500.000-1 milyon dolarlık maliyet tasarrufu ile. IEC'ye uyum 60826 ve GB 50017 pratik uygulamayı sağlar. Gibi 20% küresel kulelerin ötesinde 40 yıl, Kesintileri ve ekonomik kayıpları önlemek için proaktif takviye şarttır. Gelecekteki araştırmalar, yapay zeka tabanlı izleme ve iklime dayanıklı tasarımlara odaklanmalıdır. Bu çalışma, eski kuleleri değerlendirmek ve güçlendirmek için kapsamlı bir çerçeve sunmaktadır., Izgara güvenilirliğini ve sürdürülebilirliğinin arttırılması.

Referanslar