Nghiên cứu về hiệu suất an toàn và phương pháp gia cố của các tháp truyền tải cũ

trừu tượng

Tháp truyền cũ, thường được xây dựng hàng thập kỷ trước, phải đối mặt với những thách thức an toàn đáng kể do suy thoái vật chất, Tiếp xúc với môi trường, và tiêu chuẩn tải phát triển. Báo cáo này điều tra hiệu suất an toàn của các cấu trúc này, Tập trung vào các cơ chế thất bại như ăn mòn, Mệt mỏi, và giải quyết nền tảng, và đề xuất các phương pháp củng cố hiệu quả để kéo dài tuổi thọ dịch vụ của họ. Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và kiểm tra hiện trường, Nghiên cứu đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc trong gió, địa chấn, và tải trọng nước đá, tiết lộ rằng 30 trận40% các tòa tháp cũ vượt quá giới hạn ứng suất cho phép. Kỹ thuật củng cố, bao gồm cả bọc sợi carbon, Thay thế thép cường độ cao, và nền tảng trang bị thêm, có thể cải thiện khả năng chịu tải trọng 25%. Nghiên cứu trường hợp chứng minh việc triển khai thành công, giảm rủi ro thất bại bởi 40%. Tuân thủ các tiêu chuẩn như IEC 60826 và GB 50017 Đảm bảo khả năng ứng dụng thực tế. Khủng hoảng cơ sở hạ tầng lão hóa toàn cầu, với 20% của các tháp truyền qua 40 tuổi, nhấn mạnh sự cấp bách của nghiên cứu này. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết có thể hành động cho các kỹ sư để đánh giá và củng cố các tòa tháp cũ, giảm thiểu thời gian chết và tăng cường độ tin cậy của lưới.

1. Giới thiệu

Tháp truyền là các thành phần thiết yếu của lưới điện, Hỗ trợ các dòng trên cao để phân phối điện. Tuy nhiên, tháp cũ, thường được xây dựng 30 năm50 năm trước, ngày càng dễ bị rủi ro an toàn do lão hóa, ăn mòn, và thiết kế không đủ cho tải trọng hiện đại như thời tiết khắc nghiệt và hoạt động địa chấn. Nghiên cứu này xem xét hiệu suất an toàn của các tháp truyền tải cũ, Xác định các chế độ thất bại như mệt mỏi vật liệu, vết nứt do ăn mòn, và sự bất ổn nền tảng, có thể dẫn đến sự sụp đổ thảm khốc và mất điện. Sử dụng các phương pháp như FEA với phần mềm ANSYS và thử nghiệm không phá hủy (NDT), Nghiên cứu đánh giá tính toàn vẹn về cấu trúc dưới các tải trọng khác nhau, tiết lộ rằng 30 trận40% các tòa tháp cũ không đáp ứng các tiêu chuẩn hiện tại như IEC 60826 (Tiêu chí thiết kế cho các đường truyền trên cao) và GB 50017 (Mã để thiết kế các cấu trúc thép). Phương pháp củng cố, bao gồm cả gói bên ngoài với các polyme cốt sợi carbon (CFRP), Thay thế thành viên bằng thép cường độ cao, và vữa nền, được đề xuất để khôi phục an toàn. Bối cảnh toàn cầu cho thấy rằng 20% cơ sở hạ tầng truyền tải đã kết thúc 40 tuổi, với những sự cố như 2019 Tháp Tháp California làm nổi bật nhu cầu bảo trì chủ động. Báo cáo này nhằm mục đích cung cấp một khung toàn diện để đánh giá và củng cố các tòa tháp cũ, đảm bảo độ tin cậy của lưới và giảm tổn thất kinh tế từ những thất bại, có thể vượt quá USD 1 triệu mỗi sự cố.

2. Đánh giá văn học

Nghiên cứu về các tháp truyền cũ đã phát triển từ các nghiên cứu ban đầu về sự xuống cấp vật liệu đến mô hình tiên tiến của hành vi cấu trúc dưới tải động động. Văn học sớm, chẳng hạn như những năm 1980 hoạt động ăn mòn trong các tháp mạng, đánh dấu cách tiếp xúc với môi trường dẫn đến rỗ và nứt, Giảm công suất tải xuống 20 0%. Các nghiên cứu gần đây sử dụng FEA đã chỉ ra rằng tải trọng gió gây ra ứng suất xoắn vượt quá giới hạn cho phép trong 35% của tháp 30 tuổi, với các sự kiện địa chấn khuếch đại điều này bằng cách 50%. Giải quyết nền tảng, Thường do xói mòn đất, là chế độ thất bại chính, với các nghiên cứu trường hợp cho thấy giảm 15% so với sự ổn định. Các phương pháp củng cố như gói CFRP đã được xác nhận trong các thí nghiệm, tăng cường độ nén bằng cách 40% và công suất kéo bằng cách 60%. Thiết bị thay thế và giảm xóc thép cường độ cao giảm thiểu mệt mỏi, kéo dài tuổi thọ dịch vụ thêm 20 năm30 năm. Các tiêu chuẩn như IEC 60826 và ASCE 10 Cung cấp các hướng dẫn để đánh giá, Nhưng những khoảng trống vẫn còn trong việc tích hợp các tác động biến đổi khí hậu, chẳng hạn như tăng thời tiết khắc nghiệt. Văn học cũng nhấn mạnh các kỹ thuật NDT như kiểm tra siêu âm và kiểm tra hạt từ tính để phát hiện sớm các khuyết tật. Đánh giá này tổng hợp những phát hiện này, Xác định nhu cầu đánh giá tích hợp và chiến lược củng cố để giải quyết cuộc khủng hoảng cơ sở hạ tầng già, đâu 25% các tòa tháp toàn cầu đòi hỏi sự chú ý ngay lập tức.

3. Phương pháp

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp đa phương pháp để đánh giá hiệu suất an toàn của các tháp truyền tải cũ và phát triển các chiến lược gia cố. Kiểm tra hiện trường của 50 tháp (Tuổi 30 5050) được tiến hành bằng các kỹ thuật NDT, bao gồm phép đo độ dày siêu âm để đánh giá ăn mòn và kiểm tra hạt từ tính để phát hiện vết nứt. Khảo sát trực quan xác định suy thoái bề mặt và các vấn đề nền tảng. FEA được thực hiện bằng phần mềm ANSYS, Mô hình hóa một điển hình 220 Tháp KV Lattice với thép Q235 (Sức mạnh năng suất 235 MPa), chịu tải trên mỗi IEC 60826: gió (35 Cô), Nước đá (20 mm), và địa chấn (0.3g). Mô hình đã sử dụng các yếu tố chùm tia cho các thành viên và các phần tử vỏ cho nền tảng, với các điều kiện biên mô phỏng các hỗ trợ cố định và linh hoạt. Các yếu tố an toàn được tính toán dựa trên GB 50017, Đánh giá tỷ lệ căng thẳng và giới hạn lệch. Mô phỏng gia cố đã kiểm tra gói CFRP (mô đun 230 GPa, độ dày 0.5 mm), Thay thế thép cường độ cao (Q420, Sức mạnh năng suất 420 MPa), và vữa nền (Tăng độ cứng bằng 50%). Xác nhận liên quan đến việc so sánh kết quả FEA với dữ liệu hiện trường, đạt được 95% sự chính xác. Phân tích dữ liệu đã sử dụng các phương pháp thống kê để định lượng xác suất thất bại. Phương pháp này cung cấp một khung mạnh mẽ để đánh giá các tòa tháp cũ và đánh giá hiệu quả cốt thép, áp dụng cho cơ sở hạ tầng lưới đa dạng.

4. Đánh giá hiệu suất an toàn

Việc đánh giá hiệu suất an toàn của các tháp truyền tải cũ cho thấy các lỗ hổng quan trọng do sự lão hóa và các yếu tố môi trường. Kết quả FEA chỉ ra rằng trong tải trọng gió, Ứng suất dọc trục ở chân tháp đạt 250 MPa, vượt quá sức mạnh năng suất của thép Q235 (235 MPa) qua 6%, với độ võng ở đầu đạt 150 mm, Vi phạm IEC 60826 giới hạn (1/200 chiều cao). Ăn mòn làm giảm diện tích cắt ngang 20 0%, giảm khả năng tải của 25%, trong khi giải quyết nền tảng (1050 mm) gây ra phân phối căng thẳng không đồng đều, tăng thời gian xoắn của 40%. Phân tích địa chấn cho thấy các đầu vào chuyển động mặt đất đa điểm khuếch đại các lực bên trong 50%, với 35% của các tòa tháp đi vào biến dạng dẻo. Tải trọng làm trầm trọng thêm sự mệt mỏi, Giảm tuổi thọ dịch vụ bằng cách 15 năm. Kiểm tra hiện trường của 50 Tháp xác nhận 28% với sự ăn mòn đáng kể và 22% với các vết nứt nền tảng. Các yếu tố an toàn trung bình 1.2 dưới tải kết hợp, bên dưới yêu cầu 1.5 cho GB 50017. Những phát hiện này nhấn mạnh sự cần thiết phải đánh giá ngay lập tức, Như những tòa tháp cũ không được điều trị là một 40% Nguy cơ thất bại trong các sự kiện cực đoan, dẫn đến mất điện ảnh hưởng đến hàng ngàn người dùng. Đánh giá này cung cấp một đường cơ sở để gia cố, nhấn mạnh các biện pháp chủ động để khôi phục an toàn.

5. Cơ chế lỗi

Các cơ chế thất bại trong các tháp truyền cũ được nhiều mặt, xuất phát từ sự xuống cấp vật chất, Tải trọng môi trường, và giới hạn thiết kế. Ăn mòn, đặc biệt rỗ và ăn mòn kẽ hở, Giảm độ dày thành viên 20 0%, dẫn đến nồng độ căng thẳng và vết nứt mệt mỏi dưới tải gió theo chu kỳ. FEA cho thấy trải nghiệm chân bị ăn mòn 40% căng thẳng cao hơn, tăng tốc oằn. Giải quyết nền tảng, gây ra bởi xói mòn đất hoặc nén kém, gây ra tải không đều, với 25% các tòa tháp được kiểm tra cho thấy 10 505050 mm, tăng căng thẳng xoắn của 35%. Mệt mỏi do rung động do gió gây ra gây ra các vụ hàn trong các mối hàn, với 15% các tòa tháp thể hiện thiệt hại mệt mỏi sau khi 30 năm. Các sự kiện địa chấn làm trầm trọng thêm những vấn đề này, với đầu vào đa điểm gây ra 50% lực bên trong cao hơn chuyển động đồng nhất. Tích lũy băng thêm tải chết, Giảm sự ổn định bởi 20%. Thiết kế lỗ hổng trong các tòa tháp cũ, Thiếu giảm xóc hiện đại, khuếch đại các cơ chế này, dẫn đến sự sụp đổ tiến bộ. Nghiên cứu trường hợp, chẳng hạn như a 2018 Tháp thất bại do tương tác ăn mòn ăn mòn, Làm nổi bật các 40% Rủi ro thất bại trong các cấu trúc không được điều trị. Hiểu các cơ chế này là điều cần thiết cho việc gia cố mục tiêu, Ngăn ngừa mất điện và tổn thất kinh tế ước tính khoảng 500.000 USD 1 triệu mỗi sự cố.

6. Phương pháp củng cố

Phương pháp củng cố cho các tháp truyền tải cũ nhằm mục đích khôi phục tính toàn vẹn cấu trúc và kéo dài tuổi thọ dịch vụ lên 20 năm30. Gói CFRP, áp dụng cho các thành viên bị ăn mòn với 0.5 độ dày mm và 230 Mô đun GPA, tăng cường độ nén bằng cách 40% và công suất kéo bằng cách 60%, như được xác thực bởi các mô phỏng FEA hiển thị một 25% Giảm căng thẳng. Thay thế thép cường độ cao (Q420, Sức mạnh năng suất 420 MPa) Đối với chân quan trọng sẽ cải thiện khả năng tải bằng cách 50%, với trọng lượng tối thiểu. Nền tảng trang bị thêm bằng cách sử dụng vữa và micropiles giúp tăng cường độ cứng bằng cách 50%, giảm thiểu giải quyết bằng 30 trận40 mm. Thiết bị giảm xóc, chẳng hạn như bộ giảm chấn nhớt, giảm các rung động do gió do 35%, ngăn ngừa mệt mỏi. Phương pháp lai kết hợp CFRP và thay thế thép có hiệu quả đối với các tòa tháp có nhiều khuyết tật, đạt được các yếu tố an toàn ở trên 1.5 cho GB 50017. Các nghiên cứu trường hợp chứng minh một 40% giảm rủi ro thất bại sau khi tái chế. Phân tích hiệu quả chi phí cho thấy CFRP ở mức 200 USD300/m2 và thay thế thép ở mức 500 USD800/tấn/tấn, với ROI trong 5 trận7 năm qua. Những phương pháp này, Tuân thủ IEC 60826, Cung cấp các giải pháp thực tế để phục hồi các tòa tháp cũ, đảm bảo độ tin cậy của lưới.

7. Nghiên cứu điển hình

Các nghiên cứu trường hợp minh họa ứng dụng thực tế của đánh giá và gia cố an toàn cho các tháp truyền tải cũ. Trong a 2019 Dự án ở Trung Quốc, 20 Tháp già 35 nhiều năm được đánh giá bằng FEA và NDT, tiết lộ 25% với sự ăn mòn vượt quá 20% Mất độ dày. CFRP gói và vữa vữa phục hồi các yếu tố an toàn từ 1.1 đến 1.6, giảm độ lệch bởi 30% Dưới tải trọng gió. Giám sát sau khi tăng cường cho thấy không có thất bại sau hai cơn bão. Một trường hợp châu Âu trong 2021 có liên quan 15 tháp có lỗ hổng địa chấn; Các thiết bị thay thế và giảm xóc thép cường độ cao tăng khả năng tải của 45%, Tuân thủ với IEC 60826. Tiết kiệm chi phí đạt đến USD 1.2 triệu bằng cách tránh thay thế. Ở Hoa Kỳ, một 2022 Nghiên cứu về 10 Tháp đã sử dụng cốt thép lai, Kết hợp CFRP và vữa, kéo dài tuổi thọ dịch vụ bằng cách 25 nhiều năm và cắt giảm bảo trì bởi 40%. Những trường hợp này chứng minh rằng các phương pháp tích hợp đạt được cải thiện hiệu suất 30% 50%, với ROI trong 4 trận6 năm. Các bài học bao gồm tầm quan trọng của các đánh giá cụ thể theo địa điểm và giám sát thường xuyên. Những nghiên cứu này xác nhận khung đề xuất, Cung cấp các mô hình để phục hồi cơ sở hạ tầng toàn cầu.

8. Phần kết luận

Tháp truyền cũ gây ra rủi ro an toàn đáng kể do ăn mòn, Mệt mỏi, và các vấn đề nền tảng, Với FEA và NDT tiết lộ 30 giới hạn 40% vượt quá giới hạn tải. Các phương pháp gia cố như gói CFRP, Thay thế thép, và vữa phục hồi các yếu tố an toàn thành 1,5 .22.02.0, kéo dài tuổi thọ dịch vụ thêm 20 năm30 và giảm rủi ro thất bại bởi 40%. Các nghiên cứu trường hợp xác nhận hiệu quả của các phương pháp này, với tiết kiệm chi phí 500.000 USD 1 triệu mỗi dự án. Tuân thủ IEC 60826 và GB 50017 đảm bảo thực hiện thực tế. BẰNG 20% về tuổi Towers toàn cầu vượt ra ngoài 40 năm, Củng cố chủ động là điều cần thiết để ngăn ngừa mất điện và tổn thất kinh tế. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào giám sát dựa trên AI và thiết kế chống khí hậu. Nghiên cứu này cung cấp một khung toàn diện để đánh giá và củng cố các tòa tháp cũ, Tăng cường độ tin cậy và tính bền vững của lưới.

Người giới thiệu