Zona Pemuatan Es Berat: Desain Struktural dan Panduan Verifikasi Beban untuk Tiang Transmisi Baja Tirus 69kV–230kV
Tantangan Struktural Zona Es Berat untuk Jalur Transmisi AS
Wilayah Barat Tengah, Timur Laut, dan Alaska bagian atas menghadapi risiko penumpukan es yang parah setiap musim dingin. Badai es pada bulan Januari 1998 di wilayah timur laut AS, yang menyebabkan runtuhnya menara transmisi secara luas dan kegagalan saluran listrik, masih menjadi buku pelajaran bagi industri ini.. Dampak akumulasi es pada tiang baja transmisi jauh melampaui peningkatan beban vertikal:pertambahan es memperbesar area konduktor dan kabel ground yang terkena angin, mengalikan beban angin melintang;penumpahan es yang tidak merata dan berlari kencangmenghasilkan tegangan tidak seimbang memanjang yang signifikan pada bentang yang berdekatan; lebih kritisnya, itugabungan kejadian es dan beban anginmemaksakan tuntutan kekuatan pada struktur tiang jauh melebihi skenario desain konvensional.
Untuk tiang baja tubular tirus 69kV hingga 230kV, verifikasi beban adalah inti untuk memastikan integritas struktural di zona es tebal. Artikel ini secara sistematis menguraikan persyaratan beban dan kriteria pemilihan struktural untuk desain tiang zona es berat, berdasarkan peraturan NESC dan standar desain ASCE/SEI 48-19.
Persyaratan Beban Zona Es Berat NESC dan Klasifikasi Distrik
ItuKode Keamanan Listrik Nasional (NESC, ANSI C2)adalah standar dasar wajib untuk desain saluran transmisi overhead di AS. NESC membagi negara menjadi tiga distrik pemuatan cuaca:
Sumber: NESC Tabel 250-1
Di Distrik Pemuatan Berat, seperti yang dicontohkan oleh Pennsylvania, fasilitas udara harus dirancang untuk ituEs radial 0,5 inci + kecepatan angin 60 km/jam + suhu 0°F.
Faktor Beban untuk Struktur Bajadi bawah Konstruksi NESC Grade B ditentukan sebagai berikut:
Pemuatan Es Ekstrimmerupakan persyaratan penting lainnya untuk desain zona es berat: fasilitas harus tahan apemuatan es radial minimum 1,25 inci (31,8 mm), dengan kepadatan es di57 pcf (kira-kira 913 kg/m³), suhu pada 0°F, dan kecepatan angin pada 0 mph. Beberapa negara bagian dan perusahaan utilitas telah mengadopsi standar internal yang lebih ketat.
ASCE/SEI 48-19 Standar Desain Struktural
ASCE/SEI 48-19, Desain Struktur Tiang Transmisi Baja, adalah standar desain khusus yang dikeluarkan oleh American Society of Civil Engineers, yang memberikan dasar teknis yang seragam untuk desain, perincian, fabrikasi, pengujian, perakitan, dan pemasangan struktur baja tubular tirus bentuk dingin. Standar ini berlaku untuk struktur mandiri dan berpelindung, mencakup berbagai jenis pondasi termasuk caisson beton, tiang pancang baja, dan penanaman langsung..
Untuk aplikasi zona es berat, ASCE/SEI 48-19 mengharuskan perancang untuk mempertimbangkan kombinasi beban berikut:
-
Aturan NESC 250B (Pembebanan Distrik): Kombinasi standar beban es dan angin
-
Aturan NESC 250C (Angin Ekstrim): Hanya berlaku untuk struktur yang tingginya melebihi 60 kaki (18,3 m).
-
NESC Rule 250D (Es Ekstrim dengan Angin Bersamaan): Kombinasi beban es dan angin ekstrem periode ulang 100 tahun
Manual ASCE 74, Pedoman Pembebanan Struktural Saluran Transmisi Listrik, selanjutnya memberikan metodologi penghitungan beban berbasis keandalan dan berfungsi sebagai referensi resmi untuk analisis beban zona es berat.
Pemilihan Material dan Ketebalan Dinding untuk Tiang Baja Tapered
Pemilihan Kelas Baja
Untuk aplikasi zona es berat,ASTM Gr50 (kekuatan leleh minimum 345 MPa) atau Gr65 (kekuatan leleh minimum 448 MPa)baja berkekuatan tinggi direkomendasikan. Gr65 menawarkan kapasitas momen lebih tinggi pada ketebalan dinding yang sama, membantu mengontrol bobot tiang secara keseluruhan dan biaya transportasi.
Persyaratan Ketebalan Dinding
RUS Bulletin 1724E-224 mengamanatkan ketebalan logam dasar minimum untuk komponen menara baja galvanis:
-
Anggota sudut utama: ≥3/16 inci (4,76 mm)
-
Anggota lainnya: ≥1/8 inci (3,18 mm)
Di zona es yang tebal, desainer biasanya melakukan lebih jauhmeningkatkan ketebalan dinding pantatuntuk mengatasi momen garis tanah maksimum yang dihasilkan dari kombinasi beban NESC. Ketebalan dinding pantat spesifik harus ditentukan berdasarkan momen garis tanah yang dihitung dari kasus beban NESC, memastikan rasio tegangan tidak melebihi 1,0.
Desain Tiang Meruncing
Garis zona es yang tebal paling baik dilayanitiang meruncingyang memvariasikan ketebalan dinding dan diameter bagian sepanjang tinggi tiang, memperkuat bagian pantat sambil mempertahankan kekakuan atas yang memadai. Untuk desain slip-fit multi-bagian, perhatian khusus harus diberikan pada verifikasi tekuk lokal di zona sambungan (biasanya panjang pengikatan ≥24 inci/610 mm).
Parameter Utama untuk Verifikasi Beban
Parameter berikut sangat penting untuk verifikasi beban tiang baja tirus 69kV–230kV di zona es tebal:
Pertimbangan Desain Penanaman dan Pondasi Langsung
Untuk tiang baja yang tertanam langsung di zona es tebal, desain pondasi memerlukan perhatian tambahan pada:
1. Kedalaman Penanaman dan Ketahanan Tanah Lateral
Peningkatan beban lateral dari akumulasi es disalurkan langsung ke bagian tertanam, sehingga memerlukan kedalaman penanaman yang cukup untuk memberikan ketahanan tanah lateral. Perancang harus menghitung geser dan momen garis tanah berdasarkan kombinasi beban NESC dan menentukan kedalaman penanaman efektif berdasarkan jenis tanah.
2. Pertimbangan Frost Heave
Zona es tebal sering kali bertepatan dengan penetrasi embun beku musiman. Bagian yang tertanam harus memanjangdi bawah garis beku, atau material pengurukan yang tidak rentan terhadap embun beku (misalnya, batu pecah, pasir/kerikil) harus digunakan untuk mencegah naiknya embun beku.
3. Proteksi Korosi pada Bagian Tertanam
Bagian tertanam menghadapi tantangan ganda dari korosi tanah dan siklus beku-cair. Disarankan untuk melamarlapisan bitumen atau pelindung selongsong penyusut panasatasASTM A123 Kelas 100 (100μm)lapisan galvanis pada zona penanaman.
Kesimpulan
Desain struktural tiang baja tirus 69kV–230kV di zona es tebal harus benar-benar mematuhiNESC C2persyaratan beban danASCE/SEI 48-19metodologi desain struktural. Dari skenario beban es distrik 0,5 inci hingga skenario es ekstrem 1,25 inci, dari faktor beban angin 2,50 hingga ambang batas ketebalan dinding minimum 3/16 inci, setiap parameter berdampak langsung pada keselamatan struktural dalam kondisi musim dingin yang ekstrem.
Untuk pemasok yang berencana berpartisipasi dalam tender proyek transmisi di Upper Midwest, Northeast, atau Alaska, dengan menyebutkan secara eksplisit“Mematuhi Distrik Pemuatan Berat NESC”,“Desain ASCE/SEI 48-19”, dan tabel parameter verifikasi beban yang lengkap dalam proposal teknis merupakan dasar untuk membangun kredibilitas teknis.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!