Zone de chargement de glace importante : Guide de conception structurelle et de vérification des charges pour les poteaux de transmission coniques en acier de 69 kV à 230 kV
Le défi structurel des zones de glace épaisse pour les lignes de transmission américaines
Le haut Midwest, le nord-est et l'Alaska sont confrontés chaque hiver à de graves risques d'accumulation de glace.. La tempête de verglas de janvier 1998 dans le nord-est des États-Unis, qui a provoqué de nombreux effondrements de pylônes de transmission et des pannes de lignes, reste un manuel pour l'industrie.. L’impact de l’accumulation de glace sur les poteaux en acier de transmission s’étend bien au-delà de l’augmentation des charges verticales :l'accumulation de glace agrandit la zone exposée au vent des conducteurs et des fils de terre, multipliant les charges de vent transversales ;perte de glace inégale et galopgénérer des tensions déséquilibrées longitudinales importantes sur les travées adjacentes; plus critique encore, leoccurrence combinée de charges de glace et de ventimpose des exigences de résistance aux structures de poteaux dépassant de loin celles des scénarios de conception conventionnels.
Pour les poteaux tubulaires coniques en acier de 69 kV à 230 kV, la vérification de la charge est essentielle pour garantir l’intégrité structurelle dans les zones de glace épaisse. Cet article décrit systématiquement les exigences de charge et les critères de sélection structurelle pour la conception de poteaux de zone de glace lourde, sur la base des réglementations NESC et des normes de conception ASCE/SEI 48-19.
Exigences de charge des zones de glace lourde NESC et classification des districts
LeCode national de sécurité électrique (NESC, ANSI C2)est la norme fondamentale obligatoire pour la conception des lignes aériennes de transport aux États-Unis.. NESC divise le pays en trois districts de charge météorologique:
Source : Tableau NESC 250-1
Dans le district de chargement lourd, illustré par la Pennsylvanie, les installations aériennes doivent être conçues pourGlace radiale de 0,5 pouce + vent de 40 mph + température de 0°F.
Facteurs de charge pour les structures en aciersous la construction NESC Grade B sont spécifiés comme suit:
Chargement de glace extrêmeest une autre exigence essentielle pour la conception de zones de glace épaisse : les installations doivent résister à uncharge de glace radiale minimale de 1,25 pouces (31,8 mm), avec une densité de glace à57 pcf (environ 913 kg/m³), température à 0°F et vitesse du vent à 0 mph. Certains États et services publics ont adopté des normes internes encore plus strictes..
Norme de conception structurelle ASCE/SEI 48-19
ASCE/SEI 48-19, Conception de structures de poteaux de transmission en acier, est la norme de conception spécialisée publiée par l'American Society of Civil Engineers, fournissant une base technique uniforme pour la conception, les détails, la fabrication, les tests, l'assemblage et le montage de structures en acier tubulaires coniques formées à froid.. La norme s'applique aux structures autoportantes et haubanées, couvrant différents types de fondations, notamment les caissons en béton, les pieux en acier et l'encastrement direct..
Pour les applications dans des zones de glace épaisse, la norme ASCE/SEI 48-19 exige que les concepteurs prennent en compte les combinaisons de charges suivantes :
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Règle NESC 250B (Chargement de district): Combinaison standard de charges de glace et de vent
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Règle NESC 250C (vent extrême): S'applique uniquement aux structures dépassant 60 pi (18,3 m) de hauteur
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Règle NESC 250D (Glace extrême avec vent simultané): Période de retour de 100 ans, combinaison de charges extrêmes de glace et de vent
Le manuel ASCE 74, Lignes directrices pour le chargement structurel des lignes de transmission électrique, fournit en outre des méthodologies de calcul de charge basées sur la fiabilité et sert de référence faisant autorité pour l'analyse des charges des zones de glace lourde..
Sélection des matériaux et de l'épaisseur de paroi pour les poteaux en acier coniques
Sélection de la nuance d'acier
Pour les applications dans des zones de glace intenses,ASTM Gr50 (limite d'élasticité minimale 345 MPa) ou Gr65 (limite d'élasticité minimale 448 MPa)un acier à haute résistance est recommandé. Le Gr65 offre une capacité de moment plus élevée pour la même épaisseur de paroi, aidant ainsi à contrôler le poids global des poteaux et les coûts de transport.
Exigences d'épaisseur de paroi
Le bulletin RUS 1724E-224 impose une épaisseur minimale de métal de base pour les composants de la tour en acier galvanisé :
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Membres du coin principal: ≥3/16 pouces (4,76 mm)
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Autres membres: ≥1/8 pouce (3,18 mm)
Dans les zones de glace épaisse, les concepteursaugmenter l'épaisseur de la paroi du boutpour traiter le moment maximal au sol résultant des combinaisons de charges NESC. L'épaisseur spécifique de la paroi d'about doit être déterminée en fonction du moment au sol calculé à partir des cas de charge NESC, en garantissant que le rapport de contrainte ne dépasse pas 1,0..
Conception de poteau conique
Les lignes de zone de glace épaisse sont mieux desservies parpoteaux coniquesqui font varier l'épaisseur de la paroi et le diamètre de la section le long de la hauteur du poteau, renforçant la section bout à bout tout en maintenant une rigidité supérieure adéquate. Pour les conceptions à ajustement coulissant à plusieurs sections, une attention particulière doit être accordée à la vérification locale du flambage au niveau de la zone de jonction (généralement ≥24 pouces/longueur d'engagement de 610 mm).
Paramètres clés pour la vérification de la charge
Les paramètres suivants sont essentiels pour la vérification de la charge des poteaux coniques en acier de 69 kV à 230 kV dans les zones de glace épaisse :
Considérations sur l’encastrement direct et la conception des fondations
Pour les poteaux en acier à encastrement direct dans les zones de glace épaisse, la conception des fondations nécessite une attention particulière aux points suivants :
1. Profondeur d'encastrement et résistance latérale de la terre
Les charges latérales accrues dues à l'accumulation de glace sont transmises directement à la section encastrée, nécessitant une profondeur d'encastrement suffisante pour fournir une résistance latérale de la terre. Les concepteurs doivent calculer le cisaillement et le moment de la ligne de sol en fonction des combinaisons de charges NESC et déterminer la profondeur d'ancrage effective en fonction du type de sol.
2. Considérations sur les soulèvements dus au gel
Les zones de glace épaisse coïncident souvent avec la pénétration saisonnière du gel. La section intégrée doit s'étendreen dessous de la ligne de gelou des matériaux de remblai non sensibles au gel (par exemple, pierre concassée, sable/gravier) doivent être utilisés pour empêcher le soulèvement dû au gel.
3. Protection contre la corrosion pour la section encastrée
La section encastrée est confrontée à un double défi lié à la corrosion du sol et aux cycles de gel-dégel. Il est recommandé d'appliquerrevêtement bitumineux ou protection par manchon thermorétractablesur leASTM A123 Classe 100 (100 μm)revêtement galvanisé sur la zone d'encastrement.
Conclusion
La conception structurelle des poteaux coniques en acier de 69 kV à 230 kV dans les zones de glace épaisse doit être strictement conforme auxNESC C2exigences de charge etASCE-SEI 48-19méthodologies de conception structurelle. Des charges de glace de district de 0,5 pouce aux scénarios de glace extrêmes de 1,25 pouce, d'un facteur de charge de vent de 2,50 à un seuil d'épaisseur de paroi minimale de 3/16 de pouce, chaque paramètre a un impact direct sur la sécurité structurelle dans des conditions hivernales extrêmes.
Pour les fournisseurs prévoyant de participer à des appels d'offres pour des projets de transport dans le Haut-Midwest, le Nord-Est ou l'Alaska, en spécifiant explicitement« Conforme au NESC Heavy Loading District »,«Conception ASCE/SEI 48-19», et un tableau complet des paramètres de vérification de la charge dans les propositions techniques constitue la base pour établir la crédibilité technique.
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