NESC C2 Zones d'ouraganes à forte charge de vent: contrôle de l'épaisseur de la paroi et de la profondeur d'incorporation pour les poteaux en acier tubulaire conique

Le défi structurel des zones d'ouragan pour les lignes de transport américaines

Chaque année, le sud-est des États-Unis, la côte du golfe et les régions côtières de l'Atlantique sont directement menacées par les ouragans.Les vents extrêmes provoqués par les ouragans peuvent causer des dommages catastrophiques aux poteaux en acier de transmission.:Les charges du vent sur les conducteurs et les câbles de terre se multiplient de façon exponentielle,le corps du pôle résiste à des moments de flexion transversaux massifs, etles fondations sont soumises à des forces de levage et de renversement.

Des événements catastrophiques majeurs tels que l'ouragan Katrina (2005), l'ouragan Harvey (2017) et l'ouragan Ian (2022) ont tous entraîné des effondrements généralisés des tours de transmission.les services publics et les organismes de réglementation pour renforcer continuellement les normes de conception des lignes de transport dans les régions vulnérables aux ouragans.

Pour les poteaux en acier tubulaire conique de 69 kV à 230 kV,épaisseur de paroi et profondeur d'incorporationsont les deux principaux paramètres qui déterminent la capacité de résistance au vent. Cet article décrit systématiquement les exigences de charge et les paramètres de contrôle pour la conception des pôles des zones d'ouragan,basé sur les règlements NESC et les normes de conception ASCE/SEI 48-19.

Cadre des exigences en matière de charge en zone d'ouragan

LeLe code national de sécurité électrique (NESC, ANSI C2)est la norme fondamentale obligatoire pour la conception de lignes de transport aérien aux États-Unis. Le NESC divise le pays en trois districts de charge météorologique:Il est lourd.,Moyenne, etLumièrePour les zones d'ouragan, le district de chargement léger s'applique principalement:

Source: Tableau 250-1 du NESC

L'ensemble de l'état de Floride relève du district de chargement léger, ce qui exige que les installations aériennes soient conçues pourVent de 60 mph (9 psf de pression du vent) + température de 30°FEn revanche, la Pennsylvanie est dans le district de chargement lourd, nécessitant une conception pour 0,5 pouce de glace + vent de 40 mph.

Règle NESC 250C (charge extrême par vent)Il s'agit d'une autre exigence essentielle pour la conception des zones d'ouragan: les structures qui dépassent18 mètres de hautLes équipements doivent être conçus en hauteur, avec leurs installations de support, pour des charges de vent extrêmes, en fonction des vitesses de base du vent figurant sur la figure 250-2 (90 à 170 mph en 3 secondes, en fonction de l' emplacement).

Facteurs de charge pour les structures en aciersous NESC Grade B Construction sont spécifiés comme suit::

La catégorie B représente la marge de sécurité la plus élevée de la NESC, requise lorsque les poteaux supportent des travées traversant des autoroutes, des chemins de fer et des voies navigables à accès limité..

Norme ASCE/SEI 48-19 de conception structurelle et calcul de la charge éolienne

ASCE/SEI 48-19, Conception de structures de pôles de transmission en acier, est la norme de conception spécialisée émise par la Société américaine des ingénieurs civils, fournissant une base technique uniforme pour la conception, le détail, la fabrication, les essais, l'assemblage,et la construction de structures tubulaires en acier coniques formées à froid.

Pour les applications dans les zones d'ouragan, l'ASCE/SEI 48-19 exige que les concepteurs prennent en considération les combinaisons de charges NESC suivantes:

• Règle NESC 250B (chargement dans le district): 9 psf pression du vent (pas de glace) combinaison standard pour le quartier LIGHT

• Règle NESC 250C (vent extrême): Charges de vent extrêmes basées sur les vitesses de base du vent de la figure 250-2, applicables aux structures de plus de 60 pieds de hauteur

• Règle NESC 250D (glace extrême avec vent concomitant): période de retour de 100 ans glace extrême et combinaison de vent

Manuel 74 de l'ASCE, Lignes directrices pour la charge structurelle des lignes de transport électriquefournit également des méthodes de calcul de la charge basées sur la fiabilité et sert de référence fiable pour l'analyse de la charge éolienne dans les zones d'ouragan.

Calcul technique de la charge éolienne: La règle 250C de la NESC précise que la pression extrême du vent est calculée comme suit::

La pression du vent = 0,00256 × V2 × kz × GRF × I × Cd × Zone projetée

où V est la vitesse du vent de 3 secondes de la figure 250-2 (90° 170 mph), kz est le coefficient d'exposition à la pression de vitesse (0,92 1,40), et GRF est le facteur de réponse à la rafale.

Contrôle des paramètres d'épaisseur des parois pour les zones d'ouragan

RUS Bulletin 1724E-224 exige une épaisseur minimale de métal de base pour les composants de tour en acier galvanisé:

• Membres principaux du coin: ≥3/16 pouces (4,76 mm)

• Autres membres: ≥1/8 de pouce (3,18 mm)

Dans les zones d'ouragan, les concepteurs sont généralement plus éloignésaugmenter l' épaisseur de la paroi du culpour tenir compte du moment de la ligne de fond maximum résultant des combinaisons de charges NESC; l'épaisseur spécifique de la paroi de l'embouchure doit être déterminée sur la base du moment de la ligne de fond calculé à partir des cas de charge NESC,en veillant à ce que le rapport de contrainte ne dépasse pas 1.0.

Conception de pôle conique: Les lignes des zones d'ouragan sont mieux desservies par:poteaux coniquesqui varient l'épaisseur de la paroi et le diamètre de la section le long de la hauteur du poteau, renforçant la section de fond tout en maintenant une rigidité supérieure adéquate.une attention particulière doit être accordée à la vérification locale de la flexion dans la zone d'épissure (en général ≥ 24 pouces/610 mm de longueur d'engagement).

Contrôle des paramètres de profondeur d'incorporation pour les zones d'ouragan

La profondeur d'incorporation pour les poteaux en acier à incorporation directe est un autre paramètre clé dans la conception de la zone d'ouragan.nécessitant une profondeur d'incorporation suffisante pour fournir une résistance latérale à la terre.

Principes de conception de la profondeur d'intégration:

1. Déterminez la profondeur d'incorporation basée sur le moment de la ligne de fond

La profondeur d'incorporation doit être suffisante pour résister au moment et au cisaillement de la ligne du sol. Les concepteurs doivent calculer les combinaisons de charges selon la règle NESC 250B (9 psf) et la règle 250C (vent extrême),Prendre levaleur de l'enveloppepour déterminer la profondeur d'incorporation requise.

2. Plage de profondeur d'intégration typique

Pour les poteaux d'acier coniques de 69 kV/230 kV, la profondeur d'incorporation typique est10% à 15%Pour un poteau de 70 pieds, cela équivaut à environ7 ̊ 10,5 piedsde l'intégration.

3Considérations relatives à l'état du sol

Les calculs de profondeur d'incorporation doivent tenir compte du type de sol et de sa capacité de charge.une plus grande profondeur d'incorporation ou l'ajout de plaques de roulement de fondationpour assurer une résistance latérale adéquate.

4. Exigences relatives à la ligne de gel

Bien que les zones d'ouraganes soient principalement des climats tropicaux, certaines régions (comme la côte médio-atlantique) connaissent encore une pénétration saisonnière de gel.au-dessous de la ligne de gel, ou des matériaux de remplissage non sensibles au gel (par exemple, pierre broyée, sable/gravier) doivent être utilisés.

Protection contre la corrosion par galvanisation et zones d'ouragan

Les zones d'ouragan coïncident souvent avecEnvironnements côtiers à haute teneur en sel, imposant des exigences strictes en matière de protection contre la corrosion des poteaux en acier:

• Norme de galvanisation:Pour l'aéronef, avecGrade 100 (100 μm)épaisseur de revêtement recommandée pour les milieux côtiers

• Protection supplémentaire de la section intégrée:revêtement bitumineux ou protection thermiquement rétrécissantesur la couche galvanisée est recommandé

Résumé des paramètres clés

Conclusion

La conception structurelle des poteaux en acier tubulaire conique de 69 kV à 230 kV dans les zones d'ouragan doit être strictement conforme àNESC C2les exigences en matière de charge etLe nombre d'établissements d'enseignement supérieurLes méthodes de conception structurelle: de la pression du vent de 9 psf du district LIGHT à des vitesses de vent extrêmes allant jusqu'à 170 mph (figure 250-2), à partir d'un facteur de charge du vent de 2.50 à un seuil d'épaisseur de paroi minimale de 3/16 pouces, et des exigences de profondeur d'incorporation de 10% à 15% chaque paramètre a une incidence directe sur la sécurité structurelle dans des conditions d'ouragan.

Pour les fournisseurs prévoyant de participer à des appels d'offres de projets de transport dans les régions du sud-est des États-Unis, de la côte du Golfe ou des côtes atlantiques, en précisant explicitementConformité à la réglementation du district de chargement léger NESC,“Conception des vents extrêmes conformément à la règle 250C de la NESC”,“Conception ASCE/SEI 48-19”, et un tableau complet des paramètres d'épaisseur de paroi et de profondeur d'intégration dans les propositions techniques est la base pour établir la crédibilité technique.

• Compagnie:L'unité de structure métallique de Futao Co., Ltd.
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