بررسي تجربي رفتار پايه‌هاي نصب شده خطوط انتقال انرژي در برابر جريانهاي طوفاني باد

[pesare irani 41805]

چكيده:

 

طراحي و محاسبات مكانيكي پايه‌هاي خطوط انتقال انرژي از مراحل پيچيده محاسبات ايستايي سازه‌ها مي‌باشد. پيچيدگي اين محاسبات ناشي از اثرات ناشناخته جريانهاي طوفاني و نيز توده‌هاي ضربه‌اي باد مي‌باشد. براي بررسي اين پايه‌ها عموماً نيروهاي جنبش باد موثر بر سازه‌ها از طريق روابط تجربي مناسب به صورت نيروهاي ايستا تبديل و در آئين نامه‌هاي محاسباتي مربوطه منعكس مي‌باشد. اين روابط كه بر اساس بررسيهاي موضعي صحرايي بر مبناي سرعت و امتداد با دو يا در تونل باد نتيجه شده‌اند، با توجه به طبيعت بسيار متغير و پيچيده جريانهاي هوا، براي مناطق و طبيعت‌هاي گوناگون به طور كامل صادق نبوده و چه بسا كه شاهد واژگوني و خرابي اينگونه پايه‌ها در داخل و خارج مملكت، زيرا اثر جريانهاي ناشناخته باد مي‌شويم. در اين مقاله ضمن تشريح مختصر نحوة بررسي صحرايي رفتار پايه‌هاي نصب شده در برابر جريانهاي طوفاني باد، فهرست كاملي از منابع مراجعه علمي منتشره در دهة اخير كه حاوي جزئيات اين گونه بررسيها است، ارائه گرديده است اميد است كه با ارائه اين مقاله گامي هر چند كوچك در جهت خود كفايي در زمينة تامين پايه هاي موجود نصب شده بمنظور جلوگيري از خرابيهاي احتمالي آنها و نيز تدوين آئين‌نامه بارگذاري باد بمنظور طراحي ايمن اينگونه پايه‌ها براي مناطق مختلف سرزمين مملكت ما برداشته شده باشد.

 

شرح مقاله:

 

نيروي باد از عوامل مهم در طراحي و محاسبه پايه‌هاي خطوط انتقال انرژي مي‌باشد نيروي ناشي از باد سيار متنوع بوده و متناسب با شرايط زماني، مكاني، اقليمي، جوي و بالاخره توپوگرافي و بافت پوششي منطقه مي‌باشد.

 

اگرچه در ممالك مختلف، نيروهاي جنبشي باد موثر بر سازه‌ها از طريق روابط تجربي به صورت نيروهاي ايستا تبديل و در آئين نامه‌هاي محاسباتي منعكس شده‌اند، ليكن باز دنيا شاهد خرابيهاي سازه‌هاي مهندسي بويژه پايه‌هاي خطوط انتقال انرژي در اثر جريانهاي طوفاني باد مي‌باشد از آنجائيكه اين گونه خرابيها ناشي از اثرات ناشناخته جريانهاي طوفاني مي‌باشد، يكي از بهترين راهها براي رديابي اين اثرات، بررسي صحرايي رفتار پايه‌هاي نصب شده در برابر اينگونه جريانات طوفاني مي‌باشد. با اين انگيزش و با هدف بهبود بخشيدن به معيارها و مفاهيم نيروي باد براي طراحي و محاسبه پايه‌هاي انتقال انرژي، BPA* در آمريكا اقدام به جمع‌آوري اطلاعات لازم از طريق انجام آزمايشات صحرايي بر روي يك دكل نصب شده. در ناحيه Moro كرد.

 

اطلاعات جمع‌آوري شده در سالهاي 1981-82، آنگاه توسط K.C.Mehta و H.S.Norville مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته كه خلاصه‌اي از نحوه جمع‌آوري اطلاعات و تجزيه و تحليل آن در اين مقاله آورده شده است.

 

1ـ شرح آزمايشات صحرائي:

 

پايه مورد آزمايش در شكل (1) نشان داده شده است. تعداد سه زنجيره مقره ساده هر كدام حامل يك جفت هادي، از اين دكل به ارتفاع 33 متر آويزان مي‌باشند. دهنه‌هاي قبل و بعد پايه بترتيب 352 و 450 متر مي‌باشد.

 

امتداد خط انتقال انرژي شمال به جنوب بوده و جريانات اصلي باد از شرق يا غرب عمود بر امتداد خط مي‌باشد. بادهاي از غرب از ناحيه مسطح روستائي و بادهاي از شرق از روي تپه و دره با اختلاف ارتفاع 305 متر در طول افقي 915 متر تا رسيدن به خط طي مي‌كنند. نتايج حاصل از اندازه‌گيري‌هاي صحرائي براي اين دو نوع پوشش نتيجه‌گيري براي هرگونه طبيعت مشابه را ميسر مي‌سازد. BPA دكل مطابق شكل (1) را بادستگاههاي سنجش سرعت، جهت و نيروي باد، زاويه انحراف زنجيره مقره و كرنش در ساق پايه، مجهز كرده و نگارش پيوسته 12 دقيقه‌اي را در مواقع جريانهاي طوفاني انجام داده است.

 

2ـ تجزيه و تحليل اطلاعات حاصل از اندازه‌گيري صحرائي

 

در اينجا براي نمونه اطلاعات حاصل از اندازه‌گيري صحرائي براي وزش 12 دقيقه‌اي باد از شرق مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. سري زماني سرعت باد، براي بادهاي از شرق در شكل (2) نشان داده شده است كه شامل ميانگين اندازه‌هاي دهگانه در يك ثانيه مي‌باشد.

 

طيف توان سري زماني سرعت باد شكل (2) در شكل (3) آورده شده است. اين طيف ميزان قابل ملاحظه‌اي از انرژي را در محدوده فركانس 0.03 تا 0.5 Hz نشان مي‌دهد. بنابراين در صورتيكه فركانس طبيعي خود پايه كوچكتر از 0.5 HZ باشد، امكان وقوع تشديد وجود خواهد داشت كه در اينصورت بايد در مورد ازدياد فركانس طبيعي كل سيستم به بزرگتر از 0.5 HZ تدابير مناسبي اتخاذ گردد.

 

بمنظور بررسي مقاومت پايه، در شكل (4) سري زماني تنش در يك نقطه از يك ساق پايه كه بر اساس سنجش كرنش نتيجه گرديده است آورده شده است. نمودارهاي شكل‌هاي (4) و (2) از جريان طوفاني 12 دقيقه‌اي واحدي به ثبت رسيده است.

 

اين طيف ماكزيمم مشخصي را در ناحيه 0.4 HZ نشان مي دهد. بنابراين چنانچه فركانس طبيعي پايه در حوالي 0.4 HZ باشد امكان وقوع تشديد و احتمال خرابي براي پايه در اين زمينه بادهاي طوفاني بوجود خواهد آمد.

 

3ـ نتيجه‌گيري:

 

در اين مقاله نحوه تجزيه و تحليل اطلاعات حاصل از اندازه‌گيري صحرايي براي يك پايه انتقال انرژي از طريق محاسبات آماري آورده شده است.

 

بطور كلي توصيه شده است كه قبل از هر گونه نتيجه‌گيري قطعي، اين گونه تجزيه و تحليل براي چندين سلسله اطلاعات اعمال شود تا ميانگين قابل قبولي براي تحكيم احتمالي پايه يا طراحي پايه‌هاي جديد حاصل شود. بررسي محدود ارائه شده در اين مقاله بخوبي نشان مي‌دهد كه رفتار ديناميكي پايه بميزان خيلي بالائي با شدت اختشاش باد در رابطه مي‌باشد. با بسط دامنه اينگونه بررسيها اميد مي‌رود كه بتوان معيارهاي صحيحتر و بهتري را براي طراحي و محاسبه ايمن پايه‌هاي خطوط انتقال انرژي براي تمامي نقاط كشور برقرار كرد.

 

4ـ منابع و مآخذ:

 

1. Davenport, A.G. (1979). Gust response factors for transmission line loading. Proceeding of the 5th International conference on wind Engineering. Vol.2. ED. J.E. Cermak, Pergamon press, New York, NY.

 

2.Kempner, L., Jr. and H.I.Laursen (1977). Response of a latticed transmission tower to wind. Report No.ETN-77-1, Bonmeyi,,e power Administration, U.S.Department of Energy, November.

 

3. Kempner, L., Jr. and H.I. Laursen (1979). Wind loading on a latticed transmission tower Report No. ETKA-79-1, Bonneville Power Administration, U.S Department of Energy, November.

 

4. Kempner, L., Jr. and R.M.Thorkildson (1982). Moro test site wind parameter study.

 

5. Norville, H.S., K.C.Mehta, and A.F. Farwagi (1985). 500 Kv transmission, tower/conductor wind response.

 

 

:ws52: