中西部北部、北東部、アラスカは毎年冬に深刻な氷の蓄積リスクに直面している。 1998 年 1 月に米国北東部で発生した氷嵐は、広範囲にわたる送電塔の倒壊と送電線障害を引き起こし、今でも業界の教科書となっています。。送電鉄塔への氷の蓄積の影響は、垂直荷重の増加をはるかに超えています。着氷により導体や接地線の風にさらされる面積が拡大する、横方向の風荷重を増加させます。不均一な氷の脱落とギャロップ隣接するスパン間で長手方向に大きなアンバランスな張力が発生する;もっと批判的に言えば、氷荷重と風荷重の複合発生従来の設計シナリオをはるかに超える強度が柱構造に課せられます。
69kV ～ 230kV のテーパー付き管状鋼柱の場合、荷重検証は重氷地帯での構造の完全性を確保するための中核です。この記事では、NESC 規制と ASCE/SEI 48-19 設計基準に基づいて、重氷帯ポール設計の荷重要件と構造選択基準を系統的に概説します。
の米国電気安全規定 (NESC、ANSI C2)米国の架空送電線設計の必須の基本規格です。 NESC は国を 3 つの気象負荷地区に分割しています:
| 積載地区 | 放射状の氷の厚さ | 水平風圧 | 温度 |
|---|---|---|---|
| 重い | 0.5 インチ (12.7 mm) | 4psf（約192Pa） | 0°F (-18°C) |
| 中くらい | 0.25 インチ (6.35 mm) | 4 psf | — |
| ライト | 0インチ | 9 psf | 30°F |
出典:NESC 表 250-1
ペンシルベニア州に代表される重荷重地区では、空中施設は次のような用途に合わせて設計されなければなりません。0.5 インチの放射状の氷 + 時速 40 マイルの風 + 気温 0°F。
鋼構造物の荷重係数NESC グレード B 構造では次のように指定されています:
| 負荷の種類 | 負荷率 |
|---|---|
| 風荷重 | 2.50 |
| 垂直荷重（自重+氷） | 1.50 |
| 導体/静的ワイヤ張力 | 1.65 |
極度の氷の積載これも重氷帯設計の重要な要件です。施設は耐衝撃性を備えていなければなりません。最小半径方向氷荷重 1.25 インチ (31.8 mm)、氷の密度は57pcf (約913kg/m3)、気温 0°F、風速 0 マイル。一部の州や電力会社はさらに厳しい内部基準を採用しています。
ASCE/SEI 48-19、鋼製送電柱構造の設計は、米国土木学会によって発行された専門的な設計規格であり、冷間成形されたテーパー付き鋼管構造の設計、詳細設計、製造、テスト、組み立て、および組み立てに統一された技術的基盤を提供します。。この規格は自立構造と支承構造の両方に適用され、コンクリートケーソン、鋼杭、直接埋め込みなどのさまざまな基礎タイプをカバーしています。。
重氷地帯の用途では、ASCE/SEI 48-19 により、設計者は次の荷重の組み合わせを考慮する必要があります。
NESC 規則 250B (地区荷重): 氷荷重と風荷重の標準的な組み合わせ
NESC ルール 250C (極風): 高さ 60 フィート (18.3 m) を超える構造物にのみ適用されます。
NESC ルール 250D (同時風による極氷): 100 年確率の極度の氷と風荷重の組み合わせ
ASCE マニュアル 74、送電線の構造荷重に関するガイドラインは、信頼性に基づいた荷重計算方法をさらに提供し、重氷地帯の荷重解析の信頼できる参考資料として機能します。。
鋼種の選択
重氷地帯の用途では、ASTM Gr50 (最小降伏強さ 345 MPa) または Gr65 (最小降伏強さ 448 MPa)高張力鋼を推奨します。 Gr65 は同じ肉厚でより高いモーメント容量を提供し、ポール全体の重量と輸送コストの制御に役立ちます。
肉厚要件
RUS Bulletin 1724E-224 では、亜鉛メッキ鉄塔コンポーネントの最低母材厚さを義務付けています。
主要コーナーメンバー: ≥3/16 インチ (4.76 mm)
他のメンバー: ≥1/8 インチ (3.18 mm)
重氷地帯では、設計者は通常、さらにバット壁の厚さを増やすNESC 荷重の組み合わせによって生じる最大接地線モーメントに対処するため。特定の突合せ壁の厚さは、NESC 荷重ケースから計算された接地線モーメントに基づいて決定し、応力比が 1.0 を超えないようにする必要があります。。
テーパーポール設計
重氷地帯のラインに最適なサービスは次のとおりです。テーパーポールポールの高さに沿って肉厚とセクション直径を変化させ、適切なトップ剛性を維持しながらバットセクションを強化します。。複数セクションのスリップフィット設計の場合、スプライスゾーンでの局所的な座屈の検証に特別な注意を払う必要があります (通常、係合長さは 24 インチ/610 mm 以上)。
以下のパラメータは、重氷地帯における 69kV ～ 230kV のテーパー鋼柱の負荷検証に重要です。
| 検証パラメータ | 重氷地帯の要件 | 基礎 |
|---|---|---|
| 半径方向の氷の厚さ (分布荷重) | 0.5 インチ (12.7 mm) | NESC 表 250-1 |
| 極度の氷の厚さ | 最小 1.25 インチ (31.8 mm) | NESC ルール 250D |
| 同時風圧（地区） | 4 psf (40 マイル) | NESC 表 250-1 |
| 氷の密度 | 57pcf (913kg/m3) | NESC |
| 風荷重係数（鋼材） | 2.50 | NESCグレードB |
| 垂直荷重係数 (氷を含む) | 1.50 | NESCグレードB |
| 導体張力係数 | 1.65 | NESCグレードB |
| 主要部材の最小肉厚 | 3/16 インチ (4.76 mm) | RUS 速報 1724E-224 |
| 設計基準 | ASCE/SEI 48-19 | 構造設計の基礎 |
重氷地帯に直接埋め込む鋼柱の場合、基礎設計では次の点にさらに注意を払う必要があります。
1. 埋込み深さと横接地抵抗
氷の蓄積による横方向の荷重の増加は埋め込まれた部分に直接伝わるため、横方向の接地抵抗を提供するには十分な埋め込み深さが必要です。設計者は、NESC 荷重の組み合わせに基づいて地盤線のせん断力とモーメントを計算し、土壌の種類に応じて有効な埋め込み深さを決定する必要があります。
2. 凍上に関する考慮事項
重い氷のゾーンは、季節的な霜の侵入と一致することがよくあります。埋め込まれたセクションは拡張する必要があります霜線の下凍上隆起を防ぐために、凍りにくい埋め戻し材（砕石、砂/砂利など）を使用する必要があります。
3. 埋込部の防食
埋め込まれたセクションは、土壌腐食と凍結融解サイクルによる二重の課題に直面しています。申請することをお勧めします瀝青コーティングまたは熱収縮スリーブ保護を超えてASTM A123 グレード 100 (100μm)埋め込みゾーンの亜鉛メッキコーティング。
重氷地帯における 69kV ～ 230kV のテーパー鋼柱の構造設計は、次の条件に厳密に準拠する必要があります。ネスクC2負荷要件とASCE/SEI 48-19構造設計手法。 0.5 インチの地域氷荷重から 1.25 インチの極度の氷のシナリオまで、2.50 の風荷重係数から 3/16 インチの最小肉厚閾値まで、あらゆるパラメータが極度の冬季条件下での構造の安全性に直接影響します。
アッパー中西部、北東部、またはアラスカ州の送電プロジェクトの入札に参加する予定のサプライヤーの場合、明示的に指定します。「NESC重荷重地区対応」、「ASCE/SEI 48-19デザイン」、そして技術提案における完全な負荷検証パラメータテーブルは、技術的信頼性を確立するための基礎です。
中西部北部、北東部、アラスカは毎年冬に深刻な氷の蓄積リスクに直面している。 1998 年 1 月に米国北東部で発生した氷嵐は、広範囲にわたる送電塔の倒壊と送電線障害を引き起こし、今でも業界の教科書となっています。。送電鉄塔への氷の蓄積の影響は、垂直荷重の増加をはるかに超えています。着氷により導体や接地線の風にさらされる面積が拡大する、横方向の風荷重を増加させます。不均一な氷の脱落とギャロップ隣接するスパン間で長手方向に大きなアンバランスな張力が発生する;もっと批判的に言えば、氷荷重と風荷重の複合発生従来の設計シナリオをはるかに超える強度が柱構造に課せられます。
69kV ～ 230kV のテーパー付き管状鋼柱の場合、荷重検証は重氷地帯での構造の完全性を確保するための中核です。この記事では、NESC 規制と ASCE/SEI 48-19 設計基準に基づいて、重氷帯ポール設計の荷重要件と構造選択基準を系統的に概説します。
の米国電気安全規定 (NESC、ANSI C2)米国の架空送電線設計の必須の基本規格です。 NESC は国を 3 つの気象負荷地区に分割しています:
| 積載地区 | 放射状の氷の厚さ | 水平風圧 | 温度 |
|---|---|---|---|
| 重い | 0.5 インチ (12.7 mm) | 4psf（約192Pa） | 0°F (-18°C) |
| 中くらい | 0.25 インチ (6.35 mm) | 4 psf | — |
| ライト | 0インチ | 9 psf | 30°F |
出典:NESC 表 250-1
ペンシルベニア州に代表される重荷重地区では、空中施設は次のような用途に合わせて設計されなければなりません。0.5 インチの放射状の氷 + 時速 40 マイルの風 + 気温 0°F。
鋼構造物の荷重係数NESC グレード B 構造では次のように指定されています:
| 負荷の種類 | 負荷率 |
|---|---|
| 風荷重 | 2.50 |
| 垂直荷重（自重+氷） | 1.50 |
| 導体/静的ワイヤ張力 | 1.65 |
極度の氷の積載これも重氷帯設計の重要な要件です。施設は耐衝撃性を備えていなければなりません。最小半径方向氷荷重 1.25 インチ (31.8 mm)、氷の密度は57pcf (約913kg/m3)、気温 0°F、風速 0 マイル。一部の州や電力会社はさらに厳しい内部基準を採用しています。
ASCE/SEI 48-19、鋼製送電柱構造の設計は、米国土木学会によって発行された専門的な設計規格であり、冷間成形されたテーパー付き鋼管構造の設計、詳細設計、製造、テスト、組み立て、および組み立てに統一された技術的基盤を提供します。。この規格は自立構造と支承構造の両方に適用され、コンクリートケーソン、鋼杭、直接埋め込みなどのさまざまな基礎タイプをカバーしています。。
重氷地帯の用途では、ASCE/SEI 48-19 により、設計者は次の荷重の組み合わせを考慮する必要があります。
NESC 規則 250B (地区荷重): 氷荷重と風荷重の標準的な組み合わせ
NESC ルール 250C (極風): 高さ 60 フィート (18.3 m) を超える構造物にのみ適用されます。
NESC ルール 250D (同時風による極氷): 100 年確率の極度の氷と風荷重の組み合わせ
ASCE マニュアル 74、送電線の構造荷重に関するガイドラインは、信頼性に基づいた荷重計算方法をさらに提供し、重氷地帯の荷重解析の信頼できる参考資料として機能します。。
鋼種の選択
重氷地帯の用途では、ASTM Gr50 (最小降伏強さ 345 MPa) または Gr65 (最小降伏強さ 448 MPa)高張力鋼を推奨します。 Gr65 は同じ肉厚でより高いモーメント容量を提供し、ポール全体の重量と輸送コストの制御に役立ちます。
肉厚要件
RUS Bulletin 1724E-224 では、亜鉛メッキ鉄塔コンポーネントの最低母材厚さを義務付けています。
主要コーナーメンバー: ≥3/16 インチ (4.76 mm)
他のメンバー: ≥1/8 インチ (3.18 mm)
重氷地帯では、設計者は通常、さらにバット壁の厚さを増やすNESC 荷重の組み合わせによって生じる最大接地線モーメントに対処するため。特定の突合せ壁の厚さは、NESC 荷重ケースから計算された接地線モーメントに基づいて決定し、応力比が 1.0 を超えないようにする必要があります。。
テーパーポール設計
重氷地帯のラインに最適なサービスは次のとおりです。テーパーポールポールの高さに沿って肉厚とセクション直径を変化させ、適切なトップ剛性を維持しながらバットセクションを強化します。。複数セクションのスリップフィット設計の場合、スプライスゾーンでの局所的な座屈の検証に特別な注意を払う必要があります (通常、係合長さは 24 インチ/610 mm 以上)。
以下のパラメータは、重氷地帯における 69kV ～ 230kV のテーパー鋼柱の負荷検証に重要です。
| 検証パラメータ | 重氷地帯の要件 | 基礎 |
|---|---|---|
| 半径方向の氷の厚さ (分布荷重) | 0.5 インチ (12.7 mm) | NESC 表 250-1 |
| 極度の氷の厚さ | 最小 1.25 インチ (31.8 mm) | NESC ルール 250D |
| 同時風圧（地区） | 4 psf (40 マイル) | NESC 表 250-1 |
| 氷の密度 | 57pcf (913kg/m3) | NESC |
| 風荷重係数（鋼材） | 2.50 | NESCグレードB |
| 垂直荷重係数 (氷を含む) | 1.50 | NESCグレードB |
| 導体張力係数 | 1.65 | NESCグレードB |
| 主要部材の最小肉厚 | 3/16 インチ (4.76 mm) | RUS 速報 1724E-224 |
| 設計基準 | ASCE/SEI 48-19 | 構造設計の基礎 |
重氷地帯に直接埋め込む鋼柱の場合、基礎設計では次の点にさらに注意を払う必要があります。
1. 埋込み深さと横接地抵抗
氷の蓄積による横方向の荷重の増加は埋め込まれた部分に直接伝わるため、横方向の接地抵抗を提供するには十分な埋め込み深さが必要です。設計者は、NESC 荷重の組み合わせに基づいて地盤線のせん断力とモーメントを計算し、土壌の種類に応じて有効な埋め込み深さを決定する必要があります。
2. 凍上に関する考慮事項
重い氷のゾーンは、季節的な霜の侵入と一致することがよくあります。埋め込まれたセクションは拡張する必要があります霜線の下凍上隆起を防ぐために、凍りにくい埋め戻し材（砕石、砂/砂利など）を使用する必要があります。
3. 埋込部の防食
埋め込まれたセクションは、土壌腐食と凍結融解サイクルによる二重の課題に直面しています。申請することをお勧めします瀝青コーティングまたは熱収縮スリーブ保護を超えてASTM A123 グレード 100 (100μm)埋め込みゾーンの亜鉛メッキコーティング。
重氷地帯における 69kV ～ 230kV のテーパー鋼柱の構造設計は、次の条件に厳密に準拠する必要があります。ネスクC2負荷要件とASCE/SEI 48-19構造設計手法。 0.5 インチの地域氷荷重から 1.25 インチの極度の氷のシナリオまで、2.50 の風荷重係数から 3/16 インチの最小肉厚閾値まで、あらゆるパラメータが極度の冬季条件下での構造の安全性に直接影響します。
アッパー中西部、北東部、またはアラスカ州の送電プロジェクトの入札に参加する予定のサプライヤーの場合、明示的に指定します。「NESC重荷重地区対応」、「ASCE/SEI 48-19デザイン」、そして技術提案における完全な負荷検証パラメータテーブルは、技術的信頼性を確立するための基礎です。
