ارزیابی رفتار سازه ای پایه های بتنی شبکه توزیع برق

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، ایران

چکیده

خطوط شبکه توزیع برق یکی از مراحل رسیدن برق از تولید کننده به مصرف کننده می‌باشد که طراحی اصولی آن، موجب پایداری شبکه و جلوگیری از تحمیل هزینه های اضافه می‌شود. یکی از پرکاربردترین اجزاء شبکه توزیع برق، پایه های بتنی H شکل می باشد که عملکرد مطلوب سازه ای آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، ضمن ارائه و بررسی نتایج آزمایش در مقیاس واقعی بر روی پایه های متداول مورد استفاده در شبکه های توزیع برق (پایه 12 متری با قدرت اسمی400 کیلوگرم)،  به بررسی عددی آن با استفاده از برنامه ی اجزای محدود آباکوس پرداخته شده است و نحوه شکست و ضریب رفتار لرزه ای در آن مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور ایجاد شرایط واقعی برای بتن پایه از روش پلاستیسیته بتن خسارت دیده و از قید مدفون سازی نیز جهت ارتباط بتن و میلگرد استفاده شده است. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی، بیانگر انطباق مناسب مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی است. نتایج بررسیهای صورت گرفته، نشانگر ظرفیت بالاتر پایه های موجود از ظرفیت ارائه شده در آیین نامه ایران می‌باشد. ضریب رفتار بدست آمده نیز، بیانگر شکل پذیری مناسب این پایه ها بوده و نشان می دهد که مقادیر توصیه شده توسط آیین نامه می‌تواند بصورت قابل ملاحظه ای افزایش یابند؛ این موضوع، می‌تواند باعث استفاده از پایه های با ظرفیت کمتر شود که در نهایت کاهش هزینه های احداث شبکه های توزیع برق کشور را در پی خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Structural behaviour of concrete poles used in electric's power distribution network

نویسندگان [English]

  • Mehran Zeynalian 1
  • M. Zamani 2
1 Assistant Professor, Civil Engineering Department, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 MSc, Civil Engineering Department, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Based on a preliminary study on regional electric companies, it is shown that there is no precise structural design on the concrete poles. This leads to uneconomical and overestimated networks’ components. Therefore, this study was aimed to investigate the lateral performance of the concrete poles which are employed in electric’s power distribution network. This paper presents a numerical study on structural performance of 12 m concrete poles used in electric’s power distribution network using Abaqus software. A sensitivity study for mesh size is carried out and concrete damaged plasticity has been employed. The results show that relatively coarse mesh (average) in damaged concrete method gives more reliable result. Some experimental tests based on the Iranian standards were performed in order to make a bench mark for numerical output. Comparison between numerical and experimental results indicates a good agreement between the results. The outcomes also suggest that while the applied lateral load is less than around 400 kg which is assumed as the nominal resistance of the pole, no transverse crack occurs. Based on both experimental and numerical results, one or two transverse cracks are reported when the applied force reaches up to 600 kg. The rate of cracks is amplified by increasing the applied force; and finally, the pole would lose its capacity when the load rises much more than 1200 kg. The study also shows that the poles are very weak when the load direction changes. Also, it can be concluded that the final strength of the pole is higher than what the standards recommend. Finally, seismic behavior factor of the poles around both main axes are evaluated. The estimated seismic resistance factor for the concrete poles indicates that the prescribed R factor for such structure is relatively low; and can be improved at least 20%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Power distribution network Concrete poles
  • Finite Element
  • Structural performance
  • R factor

[1] Iran Power Generation, Transmission and Distribution Company (Tavanir). (2011). Technical Requirements and Evaluation Criteria for Square Reinforced Concrete Poles. Tehran: Tavanir, 39.

[2] Mosavi, M. et al. (2013). Determination of Parameters of Plastic Damage Model for Concrete in Numerical Modeling of Reinforced Concrete Frame. In: 7th national congress on civil engineering. Zahedan, Iran.

[3] Kmiecik, P. and Kaminski, M. (2011). Modelling of Reinforced Concrete Structures and Composite Structures with Concrete Strength Degradation Taken into Consideration. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 11(3), 623-636.

[4] Ahani, A. et al. (2012). Comparison between the Concrete Damage Plasticity and Concrete Smeared Crack in the modelling of reinforced concrete frame with masonry infill. In: 2nd national conference on Structure, Earthquake and Geotechnics. Babolsar, Iran.

[5] Geological Society Publications Online. Available at: http://sp.lyellcollection.org/content/282/1/457/F2.expansion [Accessed 23 Des. 2016].

[6] Mameghani, M. et al. (2013). Study of Plasticity Parameters in Numerical Cracks Concrete Modeling. In: International Conference on civil engineering, architecture & urban sustainable development. Tabriz, Iran.

[7] Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc. (2012). Abaqus Theory and User’s Manual.

[8] Simulia. Concrete Damaged Plasticity. Abaqus Analysis User's Manual.

[9] Iran National Building Regulations. (2014). Design and construction of reinforced concrete (No. 9).

[10] Shim, W. and Vecchio, F.J. (2004). Experimental and Analytical Examination of Classic Concrete Beam Tests. Structural engineering, 130, 460-469.

[11] Permanent Committee for Revising the Iranian Code of practice for Seismic Resistant Design of Building., (2015). Iranian code of practice for seismic resistant Design of Building (Standard No. 2800).

[12] Zeynalian, M. and H. R. Ronagh. (2012). A Numerical Study on Seismic Performance of Strap-Braced Cold-Formed Steel Shear Walls. Thin-Walled Structures, 60, 229-23.

[13] FEMA-450 (2003). NEHRP recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures - Part 1 Provisions. USA: Building Seismic Safety Council.