A meglévő, évtizedekkel korábban épített acélszerkezetek állapotfelmérése visszatérő feladat a tervezői gyakorlatban – különösen akkor, ha az eredeti tervdokumentáció hiányos, vagy a szerkezet állapota az idők során megváltozott. Egy ilyen helyzetben lett elvégezve több nagyfeszültségű távvezetékoszlop-típus szerkezeti ellenőrzése Consteel segítségével. A bemutatott oszlopok eredeti tervdokumentációja körülbelül 1968-ból származik, a vizsgálat pedig az aktuálisan hatályos szabványi előírások szerint lett elvégezve.
A két bemutatott oszloptípus eltérő eredményt adott: a PIC 400 minden vizsgálat során megfelelt, míg a PAS 400101 esetében megerősítés vált szükségessé – ez utóbbi esetet részletesen is bemutatjuk.
SZABVÁNYOS ÉS MÓDSZERTANI HÁTTÉR
A szerkezeti ellenőrzés térbeli (3D) végeselemes modellen lett elvégezve, a terhelések a valós fesztávolságok alapján, az erre vonatkozó 1 kV-nál nagyobb váltakozó feszültségű szabadvezetékeket tárgyaló SR EN 50341-1:2013 [1] és az SR EN 50341-2-24:2019 [2] szabványok előírásainak megfelelően lettek meghatározva. A vezetékoszlopokra vonatkozó megbízhatósági szint 1-es szint (50 éves visszatérési idő), a maximális szélteherhez tartozó parciális biztonsági tényező γW = 1,0.
A vizsgálat a következő teherkombinációkra terjedt ki a vonatkozó szabvány szerint: N1, N2a, N2b, N3, N4a, N4b, valamint A1 és A2. A legkritikusabb kombinációk általában a vezetékre merőleges szél- és zúzmarás terhelés együttes hatása (N2a, N2b), illetve a huzalszakadás névleges szél és extrém jegesedés egyidejű hatásával (A1) – különösen a sarokpontban elhelyezkedő tartó- és horgonyoszlopok esetében. Minden vizsgált oszlop ellenőrizve lett szilárdsági és globális stabilitási szempontból is, az adott oszloptípusra legkedvezőtlenebb kombinációk szerint. A kihasználtsági értékek a szabvány szerint lettek meghatározva, stabilitás ellenőrzés tekintetében az általános módszerrel [3], amely a kihajlási hosszak kézi megadása nélkül, automatikusan értékeli a szerkezet stabilitásvesztéssel szembeni ellenállását, ami rendkívül könnyítette a vizsgálatot, a hagyományos, analitikus módszerekhez képest (A két módszer közti különbségekről egy egyszerű példa esetén ezen a linken olvashat).
VALÓS GEOMETRIA BEÉPÍTÉSE A MODELLBE
A vizsgálat egyik meghatározó eleme, hogy nem az eredeti tervdokumentáció geometriájával, hanem a szerkezet tényleges, mai állapotával lett számolva. A helyszíni felmérés lézerszkenneres technológiával lett elvégezve, ami pontfelhő alapú elemzést tett lehetővé; ebből lettek beazonosítva az oszloptípusok (lábak és vezetékek közötti távolságok, fő rúdelemek méretei). A számítási modell felépítése Consteelben gyors és egyszerű – amennyiben pedig a szerkezet Teklában is elkészül, a modell könnyen átvihető Consteelbe, így a geometriát nem kell kétszer megépíteni.
A szerkezeti elemek függőleges eltérésének (ferdeségének) meghatározása külön lépésként lett elvégezve: a számítási modell és a pontfelhő a Tekla Structures programban lett összevetve, az így kapott eltérések pedig globális imperfekcióként lettek beépítve a végső Consteel modellbe. Mivel a szabvány a lehajlási és elhajlási határértékeket nem rögzíti, az oszlopok függőlegességének vizsgálata minden esetben egyedileg lett elvégezve, ugyanazzal az általános módszerrel, amely a stabilitásvesztést automatikusan, kihajlási hossz megadása nélkül értékeli.
A felmérés kiterjedt a szerkezeti elemek falvastagságának ellenőrzésére is: bár a korrózióvédelmi bevonat jelentős elhasználódást mutatott, tényleges keresztmetszet-csökkenés nem volt kimutatható.
VIZSGÁLT OSZLOPTÍPUSOK
A vizuális felmérés alapján három, leggyakoribb kialakítású és egyben legnagyobb fesztávolságú/terhelésű oszloptípus lett kiválasztva a részletes vizsgálatra. Az alábbiakban kettő kerül bemutatásra; egy harmadik, SAC 400107 jelű típusra szintén készült ellenőrzés, ennek eredményei jelen cikk keretében nem kerülnek részletezésre.
A megerősítést igénylő PAS 400101 oszlop
A PAS 400101 a hálózat egyik leggyakoribb tartóoszlop-típusa, fő teherviselő vázát az L70×7 szelvényű lábak és a keresztirányú tartóelemek alkotják. A vezetékek rögzítése a konzolzónán, az izolátorok csatlakozási pontjainál történik, ezért ennek a zónának a viselkedése lett a leginkább kiemelten vizsgálva.
Teherkombinációk és kiértékelésük
Az N1 teherkombináció esetén a szerkezet valamennyi eleme a megengedett határon belül maradt, a legnagyobb kihasználtság (96,9%) a főtartó lábaknál jelentkezett. Az N2a kombinációnál a konzol felső részén, az izolátor csatlakozási pontjában már 108,8%-os kihasználtság adódott, míg a fő tartószerkezeti elemek 80% alatt maradtak – a konzolszerkezet helyi megerősítést igényelt.
A legkritikusabb állapotot az A1 kombináció (huzalszakadás) jelentette: a jobb oldali felső vezeték szakadása lett modellezve, és a legnagyobb kihasználtság 168,4%-ra adódott, az alsó konzoltalpon. A túlterheltség oka, hogy ezen a ponton a szelvény a tehetetlenségi tengelyére merőleges igénybevételt kapott, ami stabilitásvesztéshez vezetett. Nem csak ez az egy pont lépte túl a 100%-ot: a konzolzóna további öt pontján is 100% fölötti értékek adódtak, ami arra utal, hogy a probléma nem egyetlen helyi gyengeségből, hanem a konzol egészének nem megfelelő rúdkialakításából ered. A főtartó lábak eközben végig 60% alatti kihasználtsággal működtek.
FÜGGŐLEGESSÉG ELLENŐRZÉSE
A pontfelhő és az ideális geometria összevetése mintegy 50 mm-es vízszintes eltérést mutatott, ami imperfekcióként lett beépítve a modellbe; az újraelemzés során a legnagyobb kihasználtság 96,9%-ot ért el, a szerkezet ez alapján megfelelt a stabilitási követelményeknek.
MEGERŐSÍTÉSI JAVASLAT
A konzolvég trapezoidális kialakítása miatt az eredetileg húzott-nyomott rudas szerkezet helyett egy Vierendeel-tartóként viselkedő, hajlított rendszer alakult ki – a diagonális elemek hiánya jelentős hajlítónyomatékot okozott, amit a meglévő szelvények nem tudtak felvenni. A javasolt megoldás három elemből áll: diagonális rudak (L50×4) a konzol síkjában és az alsó talpban, amelyek visszaalakítják a rudas működést; merevítő lemezek (10 mm, S235 JR) a teherelosztás optimalizálására és a helyi kihajlás megelőzésére; valamint nagy szilárdságú csavaros rögzítés, amely megtartja az eredeti csuklós csomóponti viselkedést. Ezzel a konzolzóna teherbírása biztosítható, a kimutatott túlterhelések megszűnnek.
Ez a megoldás biztosítja a konzolzóna megfelelő teherbírását, és megszünteti a kimutatott túlterheléseket.
A szerkezetileg megfelelő PIC 400 oszlop
A PIC 400 szerkezeti kialakítása – a főtartó lábak és a diagonális támaszok révén – fokozott merevséget biztosít mind a keresztirányú, mind a hosszirányú terhelésekre. Az N2a kombinációnál a legnagyobb kihasználtság 91,7% volt az oszlopcsúcs közelében; az A1 (huzalszakadás) kombinációnál 85,2% a keresztirányú tartó alsó talprészénél. A pontfelhő és az ideális geometria összevetése az oszlopcsúcson mintegy 140 mm-es vízszintes eltérést mutatott; miután ez imperfekcióként be lett építve a modellbe, a kihasználtság az érintett zónában enyhén, 80,5–82,5%-ra emelkedett. A deformáció mértéke jelentős, de a szerkezet a stabilitási vizsgálat alapján biztonságosan működtethető, kritikus állapotot az eltérés nem eredményez.
ÖSSZEGZÉS
A vizsgálat jól szemlélteti, hogyan ellenőrizhető egy évtizedekkel korábban tervezett, meglévő acélszerkezet a mai szabványi előírások szerint, a tényleges, lézerszkenneléssel felmért geometriai állapot figyelembevételével. A PIC 400 minden vizsgált teherkombináció esetén megfelelt; a PAS 400101 esetében viszont egy jól beazonosítható szerkezeti probléma – a konzolzóna nem megfelelő rúdkialakítása – lett feltárva, amelyre célzott megerősítési javaslat is született.
REFERENCIÁK
[1] SR EN 50341-1:2013 – Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV – Part 1: General requirements – Common specifications
[2] SR EN 50341-2-24:2019 – Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV – Part 2-24: National Normative Aspects (NNA) for Romania
[3] EN 1993-1-1:2006 – Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings 6.3.4
