報告書番号

SS21006

タイトル（和文）

送電用鉄塔の着雪時荷重算定手法

タイトル（英文）

An estimation method of design load for transmission towers under heavy snow accretion

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
　わが国では広い範囲で着雪に起因する架空送電設備の被害が発生し，冬季には着雪時状態を想定した設計が重要となる．しかし，送電用支持物設計標準（JEC-127-1979）の改正案（JEC-TR-00007-2015）では，地域別の着雪量を確率論的な考え方に基づき算定する知見が十分に無かったため，着雪マップの掲載や着雪時設計手法の詳細な記載は見送られた．当所では，実規模観測などを通じて架渉線への着雪の発生条件や発達機構を解明し，地上気象データに基づく着雪量評価手法やその極値統計解析手法を開発しており， 設計標準の改正に向けて，送電用鉄塔の着雪時設計手法の構築が求められている．
目　　的
　送電用鉄塔の着雪時設計の考え方を体系化し，着雪時状態の荷重算定手法を提案する．
主な成果
　着雪時状態として架渉線への筒状着雪を想定し，設計用の基本諸量となる基本着雪厚・基本風速などを定め，付着した雪の総重量に相当する着雪荷重や，同時に架渉線や鉄塔などに作用する着雪時風荷重を算定する方法を提案した．
1.基本着雪厚の算定
　着雪密度を全国一律0.6g/cm3と仮定して，着雪質量から換算した等価な着雪厚により基本着雪厚を定義することで，様々な架渉線サイズに対して着雪荷重および着雪時風荷重が概ね妥当に算定できることを示した．また，着雪量評価手法やその極値統計解析手法の算定結果に基づき，線路走向・架渉線地上高・地表面粗度が再現期間50年相当の着雪質量に与える影響を保守的に考慮するように各地点の基本着雪厚を定めた．
2.着雪時基本風速の算定
　全国の気象官署の着雪時風速特性に基づき，着雪厚が大きい時ほど風が強い確率が高いことを確認し，着雪厚を変数とする着雪時基本風速の評価式を提案した．設備の重要度に応じて異なる再現期間を想定する場合には，基本着雪厚に再現期間換算係数を乗じた設計用着雪厚を評価式の入力値とすることで，着雪時基本風速を補正できる．
3. 着雪荷重および着雪時風荷重の算定方法
　支持点高低差や線路水平角がある鉄塔の着雪荷重の算定方法や他荷重との重畳を簡便にできる評価式を提案した．また，台風などの強風時を想定して導出された等価静的風荷重算定式を相対的に風が弱い着雪時に適用するために，着雪時基本風速を一律+2m/s補正して入力値とする方法を提案し，着雪時風荷重を簡便かつ保守的に評価可能にした．
　モデル鉄塔を対象にした試計算により，提案する荷重算定方法では，電気設備技術基準の異常着雪時と比べて，鉄塔部材の発生軸力が大きくなる傾向を確認した．

概要 （英文）

In Japan, large-scale damage to transmission facilities is occasionally caused by snow accretion on overhead wires. This paper proposes a method for determining the snow load and the concurrent wind load in order to make the design of transmission towers snow resistant. Assuming a snow accretion density of 0.6 g/cm3 from the accretion mass corresponding to a 50-year recurrence period, the equivalent snow thickness is calculated and used as the basic quantity (basic snow thickness) for the design. The basic snow thickness is considered to be the maximum value that includes the effects of changes in wind speed and temperature due to terrain roughness and height above ground. The total weight of snow on the wire between the low points in the adjacent spans acts on the tower. Our method considers the non-uniformity of the design snow thickness in the case of differences in the horizontal direction of adjacent spans. Additionally, the wind speed at the time of snow accretion tends to be stronger for events with larger snow thickness; the basic wind speed for the snow resistant design is determined to be 15 to 18 m/s depending on the design snow thickness. Furthermore, the input basic wind speed should be corrected by +2 m/s to enable the application of equivalent static wind loads for the snow resistant design; this is to include the effects of aerodynamic non-linearity and the increase in turbulence of the wind. The axial forces on the tower members calculated by the proposed method tend to be larger than those calculated by Technical Standards for Electrical Facility in Japan. Therefore, adopting this method will lead to a decreased risk of snow damage to transmission facilities.

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