1对角钢塔的参数选择和 3D3S 模型计算
实际工程应用中,常用移动通讯角钢塔的高度一般在 37 m ~ 57 m 之间。低于 35 m 的通信铁塔一般可采用单位高度用钢量更 为经济的其他铁塔形式; 而对于一般的移动通信基站而言,57 m 的天线挂高基本可以满足工艺要求。 除了自身高度因素外,对结构基本自振周期有显著影响的另 一因素是塔身的重量,由结构动力学可知,结构重量的改变会引起 其自振特性的改变。引起角钢塔重量发生改变的因素主要是为安 装检修天线提供操作空间的外平台数量。一般角钢塔的外平台为 圆形,由角钢,槽钢和钢筋组成,外平台的栏杆上安装天线支架。 平台的重量随其直径大小而变化,一般在680 kg 左右; 天线支架因 构造不同,重量一般在 50 kg ~60 kg 之间; 一般面包天线的重量在 20 kg ~ 25 kg。在进行建模计算时,平台重量取 680 kg,天线支架 取每副 60 kg,天线重量取每副 25 kg,按通常的情况,每层平台安 装 6 副天线支架和6 副面包天线,每层平台合计重量1 190 kg。角 钢塔的避雷针安装在塔身顶部,起保护天线防止雷击的作用,其构 造形式相对简单,一般重量在 200 kg 左右。 一般每个角钢塔有一到两个外平台就可以满足一个通信运营 商的使用要求了。而随着减耗增效的要求,三家移动通信运营商 共建共享的铁塔也越来越多。这就要求在一个铁塔上安装更多的 平台来满足不同运营商的不同需求。 在本文模型建模过程中,依据实际使用的情况,平台的标高设 置为距塔顶 2 m 安装第一平台,其余平台按距上一平台 3 m 间距 设置,同时为了对比未设置平台的角钢塔的自振特性,本文分别计 算了无平台和设置一、二、三、四个平台时不同塔高角钢塔的基本 自振周期。 对于角钢塔的基本自振周期计算,可以利用同济大学三维空间 钢结构软件3D3S 进行建模计算。本文对37 m,42 m,47 m,52 m,57 m 共5 种实际工程中常用高度( 不含避雷针高度) 的角钢塔进行计算 分析。所采用的角钢塔模型顶端横截面边长为 1. 5 m,塔身根开 7. 5 m,钢材采用 Q235B,各个高度铁塔各段的边长和塔柱型号等 参数如表 1 所示。 结构中其他杆件均采用角钢,角钢型号在 0. 35 kN/m 2 基本风 压下满足 GB 50017-2003 钢结构设计规范的要求。 通信工程论文
2模型的计算结果和计算数据的拟合
通过以上大量的模型计算,得到不同高度和平台数量的角钢 通信塔的自振基本周期如表 2 和图 1 所示。 因为实际工程应用情况的不同,角钢塔的高度、外形、重量等 因素也是各不相同,为了便于在实际应用中便捷的估算角钢塔的 自振基本周期,显然我们需要分析并总结出简单易行的结构自振基本周期估算规律以补充实际设计工作。通过对以上计算的结构自振基本周期数据进行多项式拟合, 可以得到估算角钢塔自振基本周期的实用公式: T = ( - 1. 005x 2 + 8. 724x + 26. 57) × H /10 000。 式中: H———塔高,m; x———平台数。 由以上总结的公式中可以看出,对于一般形式高度在 37 m ~ 57 m 之间的角钢塔,其自振基本周期同塔高呈线性增长关系,也 就是说,塔的高度越高,其自身周期越长,结构刚度越小; 另外,塔 身自振基本周期随着平台数增多、重量的增加而增大,这与理论 计算的结果是相吻合的,亦即随着平台重量的增大,塔体自振周 期变长。我们还可以从公式中看到,随着增加的平台高度的逐步 降低,平台数量对周期的影响权重是不断下降的。 为了更清楚的比较实用计算公式计算结果与模型计算结果, 表 3 列出了两者之间的误差。从表 3 可以看出,用多项式拟合的 表达式和 3D3S 模型计算出来的结果曲面吻合的较好,而且拟合 公式形式和计算都较为简便,便于工程人员在实际工程中应用。表 3 为实用公式计算出来的 25 种角钢塔自振基本周期与 3D3S 模型计算结果的比较。由表 3 中可以发现,两组数据相差的 幅度在 5%以内,其拟合结果是比较满意的。故本文提出的实用 公式可作为实际设计中计算通信角钢塔结构自振基本周期方法的有益补充,在实际工程中具有一定的参考价值和实际意义。网络通信论文
3结语
角钢通信铁塔的结构基本自振周期是其自振特性的重要特 性。准确而快速的确定结构基本自振周期对于把握角钢塔的自 振特性有很大的帮助。本文利用同济大学三维钢结构软件 3D3S 建模对不同塔高和平台数角钢塔的自振基本周期进行模拟计算, 计算了高度从 37 m ~57 m,无平台和安装一、二、三、四个圆形外 平台共 25 种角钢塔的自振基本周期。并且根据 3D3S 模型计算 结果,拟合出估算不同塔高和平台数的实用公式,为更准确的估 算角钢通信塔自振特性做了有益的探索。