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对角钢通信铁塔结构分析及应用论文


对角钢通信铁塔结构的分析及应用 摘要: 本文利用了同济大学的三维钢结构软件 3d3s 对在不同参 数下角钢通信铁塔结构的自振周期与特性进行了计算分析,按照在 现实应用的塔形模拟不同高度和不同外平台数量的模型进行参数 分析,通过对模型的计算结果和计算数据的拟合,得到的总结对实 际工程操作具有一定的实际意义。 关键词: 对角钢通信塔,自振周期,数据拟合 中图分类号:tn823+.12 文献标识码: a 文章编号: 1 角钢塔及其自振周期 对角钢通信铁塔作为替移动通信天线提供所需的不同高度、不同 安装环境和其他要求的塔架结构,是目前普遍使用的一种通信铁塔 形式,也是在通信铁塔的实际应用中是一种出现比较早的铁塔形 式。角钢塔一般主要受力构件是由四根塔柱组成,由角钢组成并通 过螺栓连接组成一种桁架式的高耸钢结构。由于角钢塔的桁架式结 构是由杆件组成,所以运输和安装便捷迅速、建设工期短。因为需 要在塔身的顶部安装天线平台等挡风设备,使得其控制外荷载主要 为横向风荷载,塔身截面宽度可随其承受的荷载不同而变化,可以 便于优化。其次,在分析结构的振动中,自振周期是指结构系统按 某一振型完成一次自由振动所需的往复时间,结构的固有频率和振 型是承受动力荷载结构设计中的重要参数与结构动力分析的基础。 各阶频率所对应的振型决定了其动力参与系数的大小,也就决定了 其对结构动力响应所作贡献的大小。通过对结构的振型分析,可以 明确结构的刚度分布情况,从而得知结构各个部分刚度的强弱。通 过模型计算,其结果见图 1。 角钢塔自振周期 对角钢通信铁塔在结构上是属于钢结构高耸结构,这种形式的铁 塔加工工艺简单,自身结构高宽比大、变形小而且自振周期长,在 遇到较大的风灾时不易倾覆。在计算结构风荷载作用时,设计人员 需要把结构自振周期作为根据所设计结构确定的重要参数,因为结 构自振周期取值的正确与否将直接影响到结构设计人员对铁塔自 振特性的把握。因此,必须对实际铁塔的观测和计算机模拟计算进 行分析和总结,已得到简便实用的基本自振周期计算公式。 2 对角钢塔的参数选择和 3d3s 模型计算 在实际工程实践中,一般移动通讯角钢塔的高度会在 30m~50m 之 间,而对低于 30m 的通信铁塔通常是采用单位高度用钢量更为经济 的其他铁塔形式。一般的移动通信基站用 40m 铁塔的天线挂高一般 已能满足工艺要求,对结构基本自振周期有显著影响的因素除了自 身高度外,还有就是塔身的重量。根据结构动力学知识,结构重量 的改变会导致其自振特性的改变,而为安装检修天线提供操作空间 的外平台数量则是引起角钢塔重量发生改变的主要因素。一般角钢 塔的外平台是由角钢、槽钢和钢筋组成的圆形形状,平台的重量随 其直径大小而变化,一般在 680kg 左右。外平台的栏杆上安装天线 支架,天线支架的重量一般在 50kg~60kg 之间。在建模计算时, 平台重量取 680kg,天线支架取每副 60kg,天线重量取每副 25kg。 按照一般情况,每层平台需要安装 6 副天线支架和 6 副面包天线, 每层平台合计重量 1190kg。角钢塔的避雷针安装在塔身顶部,可以 避免天线遭到雷击, 其构造形式相对简单, 一般重量在 200kg 左右。 通常每个角钢塔有一到两个外平台就能满足一个通信运营商的使 用要求,随着减耗增效,三家移动通信运营商共建共享的铁塔也越 来越多。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 2m 安装第一平台,其余平台按照距离上平台 5m 间 距设置。为了对比未设置平台的角钢塔的自振

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