Pembangunan Kerapuhan Seismik untuk Menara Selular Kekisi Keluli Stesen Pangkalan

Analisis kerapuhan seismik adalah aspek penting untuk memastikan ketahanan struktur menara selular kekisi keluli stesen pangkalan. Menara ini penting untuk mengekalkan komunikasi semasa dan selepas kejadian seismik. Analisis komprehensif ini melibatkan pemahaman kelakuan seismik, menjalankan pemodelan struktur, dan membangunkan lengkung kerapuhan yang mengukur kebarangkalian untuk mencapai atau melebihi pelbagai keadaan kerosakan di bawah tahap keamatan seismik yang berbeza.

Menara Selular Kekisi Keluli

Parameter Produk untuk Menara Selular Kekisi Keluli Stesen Pangkalan

1. Design

• Kod Design: Adalah / adalah-222-G / F

2. struktur keluli

Menara ini boleh dibina sama ada menggunakan keluli lembut atau keluli tegangan tinggi, mematuhi pelbagai piawaian antarabangsa:

• Keluli lembut:
  • Piawaian Cina: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • Standard Amerika: ASTM A36
  • Piawaian Eropah: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• Tegangan keluli tinggi:
  • Piawaian Cina: GB / T 1591: Q345B, Q345C, Q345D
  • Standard Amerika: ASTM A572 Gr50
  • Piawaian Eropah: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. Design ANGIN

• Kelajuan Angin Maksimum: Sehingga 250 km / h

4. Pesongan yang dibenarkan

• Julat Pesongan: 0.5 kepada 1.0 ijazah pada kelajuan operasi

5. Sifat Mekanikal

• Kekuatan Tegangan (MPa):
  • Keluli lembut: 360 kepada 510
  • Tegangan keluli tinggi: 470 kepada 630
• hasil kekuatan (t ≤ 16mm) (MPa):
  • Keluli lembut: 235
  • Tegangan keluli tinggi: 355
• pemanjangan (%):
  • Keluli lembut: 20
  • Tegangan keluli tinggi: 24
• Kekuatan Impak KV (J):
  • Keluli lembut:
    • 27 (20° C) — S235B (S235JR)
    • 27 (0° C) — Q235C (S235J0)
    • 27 (-20° C) — Q235D (S235J2)
  • Tegangan keluli tinggi:
    • 27 (20° C) — Q345B (S355JR)
    • 27 (0° C) — Q345C (S355J0)
    • 27 (-20° C) — Q345D (S355J2)

6. Bolts & Nuts

• gred: 4.8, 6.8, 8.8
• Piawaian untuk Sifat Mekanikal:
  • Bolts: ISO 898-1
  • Nuts: ISO 898-2
  • pencuci: ISO 6507-1
• Standard bagi Ukuran:
  • Bolts: DARIPADA 7990, DARIPADA 931, DARIPADA 933
  • Nuts: ISO 4032, ISO 4034
  • pencuci: DARIPADA 7989, DIN 127B, ISO 7091

7. Welding

• kaedah: Kimpalan Arka Terlindung CO₂ & Tenggelam kimpalan arka (SAW)
• standard: AWS D1.1

8. menandakan

• Kaedah Menanda Ahli: Hydraulic Press Stamping

9. galvanizing

• Piawaian Galvanisasi untuk Bahagian Keluli: ISO 1461 atau ASTM A123
• Standard Galvanisasi untuk Bolt dan Nat: ISO 1461 atau ASTM A153

10. Menguji

• Ujian Kilang:
  • Ujian Tegangan
  • Analisis Unsur
  • Ujian Charpy (Ujian Kesan)
  • sejuk Bending
  • Ujian Praece
  • Ujian Tukul

 

Parameter ini memastikan menara memenuhi piawaian yang ketat untuk integriti struktur, ketahanan, dan prestasi di bawah pelbagai keadaan persekitaran. Dengan mematuhi spesifikasi ini, menara ini direka untuk menahan kelajuan angin yang tinggi dan beban seismik, menyediakan sokongan yang boleh dipercayai untuk infrastruktur komunikasi.

1. Pengenalan kepada Analisis Kerapuhan Seismik

Analisis kerapuhan seismik menilai kemungkinan bahawa struktur akan mencapai atau melebihi keadaan kerosakan yang ditentukan di bawah pelbagai tahap keamatan seismik. Untuk menara selular kekisi keluli stesen pangkalan, ini melibatkan:

• Mentakrifkan keadaan kerosakan yang berpotensi.
• Menjalankan analisis bahaya seismik.
• Memodelkan tindak balas seismik menara.
• Membangunkan lengkung kerapuhan berdasarkan analisis kebarangkalian tindak balas menara terhadap beban seismik.

2. Analisis Bahaya Seismik

Analisis bahaya seismik melibatkan penentuan ukuran keamatan seismik (IM) relevan dengan lokasi menara. Langkah-langkah utama termasuk:

• Zon Seismik: Mengenal pasti zon seismik dan mendapatkan data seismik yang berkaitan seperti pecutan tanah puncak (PGA), pecutan spektrum (pada), dan rekod gerakan tanah.
• Tempoh Pulangan: Menentukan tempoh pulangan (cth, 50, 100, 475, 2475 tahun) untuk menilai tahap bahaya seismik yang berbeza.
• Analisis Khusus Tapak: Menjalankan analisis bahaya seismik khusus tapak jika menara terletak di kawasan yang mempunyai geologi yang kompleks.
• 

3. Definisi Negeri Kerosakan

Keadaan kerosakan mewakili tahap kerosakan struktur yang berbeza. Untuk menara selular kekisi keluli, keadaan kerosakan biasa mungkin termasuk:

• Kerosakan Sedikit (DS1): Ubah bentuk kecil dan tiada kerosakan struktur yang ketara.
• Kerosakan Sederhana (DS2): Ubah bentuk yang ketara, hasil kecil ahli, dan beberapa kerosakan sambungan.
• Kerosakan yang meluas (DS3): Ubah bentuk yang ketara, menghasilkan berbilang ahli, dan kerosakan pada sambungan utama.
• Runtuh (DS4): Kegagalan atau keruntuhan keseluruhan struktur.

4. Pemodelan Struktur dan Analisis Tindak Balas Seismik

4.1 3D Permodelan Struktur

Mencipta model 3D terperinci menara selular menggunakan analisis unsur terhingga (FEA) perisian seperti SAP2000, ANSYS, atau OpenSees. Model itu hendaklah termasuk:

• Ahli Struktur: Ahli kekisi, perembatan, dan sambungan.
• Foundation: Memodelkan asas untuk mengambil kira interaksi struktur tanah.
• Pengagihan Massa: Perwakilan tepat taburan jisim, termasuk antena dan peralatan.

4.2 Pemuatan Seismik

Penggunaan beban seismik pada model melibatkan:

• Rekod Pergerakan Tanah: Menggunakan rekod gerakan tanah sebenar atau sintetik yang mewakili bahaya seismik di tapak.
• Analisis Masa-Sejarah: Melakukan analisis sejarah masa tak linear untuk menangkap tindak balas dinamik menara.
• Analisis Spektrum Tindak Balas: Menjalankan analisis spektrum tindak balas untuk perbandingan dan pengesahan.

4.3 Analisis Tak Linear

Analisis tak linear adalah penting untuk menangkap kelakuan tidak anjal menara di bawah beban seismik. Ini melibatkan:

• Ketaklinieran Bahan: Memodelkan tingkah laku hasil dan pasca hasil anggota keluli.
• Ketaklinearan Geometri: Mempertimbangkan ubah bentuk besar dan kesan P-Delta.
• Gelagat Sambungan: Pemodelan ketepatan kekakuan dan kekuatan sambungan.

5. Pembangunan Keluk Kerapuhan

Lengkung kerapuhan dibangunkan oleh analisis statistik tindak balas menara terhadap beban seismik. Langkah-langkah tersebut termasuklah:

5.1 Parameter Permintaan Seismik

Mengenal pasti parameter permintaan seismik (cth, hanyut antara cerita maksimum, ricih asas) yang berkorelasi dengan keadaan kerosakan.

5.2 Model Permintaan Seismik Kebarangkalian (PSDM)

Membangunkan PSDM yang mengaitkan parameter permintaan seismik dengan ukuran keamatan seismik (IM). Ini boleh dilakukan menggunakan analisis regresi pada keputusan daripada analisis sejarah masa tak linear.

5.3 Matriks Kebarangkalian Kerosakan

Membina matriks kebarangkalian kerosakan yang memberikan kebarangkalian untuk mencapai atau melebihi setiap keadaan kerosakan untuk tahap keamatan seismik tertentu.

5.4 Formulasi Fungsi Kerapuhan

Memasang fungsi kerapuhan pada data kebarangkalian kerosakan. Fungsi kerapuhan sering dinyatakan sebagai fungsi taburan kumulatif lognormal (CDF):

[≥∣]=F(ln⁡()−ln⁡())P[DS≥ds∣sayaM]=Phi(bds,ln(sayaM)−ln(sayaMds,),)

di mana:

• $P[DS\ge ds\mid sayaM]$ = Kebarangkalian untuk mencapai atau melebihi keadaan kerosakan $ds$ ukuran intensiti yang diberikan $sayaM$.
• $Phi$ = Fungsi taburan kumulatif normal piawai.
• sayaMds, = Nilai median ukuran keamatan yang menyebabkan keadaan kerosakan $ds$.
• bds, = Sisihan piawai logaritma mewakili ketidakpastian dalam IM untuk keadaan kerosakan $ds$.

 

 

6. Kajian kes: Analisis Kerapuhan Seismik Menara Selular Kekisi Keluli Stesen Pangkalan

Untuk menggambarkan perkembangan kerapuhan seismik, kami membentangkan kajian kes menara selular kekisi keluli yang terletak di kawasan aktif seismik.

6.1 Penerangan Menara

• tinggi: 40 meter
• konfigurasi: Menara kekisi dengan empat kaki dan pendakap silang
• menara tertinggi: Urban area in a seismic zone with high seismic activity

6.2 Seismic Hazard Data

• Seismic Zone: Zone IV (high seismicity)
• Design Spectra: Based on the local building code
• Rekod Pergerakan Tanah: Selected from a database to match the seismic hazard at the site

6.3 Structural Modeling

A detailed 3D finite element model is created using OpenSees, incorporating the following elements:

• Ahli Struktur: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• Foundation: Modeled as fixed supports for simplicity, with a note that a more detailed soil-structure interaction model could be used

6.4 Seismic Loading and Analysis

Ground Motion Selection:

• 10 ground motion records, scaled to match the design spectra at different intensity levels (cth, 0.1g, 0.2g, 0.3g, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• Parameter keluaran utama: hanyut antara cerita maksimum, ricih asas, dan angkatan tentera

6.5 Kriteria Keadaan Kerosakan

Mentakrifkan keadaan kerosakan berdasarkan pertimbangan kejuruteraan dan kriteria prestasi struktur:

• Kerosakan Sedikit (DS1): Hanyut antara cerita maksimum < 0.5%
• Kerosakan Sederhana (DS2): Hanyut antara cerita maksimum 0.5% – 1.5%
• Kerosakan yang meluas (DS3): Hanyut antara cerita maksimum 1.5% – 3%
• Runtuh (DS4): Hanyut antara cerita maksimum > 3%

6.6 Parameter Permintaan Seismik

Parameter permintaan seismik utama dikenal pasti sebagai:

• Hanyut Antara Cerita Maksimum (PERTENGAHAN)
• Ricih Asas (BS)

6.7 Model Permintaan Seismik Kebarangkalian (PSDM)

Analisis regresi dilakukan pada keputusan daripada analisis sejarah masa tak linear untuk membangunkan PSDM bagi setiap keadaan kerosakan. Sebagai contoh:

PERTENGAHAN=⋅(PGA)PERTENGAHAN=yang⋅(PGA)b

di mana $yang$ dan $b$ adalah pekali regresi yang diperoleh daripada analisis.

6.8 Pembangunan Keluk Kerapuhan

Matriks Kebarangkalian Kerosakan:

• Dibina untuk setiap keadaan kerosakan berdasarkan parameter permintaan seismik dan keamatan seismik yang sepadan.

Fungsi kerapuhan:

• Dipasang menggunakan taburan lognormal pada data kebarangkalian kerosakan.

Contoh fungsi kerapuhan untuk kerosakan sederhana (DS2):

[≥2∣]=F(ln⁡(PGA)−ln⁡(PGA2)2)P[DS≥DS2∣PGA]=Phi(bDS2,ln(PGA)−ln(PGADS2,),)

di mana:

• PGA2PGADS2, = Median PGA menyebabkan kerosakan sederhana
• 2bDS2, = Sisihan piawai logaritma untuk kerosakan sederhana

6.9 Keputusan

Keluk kerapuhan untuk setiap keadaan kerosakan diplot, menunjukkan kebarangkalian melebihi setiap keadaan kerosakan sebagai fungsi PGA. Contoh hasil mungkin termasuk:

• DS1: Median PGA = 0.15g, 1=0.3bDS1,=0.3
• DS2: Median PGA = 0.30g, 2=0.35bDS2,=0.35
• DS3: Median PGA = 0.45g, 3=0.4bDS3,=0.4
• DS4: Median PGA = 0.60g, 4=0.45bDS4,=0.45

7. Perbincangan dan Tafsiran

Lengkung kerapuhan yang dibangunkan memberikan ukuran kebarangkalian tentang kerentanan menara terhadap kejadian seismik. Pemerhatian utama termasuk:

• Kerosakan Sedikit (DS1): Menara ini berkemungkinan mengalami sedikit kerosakan pada tahap PGA yang agak rendah.
• Kerosakan Sederhana (DS2): Kebarangkalian kerosakan sederhana meningkat dengan ketara melebihi PGA 0.3g.
• Kerosakan yang meluas (DS3): Kerosakan yang meluas berkemungkinan besar pada nilai PGA yang lebih tinggi, menunjukkan keperluan untuk langkah reka bentuk yang mantap.
• Runtuh (DS4): Kebarangkalian keruntuhan adalah rendah tetapi ketara pada nilai PGA yang sangat tinggi, menonjolkan ambang keamatan kritikal untuk kegagalan struktur.

8. kesimpulan

Analisis kerapuhan seismik menara selular kekisi keluli stesen pangkalan memberikan pandangan berharga tentang kelemahan seismiknya dan memaklumkan penambahbaikan reka bentuk dan strategi pengubahsuaian. Langkah-langkah yang digariskan dalam proses ini memastikan pemahaman menyeluruh tentang tingkah laku menara di bawah beban seismik dan pembangunan lengkung kerapuhan yang boleh dipercayai. Keluk ini penting untuk penilaian risiko dan membuat keputusan dalam konteks daya tahan seismik.

9. Cadangan untuk Meningkatkan Daya Tahan Seismik

Berdasarkan dapatan daripada analisis kerapuhan seismik, beberapa cadangan boleh dibuat untuk meningkatkan daya tahan seismik menara:

9.1 Pengukuhan Struktur

• Pengukuhan Ahli: Tingkatkan ahli kritikal (cth, kaki dan pendakap utama) untuk menahan daya seismik yang lebih tinggi.
• Penambahbaikan Sambungan: Tingkatkan reka bentuk dan kekuatan sambungan untuk mengelakkan kegagalan di bawah pemuatan dinamik.
• Pendakap berlebihan: Memperkenalkan pendakap tambahan untuk menyediakan laluan beban alternatif dan meningkatkan kestabilan keseluruhan.

9.2 Penambahbaikan Asas

• Interaksi Struktur Tanah (SSI): Menjalankan analisis SSI terperinci dan asas reka bentuk untuk mengurangkan daya seismik dengan berkesan.
• Pengasingan Asas: Pertimbangkan penggunaan teknik pengasingan asas untuk memisahkan menara daripada gerakan tanah dan mengurangkan permintaan seismik.

9.3 Strategi Retrofit

• Sistem Redaman: Melaksanakan sistem redaman (cth, peredam jisim ditala, peredam likat) untuk menghilangkan tenaga seismik dan mengurangkan getaran.
• Memperkukuh Menara Sedia Ada: Gunakan teknik pengubahsuaian seperti menambah pendakap luar atau menggunakan polimer bertetulang gentian (FRP) untuk meningkatkan kapasiti struktur.

9.4 Pemantauan dan Penyelenggaraan

• Pemantauan Seismik: Pasang penderia untuk memantau tindak balas menara semasa kejadian seismik dan kumpulkan data untuk penilaian berterusan.
• Pemeriksaan Berkala: Menjalankan pemeriksaan rutin dan penyelenggaraan untuk mengenal pasti dan menangani potensi kelemahan.

10. Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan

Kajian lanjut boleh dijalankan untuk memperhalusi dan meningkatkan analisis kerapuhan seismik menara selular kekisi keluli:

• Teknik Permodelan Lanjutan: Gunakan model elemen terhingga kesetiaan tinggi dan kaedah analisis tak linear yang canggih untuk menangkap tingkah laku yang kompleks dengan lebih tepat.
• Pengesahan Eksperimen: Lakukan ujian jadual goncang pada model atau komponen skala untuk mengesahkan model analisis dan lengkung kerapuhan.
• Reka Bentuk Berasaskan Prestasi: Membangunkan garis panduan reka bentuk berasaskan prestasi khusus untuk menara selular, menggabungkan cerapan kerapuhan seismik.
• Integrasi dengan Bahaya Lain: Kaji kesan gabungan pelbagai bahaya (cth, angin dan seismik) untuk membangunkan strategi daya tahan yang menyeluruh.

11. kesimpulan

Pembangunan kerapuhan seismik untuk menara selular kekisi keluli stesen pangkalan adalah langkah kritikal dalam memastikan integriti struktur dan kesinambungan operasi semasa dan selepas kejadian seismik.. Dengan mengikuti pendekatan sistematik untuk analisis bahaya seismik, pemodelan struktur, dan pembangunan keluk kerapuhan, jurutera boleh mengukur kelemahan menara dan melaksanakan langkah-langkah mitigasi yang berkesan. Usaha ini menyumbang kepada daya tahan keseluruhan infrastruktur komunikasi, yang penting untuk tindak balas kecemasan dan pemulihan selepas gempa bumi.