Разработка сейсмостойкости опорной башни сотовой связи со стальной решеткой базовой станции

Анализ сейсмической хрупкости является важнейшим аспектом обеспечения структурной устойчивости опор сотовой связи со стальной решеткой базовой станции.. Эти башни имеют решающее значение для поддержания связи во время и после сейсмических событий.. Этот комплексный анализ включает понимание сейсмического поведения, проведение структурного моделирования, и разработка кривых хрупкости, которые количественно определяют вероятность достижения или превышения различных состояний повреждения при разных уровнях сейсмической интенсивности..

Стальная решетчатая сотовая башня

Параметры продукта для базовой станции сотовой башни со стальной решеткой

1. дизайн

• норма проектирования: Были / в-222-G / F

2. Структура стали

Башня может быть построена из мягкой или высокопрочной стали., соответствующий различным международным стандартам:

• Мягкая сталь:
  • Китайский стандарт: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • Американский стандарт: ASTM A36
  • Европейский стандарт: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• Высокопрочная сталь:
  • Китайский стандарт: GB / T 1591: Q345B, Q345C, Q345D
  • Американский стандарт: ASTM A572 Gr50
  • Европейский стандарт: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. Дизайн Скорость ветра

• Максимальная скорость ветра: Вплоть до 250 км / ч

4. Допустимый прогиб

• Диапазон отклонения: 0.5 в 1.0 степень на рабочей скорости

5. Механические свойства

• Предел прочности (МПа):
  • Мягкая сталь: 360 в 510
  • Высокопрочная сталь: 470 в 630
• Предел текучести (т ≤ 16 мм) (МПа):
  • Мягкая сталь: 235
  • Высокопрочная сталь: 355
• относительное удлинение (%):
  • Мягкая сталь: 20
  • Высокопрочная сталь: 24
• Ударная вязкость КВ (J):
  • Мягкая сталь:
    • 27 (20° С) — Q235B (S235JR)
    • 27 (0° С) — Q235C (S235J0)
    • 27 (-20° С) — Q235D (S235J2)
  • Высокопрочная сталь:
    • 27 (20° С) — Q345B (S355JR)
    • 27 (0° С) — Q345C (S355J0)
    • 27 (-20° С) — Q345D (S355J2)

6. Болты & Орехи

• класс: 4.8, 6.8, 8.8
• Стандарты механических свойств:
  • Болты: ISO 898-1
  • Орехи: ISO 898-2
  • Стиральные машины: ISO 6507-1
• Стандарты Размеры:
  • Болты: ОТ 7990, ОТ 931, ОТ 933
  • Орехи: ISO 4032, ISO 4034
  • Стиральные машины: ОТ 7989, ДИН 127Б, ISO 7091

7. сварка

• метод: Дуговая сварка в среде CO₂ & Дуговая сварка под флюсом (УВИДЕЛ)
• стандарт: AWS D1.1

8. маркировка

• Метод маркировки участников: Гидравлический пресс Штамповка

9. цинкование

• Стандарт оцинковки стальных профилей: ISO 1461 или ASTM A123
• Стандарт гальванизации болтов и гаек: ISO 1461 или ASTM A153

10. Тестирование

• Заводские испытания:
  • Тест на растяжку
  • Анализ элементов
  • Тест Шарпи (Испытание на удар)
  • Холодный изгиб
  • Прис тест
  • Молотковый тест

 

Эти параметры гарантируют, что башня соответствует строгим стандартам структурной целостности., долговечность, и производительность в различных условиях окружающей среды. Соблюдая эти характеристики, башня спроектирована так, чтобы выдерживать высокие скорости ветра и сейсмические нагрузки, обеспечение надежной поддержки коммуникационной инфраструктуры.

1. Введение в анализ сейсмической уязвимости

Анализ сейсмической хрупкости оценивает вероятность того, что конструкция достигнет или превысит заданное состояние повреждения при различных уровнях сейсмической интенсивности.. Для базовой станции вышки сотовой связи со стальной решеткой, это включает в себя:

• Определение потенциальных состояний повреждения.
• Проведение анализа сейсмической опасности.
• Моделирование сейсмической реакции башни.
• Разработка кривых хрупкости на основе вероятностного анализа реакции башни на сейсмические нагрузки.

2. Анализ сейсмической опасности

Анализ сейсмической опасности включает определение показателей сейсмической интенсивности. (Мгновенные сообщения) соответствует местоположению башни. Ключевые шаги включают в себя:

• Сейсмическое районирование: Определение сейсмической зоны и получение соответствующих сейсмических данных, таких как пиковое ускорение грунта. (ПГА), спектральное ускорение (на), и записи движения земли.
• Периоды возврата: Определение периодов повторяемости (например, 50, 100, 475, 2475 лет) для оценки различных уровней сейсмической опасности.
• Специфический анализ сайта: Проведение анализа сейсмической опасности для конкретной площадки, если башня расположена в регионе со сложной геологией..
• 

3. Определение состояний повреждения

Состояния повреждения представляют собой различные уровни структурного повреждения.. Для стальной решетчатой ​​вышки сотовой связи, типичные состояния повреждения могут включать:

• Небольшой урон (ДС1): Незначительные деформации и отсутствие значительных структурных повреждений.
• Умеренный урон (ДС2): Заметные деформации, незначительная выходка членов, и некоторые повреждения соединения.
• Обширный урон (ДС3): Значительные деформации, выход нескольких членов, и повреждение ключевых соединений.
• Крах (ДС4): Полный структурный отказ или обрушение.

4. Структурное моделирование и анализ сейсмических реакций

4.1 3D Структурное моделирование

Создание подробной 3D-модели вышки сотовой связи с использованием метода конечных элементов. (ВЭД) программное обеспечение, такое как SAP2000, АНСИС, или OpenSees. Модель должна включать:

• Структурные члены: Члены решетки, бодрящий, и связи.
• Фонд: Моделирование фундамента для учета взаимодействия грунта и конструкции..
• Массовое распространение: Точное представление распределения массы, включая антенны и оборудование.

4.2 Сейсмическая нагрузка

Применение сейсмических нагрузок к модели включает в себя:

• Записи движения грунта: Использование реальных или синтетических данных о движении грунта, отражающих сейсмическую опасность на площадке..
• Временной анализ: Выполнение нелинейного временного анализа для определения динамической реакции башни..
• Анализ спектра ответа: Проведение анализа спектра ответов для сравнения и проверки..

4.3 Нелинейный анализ

Нелинейный анализ необходим для выявления неупругого поведения башни при сейсмической нагрузке.. Это включает в себя:

• Нелинейность материала: Моделирование текучести и поведения стальных элементов после текучести.
• Геометрическая нелинейность: Учет больших деформаций и эффектов P-Delta..
• Поведение при подключении: Точное моделирование жесткости и прочности соединений..

5. Развитие кривой хрупкости

Кривые хрупкости построены путем статистического анализа реакции башни на сейсмические нагрузки.. Эти шаги включают в себя:

5.1 Параметры сейсмической нагрузки

Определение параметров сейсмической нагрузки (например, максимальный межэтажный снос, базовый сдвиг) которые коррелируют с состояниями повреждения.

5.2 Вероятностные модели сейсмического спроса (PSDM)

Разработка PSDM, которые связывают параметры сейсмической нагрузки с показателями сейсмической интенсивности. (Мгновенные сообщения). Это можно сделать с помощью регрессионного анализа результатов нелинейного анализа временной динамики..

5.3 Матрицы вероятности повреждения

Построение матриц вероятности ущерба, которые обеспечивают вероятность достижения или превышения каждого состояния повреждения для заданных уровней сейсмической интенсивности..

5.4 Формулировка функции хрупкости

Подбор функций хрупкости к данным о вероятности ущерба. Функция хрупкости часто выражается как логнормальная кумулятивная функция распределения. (CDF):

[≥∣]=Ф(ln⁡()−ln⁡())п[DS≥ds∣яM]"="Фи(бds​LN(яM)−LN(яMds​)​)

где:

• $п[DS\ge ds\mid яM]$ = Вероятность достижения или превышения состояния повреждения $ds$ заданная мера интенсивности $яM$.
• $Фи$ = Стандартная функция нормального кумулятивного распределения.
• яMds​ = Среднее значение меры интенсивности, вызывающей состояние повреждения $ds$.
• бds​ = Логарифмическое стандартное отклонение, представляющее неопределенность в IM для состояния повреждения. $ds$.

 

 

6. Тематическое исследование: Анализ сейсмической хрупкости опорной башни сотовой связи со стальной решеткой базовой станции

Чтобы проиллюстрировать развитие сейсмической хрупкости., представляем пример стальной решетчатой ​​сотовой башни, расположенной в сейсмически активном регионе.

6.1 Описание башни

• Высота: 40 метры
• Конфигурация: Решетчатая башня на четырех опорах и поперечных связях.
• Место нахождения: 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
• Записи движения грунта: 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:

• Структурные члены: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• Фонд: 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 (например, 0.1г, 0.2г, 0.3г, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• Ключевые выходные параметры: максимальный межэтажный снос, базовый сдвиг, и члены сил

6.5 Критерии состояния повреждения

Определение состояний повреждения на основе инженерной оценки и критериев конструктивных характеристик.:

• Небольшой урон (ДС1): Максимальный межэтажный снос < 0.5%
• Умеренный урон (ДС2): Максимальный межэтажный снос 0.5% – 1.5%
• Обширный урон (ДС3): Максимальный межэтажный снос 1.5% – 3%
• Крах (ДС4): Максимальный межэтажный снос > 3%

6.6 Параметры сейсмической нагрузки

Ключевые параметры сейсмической нагрузки определены как:

• Максимальный межэтажный снос (СРЕДНИЙ)
• Базовый сдвиг (BS)

6.7 Вероятностные модели сейсмического спроса (PSDM)

Регрессионный анализ выполняется на основе результатов нелинейного анализа временной динамики для разработки PSDM для каждого состояния повреждения.. Например:

СРЕДНИЙ=⋅(ПГА)СРЕДНИЙ"="a⋅(ПГА)б

где $a$ а также $б$ коэффициенты регрессии, полученные в результате анализа.

6.8 Развитие кривой хрупкости

Матрицы вероятности повреждения:

• Создается для каждого состояния повреждения на основе параметров сейсмической нагрузки и соответствующей им сейсмической интенсивности..

Функции хрупкости:

• Подгоняется с использованием логнормального распределения к данным о вероятности повреждения..

Пример функции хрупкости для умеренного повреждения (ДС2):

[≥2∣]=Ф(ln⁡(ПГА)−ln⁡(ПГА2)2)п[DS≥DS2∣PGA]"="Фи(бDS2​LN(ПГА)−LN(ПГАDS2​)​)

где:

• ПГА2ПГАDS2​ = Средний PGA, вызывающий умеренный ущерб
• 2бDS2​ = Логарифмическое стандартное отклонение для умеренного повреждения

6.9 Полученные результаты

Построены кривые хрупкости для каждого состояния повреждения., показывающий вероятность превышения каждого состояния повреждения как функцию PGA. Примеры результатов могут включать в себя:

• ДС1: Медиана PGA = 0,15 г, 1=0,3бDS1​"="0.3
• ДС2: Медиана PGA = 0,30 г, 2=0,35бDS2​"="0.35
• ДС3: Медиана PGA = 0,45 г, 3=0,4бDS3​"="0.4
• ДС4: Медиана PGA = 0,60 г, 4=0,45бDS4​"="0.45

7. Обсуждение и интерпретация

Разработанные кривые хрупкости обеспечивают вероятностную меру уязвимости башни к сейсмическим событиям.. Ключевые наблюдения включают в себя:

• Небольшой урон (ДС1): Башня, скорее всего, получит незначительные повреждения при относительно низких уровнях PGA..
• Умеренный урон (ДС2): Вероятность умеренного повреждения значительно возрастает после PGA 0,3g..
• Обширный урон (ДС3): Обширное повреждение становится вероятным при более высоких значениях PGA., что указывает на необходимость принятия надежных проектных мер.
• Крах (ДС4): Вероятность коллапса низкая, но значительная при очень высоких значениях PGA., выделение критических порогов интенсивности разрушения конструкции.

8. Вывод

Анализ сейсмической хрупкости опорной башни сотовой связи со стальной решеткой базовой станции дает ценную информацию о ее сейсмической уязвимости и дает информацию для улучшения конструкции и стратегии модернизации.. Шаги, изложенные в этом процессе, обеспечивают всестороннее понимание поведения башни при сейсмической нагрузке и разработку надежных кривых хрупкости.. Эти кривые имеют решающее значение для оценки рисков и принятия решений в контексте сейсмической устойчивости..

9. Рекомендации по повышению сейсмостойкости

На основании результатов анализа сейсмической уязвимости, можно дать несколько рекомендаций по повышению сейсмостойкости башни:

9.1 Структурное усиление

• Укрепление членов: Обновите критически важные элементы (например, ножки и основные крепления) выдерживать более высокие сейсмические нагрузки.
• Улучшения подключения: Улучшите конструкцию и прочность соединений, чтобы предотвратить выход из строя при динамической нагрузке..
• Резервное крепление: Внедрить дополнительные распорки, чтобы обеспечить альтернативные пути нагрузки и улучшить общую устойчивость..

9.2 Улучшения фундамента

• Взаимодействие почвы и структуры (ССИ): Провести подробный анализ SSI и спроектировать фундамент для эффективного смягчения сейсмических воздействий..
• Базовая изоляция: Рассмотрите возможность использования методов изоляции основания, чтобы изолировать башню от колебаний грунта и снизить сейсмическую нагрузку..

9.3 Стратегии модернизации

• Демпфирующие системы: Внедрить системы демпфирования (например, настроенные массовые демпферы, вязкостные демпферы) для рассеивания сейсмической энергии и снижения вибраций.
• Укрепление существующих башен: Применяйте методы модернизации, такие как добавление внешних брекетов или использование армированных волокном полимеров. (стеклопластик) повысить структурный потенциал.

9.4 Мониторинг и обслуживание

• Сейсмический мониторинг: Установите датчики для отслеживания реакции башни во время сейсмических событий и сбора данных для постоянной оценки..
• Регулярные проверки: Проводить регулярные проверки и техническое обслуживание для выявления и устранения потенциальных уязвимостей..

10. Будущие направления исследований

Могут быть проведены дальнейшие исследования для уточнения и улучшения анализа сейсмической хрупкости башен сотовой связи со стальной решеткой.:

• Передовые методы моделирования: Используйте высокоточные модели конечных элементов и сложные методы нелинейного анализа для более точного определения сложного поведения..
• Экспериментальная проверка: Выполните испытания на вибростоле масштабных моделей или компонентов для проверки аналитических моделей и кривых хрупкости..
• Проектирование, ориентированное на производительность: Разработать рекомендации по проектированию с учетом характеристик специально для вышек сотовой связи., включение данных о сейсмической хрупкости.
• Интеграция с другими опасностями: Изучите совокупное воздействие нескольких опасностей (например, ветер и сейсмика) разработать комплексные стратегии устойчивости.

11. Вывод

Разработка сейсмостойкости опоры сотовой связи со стальной решеткой базовой станции является важным шагом в обеспечении ее структурной целостности и непрерывности работы во время и после сейсмических событий.. Следуя системному подходу к анализу сейсмической опасности, структурное моделирование, и развитие кривой хрупкости, инженеры могут количественно оценить уязвимость башни и принять эффективные меры по смягчению последствий.. Эти усилия способствуют общей устойчивости коммуникационной инфраструктуры., что важно для реагирования на чрезвычайные ситуации и восстановления после землетрясений.