阻尼減振技術在通信桿塔上的應用

張自強

上海郵電設計咨詢研究院有限公司 200092

引言

目前大部分原運營商存量鐵塔、立桿，因建設時期無線網需求較低或工程投資限制，塔上預留平臺數量較少，鐵塔承載能力較低。經過近幾年來無線網絡建設大規模發展，以及基站鐵塔的共享使用等原因，塔上天線平臺使用率已趨于飽和，大量鐵塔已達到承載能力極限。隨著5G時代來臨5G宏站建設的開展，每座塔上均有額外1至3個平臺的5G天線擴容需求。至此，鐵塔擴容能力已成為5G網絡建設發展的瓶頸。

以往工程中提升塔桅結構承載能力的主要方法有構件替換，螺栓替換，桿體加強等措施。但是單管塔、立桿等懸臂塔類結構，塔身法蘭、筋板與主體結構焊接，地錨螺栓埋置于基礎混凝土結構中，均無法替換，因此通信桿塔缺少一種低成本，高效率的構件加強手段。

高層建筑物頂部設置調諧質量阻尼器（TMD）系統用以抵抗地震等水平力作用，經驗證是一種成熟穩定可靠的技術。通信塔式結構［1］為高聳結構，體量小自重輕，地震作用影響相對較小，水平荷載主要為風荷載。同時，通信桿塔結構柔度較大，自振頻率低，加之設備和裝飾平臺主要集中設置在塔頂，重心較高，脈動風對結構的影響較為嚴重。

通信桿塔結構模型為單根鋼管，風振能量作用于桿體結構并直接沿桿體傳至塔腳，無額外的消能機制，但構件在生產加工過程中存在公差，塔段間連接無法做到完全剛性，故國家標準［2］中規定單管塔結構阻尼比取0.01。鋼結構塔架內部桿件連接采用螺栓節點形式，結構整體變形時節點連接部位有微小錯動形成摩擦阻力，進而消耗部分風振能量，規范規定鋼結構塔架的阻尼比可取0.02。同濟大學何敏娟，馬人樂［3］等采用激振法對336m黑龍江電視塔進行了振動參數的實測和分析，實測一階結構阻尼比為0.028，大于規范規定值0.02。

潘漢明，沈之容等［4］對圓錐單管塔斜拉彈簧阻尼器（TSD）系統進行了研究，得出了單管塔上增加TSD系統可實現風振控制的結論。屠海明，張帆［5］總結了單管塔結構阻尼比對風荷載的影響規律。

本文選取了上海地區某運營商20m立桿作為試點（以下稱為試點C站），針對基站位置，采用線性濾波法模擬桿塔脈動風荷載［6］，考慮風場相干性創建風荷載時程函數［7］。根據桿體抗風特性［8］建立3D模型進行結構分析，模擬加載阻尼單元，分析結構響應。并制作按照通信塔阻尼器，進行現場激振試驗驗證，分析確定阻尼器實際工作狀態。最終完成立桿的5G天線平臺擴容。

例(8)：And there was Bismarck’s, in the October number;who can look at that without being purer and stronger and nobler for it? And Thurlow Weed’s picture in the September number; I would not have died without seeing that, no, not for anything this world can give.

1 靜力分析

立桿高度20m，桿體分2段插接，原設計按B類地貌考慮，立桿頂部安裝1付圓柱體集束天線用于原4G網絡街道站局部覆蓋。按照通信塔規范［9］進行5G平臺擴容復核，結構承載能力不足，位移超限。試點C站20m立桿原貌如圖1所示。

了解高斯（中國）產品的人不難發現，如今高斯（中國）推出的產品有些會附有“Wisprint匯印”的“印記”，其是公司在“GOSS高斯（中國）”的基礎上新增加的一個代表高端的品牌，體現的是尖端科技、綠色，以及智慧的融合。實則，“GOSS高斯（中國）”更注重于傳統產品的品質，“Wisprint 匯印”著意于服務高端客戶，所以只有達到標準的產品才會用雙品牌。而雙品牌戰略的推出，也是高斯（中國）走向獨立、走向高端的一個布局。

上海地區設計風速29.7m/s，基本風壓0.55kPa。取6個風荷載模擬作用點，自上至下為模擬點1至模擬點6，如圖2所示。采用線性濾波法［6］，即將隨機振動過程抽象成白噪聲的模擬方法，使用SAP2000模擬20m立桿6個不同高度上的順向脈動風荷載。模擬時間600s（10分鐘），步長0.01s。B類地貌，地面粗糙度指數α＝0.15，根據王修瓊，崔劍鋒［10］編寫的《Davenport譜中系數K的計算公式及其工程應用》，系數K取0.00215。

圖1 試點C站20m立桿Fig.1 20m monopole of the test station C

桿體經SAP2000結構分析軟件3D建模，并考慮塔上預計掛載的設備質量，計算得出自振周期1.05s。根據高聳規范［2］4.2.9計算不同結構阻尼比情況下塔頂位置風振系數見表1。

表1 20m立桿塔頂風振系數Tab.1 Wind vibration coefficient at the top of20m monopole

不同塔身阻尼比ξε1ε2βz＝1＋ξε1ε2風振系數對比

二、在大家根本找不到的地方挖了墻根，打了洞？部里的一群人沒能耐干這些，他們的膽識比在倉庫里頂風作案的耗子們小多了，而下貨的那幾個，估計他們腦袋想的我的屁股都會想到。

由表1可知，隨著阻尼比提升，風振系數相應降低，進而風荷載隨之而降低。

參照高聳規范［2］分別按照0.01、0.02和0.03計算20m立桿風荷載，并采用SAP2000軟件進行結構靜力分析，得出塔腳彎矩和塔頂位移見表2。

2015年5月至2016年9月對我院脛骨平臺骨折患者進行了研究分析,選取了30例患者,有21例男性和9例女性,最小19歲,最大73歲,平均(45.2±1.0)歲。我們對患者進行了影像診斷,等患者軟組織消腫后進行手術。

表2 20m立桿結構靜力分析Tab.2 20m monopole structural static analysis

因建設單位對天線掛高及后續設備安裝等工藝需求進行了調整，最終確定在試點C站立桿塔頂預留5G平臺安裝位，掛高15m位置設置通信塔阻尼器。

2 SAP2000時程分析

2.1 順向脈動風荷載模擬

楊秉奎搖搖頭:“這雨不會下一整夜。雨后的蚊子以一當十,以十當百,以百當千當萬。不相信的就讓他領教領教北大荒的蚊子,哼!”

3) 溫度。當浸提溫度<40℃時，隨著溫度升高火龍果果皮甜菜苷類色素提取量呈逐漸上升趨勢；當溫度增至40℃時提取量最高，為3.85 mg/100g；之后呈快速下降趨勢，其原因可能是甜菜苷類色素對溫度較敏感，過高的溫度加速了甜菜苷類色素的分解[14]。因此，浸提溫度以40℃最優。

圖2 模擬點1～6風速時程函數曲線Fig.2 Wind velocity time-history of point1～6

試點站所用阻尼器由彈簧系統，阻尼系統和質量塊組成。彈簧系統用于將質量塊的自由振動頻率控制在桿塔一階自振頻率附近。阻尼系統用于吸收質量塊振動動能，達到削減振動整體吸能的目的。根據阻尼器降高后塔上設備掛高及重量等信息重新測算，最終確定質量塊質量由40kg增加到75kg，為降低塔上迎風面積和重量，將故阻尼器尺寸縮小，劃成三個分散安裝。每個阻尼器均與桿體剛性連接，工作狀態相互獨立，僅受安裝位置的桿體運動狀態影響。最終所用阻尼器構造如圖4所示。

圖3 點1的模擬譜與Davenport譜對比Fig.3 Davenport spectrum and simulation spectrum of point1

2.2 時程分析

表3所示的一、二組模型數據響應數據與表2中按照高聳規范［2］進行靜力分析數據基本吻合。

表3 時程分析結果Tab.3 Time-history analysis results

采用SAP2000軟件建立兩組20m立桿模型，并分別導入各點模擬的風荷載時程函數，見表3。一組為分別按照0.01、0.02和0.03設置不同的結構整體阻尼比模型。二組模型為在立桿頂部分別施加線性單元并連接不同質量作為模擬阻尼系統。參考潘漢明，沈之容等［4］的圓錐單管塔TSD與塔的質量比在0.01～0.02的建議，并經過多次試算，二組模型阻尼系統質量分別為30kg和40kg時，立桿結構動荷載響應數據與一組模型的0.02和0.03阻尼比接近。

根據0.03的阻尼比目標，確定塔頂阻尼系統質量為40kg。

3 現場試驗

3.1 試點站情況

由表2可知，桿體結構阻尼比由0.01提升至0.03后，塔腳彎矩和塔頂位移整體降低約20%，富余的承載能力可額外承載運營商5G天線設備和阻尼器自身荷載。0.03即為試點站立桿阻尼比提升的目標。

將模擬點1的脈動風功率模擬譜與Davenport譜進行對比，可見模擬譜與Davenport譜有較好的吻合，如圖3所示。

圖4 阻尼器構造Fig.4 TMD construction

3.2 激振試驗

現場激振試驗是通過對立桿頂部施加一定大小的荷載，然后突卸荷載，對比觀測安裝阻尼器前后立桿一階自振頻率以及阻尼比的變化情況。

現場采用手動葫蘆進行加載，使用拉力計進行荷載數值控制，具體工況見表4。

表4 激振試驗加載工況Tab.4 The vibration test load condition

3.3 實驗數據處理

先通過塔身頂部加速度傳感器測得單管塔動力響應原始數據；將原始數據進行整理，得到時域及頻域數據；將時域數據進行濾波處理，提取一階振動數據；進行線性擬合，得到結構一階自振阻尼比。C站20m立桿激振試驗結果見表5。

表5 激振試驗結果Tab.5 The vibration test results

試驗結果顯示，阻尼器安裝后，立桿結構阻尼比提高到約0.03，達到阻尼比提升目標，本站可安全加裝5G天線。

3.4 阻尼器擴容建議

實際工程中單管塔、立桿種類繁多，所需的阻尼器規格參數也完全不同。為保證阻尼器產品與桿塔結構屬性匹配，達到最佳的擴容效果，建議采用阻尼器擴容的基站鐵塔按照圖5流程進行操作。

圖5 鐵塔阻尼器擴容流程Fig.5 Tower capacity expansion process by TMD

4 結語

1.經過實踐應用驗證，通信塔阻尼器可以有效實現桿塔結構的減振消能，降低塔體結構對風振作用的不利響應，提高鐵塔掛載能力。對于突破當前通信桿塔掛載飽和，5G平臺難以擴容的現狀，提供了一種新的改造加固思路。

當代是信息化的社會，會計信息化的發展是大勢所趨。會計信息化的發展對企業的財務管理的影響是一把雙刃劍，既有利又有弊。企業應該采取積極地應對對策，充分地發揮會計信息化的價值，加強企業會計信息化建設，同時，針對會計信息化帶來的負面影響，企業要及時地實行應對措施，使得會計信息化推動企業財務管理水平的提高，進一步推動企業的穩定發展。

2.本期項目所選取的試點站樣本數量較少，塔型種類單一，無法完全反映阻尼減振技術在桿塔結構上的實用規律，尚需后續研究，擴大應用范圍，對比各種塔型配合阻尼器的實際工作性能，進一步完善實驗數據。