基于通信鐵塔抗風分析

摘 要：隨著我國通信事業(yè)的蓬勃發(fā)展，通信鐵塔的數(shù)量逐年增多，關于通信鐵塔的質(zhì)量問題也逐漸提上日程，這其中就包括通信鐵塔的抗風性能問題，對于通信鐵塔抗風性能的研究能夠避免通信鐵塔傾倒、折斷等現(xiàn)象發(fā)生。

關鍵詞：通信鐵塔；抗風性能

中圖分類號：TU312.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）10-0023-01

風災是一個歷史自救的自然災害，也是人類最常接觸的、破壞性比較嚴重的自然災害之一。風災與其他自然災害相比其發(fā)生的頻率更高，時間更加不確定。隨著全球氣溫的逐漸變暖，看似柔弱的風更加頻繁的展現(xiàn)出暴虐的面目，給人類的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的損害。通信鐵塔是一種高聳的結構，研究通信鐵塔的抗風能力，增強其抗風性能能夠減少風災的破壞。

1 通信鐵塔抗風現(xiàn)狀概述

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，我國的通信事業(yè)也取得了很大的發(fā)展。作為一種非常典型的高聳結構，通信鐵塔的結構安全以及抗風能力強弱與人們的生命財產(chǎn)安全息息相關。通信鐵塔的結構特點在于有較高的高度、較輕的自身重量、較小的剛度以及細長的外形。通信鐵塔的這些結構特點決定了通信鐵塔上面受到的風載荷是其控制載荷。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的提高、社會需求不斷提高，通信鐵塔會發(fā)展的越來越高、越來越輕、越來越柔，這些新變化使得通信鐵塔本身對風載荷越來越敏感。因此，為了保證通信鐵塔的安全性對通信鐵塔這種高聳結構進行抗風性能研究和分析具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2 通信鐵塔抗風性能研究分析

2.1 通信鐵塔的結構設計要求及結構特點

通信鐵塔是一種典型的高聳結構，所謂的高聳結構從物理模型的結構角度來講是指高度與橫向尺寸的比例相差很大的構筑物。這種結構特點決定了在結構受力的過程中橫向載荷起到主導作用，如果這種高聳結構受到彎矩的作用可能產(chǎn)生比較明顯的震動或者變形，受到的彎矩較大時甚至會引起高聳結構的折斷或傾倒。本文中本所論述的通信鐵塔從受力約束條件的角度來看屬于自立式塔式結構。這種塔式結構的底部是固定在地面上的，計算模型相當于懸臂梁。

通信鐵塔的受力特性：作用在高聳結構上的荷載包括結構及附屬物自重，塔樓樓面或平臺的活荷載、風荷載、雪荷載、基礎不均勻沉降和各種偶然性的事故荷載等。通信鐵塔結構在受力方面表現(xiàn)出以下幾個特性，首先是風載荷起主要的控制作用，在通信結構所有的受力載荷中風載荷是最重要的，之所以說風載荷是最重要的有兩個方面原因，第一風大部分的結構應力是由風載荷引起的，第二風載荷對結構應力的效應是最明顯的。然后是通信鐵塔的P-D效應突出，由于通信鐵塔的高度和寬度的比值非常大，所以其抵抗側剛度較小。這種結構在受到水平方向的作用力時容易產(chǎn)生比較大的位移。由于側移引起豎向荷載的偏心又將產(chǎn)生附加彎矩，而附加彎矩又使結構的側移進一步增大，這就是所謂的P-D效應。

通信鐵塔結構的設計要求：通信鐵塔屬于很典型的高聳結構，這種結構具有高柔的特性，因此當遇到強風天氣的時候，鐵塔可能承受不了過大的載荷而出現(xiàn)比較強烈的反應，例如嚴重變形、部分部件斷裂、甚至整個鐵塔的斷裂和傾倒，嚴重的影響人們的財產(chǎn)生命安全，給我們帶來不能挽回的損失。鑒于此在對通信鐵塔進行結構設計的時候要加強該結構的載荷承受能力，防止通信鐵塔受到強風或者地震時候造成致命的損害、倒塌、局部斷裂、變形、彎曲等。為了保證通信鐵塔的正常運行以及人們的生命財產(chǎn)安全免受受害，在設計通信鐵塔風載荷的時候要特別注意按照國家相關的技術標準進行，使整個結構的強度、剛度、穩(wěn)定性符合國家相關的要求。此外，還應該注意在微風或橫風共振、風振作用下的結構疲勞現(xiàn)象。

2.2 通信鐵塔抗風性能研究

通信鐵塔抗風性能研究是風工程領域一個比較重要的組成部分。其中通信鐵塔抗風性能的研究方法主要包括三個方面：理論分析、現(xiàn)場測試、實驗室模擬。

2.2.1 理論分析

理論分析包括解析計算和數(shù)值計算，對于通信鐵塔的研究還需要借助很多風洞試驗，在風洞試驗的基礎上取得一些數(shù)據(jù)并建立模型。理論分析方法主要有兩種：頻域分析方法和時域分析方法。頻域分析方法的假設前提是線性假設，因此用這種方法只能對通信鐵塔進行線性或者線性化分析，但是這種方法簡單易行、概念清楚在實際的應用中還是得到了廣泛的推廣。時域分析法的應用范圍比較廣泛，不同的結構、不同的系統(tǒng)以及不同的載荷都可以利用這種方法進行理論分析，這種方法主要是一種非線性的分析，即使資料不是很多也能夠用這種方法進行分析。

2.2.2 現(xiàn)場測試

對于通信鐵塔抗風性能的研究最直接的方法就是到現(xiàn)場進行測試。這種方法直觀、具體得到的數(shù)據(jù)真實、可靠，因此現(xiàn)場測試能夠很好地檢驗另外兩種方法的結論是否正確。但是目前來說，我們在這方面做的工作不是很多，對通信鐵塔現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)很少。對通信鐵塔的抗風性能進行現(xiàn)場測試能夠準確的掌握風載荷對通信鐵塔的作用機理、對結構的影響以及破壞原理，同時現(xiàn)場得到的數(shù)據(jù)能夠很好地補充或者修正理論分析階段得到的物理模型。

2.2.3 實驗室模擬

目前來說最重要的實驗室模擬還是風洞試驗。風洞試驗具有很大的優(yōu)勢，它擁有現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)直觀、具體的優(yōu)勢，同時還能夠大量的節(jié)省時間、人力、物力、財力。更重要的是風洞試驗能夠人為控制，可以反復模擬某一情景取得多組數(shù)據(jù)進行比較分析得出最準確的結果、建立最合適的模型。即便與此風洞試驗還是存在一定的缺陷的，例如風洞試驗不可能完全模擬現(xiàn)場的風力，相似參數(shù)也不能全部滿足相似方程也就是說風洞試驗的模擬能力是有一定限度的。

3 結語

我國通信事業(yè)蓬勃發(fā)展，通信鐵塔的數(shù)量越來越多，隨著全球變暖風災越來越嚴重，做好通信鐵塔的抗風性能研究，有利于防止通信鐵塔在受到較大風力時出現(xiàn)變形、局部斷裂、倒塌等現(xiàn)象，避免人們生命財產(chǎn)安全受到傷害。

參考文獻

[1] 崔春義，孫占琦，趙穎華，吳紅軍，趙群昌.三維復雜高層建筑抗震性能動力時程分析[J].廣西大學學報（自然科學版），2009（03）.

作者簡介：范增為（1981-），男，河北省承德市隆化縣，碩士研究生，現(xiàn)在職稱：中級，工作內(nèi)容：地面、樓頂通信鐵塔及機房設計，研究方向：地面、樓頂通信鐵塔及機房設計。