既有通信鐵塔增掛廣告牌結(jié)構(gòu)特性分析

劉玉蘭

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和各行各業(yè)的快速發(fā)展，利用既有鐵塔改造增掛廣告牌勢必會(huì)對原有鐵塔的使用狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，相同廣告牌在同種塔型上的不同掛載方式和不同掛載高度對整塔的應(yīng)力、位移等特性的影響也會(huì)不同。通過對某種大型高聳格構(gòu)筑廣告牌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選研究，得出不同荷載工況下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提出了一種綜合考慮風(fēng)速風(fēng)向影響的廣告牌風(fēng)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，風(fēng)荷載和抗側(cè)剛度對高聳廣告牌格構(gòu)式立柱的影響，分析了單管塔加掛LED廣告牌前后對單管塔自振周期和應(yīng)力位移等特性的影響等。對新建廣告牌方案設(shè)計(jì)的研究，對既有結(jié)構(gòu)增加廣告牌后的影響研究較少，本文通過使用有限元分析軟件，對兩種典型既有通信鐵塔進(jìn)行增掛廣告牌模擬計(jì)算，并對增掛廣告牌后鐵塔的特性變化進(jìn)行分析研究，確定最適宜的增掛方案，可作為類似工程的參考。

關(guān)鍵詞：廣告牌，單管式鐵塔，格構(gòu)式鐵塔，基礎(chǔ)

引言

通信鐵塔桿塔資源的共享利用符合綠色節(jié)能的發(fā)展方向，其中附掛廣告牌占比最高。廣告牌的樣式對桿塔的受力狀態(tài)影響較大。針對平板式和圓筒式廣告牌，分析廣告牌不同樣式對桿塔承載力的影響;針對桿體增設(shè)不同透風(fēng)系數(shù)的廣告牌，分析廣告牌透風(fēng)系數(shù)對整體結(jié)構(gòu)受力性能的影響;針對廣告牌不同的高寬比，分析高寬比對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。分析后可知，圓筒式廣告牌對原塔體結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響更小;增設(shè)的廣告牌透風(fēng)系數(shù)與內(nèi)力增加值負(fù)線性相關(guān);廣告牌高寬比越大，對塔體內(nèi)力影響越小。

1通信鐵塔分類

可用于改造增掛廣告牌的高聳通信鐵塔按結(jié)構(gòu)類型主要分為單管式和格構(gòu)式兩種，單管式通信塔與鋼管電力塔相似，屬于高聳懸臂類結(jié)構(gòu);格構(gòu)式通信塔包含角鋼塔、增高架、三管塔及其他形式的多管塔等，構(gòu)件多，剛度較大，既有通信鐵塔在滿足正常使用條件下，對允許新增的廣告牌等額外荷載控制較為嚴(yán)格，通過有限元軟件分析既有單管式塔和三管格構(gòu)式塔在增掛廣告牌后對自身應(yīng)力、變形等特性的影響，以尋求兩種類型鐵塔改造增加廣告牌最適宜的方案。

2廣告牌樣式對單管塔結(jié)構(gòu)承載力影響分析

以《中國鐵塔股份有限公司通信鐵塔標(biāo)準(zhǔn)圖集V1.3》中40m單管塔DGT（C）-40-0.45-3PT5為算例，對比分析增加平板式和圓筒式廣告牌對原塔體結(jié)構(gòu)承載力的影響。單管通信塔DGT（C）-40-0.45-3PT5幾何參數(shù)為：塔體總高40m，塔頂口徑為600mm，塔底口徑為1170mm，塔體由4段插接連接，段長分別為11500mm、9743mm、9976mm、10059mm。計(jì)算參數(shù)：基本風(fēng)壓為0.45kN/m2，抗震設(shè)防烈度為8度，地面粗糙度類別為B類，設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。擬增廣告牌投影面積為5m2。增設(shè)不同類型廣告牌塔體內(nèi)力對比如表1所示。由表1計(jì)算得到，增設(shè)平板式廣告牌使得塔腳彎矩增加10.07%，塔腳剪力增加12.38%，桿體最大應(yīng)力增加10.44%，地腳螺栓應(yīng)力增加10.1%;增設(shè)圓筒式廣告牌使得塔腳彎矩增加7.36%，塔腳剪力增加9.05%，桿體最大應(yīng)力增加7.69%，地腳螺栓應(yīng)力增加7.35%.相同投影面積下，增設(shè)圓筒式廣告牌比增設(shè)平板式廣告牌內(nèi)力增幅減小約27%，圓筒式的廣告牌對原塔體結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響更小。

3單管式鐵塔增掛廣告牌計(jì)算

使用中國鐵塔《通信鐵塔標(biāo)準(zhǔn)圖集V1.3》中DGT（C）-35-0.45-3PT3塔型作為計(jì)算示例，塔高35m，分4段塔身插接，Q345鋼材，頂部塔徑450mm，底部塔徑1120mm。采用有限元分析軟件SAP2000進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)計(jì)算，取50年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓0.45kN/m2，地面粗糙度B類，為了顯示增掛廣告牌后鐵塔本身特性的變化，選取13組尺寸、透風(fēng)率、中心掛載高度、掛載方式各有不同的廣告牌進(jìn)行計(jì)算對比。其中對于長邊較長的廣告牌，可分為長邊與塔身軸線平行或長邊與塔身軸線垂直兩種掛置方式，廣告牌風(fēng)荷載簡化為多個(gè)集中力等距施加到塔身，中國鐵塔聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)通過風(fēng)洞試驗(yàn)對塔桅風(fēng)荷載進(jìn)行了相關(guān)研究，對格構(gòu)式鐵塔風(fēng)荷載計(jì)算中的阻尼比、單管式塔的側(cè)移指標(biāo)都有了調(diào)整。參考中國鐵塔技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《通信鐵塔技術(shù)要求（試行）（V1.2）》中的規(guī)定，以風(fēng)荷載為主的標(biāo)準(zhǔn)組合下，單管式塔頂部的水平位移不應(yīng)大于塔高的1/33，即1060mm，地腳螺栓拉力比可按不超過0.95控制。

4基于嵌入式技術(shù)的智能廣告牌系統(tǒng)的實(shí)踐步驟

根據(jù)智能廣告牌系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)方案中應(yīng)當(dāng)包含無線通信、客戶端、主控端和節(jié)點(diǎn)若干個(gè)。用戶可以在用戶端對電子廣告牌系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及設(shè)置，使用方便，節(jié)省了人工成本。該系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)智能廣告牌，主控端基于嵌入式技術(shù)，能夠與客戶端及節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程通信。節(jié)點(diǎn)主要用于和主控端通信，同時(shí)直接控制廣告牌顯示屏。此外，智能廣告牌顯示屏能夠顯示多種圖案，美觀度高，能夠重復(fù)利用。具體可以分為以下幾個(gè)實(shí)踐步驟。（1）基于嵌入式技術(shù)的智能廣告牌系統(tǒng)的需求分析。通過對廣告牌行業(yè)市場的行情分析，對商家、銷售者、消費(fèi)者進(jìn)行調(diào)研、問卷調(diào)查、面對面交流，找出他們對該系統(tǒng)的需求，分析系統(tǒng)的可行性。（2）對智能廣告牌測控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及研究。通過對目前嵌入式ARM技術(shù)的最新技術(shù)研究，找到適合本系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)，并對該平臺的總體物理架構(gòu)、總體功能模塊和關(guān)鍵技術(shù)展開研究，并給出實(shí)施方案。（3）對系統(tǒng)移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)及研究。對手機(jī)終端進(jìn)行設(shè)計(jì)及研究，開發(fā)出一個(gè)控制系統(tǒng)的界面，方便用戶對廣告牌進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制。（4）對廣告牌顯示系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及研究。廣告牌顯示系統(tǒng)采用電子顯示屏，多為圖形點(diǎn)陣模式。圖形點(diǎn)陣應(yīng)用廣泛，能夠顯示豐富的信息內(nèi)容，應(yīng)用場合較多。廣告牌顯示屏與節(jié)點(diǎn)直連，每個(gè)廣告牌顯示屏都對應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)直接控制顯示內(nèi)容。（5）對系統(tǒng)的無線通信傳輸技術(shù)進(jìn)行研究。基于嵌入式技術(shù)的智能廣告牌系統(tǒng)主要依賴兩方面的通信技術(shù)：短距離視頻通信和遠(yuǎn)距離的移動(dòng)通信技術(shù)，重點(diǎn)主要是對這些通信技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)終端、節(jié)點(diǎn)間的遠(yuǎn)程通信。

5格構(gòu)式鐵塔增掛廣告牌計(jì)算

1）原塔地腳螺栓強(qiáng)度冗余量較多，增掛廣告牌后整塔強(qiáng)度由塔底段的主桿穩(wěn)定性應(yīng)力比控制;2）總面積相同時(shí)，使用字體和單塊牌的形式，計(jì)算結(jié)果相同;3）與單管塔計(jì)算結(jié)果類似，廣告牌透風(fēng)率達(dá)到30%時(shí)，與降低3m掛高時(shí)的計(jì)算結(jié)果相近。由對比的結(jié)論可知，此35m三管塔最適宜的改造增掛方案為：1）在10m～25m高度范圍增掛總面積約30m2，且透風(fēng)率達(dá)到30%的字體或單塊牌;2）在15m～20m高度范圍增掛面積約30m2，長邊橫向放置的單塊牌。

結(jié)語

1）既有通信鐵塔塔身結(jié)構(gòu)均有一定的強(qiáng)度余量滿足于增掛廣告牌，增掛后單管塔整體強(qiáng)度由地腳螺栓拉力比控制，三管塔則由塔底段主桿穩(wěn)定性應(yīng)力比控制。2）廣告牌透風(fēng)率達(dá)到30%時(shí)與不透風(fēng)廣告牌降低3m掛高產(chǎn)生的風(fēng)荷載效應(yīng)相近，本文計(jì)算示例可作參考，具體的廣告牌增掛方案需根據(jù)實(shí)際塔型的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核確定。

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