天線擬靜力抗震試驗

王偉剛

移動通信是進行無線通信的現代化技術，這種技術是電子計算機與移動互聯網發展的重要成果。經過了數代的發展與進步，移動通信技術已經來到了5G時代，5G技術極大程度改變了人們的生活，全新的手機支付時代已經到來。

我國是全球地震多發國家之一，經常發生規模大，震級高的地震。地震發生之后，通信系統受損會加重同時通信量會急劇增加，這樣就很可能導致通信擁堵和接通量低，災區外與外界的通信嚴重受阻，無法為政府指揮救災帶來保障。地震的發生會破壞移動通信設備，如通信鐵塔，基站機房，天線等，耽誤搶險救災的最佳時機，使得人民的生命財產安全受到非常嚴重的威脅。研究地震對移動通信設備的影響是科研工作重點任務。

通信設備是移動通信系統中最重要的組成部分，其中任何一種設備的破壞都將影響整個通信系統的正常運行。板狀天線是移動通信設施的重要組成部分。板狀天線屬于定向天線，板狀天線是移動通信系統天線的一種，主要用于室外信號覆蓋。板狀天線在震后的功能狀態，將影響在其輻射范圍內的移動通信服務在震后是否可以正常使用。

本文針對地震對天線的影響開展研究。研究擬靜力作用下的天線本身和天線連接件是否發生變形破壞，通過分析天線及連接件的位移荷載曲線研究地震作用對天線的影響。

一、試驗概況

1.試件設計

本試驗采用的天線為廣東健博通科技股份有限公司設計板狀天線，電氣指標：KBT65DP18-0809DE。為研究天線抗震性能的影響，本實驗共設計了如下構件，材料為Q235鋼，詳細構造如圖1所示

圖 1試件尺寸及三視圖

2.試驗加載裝置及加載制度

該試驗加載裝置采用 MTS 電液伺服程控結構試驗機加載裝置如圖 2 所示。加載制度為水平單調加載，加載速度為0.2mm/s。由東華DH3816N靜態應變測試系統采集和記錄各測點的荷載和位移數據，采樣頻率2Hz，并實時記P-Δ曲線。

圖2 加載裝置圖

3.測點布置

位移計布置如圖3所示。其中，位移計D-21用于測量天線底部的水平位移，位移計D-23用于測量抱桿底部的水平位移，位移計D-25用于測量天線中部的位移，位移計D-27用于測量天線頂部的位移，位移計D-29用于測量抱桿頂部的位移。

圖3 測點布置

二、試驗現象

在加載初期，天線及其連接件有輕微晃動但無沒有明顯的變形；當加載時間進行6分26秒時，測點D-21位移達到5mm，測點D-23位移達到2mm，測點D-25位移達到43mm，測點D-27位移達到71mm，測點D-29位移達到54mm，加載力達到5.1kN，天線抱桿有輕微彎曲（圖4（a）），上支架機械臂無明顯變形，下支架無明顯變形，天線本身無明顯變形；當加載時間進行8分17秒時，測點D-21位移達到8mm，測點D-23位移達到4mm，測點D-25位移達到66mm，測點D-27位移達到110mm，測點D-29位移達到80mm，加載力達到6.9kN，天線抱桿有彎曲增大（圖4（b）），上支架機械臂輕微變形（圖4（c）），下支架無明顯變形，天線本身無明顯變形；當加載時間進行15分15秒時，測點D-21位移達到15mm，測點D-23位移達到15mm，測點D-25位移達到153mm，測點D-27位移達到260mm，測點D-29位移達到217mm，加載力達到7.8kN，天線抱桿嚴重彎曲（圖4（d）），上支架機械臂明顯變形（圖4（e）），下支架輕微變形（圖4（f）），天線本身無明顯變形。

圖4 天線結構的破壞形態

三、試驗結果分析

1.荷載位移曲線

選用前文所述的五個測點繪制位移荷載曲線如圖5所示，因本試驗最終以抱桿底部屈服而試驗結束，所以重點研究抱桿底部的位移荷載曲線。

圖5 荷載位移曲線

2.單調加載荷載位移曲線的特征值的確定

根據《建筑抗震試驗方法規程》（JGJ／T101-2015）中的規定，試件承受的極限荷載Pmax及相應變形Δmax取試件的P-Δ曲線上荷載最大時的相應荷載和位移；由于組合墻試件的P-Δ曲線沒有明顯屈服點，采用骨架曲線能量等效面積法確定屈服荷載Py、屈服位移Δy，具體方法是：如圖6所示，過最大荷載Pmax作水平線，由原點O作割線與該水平線交于A點，使得面積①與面積②相等；過A點作垂線與P-Δ曲線交于B點，則B點相應的荷載與位移即為屈服荷載Py和屈服位移Δy。

圖6 面積等效法

3.試驗數據處理結果

將抱桿底部的水平位移試驗數據進行分析處理，可得該試件的最大承載力Pmax＝7.82kN及相應位移Δmax＝14.6mm；屈服荷載Py＝6.4kN和相應屈服位移Δy＝4.9mm。

四、結論

1.單調加載下的荷載位移曲線可以分為上升和水平兩個階段，反映出構件在加載過程中經歷了彈性階段和屈服階段。荷載位移曲線光滑，沒有明顯的拐點。

2.隨著力的逐漸加載直到試驗完成，天線上部的機械臂變形明顯，下部機械臂無明顯變形；抱桿隨著力的加載逐漸彎曲直至抱桿底部屈服，天線本身無任何破壞。

3.天線及其組合件的抗震性能較好，天線機械臂牢固，未發生斷裂破壞；抱桿的屈服強度較高，滿足抗震要求；天線未受破壞也未脫落，可以減少經濟損失。