РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЧТ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ : РОЗРАХУНОК І ПРОЕКТУВАННЯ щогл МОБІЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ З УРАХУВАННЯМ ХАРАКТЕРНИХ ДЕФЕКТІВ І УШКОДЖЕНЬ

Краткое описание

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

На правах рукописи

МЕЖИНСКАЯ ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА

УДК 624.014:624.97

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЧТ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ

05.23.01 строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертация на соискание научной степени
кандидата технических наук

Научный руководитель
Губанов Вадим Викторович
кандидат технических наук, доцент

Идентичность всех экземпляров диссертации заверяю
ученый секретарь
специализированного ученого совета Д 12.085.01 Я.В. Назим

Макеевка‒2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 4
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА МАЧТ.. 10
1.1 Развитие конструктивных форм мачт. 10
1.1.1 Развитие конструктивных форм мачт теле- и радиосвязи. 10
1.1.2 Общие технологические требования к опорам мобильной связи. 16
1.1.3 Конструктивные особенности современных мачт мобильной связи. 17
1.2 Развитие методов расчета мачт. 21
1.2.1 Методы расчета нагрузок. 22
1.2.2 Особенности расположения мачт мобильной связи и влияние на величину ветрового давления на конструкции. 25
1.2.3 Параметры технологического оборудования. 27
1.2.4 Расчет предварительных напряжений оттяжек. 28
1.2.5 Расчет мачт на устойчивость. 30
1.2.6 Динамический расчет мачт. 30
1.3 Анализ опыта эксплуатации мачт мобильной связи в Украине. 31
1.4. Цели и задачи диссертационной работы.. 35
1.5 Выводы по разделу 1. 36
РАЗДЕЛ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЧТ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 39
2.1 Разработка методики исследования мачт мобильной связи. 40
2.2 Результаты натурных исследований конструкций. 42
2.3 Анализ и классификация дефектов и повреждений мачт мобильной связи. 42
2.4 Выводы по разделу 2. 60
РАЗДЕЛ 3. МЕТОДИКА СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА МАЧТ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.. 62
3.1 Разработка программного комплекса расчета мачт. 62
3.1.1 Расчет предварительных натяжений оттяжек. 62
3.1.2 Разработка методики расчета мачт на устойчивость. 74
3.1.3 Разработка методики расчета динамических характеристик мачт. 76
3.2 Численные исследования действительной работы мачт мобильной связи с учетом их конструктивных особенностей и условий эксплуатации. 78
3.2.1 Планирование эксперимента и анализ влияния конструктивных параметров на напряженное состояние мачт. 79
3.2.2 Определение рациональной формы ствола. 82
3.2.3 Определение критических расчетных направлений ветра. 88
3.2.4 Определение критических сочетаний нагрузок. 89
3.2.5 Исследование параметров оттяжек. 90
3.2.6 Влияние вертикального температурного удлинения ствола на прочность оттяжек и деформативность конструкции. 101

Список литературы

1. Выполнены натурные исследования 27 мачт мобильной связи на основании разработанной методики исследования, анализ и классификация их дефектов и повреждений. Установлено, что наиболее распространенными общими несовершенствами являются: отклонения ствола от вертикальной оси до 1/80 высоты ствола, поворот сечения ствола в горизонтальной плоскости на угол до 30°, отклонения оттяжек от проектного положения в горизонтальной плоскости на угол до 10°, отклонения оттяжек от проектного положения в вертикальной плоскости на угол до 12°, отличия фактических величин предварительных напряжений от значений, указанных в проекте, до 50%.
2. Совершенствована методика статического расчета мачт мобильной связи на основании выполнения численных экспериментов в разработанном программном комплексе. Получены рациональные уровни предварительных напряжений оттяжек (2,5−95МПа) и диаметров канатов (12−16,5мм). Установлено, что расчетным является направление ветра на оттяжку. Рациональной моделью оттяжки является гибкая нить. Сочетание гололедно-ветровой нагрузки и соответствующего температурного воздействия не является критическим ни из условия прочности оттяжек, ни из условия жесткости ствола. Вертикальное температурное удлинение ствола следует учитывать лишь при расчете монтажных натяжений (отсутствии ветра и температуре ±40°С). При выполнении расчетного цикла достаточно выполнения одного шага итерации. Потеря общей устойчивости мачт мобильной связи не является критической, так как участки между закреплениями оттяжек являются стержнями малой гибкости (λ принимает значения от 40 до 100).
3. Установлены скорости ветра над поверхностями опорных зданий мачт мобильной связи по оси «в центре» при углах действия ветра от 0° до 45° и для положения измерительного прибора «на диагонали» при углах действия ветра от 0° до 180° с шагом 15° по результатам выполнения эксперимента в аэродинамической трубе. Максимальные увеличения скоростей ветра над поверхностью здания возникают по оси «в центре» при угле действия ветра θ=45°, по оси «на диагонали» при угле действия ветра θ=180° и составляют 15%. На основании полученных результатов разработана методика расчета ветрового давления на опоры мобильной связи, расположенные на покрытиях зданий.
4. Сформулированы рекомендации по диагностике и оценке технического состояния мачт на основе выполнения численных исследований по изучению влияния выявленных несовершенств на НДС конструкций по совершенствованным расчетным методикам. Установлено, что: а) отклонение вертикальной оси ствола от проектного положения менее, чем 1/200 высоты, допустимы; б) при наличии поворота сечений секций ствола в горизонтальной плоскости φ необходимо уточнять НДС элементов; в) отклонения оттяжек от проектного положения в горизонтальной плоскости γ1 менее, чем 2°, допустимы; г) отклонения оттяжек от проектного положения в вертикальной плоскости γ2 менее, чем 2°, допустимы; д) отклонения величин предварительных напряжений оттяжек от значений, указанных в проекте, допускается на величину не более 10%. При наличии дефектов, которые превышают указанные допустимые значения, рекомендуется уточнять НДС конструкций, пользуясь специальными графиками.
5. Сформулированы рекомендации относительно рациональных конструктивных решений мачт мобильной связи на основе численных исследований, выполненных по совершенствованным методикам расчета. Необходимое число уровней оттяжек для мачт высотой от 10 до 16 м составляет 2, от 16 до 32 м ‒ 3, от 32 до 48 м ‒ 4, от 48 до 80 м ‒ 5, рациональные углы наклона оттяжек к вертикали ‒ 30°‒60°, диаметры канатов ‒ 12‒14мм, величины предварительного напряжения ‒ от 2,5 до 95 Мпа, тип решетки ‒ треугольная с распоркой, расстояние между поясами ствола для мачт высотой от 10 до 32м ‒ 300мм, от 32 до 48 м ‒ 450 мм, от 48 до 80 м ‒ 450 мм, соотношение первого и второго пролетов между закреплениями оттяжек ‒ 1,5 ‒ 1,7.
6. На основе результатов выполнения диссертационной работы определены области дальнейших исследований мачт мобильной связи: изучение работы узлов с учетом наличия наиболее распространенных несовершенств, конструктивных параметров и условий эксплуатации мачт мобильной связи, исследования динамического поведения конструкций на основе применения теоретических и экспериментальных методов.

1. А. с. 112748 СССР МПК Е 04h 12/00. Мачта / Скворцов Н.Ф. (СССР). − №554782; заявл. 17.07.1956.
− №1295675/29−14; заявл. 03.1.1969.; опубл. 21.06.1971. Бюл. №20.
− №1206784/29-14; заявл. 29.12.1967.; опубл. 31.08.1971. Бюл. №26.
4. А. с. 317773 СССР МПК Е 04h 12/10. Мачта / Воеводин А.А. (СССР). − №1387802/29−14; заявл. 22.12.1969.; опубл. 13.01.1972. Бюл. №31.
− №1811450/29-33; заявл. 19.07.1972.; опубл. 34.04.1975. Бюл. №16.

11. Алехин А.М. Действительная работа антенных опор под действием гололедно-ветровых воздействий: диссертация кандидата технических наук: 05.23.01 / Алехин Андрей Михайлович. Макеевка, 2009. 198с.
12. Анохин Н.Н. Строительная механика в примерах и задачах. Ч. I. Статически определимые системы: Учеб. пос. / Анохин Н.Н. М.: Изд-во ACB, 1999. 335с.
13. Анохин Н.Н. Строительная механика в примерах и задачах. Ч. II. Статически определимые системы: Учеб. пос. / Анохин Н.Н. М.: Изд-во ACB, 2000. 464с.

18. Беленя Е.И. Предварительно напряженные несущие металлические конструкции / Беленя Е.И. М.: Стройиздат, 1975 414с.
19. Березняк Л.А. Исследование основных характеристик конструкций телевизионных и радиорелейных мачт и автоматизация их проектирования: автореф. дис. на соискание научн. степени канд. техн. наук: спец. 05.23.01 «Строительные конструкции» / Л.А. Березняк. Москва, 1979. 18с.
− М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959 − 543с.
21. Бошнякович А.Д. Механический расчет проводов и тросов линий электропередачи / Бошнякович А.Д. - Ленинград: «Энергия», 1971. 295с.

23. Бусько М.В. Совершенствование конструктивной формы металлических решетчатых башен ветроагрегатов: диссертация кандидата технических наук: 05.23.01 / Бусько Максим Владимирович. Макеевка, 2005. 217с.

−164.

29. Гольдштейн А. Выбор стальных канатов для висячих и вантовых строительных конструкций / А. Гольдштейн // Промышленное строительство и инженерные сооружения. 1968. - №2(51) с. 22−23.
30. Горохов Е.В. Аэродинамика электросетевых конструкцій / Горохов Е.В., Казакевич М.И., Шаповалов С.Н., Назим Я.В. Донецк: ДонНАСА, 2000. 332с.
−56.
32. Горохов Е.В. Испытания высотных сооружений на ветровые воздействия в аэродинамической трубе / Горохов Е.В., Васылев В.Н., Кузнецов С.Г., Назаров Г.А., Лозинский Э.А. // Вестник ДоНАСА. - 2009-4(78). C. 232−237.

36. Горохов Е.В. Оценка технического состояния эксплуатируемых строительных конструкций / Горохов Е.В., Рухович И.Р., Губанов В.В. / Мониторинг техногенной безопасности и обеспечение безаварийной эксплуатации зданий, сооружений и инженерных сетей / материалы Второго регион. совещ.− 17 мая 2000 г. Макеевка: ДонГАСА, 2004. С. 50 53.

38. Горохов Е.В., Губанов В.В. Износ в динамических гасителях колебаний / Матер. конф. "Современные строительные конструкции из металла и дерева". Одесса, 1995. 5 с.
−95.
40. Губанов В.В. К вопросу об инженерных методах определения ветровой реакции при обследовании / Губанов В.В., Гибаленко А.Н. // Вестник ДонГАСА, выпуск 99-6 (20) С. 44 46.
41. Губанов В.В. Анализ конструктивных решений и технического состояния мачт / Губанов В.В., Межинская И.В. // Металлические конструкции. 2011. ‒ Том 7. ‒ Вып. 2. С. 226−235.
−235.
− № 4. − Том 13 (2007). − C. 203−209.

45. Губанов В.В. Вопросы устойчивости мачт сотовой связи / Губанов В.В., Межинская И.В. // Вісник ДонНАСА [Матеріали VIII Міжнародної конференції молодих вчених, аспірантів і студентів] − Випуск 2009-5(79). − C. 3−6.
46. Губанов В.В. Диагностика щелевой коррозии в сварных решетчатых конструкциях / В.В. Губанов. ‒ Вестник ДонГАСА. ‒ Выпуск 98-4 (12) С. 70−75.
− 2008р. − Київ: Видавництво «Сталь», 2008. - C. 133-138.
48. Губанов В.В. К вопросу усталостной долговечности в условиях ветрового нагружения / Ресурсосберегающие технологии в проектировании конструкций и технологических процессов / В.В. Губанов, Д.В. Левченко // Сб. науч. тр. Макеевка, 1995. т.3. C. 2.
49. Губанов В.В. К вопросу усталостной долговечности в условиях ветрового нагружения / Ресурсосберегающие технологии в проектировании конструкций и технологических процессов / В.В. Губанов, Д.В. Левченко // Сб. науч. тр. Макеевка, 1995. т.3. 2 с.
50. Губанов В.В. Некоторые проблемы диагностики и оценки технического состояния строительных конструкций / Губанов В.В. // Современные проблемы строительства / Ежегодный научно-технический сборник. Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО «Лебедь», 2001. С. 2225.

52. Губанов В.В. Определение величины предварительного напряжения и площади поперечного сечения оттяжек для мачт высотой до 50 м / Губанов В.В., Межинская И.В. // Збірник тез доповідей й повідомлень VI Міжнародної наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів, Макіївка. 2007. − C. 9.
53. Губанов В.В. Особенности и характеристики повреждаемости дымовых труб на оттяжках / Губанов В.В., Голиков А.В., Межинская И.В. // Вестник ДонНАСА. − Выпуск 2007−6(68). − C. 8−12.
54. Губанов В.В. Планирование обслуживания высотных сооружений на основе стоимостных показателей / Губанов В.В. // Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. К.: Вид-во «Сталь», 2009, випуск 4 С. 79−88.
55. Губанов В.В. Расчет трубчатых стержней башен на аэродинамическую неустойчивость / Губанов В.В., Удод Ю.Н., Чебурей Д.В. // Металлические конструкции. 2011. Том 17 Номер 2. − C. 135−142.
56. Губанов В.В. Совершенствование методики расчета ветрового давления на конструкции мачт сотовой связи с учетом особенностей их расположения на крышах зданий / Губанов В.В., Межинская И.В. // Металлические конструкции. 2012. ‒ Том 18. ‒ №2. С. 147−157.
− 2012. ‒ Том 18. ‒ №1. С. 41‒48.
58. Губанов В.В. Совершенствование методов расчета и диагностики металлических мачт сотовой связи / Губанов В.В., Межинская И.В.// Збірник наукових праць українського інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. ‒ Вип. 9. ‒ К.: «Сталь», 2012. ‒ С. 177−192.
− C. 253−259.
− №2010, №4, том 6. − C. 193−200.
61. Губанов В.В. Экспериментальное определение аэродинамических коэффициентов секции башни с фидерами / Губанов В.В., Удод Ю.Н. // Вестник ДонНАСА. Выпуск 2011-3(89). C. 14-16.

64. Дарков А.В. Строительная механика [издание восьмое переработанное и дополненное] / Дарков А.В. Н.Н. Шапошников М.: Высшая школа, 1986. 608с.
−92. Оценка технического состояния стальных конструкций эксплуатируемых производственных зданий и сооружений / Государственный комитет Украины по делам архитектуры, строительства и охраны исторической среды (Госстрой Украины). - Издание официальное. К.: Государственный комитет Украины по делам архитектуры, строительства и охраны исторической среды, 1993. 47с.

−2009. Том 15. - №1. с. 23−29.
−157.

−37.
−31.

−Пресс, 2009. ‒ 200 с.
− Warsaw, 2009. − C. 185−192.
− Днепропетровск: ПДАБА, 2008. - №10.− C. 12−19.-Библиогр.: 22 назв.

84. Лейтес С.Д. Справочник по определению свободных длин элементов стальных констукций / Лейтес С.Д. - М.: ЦНИИПСК им.Н.П. Мельникова, 1963. 160с.
85. ЛИРА 9.4. Руководство пользователя. Основы. [учебное пособие] / [Стрелецкий Е.Б., Боговис .Е., Гензерский Ю.В. и др.] под ред. Городецкого А.С. К.: издательство «Факт», 2008. 164с.
86. Махинько А.В. Предложение по нормированию динамических ветровых загрузок на решетчатые опоры в ДБН В.1.2-2:2006. / Махинько А.В./Вісник ДоНАСА. Выпуск 2009-4(78). С. 22−28.

89. Махінько А.В. Надійність елементів металоконструкцій під дією випадкових змінних навантажень / А.В. Махінько // Надежность строительных конструкций. Работа научной школы проф. Пичугина С. Ф.: сборник научных трудов. Полтава: АСМИ, 2010. С. 5479.
90. Махінько А.В. Специфіка нормування базової швидкості вітру на опори зв’язку у провідних стандартах світу / А.В. Махінько // Зб. наук. пр. Полтава: ПолтНТУ, 2010. Вип. 2(27). С. 6875. (Серія «Галузеве машино- будування, будівництво»).
− C. 27−37.
− 576с.
93. Металлические конструкции. Конструкции зданий / [под. ред. Горева В.В.] М.: Высшая школа, 2002. 528с.

− М: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. 776 с.
− 776с.
97. Методика динамического расчета мачт на оттяжках/ Укрниипроектстальконструкция. Вып. УкрНИИПСК−661−3/−Киев, 1991. 31с.

−661−2/−Киев, 1991. 11с.
−661−1/−Киев, 1991. 51с.