Hanteer oorgewig 5G AAU's: Hoe ons “Pleister” die toring – 'n Gevallestudie van harde kernversterking

Jy het die seer plek getref. Hierdie 5G AAU's? Laat ek jou vertel, hulle is 'n strukturele ingenieur se nagmerrie. Daai RF beplanning ouens, hulle sal in vergaderings op hul bors klop en sê, “Dit is net nog een boks, glad nie swaar nie!” Dan loop ons die nommers, en heilige rook, net een van daardie AAU's, met sy monteerbeugel, het 'n windlas geprojekteerde area 40% groter as die ou aparte eenhede, en die gewig het verdubbel.

Die oorspronklike ontwerp was van 10 jare gelede. Destyds, die bokant het drie skraal 2G-antennas gehad, lig soos 'n wasgoeddraad. Nou wil hulle drie AAU's hang, elk met 'n lywige RRU, of geïntegreerde. Daardie boonste gedeelte van die toring, die stresverhouding (Eenheidstoets) geskiet van 0.6 om 1.4. Rooi. Misluk. 'n Volle gemors.

Wat doen jy? Skeur die toring af en herbou? Die kliënt sal jou kop hê. Die enigste opsie is versterking. Dit is soos wanneer 'n persoon se bene nie sterk genoeg is nie, jy sit spalke op, voeg staalpenne by. Ons noem hierdie soort werk “ortopediese chirurgie.”

Daardie spesifieke toring was 'n 60-meter, drie-buis tralietoring. Die top 5 meter, wat ons die noem “boonste gedeelte” of “weerligstraal afdeling,” was die probleem. Die staalbuise daar was kleiner en dunnerwandig, oorspronklik ontwerp vir liggewig sweep antennas. Nou moes dit drie groot panele hou. Wanneer die wind waai, al daardie buigmoment word reg aan die basis van daardie boonste gedeelte gekonsentreer, op die flensring en verbindingsboute.

Ons het met twee oplossings vorendag gekom en uiteindelik 'n kombinasie van albei gebruik. Laat ek dit vir jou afbreek:

Oplossing 1: Toring Liggaam Hoepels + Vertikale kanaalversterkers – “Armor for the Skinny Guy”

Dit was die primêre lasdraende versterking. Ons kon nie die hoofbeenlede sny en vervang nie, wat herbou sou beteken. Ons doel was om lading te deel.

1. Die kernlogika:
Gestel die oorspronklike beenlid was 'n staalbuis, sê φ168×6. Die seksiemodulus daarvan was nie genoeg nie. Dus, ons het twee kanale gesweis, rug-aan-rug, langs die vertikale as styf teen die bestaande buis. Byvoorbeeld, [12 kanale – dit wil sê, C12 kanale, 120mm hoog. Hierdie twee kanale, gekombineer met die oorspronklike ronde buis deur intermitterende sweiswerk, vorm 'n saamgestelde afdeling.

Dit gaan alles oor die berekening van die traagheidsmoment van die saamgestelde seksie. Die oorspronklike buis se traagheid is I_steel. Voeg die twee kanale by, die nuwe saamgestelde gedeelte se neutrale as skuif effens, maar die totale traagheid I_combo neem aansienlik toe. Die verhoging hang af van die kanaalgrootte en die betroubaarheid van die verbinding met die oorspronklike lid.

$${\mathrm{ek}}_{c\mathrm{die}mb\mathrm{die}}\approx {\mathrm{ek}}_{steel}+2\ast ({\mathrm{ek}}_{ch\mathrm{\text{'}n}NNel}+A_{ch\mathrm{\text{'}n}NNel}\ast d^2)$$Icombo​≈Isteel​+2∗(Ichannel​+Aanaal​∗d2)(In die formule, d is die afstand vanaf die kanaal se sentroïed na die algehele neutrale as van die saamgestelde seksie. Hierdie berekening is vervelig; ons modelleer gewoonlik die afdeling direk in FEA-sagteware. Maar vir 'n vinnige skatting, hierdie formule wys die effek kom hoofsaaklik van die d² term – hoe verder jy die materiaal van die middel af plaas, hoe beter.)

Die kanale tree op as “verstywers,” effektief draai a “dun arm” in 'n “dik arm,” en met flense, die buigvermoë aansienlik verhoog.

2. Hoe om hulle reg te maak? – Hoepels is die sleutel!
Om net die vertikale kanale aan te sweis is nie genoeg nie. Die krag kom van die antennas, deur die platform, aan die been. As die kanale net aan die been vasgesweis is, plaaslike vervorming van die been kan die sweislasse skeur. Jy moet, met tussenposes, gebruik hoepels om hulle styf aanmekaar te bind, soos 'n staalband wat 'n bondel stokke bymekaar hou.

Op die onderste gedeelte van die boonste gedeelte, waar die buigmoment die hoogste was, ons het hoepels elke geplaas 1.5 meter. Hierdie hoepels is gemaak van – jy raai dit – kanale, maar in 'n boog gebuig. Ons het geneem [10 kanale en dit op 'n gespesialiseerde hidrouliese pers gebuig om by die driehoekige deursnee van die toring te pas. Hierdie geboë dele is dan om die drie hoofbene geplaas, wat beide die oorspronklike bene en die nuwe vertikale kanale omsluit.

Hierdie hoepels is deurlopend gesweis. Na sweiswerk, die drie oorspronklike bene, plus die nuwe vertikale kanale, is almal deur hierdie hoepels geïntegreer in 'n hoogs rigiede ruimtevakraam-hibriedstruktuur. Die krag beweeg van die been na die hoepel, en die hoepel herverdeel dit na die aangrensende kanaalverstevigers. Almal deel die las.

Oplossing 2: Flens en gewrigsarea versterking – “Gooi 'n Gips op die gewrig”

Die toringliggaam is vas, maar die mag moet uiteindelik oorgaan na die afdeling hieronder. Die koppeling van die boonste en onderste gedeeltes is 'n massiewe flensring en dosyne hoë-sterkte boute. Ons moes hierdie area nagaan.

1. Flens Versteviging: Die oorspronklike flens aan die basis van die boonste gedeelte was 'n dik staalring. Onder beduidende buigmoment, die flens self kan vervorm, of “warp.” Ons het driehoekige verstewingplate onder die flens gesweis (aan die binnekant), net bokant die verbindingspunt na die onderste gedeelte. Hierdie ribbes is aan die een kant aan die onderkant van die flens vasgesweis en aan die ander kant aan die toringpoot en die nuwe vertikale kanale. Dit het die styfheid van die flens dramaties verhoog, verhoed dat dit soos die rand van 'n pan gebuig word.

2. Boutgroepverifikasie: Dit was die kerntjek. Die buigmoment M wat op die flens inwerk, vertaal in trekkragte op die boute. Boute aan die een kant is in spanning, boute aan die ander kant is in kompressie (die kompressie word direk deur die flenskontak oorgedra). Die formule wat ons gebruik:

$$T_{m\mathrm{\text{'}n}x}=\frac{M\ast y_{m\mathrm{\text{'}n}x}}{\sum y_i^2}$$Tmaks​=∑yi2​M∗ymax​​

Dit bereken die maksimum trekkrag T_max op die buitenste bout. y_max is die afstand vanaf die buitenste bout na die neutrale as, en y_i is die afstand van elke bout na die neutrale as. As hierdie krag die toelaatbare kapasiteit van die bout oorskry (bv, vir 'n Graad 8.8 M24 bout, die trekvermoë is ongeveer 0.8 * f_yb * A_e, miskien ongeveer 180kN), dan moet jy óf opgradeer na hoësterkte boute óf die aantal boute vermeerder.

Vir daardie projek, ons berekeninge het getoon die oorspronklike M24-boute was marginaal, met geen kantlyn oor nie. Ons het die kliënt aanbeveel, aangesien ons reeds warm werk gedoen het, vervang alle verbindingsboute met Grade 10.9 M27 boute. Die wringkragwaardes moes herkalibreer word, spring van die oorspronklike ~800 N·m tot ver oor 1100 N·m. Die klank van die wringkraggeweer op daardie boute was anders – 'n diep, soliede slag wat gerusstellend gevoel het.

Putte en oplossings tydens konstruksie

Die plan is opgestel, maar hoe doen jy die werk? Hoë hoogte werk, sweiswerk, uiters hoë risiko.

1. Tydelike aflaai: Jy kan nie sweis terwyl die antennas aan is nie. Die toring swaai; 'n verkoelende sweislas sal kraak van die spanning. Ons het dit in twee stappe beplan. Eerste, aansoek doen vir 'n nagtelike kragonderbreking en antennaverwydering. Gebruik 'n hyskraan om daardie kosbare AAU's en RRU's grond toe te bring. Los net die kaal paal bo-op. Dit word genoem “aflaai.”

2. Posisionering en sweiswerk: Toring leeg, geen swaai nie. Ons bemanning gaan op. Kleefsweis die vertikale kanale in plek, sweis dan van onder na bo. Sweisers moet gesertifiseer wees, spesifiek vir hoë hoogte werk. Gebruik lae-waterstof elektrodes, soos E5015, vooraf droog gebak en in draagbare oonde gehou. Sweislasse moet vol wees, met geen ondersny nie, porositeit, of slak insluiting. Die toesighouer (ek) klim op en kontroleer elkeen met 'n sweismeter.

3. Hoepelsluiting: Die moeilikste deel was die laaste las van elke hoepel. Drie bene, drie gesigte; die hoepel is 'n volledige ring. Hoe installeer jy dit? Dit moet gesegmenteer word. Ons sny elke hoepel in drie segmente, sweis verbindingsplate aan elke kant. Ter plaatse, ons het eers hierdie drie segmente aan die bene en verstywers vasgesweis. Toe, ons het die verbindingsplate met hoësterkte boute vasgedraai. uiteindelik, ons het die gaping tussen die verbindingsplate en die hoepelsegmente toegesweis. Dit het die klemkrag van die hoepel verseker terwyl die installasieprobleem opgelos is.

4. Herhang en Aanvaarding: Versterking gedoen, raak die verf aan, laat dit genees. Hang dan die antennas weer presies soos voorheen, plus enige nuwes wat beplan word. uiteindelik, gebruik 'n totale stasie om die toring se vertikaliteit en sy swaai-amplitude in ligte wind te meet. Voer die data in die model in vir vergelyking. Eers wanneer dit ooreenstem, word die pos aanvaar.

'n Finale Eerlike Woord: Hierdie soort versterking is nie 'n magiese geneesmiddel nie. Dit los slegs plaaslike kragtekorte op. As die hele toring fondament kantel, niks wat jy doen maak nie saak nie. Maar in hierdie geval, gebruik van kanale en hoepels, ons het 'n veroordeelde toringtop in 'n verander “moeilike ou” in staat om swaar 5G-vragte te hanteer. Die kliënt het miljoene gespaar op 'n toringvervanging, en ons het ons reputasie verdien. Dit is hoe ons veldingenieurs oorleef – om dinge tussen die puin uit te vind, die gebruik van staal en sweisstawe om die kommunikasienetwerk 'n tweede lewe te gee.