Lidiar con las AAU 5G con sobrepeso: Cómo nosotros “Parche” la Torre: un estudio de caso de refuerzo intenso

Has tocado el punto doloroso. Estas AAU 5G? Déjame decirte, son la pesadilla de un ingeniero estructural. Esos tipos de planificación de RF, se darán palmaditas en el pecho en las reuniones y dirán, “es solo una caja mas, no pesado en absoluto!” Luego ejecutamos los números., y humo santo, solo una de esas AAU, con su soporte de montaje, tiene un área proyectada de carga de viento 40% más grande que las antiguas unidades separadas, y el peso se ha duplicado.

El diseño original era de 10 hace años que. En aquel entonces, la parte superior tenía tres delgadas antenas 2G, ligero como un tendedero. Ahora quieren colgar tres AAU, cada uno con una RRU voluminosa, o integrados. Esa sección superior de la torre, la relación de tensión (Cheque de unidad) disparo desde 0.6 a 1.4. Rojo. Defecto. un completo desastre.

A qué te dedicas? Derribar la torre y reconstruirla? El cliente tendría tu cabeza.. La única opción es el refuerzo.. Es como cuando los huesos de una persona no son lo suficientemente fuertes., te pones férulas, agregar pasadores de acero. A este tipo de trabajo lo llamamos “cirugía ortopédica.”

Esa torre en particular era de 60 metros., torre de celosía de tres tubos. la cima 5 metros, que llamamos el “sección superior” o “sección de pararrayos,” fue el problema. Los tubos de acero eran más pequeños y de paredes más delgadas., Diseñado originalmente para antenas de látigo livianas.. Ahora tenía que contener tres paneles grandes.. cuando sopla el viento, Todo ese momento de flexión se concentra justo en la base de esa sección superior., en el anillo de brida y los pernos de conexión.

Se nos ocurrieron dos soluciones y terminamos usando una combinación de ambas.. Déjame desglosarlo por ti:

Solución 1: Aros del cuerpo de la torre + Refuerzos de canal vertical – “Armadura para el flaco”

Este fue el principal refuerzo de carga.. No pudimos cortar y reemplazar los miembros principales de la pierna., lo que significaría reconstruir. Nuestro objetivo era compartir la carga..

1. La lógica central:
Suponga que el miembro de la pierna original era un tubo de acero., decir φ168×6. Su módulo de sección no fue suficiente.. Así que, soldamos dos canales, espalda con espalda, a lo largo del eje vertical firmemente contra el tubo existente. Por ejemplo, [12 canales – es decir, canales C12, 120mm de altura. Estos dos canales, Combinado con el tubo redondo original mediante soldadura intermitente., formar una sección compuesta.

Se trata de calcular el momento de inercia de la sección compuesta.. La inercia del tubo original es I_acero.. Agregando los dos canales, El eje neutro de la nueva sección compuesta se desplaza ligeramente., pero la inercia total I_combo aumenta significativamente. El aumento depende del tamaño del canal y de la confiabilidad de la conexión con el miembro original..

$$I_{\mathrm{do}\mathrm{la}\mathrm{metro}\mathrm{segundo}\mathrm{la}}\approx I_{st\mathrm{mi}\mathrm{mi}l}+2\ast (I_{\mathrm{do}h\mathrm{un}\mathrm{norte}\mathrm{norte}\mathrm{mi}l}+{\mathrm{UN}}_{\mathrm{do}h\mathrm{un}\mathrm{norte}\mathrm{norte}\mathrm{mi}l}\ast {\mathrm{re}}^2)$$Icombo​≈Iacero​+2∗(Icanal​+Acanal​∗d2)(en la formula, d es la distancia desde el centroide del canal hasta el eje neutro general de la sección compuesta. Este cálculo es tedioso.; Generalmente modelamos la sección directamente en el software FEA.. Pero para una estimación rápida, esta fórmula muestra que el efecto proviene principalmente del término d²: cuanto más lejos coloques el material del centro, cuanto mejor.)

Los canales actúan como “refuerzos,” convirtiendo efectivamente un “brazo delgado” en un “brazo grueso,” y con bridas, aumentando considerablemente la capacidad de flexión.

2. Cómo solucionarlos? – Los aros son clave!
No basta con soldar los canales verticales. La fuerza proviene de las antenas., a través de la plataforma, a la pierna. Si los canales solo están soldados a la pata, la deformación local de la pierna podría romper las soldaduras. Usted debe, a intervalos, use aros para unirlos firmemente, como una banda de acero que sujeta un manojo de palos.

En la parte inferior de la sección superior, donde el momento flector fue mayor, colocamos aros cada 1.5 metros. Estos aros estaban hechos de (lo adivinaste) canales., pero doblado en un arco. tomamos [10 canales y los dobló en una prensa hidráulica especializada para que coincidan con la sección transversal triangular de la torre. Luego, estas secciones curvas se colocaron alrededor de las tres patas principales., cerrando tanto las patas originales como los nuevos canales verticales.

Estos aros fueron soldados continuamente. Después de soldar, las tres patas originales, además de los nuevos canales verticales, Todos fueron integrados por estos aros en una estructura híbrida de armazón espacial altamente rígida.. La fuerza viaja desde la pierna hasta el aro., y el aro lo redistribuye a los refuerzos de canal adyacentes. Todos comparten la carga.

Solución 2: Refuerzo de bridas y áreas de juntas – “Colocar un yeso en la articulación”

El cuerpo de la torre está fijo., pero la fuerza eventualmente necesita transferirse a la sección siguiente. Un enorme anillo de brida y docenas de pernos de alta resistencia conectan las secciones superior e inferior.. Tuvimos que revisar esta área..

1. Refuerzo de brida: La brida original en la base de la sección superior era un anillo de acero grueso.. Bajo un momento de flexión significativo, la propia brida podría deformarse, o “urdimbre.” Soldamos placas de refuerzo triangulares debajo de la brida. (en el interior), justo encima del punto de conexión a la sección inferior. Estas nervaduras se soldaron por un lado a la parte inferior de la brida y por el otro lado a la pata de la torre y a los nuevos canales verticales.. Esto aumentó drásticamente la rigidez de la brida., evitando que se doble como el borde de una sartén.

2. Verificación del grupo de pernos: Este fue el control central.. El momento flector M que actúa sobre la brida se traduce en fuerzas de tracción sobre los pernos.. Los pernos de un lado están tensos, Los pernos del otro lado están comprimidos. (la compresión se transfiere directamente a través del contacto de la brida). La fórmula que utilizamos:

$$T_{\mathrm{metro}\mathrm{un}X}=\frac{\mathrm{METRO}\ast y_{\mathrm{metro}\mathrm{un}X}}{\sum y_{\mathrm{yo}}^2}$$Tmáx​=∑yi2​M∗ymáx​

Esto calcula la fuerza de tracción máxima T_max en el perno más externo.. y_max es la distancia desde el perno más externo al eje neutro, y y_i es la distancia de cada perno al eje neutro. Si esta fuerza excede la capacidad permitida del perno (por ejemplo, para un grado 8.8 perno m24, la capacidad de tracción es aproximadamente 0.8 * f_yb * a_e, tal vez alrededor de 180kN), entonces necesita actualizar a pernos de alta resistencia o aumentar la cantidad de pernos.

Para ese proyecto, Nuestros cálculos mostraron que los pernos M24 originales eran marginales., sin margen. Recomendamos al cliente, ya que ya estábamos haciendo trabajo caliente, reemplace todos los pernos de conexión con Grado 10.9 pernos m27. Los valores de torque tuvieron que ser recalibrados, saltando desde los ~800 N·m originales hasta muy por encima 1100 Nuevo Méjico. El sonido de la pistola de torsión en esos pernos era diferente: un profundo, Un ruido sordo que se sintió tranquilizador..

Pozos y soluciones durante la construcción

El plan fue establecido, pero como haces el trabajo? Trabajo a gran altura, soldadura, riesgo extremadamente alto.

1. Descarga Temporal: No se puede soldar mientras las antenas estén encendidas.. La torre se balancea; una soldadura que se enfría se agrietará por la tensión. Planificamos esto en dos pasos.. Primero, solicitar un corte de energía durante la noche y la remoción de la antena. Utilice una grúa para bajar al suelo esas preciosas AAU y RRU.. Deja solo el poste desnudo encima. esto se llama “descarga.”

2. Posicionamiento y Soldadura: Torre vacía, sin influencia. Nuestra tripulación sube. Suelde por puntos los canales verticales en su lugar, luego soldar de abajo hacia arriba. Los soldadores deben estar certificados., específicamente para trabajos a gran altura. Utilice electrodos de bajo hidrógeno., como E5015, horneado en seco previamente y conservado en hornos portátiles. Las soldaduras deben estar llenas., sin socavar, porosidad, o inclusión de escoria. el supervisor (a mí) sube y revisa cada uno con un medidor de soldadura.

3. Cierre de aro: Lo más difícil fue la unión final de cada aro.. tres patas, tres caras; el aro es un anillo completo. ¿Cómo lo instalas?? tiene que estar segmentado. Cortamos cada aro en tres segmentos., soldar placas de conexión en cada extremo. In situ, Primero soldamos por puntos estos tres segmentos en las patas y los refuerzos.. Entonces, Apretamos las placas de conexión con pernos de alta resistencia.. Finalmente, Soldamos el espacio entre las placas de conexión y los segmentos del aro para cerrarlos.. Esto aseguró la fuerza de sujeción del aro y al mismo tiempo resolvió el problema de instalación..

4. Re-colgado y aceptación: Refuerzo hecho, retocar la pintura, deja que se cure. Luego vuelva a colgar las antenas exactamente como antes., además de cualquier nuevo planificado. Finalmente, utilizar una estación total para medir la verticalidad de la torre y su amplitud de balanceo con viento suave. Ingrese los datos en el modelo para compararlos.. Sólo cuando coincide se acepta el trabajo.

Una última palabra honesta: Este tipo de refuerzo no es una panacea mágica. Sólo resuelve las deficiencias de fuerza locales.. Si toda la base de la torre está inclinada, nada de lo que hagas arriba importa. Pero en este caso, usando canales y aros, Convertimos la cima de una torre condenada en una “chico duro” capaz de manejar cargas pesadas 5G. El cliente ahorró millones en el reemplazo de la torre, y nos ganamos nuestra reputación. Así sobrevivimos los ingenieros de campo: resolviendo cosas entre los escombros, Uso de acero y varillas de soldadura para dar una segunda vida a la red de comunicación..