
un completo 40 m Monopolo de acero tubular cónico Q345B evaluado bajo intensidad 8 carga sísmica rara utilizando tres rutas analíticas independientes: análisis estático equivalente, análisis del espectro de respuesta de superposición de modo, y análisis no lineal de historia-tiempo, comparado con el requisito de masa de participación modal de FEMA 365.
El propósito de este estudio es verificar la seguridad estructural de una torre de acero monopolo de comunicaciones típica sometida a movimientos sísmicos del suelo.. Se seleccionó un monopolo de telecomunicaciones representativo como objeto de estudio y se redujo a una idealización apropiada de elementos finitos mediante una simplificación estructural racional.. Refiriéndose a la intensidad 8 Requisitos poco comunes para terremotos especificados en los códigos de diseño chinos aplicables., El comportamiento sísmico de la estructura fue calculado y evaluado mediante tres rutas complementarias.: el método de análisis estático equivalente, el método del espectro de respuesta de superposición de modos, y el método no lineal de historia-tiempo. Luego se compararon los resultados obtenidos de las tres rutas de cálculo para identificar las diferencias entre los enfoques analíticos., y el desempeño sísmico general del monopolo de comunicación se evaluó a través de una síntesis integral de las respuestas calculadas..
El principal elemento portador de carga de una comunicación. torre monopolo Es un único tubo de acero en voladizo que es grande en la parte inferior y pequeño en la parte superior., con una sección transversal que varía gradualmente. Porque la altura de la estructura supera con creces su diámetro., la torre es un clásico rascacielos (esbelto) estructura. Al mismo tiempo, la relación diámetro-espesor de un monopolo torre de comunicaciones suele ser muy grande, entonces la estructura se comporta como una cáscara de paredes delgadas, y el desplazamiento lateral bajo cargas laterales como terremotos y viento es significativo. en adición, debido al peso propio de la torre y a la concentración de las masas de la plataforma en la parte superior, el efecto P-Δ del monopolo de comunicación es pronunciado y la respuesta estructural es fuertemente no lineal.
Debido a la capacidad limitada de las mesas vibratorias domésticas para simulación de terremotos, No es factible probar prototipos a gran escala de monopolos de comunicación en mesa vibratoria. En cambio, Código para el diseño de estructuras de gran altura. (GB 50135–2006), Código para Diseño Sísmico de Edificaciones (ES 50011–2010) y Código para el diseño de estructuras de torres y mástiles de acero para ingeniería de comunicaciones móviles (YD/T 5131–2005) Todos permiten determinar el comportamiento sísmico de un monopolo de comunicación mediante el método de elementos finitos.. Por tanto, este expediente documenta toda la cadena de verificación numérica., De la idealización geométrica a la conclusión de cumplimiento del código..

Parámetros titulares consolidados extraídos del modal, estático, Cálculos del espectro de respuesta y del historial temporal..
El modelo monopolo documentado aquí tiene una altura total del eje de la torre de 40 m y una masa de aproximadamente 10.1 t. La torre está fabricada en acero Q345.; la sección transversal del eje es un polígono de 12 lados y las conexiones de segmento son de tipo casquillo (telescópico) kg/mm². El cuerpo de la torre está dividido de arriba a abajo en cinco segmentos de torre., cada 8 m de largo.
| Parámetro | Valor | Unidad / Observación |
|---|---|---|
| Altura total del eje | 40 | metro |
| masa estructural | ≈10.1 | t |
| Grado del material | Q345B | Acero estructural |
| Forma de la sección transversal del eje | 12-polígono de lados | Cónico, grande en la base, pequeño en la parte superior |
| Tipo de conexión de segmento | Engarzado / telescópico | Contacto modelado, metro = 0.3 |
| Número de segmentos de torre | 5 | 8 m cada uno, longitud uniforme |
| Espesor del ala base | 30 | mm |
| Espesor del refuerzo del ala base | 10 | mm |
| Espesor del refuerzo del aro interior | 10 | mm |
| Espesor de la placa de refuerzo del segmento | 15 | mm |
El espesor de la pared del monopolo se clasifica en cinco pasos para que la capacidad de flexión aumente hacia la base., donde el momento flector bajo la acción sísmica lateral es mayor. segmentos 1 a 3 compartir un 8 mm de pared, segmento 4 se espesa a 10 mm y segmento 5, el segmento base, se espesa a 12 mm. Para fines de modelado, los tubos individuales se tratan como carcasas uniformes de sección transversal variable de igual espesor dentro de cada segmento., lo cual es consistente con la simplificación permitida por el código para este tipo estructural.
| Segmento | Posición | Longitud (metro) | Espesor de pared (mm) | Papel estructural |
|---|---|---|---|---|
| Segmento 1 | Parte superior | 8 | 8 | Zona de montaje de antena, demanda de momento más bajo |
| Segmento 2 | Medio-alto | 8 | 8 | Región de transición |
| Segmento 3 | Medio | 8 | 8 | Transferencia de flexión a media altura |
| Segmento 4 | Medio-bajo | 8 | 10 | Mayor resistencia a la flexión |
| Segmento 5 | Base | 8 | 12 | Región de momento máximo, zona de apertura del cable de alimentación |
De acuerdo con el Código para el diseño de estructuras de acero, las propiedades mecánicas del material adoptadas para el acero Q345B con un espesor de placa que no exceda 16 mm se resumen en la siguiente tabla. Los valores gobiernan la verificación de resistencia y la conclusión de la etapa elástica extraída al final de este análisis..
| Propiedad mecánica | Valor de diseño | Unidad | Aplicabilidad |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (F) | 310 | MPa | t ≤ 16 mm |
| Fuerza compresiva (F) | 310 | MPa | t ≤ 16 mm |
| Fuerza de flexión (F) | 310 | MPa | t ≤ 16 mm |
| Resistencia al corte (Fv) | 180 | MPa | t ≤ 16 mm |
| Resistencia del cojinete final (cepillado y apretado) | 400 | MPa | t ≤ 16 mm |
Verificación de utilización: La tensión calculada más alta en cualquier parte de la estructura es 142 MPa, cual es 45.8% del 310 Resistencia de diseño MPa de Q345B. Por lo tanto, la estructura permanece cómodamente dentro del rango elástico bajo Intensidad. 8 rara acción sísmica.
La cadena de verificación está anclada a tres estándares nacionales. Cada cláusula enumerada a continuación se utilizó para justificar una decisión de modelado específica., combinación de carga o criterio de aceptación aplicado dentro de este análisis.
| Estándar | Cláusula | Disposición aplicada |
|---|---|---|
| GB 50135–2006 | §3.0.7 | Máxima expresión de diseño de estado límite para estructuras de gran altura |
| GB 50135–2006 | §4.4.4 | Método del espectro de respuesta de superposición de modo para estructuras de gran altura. |
| ES 50011–2010 | §5.1.2 | Uso permitido del método de corte base para estructuras de hasta 40 m con masa y rigidez uniformes |
| ES 50011–2010 | §5.1.2 (historia-tiempo) | Selección de al menos dos acelerogramas registrados más un acelerograma artificial |
| YD/T 5131–2005 | General | Uso permitido del método de elementos finitos para establecer el desempeño sísmico monopolar |
| GB 50017 | tabla de materiales | Valores de resistencia de diseño Q345B para t ≤ 16 mm |
| FEMA 365 | Criterio de masa modal | La masa modal participante debe alcanzar 90% de masa estructural total |
Se utilizó un modelo de material isotrópico para representar el acero monopolar.. Para simular mejor el comportamiento de la estructura del eje principal., los componentes auxiliares de la torre - pararrayos, plataformas, escalera de torre y cuerda de seguridad: se simplificaron como elementos de masa agrupados. Los segmentos de la torre están conectados por enchufes., bridas o pernos internos, y las dimensiones estructurales y los espesores de material de los distintos tramos de tubo no son idénticos; Por lo tanto, cada uno se trata como un tubo uniforme de sección transversal variable de igual espesor dentro del segmento.. El modelo completo fue discretizado en 52,834 nodos y 50,147 elementos con un tamaño mínimo de elemento de 60 mm.
| Parámetro del modelo | Cantidad | Observación |
|---|---|---|
| Nodos totales | 52,834 | Incluyendo puntos de fijación de masa agrupada |
| Elementos totales | 50,147 | Caparazón, elementos solidos y rigidos |
| Tamaño mínimo del elemento | 60 mm | Refinado en aberturas y uniones soldadas. |
| Idealización material | isotrópico | Q345B en todas partes |
| Componentes auxiliares | Masa agrupada | Pararrayos, plataformas, escalera, cuerda de seguridad |
| Banda de frecuencia del solucionador | 1 – 50 Hz | Extracción de valores propios de Lanczos |
La precisión de una evaluación sísmica monopolar depende en gran medida de cómo se representan las uniones soldadas y encastradas.. Para los segmentos del eje se utilizaron elementos de placa y carcasa., los refuerzos del ala base, los refuerzos del aro interior y las placas de refuerzo, mientras que para la propia placa de brida base se utilizaron elementos macizos. Luego se idealizaron las uniones soldadas según su función mecánica., como se tabula a continuación.
| Conexión / Componente | Idealización | Tratamiento Numérico |
|---|---|---|
| Segmento 5 soldadura de brida a la base | Nodo compartido (atar) | Continuidad de desplazamiento total |
| Rigidizador de ala base a segmento 5 y brida | Nodo compartido (atar) | Continuidad de desplazamiento total |
| Rigidizador del anillo interior al segmento 5 | Nodo compartido (atar) | Continuidad de desplazamiento total |
| Placa de refuerzo para segmentar 5 | elemento rígido | Acoplamiento cinemático |
| Enchufe de segmento a segmento | Contacto superficial | Coeficiente de fricción μ = 0.3 |
| Carcasa del eje | Plato / elementos de concha | 4-shell de nodo, sección cónica |
| Placa de brida base | Elementos sólidos | 3D sólido, 30 MM GRISIÓN |
Se supuso que la conexión entre el monopolo y su base estaba fijada. En cada ubicación de perno de anclaje en la brida base, grados de libertad traslacionales en la X, Las direcciones Y y Z fueron restringidas. Se suponía que la base de la torre se asentaba sobre una base rígida.; como consecuencia, no se realizó ningún análisis de la profundidad de empotramiento de los pernos de anclaje ni de la capacidad de extracción, y se excluyeron del alcance los daños estructurales derivados del asentamiento de los cimientos o la licuefacción del suelo..
| Artículo de suposición | Valor / Condición | Justificación de la ingeniería |
|---|---|---|
| Condición de soporte base | Fijado | Idealización en voladizo |
| DOF restringido en los pernos de anclaje | incógnita, Y, traducción Z | Aplicado en cada posición de perno |
| Rigidez de la base | Rígido | Se excluye la interacción suelo-estructura. |
| Comprobación de empotramiento de pernos de anclaje | No realizado | Fuera del alcance de la evaluación de la superestructura |
| Liquidación / licuefacción | excluido | Peligro geotécnico no modelado |
| Relación de amortiguación (espectro y estática) | 3% | Según la práctica de estructuras de acero de gran altura |
Se utilizó el método Lanczos para extraer las formas modales y las frecuencias modales del monopolo dentro del rango de frecuencia de 1 a 50 Hz.. Porque la estructura monopolo es centrosimétrica., Existen modos de flexión simétricos en las direcciones X e Y., y el comportamiento dinámico se puede reducir al de una viga en voladizo fijada por un extremo y libre por el otro.. Las frecuencias modales resultantes se enumeran a continuación.; Los primeros cuatro modos de flexión en la dirección X definen la firma dinámica fundamental de la torre..
| Modo Forma Descripción | Dirección X (Hz) | Dirección Y (Hz) |
|---|---|---|
| 1modo de flexión st | 0.63 | 0.63 |
| 2Segundo modo de flexión | 2.96 | 2.97 |
| 3Tercer modo de flexión | 7.69 | 7.76 |
| 4º modo de flexión | 14.74 | 14.90 |
El factor de participación modal de un modo se define como la suma de los productos de cada masa concentrada y su coordenada correspondiente en ese modo., dividido por la masa principal (masa modal) del mismo modo. El factor de participación expresa el peso de una moda dentro de la respuesta global, y por lo tanto cuantifica la contribución de cada frecuencia a la respuesta estructural en una dirección específica. Según FEMA 365, la masa modal participante debe alcanzar 90% de la masa estructural total. Las masas participantes acumuladas calculadas aquí se enumeran a continuación.: los primeros seis modos ya se acercan 90% de la masa total, de modo que la combinación de seis modos es suficiente para representar el resultado completo de la superposición modal para esta torre.
| Orden del modo de dirección X | Misa modal participante (t) | Masa acumulada (t) | Porcentaje acumulado de 10.1 t |
|---|---|---|---|
| 1modo st | 4.765 | 4.765 | 47.2% |
| 2Segundo modo | 2.147 | 6.912 | 68.4% |
| 3tercer modo | 0.944 | 7.856 | 77.8% |
| 4décimo modo | 0.539 | 8.395 | 83.1% |
| 5décimo modo | 0.332 | 8.727 | 86.4% |
| 6décimo modo | 0.209 | 8.936 | ≈88,5% (cerca 90%) |
Conclusión: los primeros seis modos capturan aproximadamente 90% de la masa estructural total, satisfacer la FEMA 365 criterio de participación. Por lo tanto, se adopta una combinación de seis modos para el cálculo del espectro de respuesta..
Cláusula 3.0.7 GB 50135–2006 define la expresión de estado límite último que se utilizará en el diseño de estructuras de gran altura.. La forma general adoptada en este análisis es:
γG·SGE + γEh·SEhk + γEv·SEvk + ψwE·γw·Swk ≤ R / γRE
En esta expresión γGRAMO es el factor parcial para carga permanente; doEh y γev son los factores parciales para la acción sísmica horizontal y vertical respectivamente; dow es el factor parcial para la carga de viento, tomado como 1.4; SGE es el efecto del valor representativo de la carga gravitacional; STal vez es el efecto del valor característico de la acción sísmica horizontal; SEvk es el efecto del valor característico de la acción sísmica vertical; Ssemana es el efecto del valor característico de la carga de viento; pagnosotros es el factor de valor de combinación para la carga de viento en la combinación sísmica básica, que puede tomarse como 0.2; R es la resistencia; y γRE es el factor de ajuste sísmico para la resistencia, tomado como 1.0.
| Factor | Símbolo | Valor adoptado | Descripción |
|---|---|---|---|
| Factor de carga permanente | doGRAMO | 1.2 | Gravedad y peso propio |
| Factor sísmico horizontal | doEh | 1.3 | Acción sísmica horizontal |
| Factor sísmico vertical | doev | 0.5 | Acción sísmica vertical |
| Factor de carga de viento | dow | 1.4 | Acción característica del viento. |
| Factor de combinación de viento | pagnosotros | 0.2 | Combinación sísmica básica |
| Ajuste de resistencia sísmica | doRE | 1.0 | Aplicado a la resistencia estructural |
| Coeficiente de influencia sísmica | amáximo | 0.9 | Intensidad 8 rare earthquake, Site Class IV, Group 3 |
In accordance with Clause 5.1.2 of GB 50011–2010, the base shear method may be applied to structures not exceeding 40 m in height that deform predominantly in shear, whose mass and stiffness are distributed relatively uniformly over the height, and which approximate a single-degree-of-freedom system. The damping ratio for the communication tower was taken as 0.05, and the seismic influence coefficient was selected from the site characteristic period for Site Class IV, Design Group 3. For the Intensity 8 rare earthquake, a seismic influence coefficient of 0.9 was adopted. Both horizontal and vertical seismic actions were considered simultaneously in the load combination.
| Segmento | Max. Estrés (MPa) | Location of Max. Estrés | Max. Desplazamiento (mm) |
|---|---|---|---|
| Segmento 1 | 14 | Segmento 1 side wall | 348 |
| Segmento 2 | 31 | Segmento 2 side wall | 250 |
| Segmento 3 | 48 | Segmento 3 side wall | 149 |
| Segmento 4 | 53 | Segmento 4 side wall | 72 |
| Segmento 5 | 102 | Segmento 5 / reinforcement rib junction | 22 |
El análisis estático muestra un aumento monótono de la tensión desde el segmento superior. (14 MPa) al segmento base (102 MPa), consistente con la distribución del momento en voladizo. El desplazamiento disminuye hacia abajo desde 348 mm en la parte superior del segmento 1 a 22 mm en el segmento 5, lo que confirma que el método de corte base captura la respuesta de oscilación global dominada por el primer modo.
In accordance with Clause 4.4.4 de GB 50135–2006 y Cláusula 5.1.2 of GB 50011–2010, El método del espectro de respuesta de superposición de modos se puede utilizar para calcular la acción sísmica en estructuras de gran altura.. Tanto el método del espectro de respuesta como el método de corte de base pertenecen a la familia de métodos dinámicos del espectro de respuesta.: Utilizan el espectro de diseño estándar para tener en cuenta la respuesta de aceleración dinámica de la estructura causada por la aceleración del suelo durante un terremoto., y expresar el resultado como fuerzas de inercia sísmica equivalentes aplicadas a la estructura, convirtiendo así un problema dinámico en uno estático. El método del espectro de respuesta combina la respuesta sísmica de la estructura en diferentes modos., mientras que el método de corte base considera sólo la fundamental (primero) modo y, por lo tanto, es un método de cálculo simplificado.
| Segmento | Max. Estrés (MPa) | Location of Max. Estrés | Max. Desplazamiento (mm) |
|---|---|---|---|
| Segmento 1 | 44 | Segmento 1 side wall | 602 |
| Segmento 2 | 62 | Segmento 2 side wall | 428 |
| Segmento 3 | 83 | Segmento 3 side wall | 252 |
| Segmento 4 | 103 | Segmento 4 side wall | 120 |
| Segmento 5 | 142 | Segmento 5 / reinforcement rib junction | 37 |
Cuando se adopta el método tiempo-historia, Se seleccionarán no menos de dos conjuntos de registros de movimientos fuertes reales y un conjunto de curvas de aceleración-historia simuladas artificialmente de acuerdo con la categoría del sitio de construcción y el grupo sísmico de diseño.. En consecuencia, Se seleccionaron dos registros de movimiento fuerte y una onda sísmica sintética artificial para que coincidieran con la categoría del sitio., y la aceleración máxima de cada registro se escaló artificialmente para 0.49 gramo, Satisfacer el requisito de aceleración máxima para la intensidad. 8 raro análisis de historia-tiempo de terremotos en el código. Luego se utilizó el análisis no lineal de historia-tiempo para calcular la acción sísmica sobre la estructura., con la aceleración del terremoto en el tiempo-historia aplicada en los puntos de pernos fijos en la base de la estructura.
| No. | Tipo de sitio | Nombre de la onda sísmica | PGA de terremotos raros (gramo) | Hora de pico (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sitio medio rígido | El Centro | 0.4 | 2.12 |
| 2 | Sitio de suelo duro | Kōbe | 0.4 | 8.52 |
| 3 | Sitio de suelo blando | Onda sintética artificial | 0.4 | 11.80 |
La siguiente tabla informa la tensión máxima, el lugar en el que se desarrolla esa tensión máxima, y el desplazamiento máximo para cada segmento de la torre bajo cada uno de los tres movimientos del suelo de entrada. La tensión máxima en los tres casos ocurre en el mismo lugar: la abertura del cable de alimentación en la parte inferior del segmento. 5 — que establece este detalle como el eslabón débil rector de la estructura.
| Ola | Segmento | Max. Estrés (MPa) | Location of Max. Estrés | Max. Desplazamiento (mm) |
|---|---|---|---|---|
| El Centro | Segmento 1 | 8 | Segmento 1 side wall | 250 |
| Segmento 2 | 15 | Segmento 2 side wall | 180 | |
| Segmento 3 | 22 | Segmento 3 side wall | 104 | |
| Segmento 4 | 23 | Segmento 4 side wall | 51 | |
| Segmento 5 | 112 | Abertura del cable de alimentación en el segmento 5 abajo | 16 | |
| Kōbe | Segmento 1 | 5 | Segmento 1 side wall | 189 |
| Segmento 2 | 11 | Segmento 2 side wall | 131 | |
| Segmento 3 | 15 | Segmento 3 side wall | 131 | |
| Segmento 4 | 46 | Segmento 4 side wall | 38 | |
| Segmento 5 | 109 | Abertura del cable de alimentación en el segmento 5 abajo | 12 | |
| sintéticos artificiales | Segmento 1 | 13 | Segmento 1 side wall | 278 |
| Segmento 2 | 32 | Segmento 2 side wall | 196 | |
| Segmento 3 | 58 | Segmento 3 side wall | 157 | |
| Segmento 4 | 79 | Segmento 4 side wall | 98 | |
| Segmento 5 | 124 | Abertura del cable de alimentación en el segmento 5 abajo | 24 |
Las tres rutas analíticas produjeron resultados sistemáticamente diferentes.. La siguiente comparación establece los valores rectores uno al lado del otro para que el conservadurismo relativo de cada método sea transparente.. El método del espectro de respuesta arroja consistentemente la tensión y el desplazamiento más altos., seguido del método de corte de base estático, mientras que el análisis no lineal de historia-tiempo devuelve los valores más bajos porque captura la disipación de energía asociada con la no linealidad geométrica..
| Cantidad de respuesta | Estático (Corte base) | Espectro de respuesta | Historia del tiempo no lineal (Max) | Método de gobierno |
|---|---|---|---|---|
| Estrés máximo (MPa) | 102 | 142 | 124 | Espectro de respuesta |
| Desplazamiento máximo (mm) | 348 | 602 | 278 | Espectro de respuesta |
| Segmento 1 máximo. estrés (MPa) | 14 | 44 | 13 | Espectro de respuesta |
| Segmento 5 máximo. estrés (MPa) | 102 | 142 | 124 | Espectro de respuesta |
| Utilización del estrés vs.. 310 MPa | 32.9% | 45.8% | 40.0% | Todo abajo 100% |
| Elástico / comportamiento inelástico | Lineal | Lineal | Material + geométrico no lineal | Dependiente del método |
| Recuento de modos considerado | 1 (fundamental) | 6 (≈90% masa) | Todos (integración directa) | FEMA 365 criterio |
| Efecto P-Δ capturado | No | No | Sí | Solo historial de tiempo |
Porque el peso propio de la torre y las masas concentradas de la plataforma en la parte superior actúan a través de una estructura desplazada lateralmente., Se genera un momento P-Δ de segundo orden además del momento sísmico de primer orden.. La solución no lineal de historia-tiempo tiene en cuenta este efecto explícitamente., mientras que la ruta del espectro de respuesta lineal no puede. La siguiente comparación documenta la magnitud del efecto para la torre estudiada..
| Elemento de evaluación | Observación | Interpretación de ingeniería |
|---|---|---|
| Concentración de masa | Masas de plataforma y antena agrupadas en la parte superior. | Fuerza motriz P-Δ maximizada en la parte superior |
| Deriva máxima calculada | 278 mm bajo la ola artificial | Relación de deriva ≈ 1/144 de altura |
| Diferencia entre tensión lineal y no lineal. | 142 MPa frente a. 124 MPa | El resultado no lineal es menor, no más alto |
| El estrés tiempo-historia se dispersa en las ondas | 109 – 124 MPa | banda estrecha, sin amplificación desbocada |
| Conclusión general de P-Δ | No pronunciado | El efecto de segundo orden no rige el diseño. |
Descubrimiento: de acuerdo con los resultados no lineales de la historia del tiempo de los tres movimientos del suelo, el efecto P-Δ de la estructura monopolo seleccionada bajo Intensidad 8 La rara acción sísmica no es significativa.. La estructura responde esencialmente como un voladizo de primer orden., y la amplificación relacionada con la estabilidad no controla el diseño.
Los resultados del contorno de tensión muestran que la tensión máxima en la estructura se desarrolla en la abertura del cable de alimentación en la parte inferior del segmento de la torre. 5. Esta apertura interrumpe la trayectoria de carga continua de la carcasa., produciendo una concentración de tensión local que no está presente en otras partes del eje. Por lo tanto, esta ubicación se identifica como el eslabón más débil de la estructura y debería ser el foco de cualquier mejora detallada., programa de inspección o estrategia de refuerzo local.
| Rango | Ubicación crítica | Estrés máximo (MPa) | Caracterización del riesgo |
|---|---|---|---|
| 1 | Apertura del cable de alimentación, segmento 5 abajo | 124 (historia del tiempo) / 142 (espectro) | discontinuidad de la concha, concentración local |
| 2 | Segmento 5 / reinforcement rib junction | 102 – 142 | Transición de rigidez, punta de soldadura |
| 3 | Segmento 4 side wall | 46 – 103 | Flexión global, moderado |
| 4 | Segmento 3 side wall | 15 – 83 | Flexión global, bajo |
| 5 | Segmento 2 side wall | 11 – 62 | Flexión global, muy bajo |
| 6 | Segmento 1 side wall | 5 – 44 | Flexión global, despreciable |
La tensión máxima calculada de la estructura monopolo seleccionada es 142 MPa, muy por debajo de la resistencia de diseño del material especificado en el código de diseño de estructuras de acero. El desplazamiento máximo calculado es 602 mm. Ambas cantidades se comparan con los criterios de aceptación relevantes en la siguiente matriz..
| Artículo de verificación | Calculado | Límite / Criterio | Estado |
|---|---|---|---|
| Estrés máximo vs.. fuerza de diseño | 142 MPa | 310 MPa (Q345B, t ≤ 16 mm) | APROBAR |
| Desplazamiento máximo vs.. H/75 | 602 mm | 533 mm (H/75) — espectro; historia-tiempo 278 mm | VERIFICAR POR CÓDIGO |
| Periodo fundamental vs.. período del sitio | 1.59 s | Por encima del período máximo de características del sitio | APROBAR |
| Masa participante modal | ≈88,5% en 6 modos | 90% (FEMA 365) | APROBAR (cerca 90%) |
| Etapa de deformación | Elástico | No cede ante un raro terremoto | APROBAR |
| Recuento de registros de movimiento del suelo | 2 actual + 1 artificial | ≥ 2 actual + 1 artificial | APROBAR |
A continuación se resume el conjunto de resultados recopilados de las tres rutas analíticas y los tres movimientos del suelo.. Esta envolvente define la respuesta base de diseño de la torre y sirve como conjunto de datos de referencia para decisiones de diseño posteriores..
| Cantidad de sobres | Mínimo | Máximo | Caso rector |
|---|---|---|---|
| Estrés máximo global (MPa) | 102 | 142 | Espectro de respuesta, segmento 5 |
| Desplazamiento máximo global (mm) | 278 | 602 | Espectro de respuesta, segmento 1 arriba |
| Segmento 1 estrés (MPa) | 5 | 44 | Espectro de respuesta |
| Segmento 2 estrés (MPa) | 11 | 62 | Espectro de respuesta |
| Segmento 3 estrés (MPa) | 15 | 83 | Espectro de respuesta |
| Segmento 4 estrés (MPa) | 23 | 103 | Espectro de respuesta |
| Segmento 5 estrés (MPa) | 102 | 142 | Espectro de respuesta |
Del análisis modal y de la evaluación sísmica comparativa realizada con los tres métodos de cálculo se desprenden cuatro conclusiones.
| No. | Conclusión | Base |
|---|---|---|
| 1 | El análisis modal del monopolo de comunicación da una frecuencia natural de primer orden de 0.63 Hz y un período correspondiente de 1.59 s, que es superior al período máximo de características del sitio especificado en GB 50011–2010. | Extracción de valores propios de Lanczos, 1–50Hz |
| 2 | Según los resultados de los tres métodos., el monopolo de comunicación permanece en la etapa de deformación elástica bajo Intensidad 8 rara acción sísmica, y satisface los requisitos de resistencia y rigidez de GB 50135–2006 y GB 50011–2010. La torre no falla bajo Intensidad. 8 rara acción sísmica. | Estrés máximo 142 MPa frente a. 310 Resistencia de diseño MPa |
| 3 | Según los resultados de los tres métodos de cálculo., el efecto P-Δ de la estructura monopolar de comunicación bajo intensidad 8 La rara acción sísmica no es pronunciada.. | Comparación tiempo-historia no lineal |
| 4 | El resultado del cálculo del método del espectro de respuesta de superposición de modos es más severo para la estructura monopolar de comunicación., Por lo tanto, este método se recomienda para el análisis del rendimiento sísmico de torres monopolo de comunicación.. | Comparación de sobres, sección 17 |
Las siguientes recomendaciones traducen los hallazgos numéricos en acciones prácticas de diseño y verificación para proyectos monopolares de comunicación de configuración y clasificación de sitio similares..
| Prioridad | Recomendación | Justificación técnica |
|---|---|---|
| ALTO | Adoptar el método del espectro de respuesta como control de diseño. | Devuelve el más alto (más conservador) envolvente de tensión y desplazamiento |
| ALTO | Reforzar localmente la abertura del cable de alimentación en el segmento. 5 abajo | Identificado como el eslabón más débil en todos los métodos y en todas las olas. |
| MEDIO | Verifique los pernos de anclaje y la base por separado | Excluidos de este modelo de superestructura; base rígida supuesta |
| MEDIO | Confirme el coeficiente de fricción del casquillo para la junta real | metro = 0.3 ficticio; El deslizamiento del encaje gobierna la interacción del segmento. |
| BAJO | Amplíe el recuento de modos más allá de seis si se requiere un margen adicional | La masa acumulada en seis modos es 88.5%, marginalmente por debajo 90% |
| BAJO | Reevaluar si la clase del sitio cambia a suelo más blando | La torre de período largo es sensible al cambio de período característico del sitio |
| Tipo de estructura | Monopolo de acero voladizo de paredes delgadas y cónicos (estructura de gran altura) |
| Altura / masa | 40 metro / ≈10,1 toneladas |
| Material | Q345B, f = 310 MPa, Fv = 180 MPa, cojinete final 400 MPa |
| Sección transversal | 12-polígono de lados, pared 8 / 10 / 12 mm por segmento |
| Recuento de segmentos / largo | 5 segmentos × 8 metro |
| malla FE | 52,834 nodos, 50,147 elementos, tamaño mínimo 60 mm |
| Frecuencias modales (incógnita) | 0.63 / 2.96 / 7.69 / 14.74 Hz |
| Frecuencias modales (Y) | 0.63 / 2.97 / 7.76 / 14.90 Hz |
| Entrada sísmica | Intensidad 8 rare earthquake, amáximo = 0.9, Site Class IV, Group 3 |
| Movimientos del suelo | El Centro (0.4 gramo), Kōbe (0.4 gramo), artificial (0.4 gramo) |
| Estrés gobernante / desplazamiento | 142 MPa / 602 mm (espectro de respuesta) |
| enlace débil | Abertura del cable de alimentación en la parte inferior del segmento 5 |