Faire face au surpoids des AAU 5G: Comment nous “Correctif” la tour – Une étude de cas de renforcement hardcore

Vous avez touché le point sensible. Ces AAU 5G? Laisse-moi te dire, c'est le cauchemar d'un ingénieur en structure. Ces gars qui planifient les RF, ils se tapoteront la poitrine lors des réunions et diront, “C'est juste une boîte de plus, pas lourd du tout!” Ensuite, nous exécutons les chiffres, et des fumées sacrées, juste un de ces AAU, avec son support de fixation, a une zone projetée de charge de vent 40% plus grand que les anciennes unités séparées, et le poids a doublé.

La conception originale venait de 10 il y a des années. À l'époque, le dessus avait trois fines antennes 2G, léger comme une corde à linge. Maintenant, ils veulent accrocher trois AAU, chacun avec un RRU volumineux, ou intégrés. Cette partie supérieure de la tour, le rapport de stress (Vérification de l'unité) tiré de 0.6 à 1.4. Rouge. Défaut. Un gâchis complet.

Que fais-tu? Démolissez la tour et reconstruisez? Le client aurait ta tête. La seule option est le renforcement. C’est comme quand les os d’une personne ne sont pas assez solides, tu mets des attelles, ajouter des broches en acier. Nous appelons ce genre de travail “chirurgie orthopédique.”

Cette tour en particulier mesurait 60 mètres, tour en treillis à trois tubes. Le sommet 5 mètres, que nous appelons le “partie supérieure” ou “section de paratonnerre,” était le problème. Les tubes d'acier étaient plus petits et à parois plus fines., conçu à l'origine pour les antennes fouet légères. Maintenant, il devait contenir trois grands panneaux. Quand le vent souffle, tout ce moment de flexion est concentré juste à la base de cette section supérieure, sur la bague de bride et les boulons de connexion.

Nous avons trouvé deux solutions et avons fini par utiliser une combinaison des deux. Laisse-moi le décomposer pour toi:

Solution 1: Cerceaux de corps de tour + Raidisseurs de canaux verticaux – “Armure pour le gars maigre”

Il s'agissait du principal renfort porteur. Nous ne pouvions pas couper et remplacer les éléments principaux des jambes, ce qui impliquerait de reconstruire. Notre objectif était le partage de charge.

1. La logique de base:
Supposons que le membre de jambe d'origine était un tube en acier, disons φ168×6. Son module de section n'était pas suffisant. Donc, nous avons soudé deux canaux, dos à dos, le long de l'axe vertical, fermement contre le tube existant. Par exemple, [12 chaînes - c'est-à-dire, Chaînes C12, 120mm de hauteur. Ces deux chaînes, combiné avec le tube rond d'origine par soudage intermittent, former une section composite.

Il s'agit de calculer le moment d'inertie de la section composite. L'inertie du tube d'origine est I_steel. Ajout des deux canaux, l’axe neutre de la nouvelle section composite se déplace légèrement, mais l'inertie totale I_combo augmente significativement. L'augmentation dépend de la taille du canal et de la fiabilité de la connexion au membre d'origine..

$${\mathrm{je}}_{c\mathrm{la}mb\mathrm{la}}\approx {\mathrm{je}}_{steel}+2*({\mathrm{je}}_{ch\mathrm{une}nnel}+{\mathrm{UNE}}_{ch\mathrm{une}nnel}*{\mathrm{ré}}^2)$$Icombo​≈Iacier​+2∗(Icanal​+Acanal​∗d2)(Dans la formule, d est la distance entre le centre de gravité du canal et l'axe neutre global de la section composite. Ce calcul est fastidieux; nous modélisons généralement la section directement dans le logiciel FEA. Mais pour une estimation rapide, cette formule montre que l'effet vient principalement du terme d² – plus vous placez le matériau loin du centre, mieux c'est.)

Les chaînes agissent comme “raidisseurs,” transformer efficacement un “bras mince” dans un “bras épais,” et avec des brides, capacité de flexion considérablement augmentée.

2. Comment les réparer? – Les cerceaux sont la clé!
Il ne suffit pas de souder les canaux verticaux. La force vient des antennes, via la plateforme, à la jambe. Si les canaux sont uniquement soudés au pied, une déformation locale de la jambe pourrait déchirer les soudures. Vous devez, à intervalles, utilisez des cerceaux pour les lier étroitement ensemble, comme une bande d'acier tenant un paquet de bâtons ensemble.

Sur la partie inférieure de la partie supérieure, où le moment de flexion était le plus élevé, nous avons placé des cerceaux tous les 1.5 mètres. Ces cerceaux ont été fabriqués à partir – vous l’aurez deviné – de canaux, mais plié en arc de cercle. Nous avons pris [10 canaux et les avons pliés sur une presse hydraulique spécialisée pour correspondre à la section triangulaire de la tour. Ces sections incurvées ont ensuite été placées autour des trois pieds principaux, renfermant à la fois les pieds d'origine et les nouveaux canaux verticaux.

Ces cerceaux étaient soudés en continu. Après soudage, les trois pieds d'origine, plus les nouveaux canaux verticaux, ont tous été intégrés par ces cerceaux dans une structure hybride à cadre en treillis spatial très rigide. La force se propage de la jambe au cerceau, et le cerceau le redistribue aux raidisseurs de canal adjacents. Tout le monde partage la charge.

Solution 2: Renforcement des brides et des zones de joint – “Lancer un plâtre sur l'articulation”

Le corps de la tour est fixe, mais la force doit finalement être transférée vers la section ci-dessous. Reliant les sections supérieure et inférieure, un anneau de bride massif et des dizaines de boulons à haute résistance. Nous avons dû vérifier cette zone.

1. Raidissement des brides: La bride d'origine à la base de la section supérieure était un anneau en acier épais.. Sous moment de flexion important, la bride elle-même pourrait se déformer, ou “chaîne.” Nous avons soudé des plaques de raidissement triangulaires sous la bride (à l'intérieur), juste au-dessus du point de connexion avec la partie inférieure. Ces nervures ont été soudées d'un côté à la face inférieure de la bride et de l'autre côté au pied de la tour et aux nouveaux canaux verticaux.. Cela a considérablement augmenté la rigidité de la bride, l'empêchant d'être plié comme le bord d'une casserole.

2. Vérification du groupe de boulons: C'était le contrôle de base. Le moment de flexion M agissant sur la bride se traduit par des forces de traction sur les boulons. Les boulons d'un côté sont en tension, les boulons de l'autre côté sont en compression (la compression est transférée directement à travers le contact de la bride). La formule que nous utilisons:

$$T_{m\mathrm{une}X}=\frac{M*{\mathrm{oui}}_{m\mathrm{une}X}}{\sum {\mathrm{oui}}_{\mathrm{je}}^2}$$Tmax​=∑yi2​M∗ymax​​

Ceci calcule la force de traction maximale T_max sur le boulon le plus à l'extérieur. y_max est la distance entre le boulon le plus extérieur et l'axe neutre, et y_i est la distance de chaque boulon à l'axe neutre. Si cette force dépasse la capacité admissible du boulon (par exemple,, pour une note 8.8 Boulon M24, la capacité de traction est à peu près 0.8 * f_yb * A_e, peut-être autour de 180 kN), alors vous devez soit passer à des boulons à haute résistance, soit augmenter le nombre de boulons.

Pour ce projet, nos calculs ont montré que les boulons M24 d'origine étaient marginaux, sans aucune marge. Nous avons recommandé le client, puisque nous faisions déjà du travail à chaud, remplacez tous les boulons de connexion par des Grade 10.9 Boulons M27. Les valeurs de couple ont dû être recalibrées, passer de l'original ~800 N·m à bien au-dessus 1100 N·m. Le bruit du pistolet dynamométrique sur ces boulons était différent – ​​un son profond, bruit sourd qui semblait rassurant.

Fosses et solutions pendant la construction

Le plan a été établi, mais comment fais-tu le travail? Travaux en haute altitude, soudage, risque extrêmement élevé.

1. Déchargement temporaire: Vous ne pouvez pas souder lorsque les antennes sont allumées. La tour oscille; une soudure de refroidissement se fissurera à cause de la contrainte. Nous avons planifié cela en deux étapes. Première, demander une coupure de courant la nuit et le retrait de l'antenne. Utilisez une grue pour ramener ces précieux AAU et RRU au sol. Ne laissez que le poteau nu sur le dessus. Ceci s'appelle “déchargement.”

2. Positionnement et soudage: Tour vide, aucune influence. Notre équipage monte. Souder les canaux verticaux en place, puis soudez de bas en haut. Les soudeurs doivent être certifiés, spécifiquement pour les travaux en haute altitude. Utilisez des électrodes à faible teneur en hydrogène, comme E5015, préalablement cuit à sec et conservé dans des fours portatifs. Les soudures doivent être pleines, sans contre-dépouille, porosité, ou inclusion de scories. Le superviseur (moi) grimpe et vérifie tout le monde avec une jauge de soudure.

3. Fermeture du cerceau: La partie la plus difficile a été l'assemblage final de chaque cerceau. Trois jambes, trois visages; le cerceau est une bague complète. Comment l'installer? Il faut le segmenter. Nous coupons chaque cerceau en trois segments, souder des plaques de connexion à chaque extrémité. Sur place, nous avons d'abord soudé ces trois segments sur les pieds et les raidisseurs. Alors, nous avons serré les plaques de connexion avec des boulons à haute résistance. finalement, nous avons soudé l'espace entre les plaques de connexion et les segments du cerceau.. Cela garantissait la force de serrage du cerceau tout en résolvant le problème d'installation.

4. Remise en place et acceptation: Renforcement effectué, retoucher la peinture, laisse-le guérir. Puis re-accrochez les antennes exactement comme avant, ainsi que les nouveaux prévus. finalement, utiliser une station totale pour mesurer la verticalité de la tour et son amplitude de balancement par vent léger. Saisissez les données dans le modèle pour comparaison. Ce n'est que lorsque cela correspond que le travail est accepté.

Un dernier mot honnête: Ce type de renforcement n’est pas une panacée magique. Cela ne résout que les déficits de résistance locaux. Si toute la fondation de la tour est inclinée, rien de ce que tu fais de haut n'a d'importance. Mais dans ce cas, utiliser des canaux et des cerceaux, nous avons transformé le sommet d'une tour condamnée en un “dur à cuire” capable de gérer de lourdes charges 5G. Le client a économisé des millions sur le remplacement d'une tour, et nous avons gagné notre réputation. C’est ainsi que nous, les ingénieurs de terrain, survivons : comprendre les choses au milieu des décombres, utiliser de l'acier et des baguettes de soudage pour donner une seconde vie au réseau de communication.