สื่อสารโมโนโพลสตีลทาวเวอร์ – การวิเคราะห์ประสิทธิภาพแผ่นดินไหว
การป้องกันการกัดกร่อนสำหรับโครงสร้างทาวเวอร์สายส่ง
กันยายน 26, 2026
1. ขอบเขตการวิจัยและวัตถุประสงค์ทางวิศวกรรม
การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบความปลอดภัยของโครงสร้างของหอเหล็กโมโนโพลสื่อสารทั่วไปที่ได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวจากพื้นดิน. โมโนโพลโทรคมนาคมที่เป็นตัวแทนได้รับเลือกเป็นวัตถุศึกษาและลดลงไปสู่การทำให้อุดมคติขององค์ประกอบอันจำกัดที่เหมาะสมผ่านการลดความซับซ้อนของโครงสร้างอย่างมีเหตุผล. หมายถึงความเข้ม 8 ข้อกำหนดเกี่ยวกับแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นไม่บ่อยซึ่งระบุไว้ในรหัสการออกแบบของจีนที่ใช้บังคับ, ประสิทธิภาพแผ่นดินไหวของโครงสร้างได้รับการคำนวณและประเมินโดยเส้นทางเสริมสามเส้นทาง: วิธีการวิเคราะห์ทางสถิตที่เทียบเท่ากัน, วิธีสเปกตรัมการตอบสนองโหมดการซ้อนทับ, และวิธีการประวัติศาสตร์เวลาแบบไม่เชิงเส้น. จากนั้นนำผลลัพธ์ที่ได้จากเส้นทางการคำนวณทั้งสามเส้นทางมาเปรียบเทียบเพื่อระบุความแตกต่างระหว่างวิธีการวิเคราะห์, และประสิทธิภาพแผ่นดินไหวโดยรวมของโมโนโพลสื่อสารได้รับการประเมินผ่านการสังเคราะห์การตอบสนองที่คำนวณอย่างครอบคลุม.
องค์ประกอบรับน้ำหนักหลักของการสื่อสาร หอขั้ว เป็นท่อเหล็กคานยื่นเดี่ยวขนาดใหญ่ที่ด้านล่างและเล็กที่ด้านบน, โดยมีหน้าตัดที่ต่างกันออกไปทีละน้อย. เนื่องจากความสูงของโครงสร้างเกินเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างมาก, หอคอยเป็นอาคารสูงคลาสสิก (เรียว) โครงสร้าง. ในเวลาเดียวกัน, อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความหนาของโมโนโพล หอการสื่อสาร มักจะมีขนาดใหญ่มาก, ดังนั้นโครงสร้างจึงมีลักษณะเป็นเปลือกผนังบาง, และการกระจัดด้านข้างภายใต้ภาระด้านข้าง เช่น แผ่นดินไหวและลม มีความสำคัญ. นอกจากนี้, เนื่องจากน้ำหนักตัวของหอคอยและความเข้มข้นของมวลแท่นที่ด้านบน, เอฟเฟกต์ P-Δ ของโมโนโพลการสื่อสารนั้นเด่นชัดและการตอบสนองทางโครงสร้างนั้นไม่เป็นเชิงเส้นอย่างยิ่ง.
เนื่องจากโต๊ะสั่นจำลองแผ่นดินไหวในประเทศมีความจุจำกัด, การทดสอบโมโนโพลสื่อสารแบบเขย่าโต๊ะต้นแบบเต็มรูปแบบไม่สามารถทำได้. แทน, รหัสสำหรับการออกแบบโครงสร้างอาคารสูง (กิกะไบต์ 50135–2006), รหัสสำหรับการออกแบบอาคารแผ่นดินไหว (กิกะไบต์ 50011–2010) และ รหัสสำหรับการออกแบบหอคอยเหล็กและโครงสร้างเสาสำหรับวิศวกรรมการสื่อสารเคลื่อนที่ (ปป/ที 5131–2005) ทั้งหมดนี้อนุญาตให้ประสิทธิภาพการไหวสะเทือนของโมโนโพลสื่อสารถูกกำหนดโดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์. เอกสารนี้จึงบันทึกห่วงโซ่การตรวจสอบเชิงตัวเลขที่สมบูรณ์, จากอุดมคติทางเรขาคณิตไปจนถึงข้อสรุปการปฏิบัติตามรหัส.
2. ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักโดยสรุป
พารามิเตอร์พาดหัวรวมที่ดึงมาจากโมดอล, คงที่, การคำนวณสเปกตรัมการตอบสนองและประวัติเวลา.
3. คำอธิบายโครงสร้างของ Monopole Tower
โมเดลโมโนโพลที่บันทึกไว้ในที่นี้มีความสูงเพลาทาวเวอร์รวมที่ 40 m และมีมวลประมาณ 10.1 เสื้อ. หอคอยนี้ประดิษฐ์จากเหล็ก Q345; หน้าตัดของเพลาเป็นรูปหลายเหลี่ยม 12 เหลี่ยม และส่วนเชื่อมต่อเป็นแบบซ็อกเก็ต (กล้องส่องทางไกล) ชนิด. ตัวหอคอยแบ่งออกเป็นห้าส่วนจากบนลงล่าง, แต่ละ 8 ยาว.
4. ตารางความหนาของผนังแบบแบ่งส่วน
ความหนาของผนังของโมโนโพลจะถูกแบ่งระดับเป็นห้าขั้นตอน เพื่อให้ความสามารถในการดัดงอเพิ่มขึ้นไปยังฐาน, โดยที่โมเมนต์การโค้งงอภายใต้แรงสั่นสะเทือนด้านข้างมีค่ามากที่สุด. กลุ่ม 1 ไปยัง 3 แบ่งปัน 8 ผนังมม, ส่วน 4 มีความหนาขึ้น 10 มม. และส่วน 5, ส่วนฐาน, มีความหนาขึ้น 12 มิลลิเมตร. เพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างแบบจำลอง แต่ละหลอดจะถือเป็นเปลือกหน้าตัดที่แปรผันได้สม่ำเสมอและมีความหนาเท่ากันภายในแต่ละส่วน, ซึ่งสอดคล้องกับการลดความซับซ้อนที่ได้รับอนุญาตสำหรับประเภทโครงสร้างนี้.
| ส่วน | ตำแหน่ง | ความยาว (ม.) | ความหนาของผนัง (มิลลิเมตร) | บทบาทเชิงโครงสร้าง |
|---|---|---|---|---|
| ส่วน 1 | ด้านบน | 8 | 8 | โซนการติดตั้งเสาอากาศ, ความต้องการช่วงเวลาต่ำสุด |
| ส่วน 2 | บน-กลาง | 8 | 8 | ภูมิภาคการเปลี่ยนผ่าน |
| ส่วน 3 | กลาง | 8 | 8 | การถ่ายโอนการดัดด้วยความสูงปานกลาง |
| ส่วน 4 | กลางล่าง | 8 | 10 | เพิ่มความต้านทานการดัดงอ |
| ส่วน 5 | ฐาน | 8 | 12 | ขอบเขตโมเมนต์สูงสุด, โซนเปิดสายป้อน |
5. คุณสมบัติทางกลของเหล็ก Q345B
ตาม. รหัสสำหรับการออกแบบโครงสร้างเหล็ก, คุณสมบัติทางกลของวัสดุที่นำมาใช้กับเหล็ก Q345B ที่มีความหนาของแผ่นไม่เกิน 16 มม. สรุปได้ตามตารางด้านล่าง. ค่าต่างๆ จะควบคุมการตรวจสอบความแข็งแกร่งและข้อสรุประยะยืดหยุ่นที่วาดไว้เมื่อสิ้นสุดการวิเคราะห์นี้.
| สมบัติทางกล | มูลค่าการออกแบบ | หน่วย | การบังคับใช้ |
|---|---|---|---|
| ความต้านทานแรงดึง (ฉ) | 310 | MPa | เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร |
| กำลังรับแรงอัด (ฉ) | 310 | MPa | เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร |
| แรงดัดงอ (ฉ) | 310 | MPa | เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร |
| แรงเฉือน (ฉวี) | 180 | MPa | เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร |
| ความแข็งแรงของลูกปืนปลาย (วางแผนและแน่นหนา) | 400 | MPa | เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร |
การตรวจสอบการใช้งาน: ความเครียดจากการคำนวณสูงสุดในโครงสร้างคือ 142 MPa, ซึ่งเป็น 45.8% ของ 310 ความแข็งแกร่งในการออกแบบ MPa ของ Q345B. โครงสร้างจึงคงความสบายในช่วงความยืดหยุ่นภายใต้ความเข้ม 8 การเกิดแผ่นดินไหวที่หายาก.
6. พื้นฐานรหัสการออกแบบและข้ออ้างอิง
ห่วงโซ่การตรวจสอบได้รับการยึดตามมาตรฐานระดับชาติสามประการ. แต่ละข้อที่แสดงด้านล่างนี้ใช้เพื่อพิสูจน์การตัดสินใจในการสร้างแบบจำลองที่เฉพาะเจาะจง, เกณฑ์การรวมโหลดหรือการยอมรับที่ใช้ในการวิเคราะห์นี้.
7. อุดมคติและสถิติของแบบจำลององค์ประกอบจำกัด
แบบจำลองวัสดุไอโซโทรปิกถูกใช้เพื่อเป็นตัวแทนของเหล็กกล้าโมโนโพล. เพื่อจำลองพฤติกรรมของโครงสร้างเพลาหลักได้ดียิ่งขึ้น, ส่วนประกอบเสริมของหอคอยคือสายล่อฟ้า, แพลตฟอร์ม, บันไดหอคอยและเชือกนิรภัย - ถูกทำให้เรียบง่ายขึ้นเมื่อองค์ประกอบของมวลรวมเป็นก้อน. ส่วนทาวเวอร์เชื่อมต่อกันด้วยเต้ารับ, หน้าแปลนหรือสลักเกลียวภายใน, และขนาดโครงสร้างและความหนาของวัสดุของแต่ละส่วนของท่อไม่เหมือนกัน; แต่ละท่อจึงถือเป็นท่อหน้าตัดแปรผันสม่ำเสมอซึ่งมีความหนาเท่ากันภายในส่วน. โมเดลที่สมบูรณ์ถูกแยกออกไป 52,834 โหนดและ 50,147 องค์ประกอบที่มีขนาดองค์ประกอบขั้นต่ำคือ 60 มิลลิเมตร.
| พารามิเตอร์โมเดล | ปริมาณ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| โหนดทั้งหมด | 52,834 | รวมถึงจุดยึดมวลที่เป็นก้อน |
| องค์ประกอบทั้งหมด | 50,147 | เปลือก, องค์ประกอบที่เป็นของแข็งและแข็ง |
| ขนาดองค์ประกอบขั้นต่ำ | 60 มิลลิเมตร | ขัดเกลาที่ช่องเปิดและรอยเชื่อม |
| อุดมคติของวัสดุ | ไอโซโทรปิก | Q345B ตลอด |
| ส่วนประกอบเสริม | มวลก้อน | สายล่อฟ้า, แพลตฟอร์ม, กระได, เชือกนิรภัย |
| ย่านความถี่ของตัวแก้ปัญหา | 1 - 50 Hz | การสกัดค่าลักษณะเฉพาะของ Lanczos |
8. ประเภทองค์ประกอบและแผนการสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อ
ความแม่นยำของการประเมินแผ่นดินไหวแบบโมโนโพลนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการแสดงข้อต่อแบบเชื่อมและแบบเบ้าเสียบเป็นหลัก. องค์ประกอบแผ่นและเปลือกถูกนำมาใช้สำหรับส่วนเพลา, ตัวทำให้แข็งของหน้าแปลนฐาน, ตัวทำให้แข็งของวงแหวนด้านในและแผ่นเสริมแรง, ในขณะที่มีการใช้องค์ประกอบที่เป็นของแข็งสำหรับแผ่นหน้าแปลนฐาน. การเชื่อมต่อแบบเชื่อมนั้นได้รับการปรับให้เหมาะสมตามหน้าที่ทางกล, ตามตารางด้านล่างนี้.
| สัมพันธ์ / ส่วนประกอบ | อุดมคติ | การรักษาเชิงตัวเลข |
|---|---|---|
| ส่วน 5 เพื่อเชื่อมหน้าแปลนฐาน | โหนดที่ใช้ร่วมกัน (ผูก) | ความต่อเนื่องของการกระจัดเต็มรูปแบบ |
| ตัวทำให้หน้าแปลนฐานแข็งถึงส่วน 5 และหน้าแปลน | โหนดที่ใช้ร่วมกัน (ผูก) | ความต่อเนื่องของการกระจัดเต็มรูปแบบ |
| ตัวทำให้แข็งแหวนด้านในเป็นเซ็กเมนต์ 5 | โหนดที่ใช้ร่วมกัน (ผูก) | ความต่อเนื่องของการกระจัดเต็มรูปแบบ |
| แผ่นเสริมแรงเพื่อแบ่งส่วน 5 | องค์ประกอบแข็ง | การมีเพศสัมพันธ์แบบจลนศาสตร์ |
| ซ็อกเก็ตแบบแบ่งส่วน | การสัมผัสพื้นผิว | ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ = 0.3 |
| เปลือกเพลา | จาน / องค์ประกอบเปลือก | 4-เปลือกโหนด, ส่วนเรียว |
| แผ่นหน้าแปลนฐาน | องค์ประกอบที่เป็นของแข็ง | 3D แข็ง, 30 มม. หนา |
9. เงื่อนไขขอบเขตและสมมติฐานการวิเคราะห์
การเชื่อมต่อระหว่างโมโนโพลกับรากฐานนั้นถือว่าถูกตรึงไว้. ที่ตำแหน่งพุกแต่ละจุดในหน้าแปลนฐาน, ระดับความเป็นอิสระในการแปลใน X, ทิศทาง Y และ Z ถูกยับยั้ง. ฐานหอคอยสันนิษฐานว่านั่งบนฐานที่มั่นคง; เพราะเหตุนี้, ไม่มีการวิเคราะห์ความลึกของการฝังสลักเกลียวหรือความสามารถในการดึงออก, และความเสียหายทางโครงสร้างที่เกิดจากการทรุดตัวของฐานรากหรือการทำให้ดินเหลวไม่รวมอยู่ในขอบเขต.
| รายการอัสสัมชัญ | ค่า / เงื่อนไข | เหตุผลทางวิศวกรรม |
|---|---|---|
| สภาพการรองรับฐาน | ปักหมุดแล้ว | อุดมคติของคานยื่นออกมา |
| DOF แบบยึดที่สลักเกลียว | เอ็กซ์, และ, การแปลแบบซี | ใช้กับทุกตำแหน่งของสลักเกลียว |
| ความแข็งของรากฐาน | แข็ง | ไม่รวมปฏิสัมพันธ์ระหว่างดินและโครงสร้าง |
| การตรวจสอบการฝังสลักเกลียว | ไม่ได้ดำเนินการ | นอกขอบเขตของการประเมินโครงสร้างส่วนบน |
| การตั้งถิ่นฐานของมูลนิธิ / การทำให้เป็นของเหลว | ไม่รวม | อันตรายทางธรณีเทคนิคไม่ได้ถูกจำลองไว้ |
| อัตราส่วนการทำให้หมาด ๆ (สเปกตรัมและแบบคงที่) | 3% | ต่อการฝึกปฏิบัติโครงสร้างเหล็กสูง |
10. การวิเคราะห์คุณลักษณะแบบไดนามิก — ความถี่โมดอล
วิธี Lanczos ใช้เพื่อแยกรูปร่างโมดัลและความถี่โมดอลของโมโนโพลภายในช่วงความถี่ 1–50 Hz. เนื่องจากโครงสร้างโมโนโพลเป็นแบบเซ็นโทรสมมาตร, โหมดการโค้งงอแบบสมมาตรมีอยู่ในทั้งทิศทาง X และ Y, และพฤติกรรมแบบไดนามิกสามารถลดลงเหลือเพียงลำแสงคานยื่นที่ยึดไว้ที่ปลายด้านหนึ่งและเป็นอิสระที่อีกด้านหนึ่ง. ความถี่โมดอลที่ได้จะแสดงรายการด้านล่าง; โหมดการดัดงอสี่โหมดแรกในทิศทาง X จะกำหนดลักษณะเฉพาะแบบไดนามิกพื้นฐานของทาวเวอร์.
11. Modal ที่เข้าร่วมพิธีมิสซาและความเพียงพอในการนับโหมด
ปัจจัยการมีส่วนร่วมแบบโมดอลของโหมดหนึ่งถูกกำหนดเป็นผลรวมของผลิตภัณฑ์ของมวลก้อนแต่ละก้อนและพิกัดที่สอดคล้องกันในโหมดนั้น, หารด้วยมวลหลัก (มวลกิริยา) ของโหมดเดียวกัน. ปัจจัยการมีส่วนร่วมจะแสดงน้ำหนักของโหมดภายในการตอบสนองโดยรวม, และดังนั้นจึงหาปริมาณการมีส่วนร่วมของแต่ละความถี่ต่อการตอบสนองเชิงโครงสร้างในทิศทางเฉพาะ. ตามข้อมูลของ FEMA 365, มวลที่เข้าร่วมกิริยาจะต้องถึง 90% ของมวลโครงสร้างทั้งหมด. มวลผู้เข้าร่วมสะสมที่คำนวณได้ที่นี่มีดังต่อไปนี้: หกโหมดแรกใกล้เข้ามาแล้ว 90% ของมวลรวม, เพื่อให้การรวมกันของหกโหมดนั้นเพียงพอที่จะแสดงถึงผลลัพธ์การซ้อนทับแบบโมดอลที่สมบูรณ์สำหรับหอคอยแห่งนี้.
| ลำดับโหมดทิศทาง X | Modal พิธีมิสซาที่เข้าร่วม (เสื้อ) | มวลสะสม (เสื้อ) | เปอร์เซ็นต์สะสมของ 10.1 เสื้อ |
|---|---|---|---|
| 1โหมดเซนต์ | 4.765 | 4.765 | 47.2% |
| 2โหมดที่ 1 | 2.147 | 6.912 | 68.4% |
| 3โหมดถนน | 0.944 | 7.856 | 77.8% |
| 4โหมดth | 0.539 | 8.395 | 83.1% |
| 5โหมดth | 0.332 | 8.727 | 86.4% |
| 6โหมดth | 0.209 | 8.936 | asym 88.5% (ใกล้ 90%) |
ข้อสรุป: หกโหมดแรกจะจับภาพได้ประมาณ 90% ของมวลโครงสร้างทั้งหมด, ทำให้ FEMA พอใจ 365 เกณฑ์การมีส่วนร่วม. ดังนั้นจึงมีการใช้การรวมกันหกโหมดสำหรับการคำนวณการตอบสนองและสเปกตรัม.
12. นิพจน์ขีดจำกัดสถานะขั้นสูงสุดและปัจจัยบางส่วน
ข้อ 3.0.7 GB 50135–2006 กำหนดนิพจน์สถานะขีดจำกัดขั้นสูงสุดที่จะใช้ในการออกแบบโครงสร้างอาคารสูง. รูปแบบทั่วไปที่ใช้ในการวิเคราะห์นี้คือ:
γG·SGE + γEh·SEhk + γEv·SEvk + ψwE·γw·Swk ≤ R / γRE
ในนิพจน์นี้ γG เป็นปัจจัยบางส่วนสำหรับการโหลดถาวร; คเอ๊ะ และ γอีฟ เป็นปัจจัยบางส่วนที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวในแนวนอนและแนวตั้งตามลำดับ; คว เป็นปัจจัยบางส่วนสำหรับภาระลม, นำมาเป็น 1.4; Sจีอี คือผลของค่าตัวแทนของภาระแรงโน้มถ่วง; Sอาจจะ คือผลของค่าลักษณะเฉพาะของแผ่นดินไหวในแนวราบ; Sevk คือผลกระทบของค่าลักษณะเฉพาะของการเกิดแผ่นดินไหวในแนวดิ่ง; Sสัปดาห์ คือผลของค่าคุณลักษณะของภาระลม; พีเรา คือค่าปัจจัยรวมสำหรับภาระลมในชุดแผ่นดินไหวขั้นพื้นฐาน, ซึ่งอาจถือได้ว่าเป็น 0.2; R คือความต้านทาน; และ γอีกครั้ง เป็นปัจจัยปรับแรงสั่นสะเทือนเพื่อรองรับแรงต้าน, นำมาเป็น 1.0.
| ปัจจัย | เครื่องหมาย | มูลค่าที่นำมาใช้ | ลักษณะ |
|---|---|---|---|
| ปัจจัยโหลดถาวร | คG | 1.2 | แรงโน้มถ่วงและน้ำหนักตัวเอง |
| ปัจจัยแผ่นดินไหวในแนวนอน | คเอ๊ะ | 1.3 | การกระทำของแผ่นดินไหวแนวนอน |
| ปัจจัยแผ่นดินไหวในแนวตั้ง | คอีฟ | 0.5 | การกระทำของแผ่นดินไหวในแนวตั้ง |
| ปัจจัยโหลดลม | คว | 1.4 | การกระทำของลมลักษณะเฉพาะ |
| ปัจจัยการรวมกันของลม | พีเรา | 0.2 | การผสมผสานแผ่นดินไหวขั้นพื้นฐาน |
| การปรับความต้านทานแผ่นดินไหว | คอีกครั้ง | 1.0 | นำไปใช้กับความต้านทานของโครงสร้าง |
| ค่าสัมประสิทธิ์อิทธิพลของแผ่นดินไหว | กสูงสุด | 0.9 | ความเข้ม 8 rare earthquake, Site Class IV, Group 3 |
13. Equivalent Static Analysis Results
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.
| ส่วน | แม็กซ์. ความเครียด (MPa) | Location of Max. ความเครียด | แม็กซ์. การกำจัด (มิลลิเมตร) |
|---|---|---|---|
| ส่วน 1 | 14 | ส่วน 1 side wall | 348 |
| ส่วน 2 | 31 | ส่วน 2 side wall | 250 |
| ส่วน 3 | 48 | ส่วน 3 side wall | 149 |
| ส่วน 4 | 53 | ส่วน 4 side wall | 72 |
| ส่วน 5 | 102 | ส่วน 5 / reinforcement rib junction | 22 |
การวิเคราะห์แบบคงที่แสดงให้เห็นถึงความเครียดที่เพิ่มขึ้นแบบซ้ำซากจำเจจากส่วนบนสุด (14 MPa) ไปยังส่วนฐาน (102 MPa), สอดคล้องกับการกระจายโมเมนต์คานยื่น. การกระจัดลดลงจาก 348 มม. ที่ด้านบนของส่วน 1 ไปยัง 22 มม. ที่ส่วน 5, ซึ่งยืนยันว่าวิธีการเฉือนฐานจับการตอบสนองการแกว่งทั่วโลกที่ครอบงำโหมดแรก.
14. ผลการวิเคราะห์สเปกตรัมการตอบสนองโหมดซ้อน
In accordance with Clause 4.4.4 GB 50135–2006 และข้อ 5.1.2 of GB 50011–2010, อาจใช้วิธีสเปกตรัมการตอบสนองแบบโหมดซ้อนทับเพื่อคำนวณการเกิดแผ่นดินไหวบนโครงสร้างอาคารสูง. ทั้งวิธีสเปกตรัมการตอบสนองและวิธีการเฉือนฐานอยู่ในตระกูลสเปกตรัมการตอบสนองของวิธีไดนามิก: พวกเขาใช้สเปกตรัมการออกแบบมาตรฐานเพื่อพิจารณาการตอบสนองความเร่งแบบไดนามิกของโครงสร้างที่เกิดจากการเร่งความเร็วของพื้นดินระหว่างเกิดแผ่นดินไหว, และแสดงผลลัพธ์เป็นแรงเฉื่อยแผ่นดินไหวที่เทียบเท่ากับโครงสร้าง, ดังนั้นการแปลงปัญหาแบบไดนามิกให้กลายเป็นปัญหาคงที่. วิธีสเปกตรัมตอบสนองเป็นการผสมผสานการตอบสนองแผ่นดินไหวของโครงสร้างในโหมดต่างๆ, ในขณะที่วิธีเฉือนฐานจะพิจารณาเฉพาะปัจจัยพื้นฐานเท่านั้น (อันดับแรก) จึงเป็นแนวทางการคำนวณแบบง่าย.
15. การวิเคราะห์ประวัติเวลาไม่เชิงเส้น - อินพุตการเคลื่อนที่ภาคพื้นดิน
เมื่อนำวิธีประวัติศาสตร์เวลามาใช้, จะต้องเลือกบันทึกการเคลื่อนไหวที่รุนแรงจริงไม่น้อยกว่าสองชุด และเส้นโค้งประวัติเวลาความเร่งจำลองที่จำลองขึ้นมาหนึ่งชุดตามประเภทของสถานที่ก่อสร้างและกลุ่มแผ่นดินไหวที่ออกแบบ. ตาม, มีการเลือกบันทึกการเคลื่อนไหวที่รุนแรงสองรายการและคลื่นแผ่นดินไหวสังเคราะห์สังเคราะห์หนึ่งคลื่นเพื่อให้ตรงกับหมวดหมู่ของไซต์, และความเร่งสูงสุดของแต่ละบันทึกถูกปรับขนาดแบบดุ้งดิ้ง 0.49 ก., ตอบสนองความต้องการการเร่งความเร็วสูงสุดสำหรับความเข้ม 8 การวิเคราะห์ประวัติเวลาแผ่นดินไหวที่หายากในรหัส. จากนั้นจึงใช้การวิเคราะห์ประวัติเวลาแบบไม่เชิงเส้นเพื่อคำนวณการเกิดแผ่นดินไหวบนโครงสร้าง, โดยประยุกต์ใช้ประวัติเวลาความเร่งของแผ่นดินไหวที่จุดสลักคงที่ที่ฐานของโครงสร้าง.
| ไม่. | ประเภทไซต์ | ชื่อคลื่นแผ่นดินไหว | PGA แผ่นดินไหวที่หายาก (ก.) | ช่วงเวลาพีค (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ไซต์แข็งปานกลาง | ศูนย์ | 0.4 | 2.12 |
| 2 | ไซต์ดินแข็ง | โกเบ | 0.4 | 8.52 |
| 3 | บริเวณดินอ่อน | คลื่นสังเคราะห์เทียม | 0.4 | 11.80 |
16. การตอบสนองเชิงโครงสร้างภายใต้การกระตุ้นคลื่นแผ่นดินไหว
ตารางด้านล่างรายงานความเครียดสูงสุด, ตำแหน่งที่เกิดความเครียดสูงสุดนั้น, และการกระจัดสูงสุดสำหรับแต่ละส่วนของหอคอยภายใต้การเคลื่อนที่ของกราวด์อินพุตทั้งสามแบบ. ความเค้นสูงสุดในทั้งสามกรณีเกิดขึ้นที่ตำแหน่งเดียวกัน นั่นคือการเปิดสายป้อนที่ด้านล่างของส่วน 5 — ซึ่งกำหนดรายละเอียดนี้เป็นจุดอ่อนในการควบคุมโครงสร้าง.
| คลื่น | ส่วน | แม็กซ์. ความเครียด (MPa) | Location of Max. ความเครียด | แม็กซ์. การกำจัด (มิลลิเมตร) |
|---|---|---|---|---|
| ศูนย์ | ส่วน 1 | 8 | ส่วน 1 side wall | 250 |
| ส่วน 2 | 15 | ส่วน 2 side wall | 180 | |
| ส่วน 3 | 22 | ส่วน 3 side wall | 104 | |
| ส่วน 4 | 23 | ส่วน 4 side wall | 51 | |
| ส่วน 5 | 112 | การเปิดสายป้อนที่ส่วน 5 ด้านล่าง | 16 | |
| โกเบ | ส่วน 1 | 5 | ส่วน 1 side wall | 189 |
| ส่วน 2 | 11 | ส่วน 2 side wall | 131 | |
| ส่วน 3 | 15 | ส่วน 3 side wall | 131 | |
| ส่วน 4 | 46 | ส่วน 4 side wall | 38 | |
| ส่วน 5 | 109 | การเปิดสายป้อนที่ส่วน 5 ด้านล่าง | 12 | |
| สังเคราะห์เทียม | ส่วน 1 | 13 | ส่วน 1 side wall | 278 |
| ส่วน 2 | 32 | ส่วน 2 side wall | 196 | |
| ส่วน 3 | 58 | ส่วน 3 side wall | 157 | |
| ส่วน 4 | 79 | ส่วน 4 side wall | 98 | |
| ส่วน 5 | 124 | การเปิดสายป้อนที่ส่วน 5 ด้านล่าง | 24 |
17. การเปรียบเทียบข้ามวิธีของการตอบกลับด้วยคอมพิวเตอร์
เส้นทางการวิเคราะห์ทั้งสามเส้นทางให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างเป็นระบบ. การเปรียบเทียบด้านล่างนี้จะตั้งค่าการควบคุมควบคู่กัน เพื่อให้การอนุรักษ์สัมพัทธ์ของแต่ละวิธีมีความโปร่งใส. วิธีสเปกตรัมการตอบสนองจะส่งกลับค่าความเค้นและการกระจัดสูงสุดอย่างสม่ำเสมอ, ตามด้วยวิธีเฉือนฐานคงที่, ในขณะที่การวิเคราะห์ประวัติเวลาแบบไม่เชิงเส้นจะส่งกลับค่าที่ต่ำที่สุด เนื่องจากจะจับการกระจายพลังงานที่เกี่ยวข้องกับความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิต.
| ปริมาณการตอบกลับ | คงที่ (แรงเฉือนฐาน) | สเปกตรัมการตอบสนอง | ประวัติเวลาไม่เชิงเส้น (แม็กซ์) | วิธีการปกครอง |
|---|---|---|---|---|
| ความเครียดสูงสุด (MPa) | 102 | 142 | 124 | สเปกตรัมการตอบสนอง |
| การกระจัดสูงสุด (มิลลิเมตร) | 348 | 602 | 278 | สเปกตรัมการตอบสนอง |
| ส่วน 1 สูงสุด. ความเครียด (MPa) | 14 | 44 | 13 | สเปกตรัมการตอบสนอง |
| ส่วน 5 สูงสุด. ความเครียด (MPa) | 102 | 142 | 124 | สเปกตรัมการตอบสนอง |
| การใช้ความเครียดเทียบกับ. 310 MPa | 32.9% | 45.8% | 40.0% | ทั้งหมดด้านล่าง 100% |
| ยืดหยุ่น / พฤติกรรมไม่ยืดหยุ่น | เชิงเส้น | เชิงเส้น | วัสดุ + เรขาคณิตไม่เชิงเส้น | ขึ้นอยู่กับวิธีการ |
| พิจารณาจำนวนโหมดแล้ว | 1 (พื้นฐาน) | 6 (มวล µ90%) | ทั้งหมด (บูรณาการโดยตรง) | FEMA 365 เกณฑ์ |
| จับเอฟเฟกต์ P-Δ ได้ | ไม่ | ไม่ | ใช่ | ประวัติเวลาเท่านั้น |
18. การประเมินผลกระทบลำดับที่สองของ P-Δ
เนื่องจากน้ำหนักตัวของหอคอยและมวลของแท่นรวมที่ด้านบนทำหน้าที่ผ่านโครงสร้างที่ถูกแทนที่ด้านข้าง, โมเมนต์ P-Δ ลำดับที่สองถูกสร้างขึ้นนอกเหนือจากโมเมนต์แผ่นดินไหวลำดับที่หนึ่ง. วิธีแก้ปัญหาประวัติเวลาแบบไม่เชิงเส้นคำนึงถึงผลกระทบนี้อย่างชัดเจน, ในขณะที่เส้นทางสเปกตรัมตอบสนองเชิงเส้นไม่สามารถทำได้. การเปรียบเทียบด้านล่างจะบันทึกขนาดของผลกระทบของหอคอยที่ศึกษา.
การค้นหา: ตามผลลัพธ์ประวัติศาสตร์เวลาแบบไม่เชิงเส้นจากการเคลื่อนที่ภาคพื้นดินทั้งสามแบบ, เอฟเฟกต์ P-Δ ของโครงสร้างโมโนโพลที่เลือกภายใต้ความเข้ม 8 การเกิดแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักไม่มีนัยสำคัญ. โครงสร้างตอบสนองเป็นหลักเหมือนคานยื่นแบบลำดับแรก, และการขยายที่เกี่ยวข้องกับความเสถียรไม่ได้ควบคุมการออกแบบ.
19. การระบุ Weak-Link และการประเมินรายละเอียดท้องถิ่น
ผลลัพธ์ของรูปร่างความเค้นแสดงให้เห็นว่าความเค้นสูงสุดในโครงสร้างพัฒนาขึ้นที่ช่องสายป้อนที่ด้านล่างของส่วนของทาวเวอร์ 5. การเปิดนี้ขัดจังหวะเส้นทางโหลดต่อเนื่องของเชลล์, ทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้นเฉพาะที่ซึ่งไม่มีอยู่ที่อื่นในเพลา. ตำแหน่งนี้จึงถูกระบุว่าเป็นจุดอ่อนที่สุดของโครงสร้าง และควรเป็นจุดเน้นของการปรับปรุงรายละเอียดใดๆ, โปรแกรมการตรวจสอบหรือยุทธศาสตร์การเสริมกำลังในพื้นที่.
| ยศ | ตำแหน่งที่สำคัญ | ความเครียดสูงสุด (MPa) | ลักษณะความเสี่ยง |
|---|---|---|---|
| 1 | การเปิดสายป้อน, ส่วน 5 ด้านล่าง | 124 (ประวัติศาสตร์เวลา) / 142 (สเปกตรัม) | ความไม่ต่อเนื่องของเชลล์, ความเข้มข้นในท้องถิ่น |
| 2 | ส่วน 5 / reinforcement rib junction | 102 - 142 | การเปลี่ยนแปลงความแข็ง, นิ้วเท้าเชื่อม |
| 3 | ส่วน 4 side wall | 46 - 103 | การดัดงอระดับโลก, ปานกลาง |
| 4 | ส่วน 3 side wall | 15 - 83 | การดัดงอระดับโลก, ต่ำ |
| 5 | ส่วน 2 side wall | 11 - 62 | การดัดงอระดับโลก, ต่ำมาก |
| 6 | ส่วน 1 side wall | 5 - 44 | การดัดงอระดับโลก, เล็กน้อย |
20. เมทริกซ์การตรวจสอบการปฏิบัติตามรหัส
ความเค้นที่คำนวณได้สูงสุดของโครงสร้างโมโนโพลที่เลือกคือ 142 MPa, ต่ำกว่าความแข็งแรงการออกแบบของวัสดุที่ระบุไว้ในรหัสการออกแบบโครงสร้างเหล็กมาก. การกระจัดที่คำนวณสูงสุดคือ 602 มิลลิเมตร. ปริมาณทั้งสองจะถูกเปรียบเทียบกับเกณฑ์การยอมรับที่เกี่ยวข้องในเมทริกซ์ด้านล่าง.
| รายการตรวจสอบ | คำนวณแล้ว | ขีดจำกัด / เกณฑ์ | สถานะ |
|---|---|---|---|
| ความเครียดสูงสุดเทียบกับ. ความแข็งแกร่งของการออกแบบ | 142 MPa | 310 MPa (Q345B, เสื้อ ≤ 16 มิลลิเมตร) | ผ่าน |
| การกระจัดสูงสุดเทียบกับ. เอช/75 | 602 มิลลิเมตร | 533 มิลลิเมตร (เอช/75) — สเปกตรัม; ประวัติศาสตร์เวลา 278 มิลลิเมตร | ตรวจสอบต่อรหัส |
| ช่วงเวลาพื้นฐานเทียบกับ. ระยะเวลาไซต์ | 1.59 s | เหนือระยะเวลาลักษณะไซต์สูงสุด | ผ่าน |
| มวลที่เข้าร่วมแบบกิริยา | อยู่ที่ 88.5% นิ้ว 6 โหมด | 90% (FEMA 365) | ผ่าน (ใกล้ 90%) |
| ขั้นตอนการเสียรูป | ยืดหยุ่น | ไม่ยอมแพ้ภายใต้แผ่นดินไหวที่หายาก | ผ่าน |
| จำนวนบันทึกการเคลื่อนไหวภาคพื้นดิน | 2 แท้จริง + 1 เทียม | ≥ 2 แท้จริง + 1 เทียม | ผ่าน |
21. สรุปซองจดหมายตอบกลับในทุกวิธี
ขอบเขตของผลลัพธ์ที่รวบรวมจากเส้นทางการวิเคราะห์ทั้งสามเส้นทางและการเคลื่อนที่ภาคพื้นดินทั้งสามเส้นทางมีสรุปไว้ด้านล่างนี้. ซองนี้กำหนดการตอบสนองพื้นฐานการออกแบบของทาวเวอร์และทำหน้าที่เป็นชุดข้อมูลอ้างอิงสำหรับการตัดสินใจออกแบบในภายหลัง.
22. ข้อสรุป
ข้อสรุปสี่ประการตามมาจากการวิเคราะห์แบบโมดอลและจากการประเมินแผ่นดินไหวเชิงเปรียบเทียบที่ดำเนินการด้วยวิธีการคำนวณทั้งสามวิธี.
23. คำแนะนำทางวิศวกรรมที่ได้มาจากการวิเคราะห์
คำแนะนำต่อไปนี้แปลการค้นพบเชิงตัวเลขให้เป็นการออกแบบเชิงปฏิบัติและการดำเนินการตรวจสอบสำหรับโครงการโมโนโพลการสื่อสารที่มีการกำหนดค่าและการจำแนกประเภทไซต์ที่คล้ายคลึงกัน.
| ลำดับความสำคัญ | คำแนะนำ | เหตุผลทางเทคนิค |
|---|---|---|
| สูง | นำวิธีสเปกตรัมการตอบสนองมาใช้เป็นการตรวจสอบการออกแบบ | ให้ผลตอบแทนสูงสุด (อนุรักษ์นิยมที่สุด) ซองจดหมายความเครียดและการกระจัด |
| สูง | เสริมกำลังการเปิดสายป้อนที่ส่วนเฉพาะ 5 ด้านล่าง | ระบุว่าเป็นจุดอ่อนที่สุดเพียงจุดเดียวในทุกวิธีและทุกคลื่น |
| ปานกลาง | ตรวจสอบสลักเกลียวและฐานรากแยกกัน | ไม่รวมอยู่ในแบบจำลองโครงสร้างส่วนบนนี้; ถือว่าฐานแข็ง |
| ปานกลาง | ตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของซ็อกเก็ตสำหรับข้อต่อจริง | ม = 0.3 ถือว่า; สลิปซ็อกเก็ตควบคุมการโต้ตอบของเซ็กเมนต์ |
| ต่ำ | ขยายจำนวนโหมดให้เกินหกหากจำเป็นต้องมีระยะขอบเพิ่มเติม | มวลสะสมที่ 6 โหมดคือ 88.5%, ข้างใต้ 90% |
| ต่ำ | ประเมินอีกครั้งว่าระดับของไซต์เปลี่ยนเป็นดินอ่อนกว่าหรือไม่ | หอคอยคาบยาวมีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาของไซต์ |
24. ภาพรวมข้อมูลจำเพาะ — สรุปข้อมูลที่มีโครงสร้าง
| ประเภทโครงสร้าง | เสาโมโนโพลเหล็กคานยื่นแบบผนังบางเรียว (โครงสร้างสูง) |
| ความสูง / มวล | 40 ม. / ➤10.1 ตัน |
| วัสดุ | Q345B, ฉ = 310 MPa, ฉวี - 180 MPa, แบริ่งปลาย 400 MPa |
| ภาพตัดขวาง | 12-รูปหลายเหลี่ยมด้าน, ผนัง 8 / 10 / 12 มม. ตามส่วน |
| จำนวนเซ็กเมนต์ / ความยาว | 5 ส่วน × 8 ม. |
| ตาข่าย FE | 52,834 โหนด, 50,147 องค์ประกอบ, ขนาดขั้นต่ำ 60 มิลลิเมตร |
| ความถี่โมดอล (เอ็กซ์) | 0.63 / 2.96 / 7.69 / 14.74 Hz |
| ความถี่โมดอล (และ) | 0.63 / 2.97 / 7.76 / 14.90 Hz |
| อินพุตแผ่นดินไหว | ความเข้ม 8 rare earthquake, กสูงสุด - 0.9, Site Class IV, Group 3 |
| การเคลื่อนไหวภาคพื้นดิน | ศูนย์ (0.4 ก.), โกเบ (0.4 ก.), เทียม (0.4 ก.) |
| การควบคุมความเครียด / การกำจัด | 142 MPa / 602 มิลลิเมตร (สเปกตรัมการตอบสนอง) |
| ลิงค์อ่อนแอ | การเปิดสายป้อนที่ด้านล่างของส่วน 5 |
