Baz İstasyonu Çelik Kafes Hücresel Kule için Sismik Kırılganlığın Geliştirilmesi

Sismik kırılganlık analizi, baz istasyonu çelik kafesli hücresel kulelerin yapısal dayanıklılığını sağlamanın önemli bir yönüdür. Bu kuleler sismik olaylar sırasında ve sonrasında iletişimin sürdürülmesi açısından kritik önem taşıyor. Bu kapsamlı analiz sismik davranışın anlaşılmasını içerir, yapısal modelleme yapmak, ve farklı sismik yoğunluk seviyeleri altında çeşitli hasar durumlarına ulaşma veya bu durumları aşma olasılığını ölçen kırılganlık eğrilerinin geliştirilmesi.

Çelik Kafes Hücresel Kule

Baz İstasyonu Çelik Kafes Hücresel Kule için Ürün Parametreleri

1. dizayn

• Tasarım kodu: / Vardır-222-G / F;

2. Yapı Çelik

Kule, yumuşak çelik veya yüksek gerilimli çelik kullanılarak inşa edilebilir, çeşitli uluslararası standartlara uygun:

• hafif çelik:
  • Çin Standardı: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • Amerikan Standardı: ASTM A36
  • Avrupa Standardı: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• Yüksek gerilimli çelik:
  • Çin Standardı: GB / T 1591: Q345B, Q345C, Q345D
  • Amerikan Standardı: ASTM A572 GR50
  • Avrupa Standardı: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. Tasarım Rüzgar Hız

• Maksimum Rüzgar Hızı: kadar 250 km / s

4. İzin Verilen Sapma

• Sapma Aralığı: 0.5 için 1.0 operasyonel hızda derece

5. Mekanik özellikler

• Gerilme direnci (MPa):
  • hafif çelik: 360 için 510
  • Yüksek gerilimli çelik: 470 için 630
• Akma dayanımı (t ≤ 16 mm) (MPa):
  • hafif çelik: 235
  • Yüksek gerilimli çelik: 355
• Uzama (%):
  • hafif çelik: 20
  • Yüksek gerilimli çelik: 24
• Darbe Dayanımı KV (J):
  • hafif çelik:
    • 27 (20°C) — Q235B (S235JR)
    • 27 (0°C) — Q235C (S235J0)
    • 27 (-20°C) — Q235D (S235J2)
  • Yüksek gerilimli çelik:
    • 27 (20°C) — Q345B (S355JR)
    • 27 (0°C) — Q345C (S355J0)
    • 27 (-20°C) — Q345D (S355J2)

6. Vidalar & Fındık

• sınıf: 4.8, 6.8, 8.8
• Mekanik Özellikler Standartları:
  • Vidalar: ISO 898-1
  • Fındık: ISO 898-2
  • Yıkayıcılar: ISO 6507-1
• Boyutlar için Standartlar:
  • Vidalar: DAN 7990, DAN 931, DAN 933
  • Fındık: ISO 4032, ISO 4034
  • Yıkayıcılar: DAN 7989, DIN 127B, ISO 7091

7. Kaynak

• Yöntem: CO₂ Korumalı Ark Kaynağı & Tozaltı (TESTERE)
• Standart: AWS D1.1

8. İşaretleme

• Üyeleri İşaretleme Yöntemi: Hidrolik Pres Damgalama

9. Galvaniz

• Çelik Profiller İçin Galvanizleme Standardı: ISO 1461 veya ASTM A123
• Cıvata ve Somunlar için Galvanizleme Standardı: ISO 1461 veya ASTM A153

10. Test yapmak

• Fabrika Testleri:
  • Çekme testi
  • Element Analizi
  • Charpy Testi (Darbe Testi)
  • Soğuk Bükme
  • Preece Testi
  • Çekiç Testi

 

Bu parametreler, kulenin yapısal bütünlük açısından katı standartları karşılamasını sağlar, dayanıklılık, ve çeşitli çevresel koşullar altında performans. Bu özelliklere bağlı kalarak, Kule, yüksek rüzgar hızlarına ve sismik yüklere dayanacak şekilde tasarlanmıştır, iletişim altyapısı için güvenilir destek sağlamak.

1. Sismik Kırılganlık Analizine Giriş

Sismik kırılganlık analizi, bir yapının değişen sismik yoğunluk seviyeleri altında belirli hasar durumlarına ulaşma veya bu durumları aşma olasılığını değerlendirir.. Baz istasyonu için çelik kafes hücresel kule, Bu içerir:

• Potansiyel hasar durumlarının tanımlanması.
• Sismik tehlike analizinin yapılması.
• Kulenin sismik tepkisinin modellenmesi.
• Kulenin sismik yüklere tepkisinin olasılıksal analizine dayalı kırılganlık eğrilerinin geliştirilmesi.

2. Sismik Tehlike Analizi

Sismik tehlike analizi sismik yoğunluk önlemlerinin belirlenmesini içerir (anlık iletiler) Kulenin konumuyla ilgili. Anahtar adımlar şunları içerir::

• Sismik Bölgeleme: Sismik bölgenin belirlenmesi ve en yüksek yer ivmesi gibi ilgili sismik verilerin elde edilmesi (PGA'lar), spektral ivme (Açık), ve yer hareketi kayıtları.
• İade Dönemleri: İade sürelerinin tanımlanması (örneğin, 50, 100, 475, 2475 yıl) Farklı sismik tehlike seviyelerini değerlendirmek için.
• Sahaya Özel Analiz: Kulenin karmaşık jeolojiye sahip bir bölgede bulunması durumunda sahaya özel sismik tehlike analizinin yapılması.
• 

3. Hasar Durumları Tanımı

Hasar durumları farklı yapısal hasar seviyelerini temsil eder. Çelik kafesli hücresel kule için, tipik hasar durumları şunları içerebilir::

• Hafif Hasar (DS1): Küçük deformasyonlar ve önemli yapısal hasar yok.
• Orta Hasar (DS2): Göze çarpan deformasyonlar, üyelerin az getirisi, ve bir miktar bağlantı hasarı.
• Geniş çaplı hasar (DS3): Önemli deformasyonlar, birden fazla üyenin elde edilmesi, ve anahtar bağlantılarda hasar.
• Yıkılmak (DS4): Toplam yapısal başarısızlık veya çöküş.

4. Yapısal Modelleme ve Sismik Tepki Analizi

4.1 3D Yapısal Modelleme

Sonlu elemanlar analizini kullanarak hücresel kulenin ayrıntılı bir 3 boyutlu modelinin oluşturulması (FEA) SAP2000 gibi yazılımlar, ANSYS, veya OpenSees. Model şunları içermelidir::

• Yapısal Üyeler: Kafes üyeleri, canlandırıcı, ve bağlantılar.
• vakıf: Zemin-yapı etkileşimini hesaba katacak temelin modellenmesi.
• Kütle dağılımı: Kütle dağılımının doğru gösterimi, antenler ve ekipmanlar dahil.

4.2 Sismik Yükleme

Modele sismik yüklerin uygulanması şunları içerir::

• Yer Hareketi Kayıtları: Sahadaki sismik tehlikeyi temsil eden gerçek veya sentetik yer hareketi kayıtlarının kullanılması.
• Zaman Geçmişi Analizi: Kulenin dinamik tepkisini yakalamak için doğrusal olmayan zaman alanı analizinin gerçekleştirilmesi.
• Tepki Spektrum Analizi: Karşılaştırma ve doğrulama için yanıt spektrumu analizinin yapılması.

4.3 Doğrusal Olmayan Analiz

Kulenin sismik yük altındaki elastik olmayan davranışını yakalamak için doğrusal olmayan analiz önemlidir.. Bu içerir:

• Malzeme Doğrusal Olmaması: Çelik elemanların akma ve akma sonrası davranışlarının modellenmesi.
• Geometrik Doğrusal Olmama: Büyük deformasyonlar ve P-Delta etkileri dikkate alındığında.
• Bağlantı Davranışı: Bağlantı sertliği ve kuvvetinin doğru modellenmesi.

5. Kırılganlık Eğrisi Geliştirme

Kırılganlık eğrileri, kulenin sismik yüklere tepkisinin istatistiksel analiziyle geliştirilir.. Adımlar şunları içerir::

5.1 Sismik Talep Parametreleri

Sismik talep parametrelerinin belirlenmesi (örneğin, maksimum katlar arası ötelenme, taban kesme) hasar durumlarıyla ilişkili olan.

5.2 Olasılıksal Sismik Talep Modelleri (PSDM'ler)

Sismik talep parametrelerini sismik yoğunluk ölçümleriyle ilişkilendiren PSDM'lerin geliştirilmesi (anlık iletiler). Bu, doğrusal olmayan zaman alanı analizlerinden elde edilen sonuçlar üzerinde regresyon analizi kullanılarak yapılabilir..

5.3 Hasar Olasılığı Matrisleri

Belirli sismik yoğunluk seviyeleri için her hasar durumuna ulaşma veya bu durumu aşma olasılığını sağlayan hasar olasılık matrislerinin oluşturulması.

5.4 Kırılganlık Fonksiyonu Formülasyonu

Kırılganlık fonksiyonlarını hasar olasılığı verilerine uydurma. Kırılganlık fonksiyonu genellikle lognormal kümülatif dağılım fonksiyonu olarak ifade edilir. (CDF):

[≥∣]=F(ln⁡()−ln⁡())P[DS≥ds∣BENM]=Phi(Bds​ln(BENM)−ln(BENMds​)​)

Nerede:

• $P[DS\ge ds\mid BENM]$ = Hasar durumuna ulaşma veya bu durumu aşma olasılığı $ds$ verilen yoğunluk ölçüsü $BENM$.
• $Phi$ = Standart normal kümülatif dağılım fonksiyonu.
• BENMds​ = Hasar durumuna neden olan yoğunluk ölçüsünün medyan değeri $ds$.
• Bds​ = Hasar durumu için IM'deki belirsizliği temsil eden logaritmik standart sapma $ds$.

 

 

6. Vaka Analizi: Baz İstasyonu Çelik Kafes Hücresel Kulenin Sismik Kırılganlık Analizi

Sismik kırılganlıkların gelişimini göstermek, Sismik açıdan aktif bir bölgede bulunan çelik kafesli bir hücresel kulenin örnek olay incelemesini sunuyoruz.

6.1 Kule Açıklaması

• Yükseklik: 40 metre
• Yapılandırma: Dört ayaklı ve çapraz destekli kafes kule
• yer: Urban area in a seismic zone with high seismic activity

6.2 Seismic Hazard Data

• Seismic Zone: Zone IV (high seismicity)
• Design Spectra: Based on the local building code
• Yer Hareketi Kayıtları: Selected from a database to match the seismic hazard at the site

6.3 Structural Modeling

A detailed 3D finite element model is created using OpenSees, incorporating the following elements:

• Yapısal Üyeler: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• vakıf: Modeled as fixed supports for simplicity, with a note that a more detailed soil-structure interaction model could be used

6.4 Seismic Loading and Analysis

Ground Motion Selection:

• 10 ground motion records, scaled to match the design spectra at different intensity levels (örneğin, 0.1g, 0.2g, 0.3g, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• Anahtar çıkış parametreleri: maksimum katlar arası ötelenme, taban kesme, ve üye kuvvetler

6.5 Hasar Durumu Kriterleri

Mühendislik muhakemesi ve yapısal performans kriterlerine dayalı olarak hasar durumlarının tanımlanması:

• Hafif Hasar (DS1): Maksimum katlar arası kayma < 0.5%
• Orta Hasar (DS2): Maksimum katlar arası kayma 0.5% – 1.5%
• Geniş çaplı hasar (DS3): Maksimum katlar arası kayma 1.5% – 3%
• Yıkılmak (DS4): Maksimum katlar arası kayma > 3%

6.6 Sismik Talep Parametreleri

Temel sismik talep parametreleri şu şekilde tanımlanır::

• Maksimum Katlararası Kayma (ORTA)
• Taban Kesme (BS)

6.7 Olasılıksal Sismik Talep Modelleri (PSDM'ler)

Her hasar durumu için PSDM'ler geliştirmek amacıyla doğrusal olmayan zaman alanı analizinden elde edilen sonuçlar üzerinde regresyon analizi gerçekleştirilir.. Örneğin:

ORTA=⋅(PGA'lar)ORTA=bir⋅(PGA'lar)b

Nerede $bir$ ve $b$ analizden elde edilen regresyon katsayılarıdır.

6.8 Kırılganlık Eğrisi Geliştirme

Hasar Olasılığı Matrisleri:

• Sismik talep parametrelerine ve bunlara karşılık gelen sismik yoğunluklara dayalı olarak her hasar durumu için inşa edilmiştir.

Kırılganlık Fonksiyonları:

• Hasar olasılığı verilerine lognormal dağılım kullanılarak uyarlanmıştır.

Orta dereceli hasar için örnek kırılganlık fonksiyonu (DS2):

[≥2∣]=F(ln⁡(PGA'lar)−ln⁡(PGA2)2)P[DS≥DS2∣PGbir]=Phi(BDS2​ln(PGA'lar)−ln(PGA'larDS2​)​)

Nerede:

• PGA2PGA'larDS2​ = Orta düzeyde hasara neden olan medyan PGA
• 2BDS2​ = Orta dereceli hasar için logaritmik standart sapma

6.9 Sonuçlar

Her hasar durumu için kırılganlık eğrileri çizilir, PGA'nın bir fonksiyonu olarak her hasar durumunun aşılma olasılığını gösteren. Örnek sonuçlar şunları içerebilir::

• DS1: Medyan PGA = 0,15g, 1=0,3BDS1​=0.3
• DS2: Medyan PGA = 0,30g, 2=0,35BDS2​=0.35
• DS3: Medyan PGA = 0,45g, 3=0,4BDS3​=0.4
• DS4: Medyan PGA = 0,60g, 4=0,45BDS4​=0.45

7. Tartışma ve Yorumlama

Geliştirilen kırılganlık eğrileri, kulenin sismik olaylara karşı savunmasızlığının olasılıksal bir ölçümünü sağlar. Önemli gözlemler şunları içerir::

• Hafif Hasar (DS1): Kulenin nispeten düşük PGA seviyelerinde hafif hasar görmesi muhtemeldir.
• Orta Hasar (DS2): Orta düzeyde hasar olasılığı, 0,3 g'lik PGA'nın ötesinde önemli ölçüde artar.
• Geniş çaplı hasar (DS3): Daha yüksek PGA değerlerinde kapsamlı hasar olası hale gelir, sağlam tasarım önlemlerine ihtiyaç olduğunu belirten.
• Yıkılmak (DS4): Çökme olasılığı düşüktür ancak çok yüksek PGA değerlerinde anlamlıdır, Yapısal başarısızlık için kritik yoğunluk eşiklerinin vurgulanması.

8. Sonuç

Baz istasyonu çelik kafes hücresel kulesinin sismik kırılganlık analizi, sismik kırılganlığa ilişkin değerli bilgiler sağlar ve tasarım iyileştirmeleri ve güçlendirme stratejileri için bilgi sağlar. Bu süreçte özetlenen adımlar, kulenin sismik yükleme altındaki davranışının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını ve güvenilir kırılganlık eğrilerinin geliştirilmesini sağlar.. Bu eğriler sismik dayanıklılık bağlamında risk değerlendirmesi ve karar verme açısından çok önemlidir..

9. Sismik Dayanıklılığın Artırılmasına Yönelik Öneriler

Sismik kırılganlık analizinden elde edilen bulgulara dayanarak, Kulenin sismik dayanıklılığını arttırmak için çeşitli önerilerde bulunulabilir:

9.1 Yapısal Güçlendirme

• Üye Güçlendirme: Kritik üyeleri yükseltin (örneğin, bacaklar ve ana destek) daha yüksek sismik kuvvetlere dayanacak.
• Bağlantı Geliştirmeleri: Dinamik yükleme altında arızayı önlemek için bağlantıların tasarımını ve gücünü iyileştirin.
• Yedek Destek: Alternatif yük yolları sağlamak ve genel stabiliteyi artırmak için ek destek ekleyin.

9.2 Temel İyileştirmeleri

• Zemin-Yapı Etkileşimi (SGK): Sismik kuvvetleri etkili bir şekilde azaltmak için ayrıntılı SSI analizi ve tasarım temelleri gerçekleştirin.
• Taban İzolasyonu: Kuleyi yer hareketinden ayırmak ve sismik talebi azaltmak için taban izolasyon tekniklerinin kullanımını düşünün.

9.3 Güçlendirme Stratejileri

• Sönümleme Sistemleri: Sönümleme sistemlerini uygulayın (örneğin, ayarlanmış kütle sönümleyiciler, viskoz damperler) sismik enerjiyi dağıtmak ve titreşimleri azaltmak için.
• Mevcut Kulelerin Güçlendirilmesi: Harici destekler eklemek veya fiberle güçlendirilmiş polimerler kullanmak gibi güçlendirme tekniklerini uygulayın (CTP) yapısal kapasiteyi geliştirmek.

9.4 İzleme ve Bakım

• Sismik İzleme: Sismik olaylar sırasında kulenin tepkisini izlemek ve devam eden değerlendirme için veri toplamak için sensörler kurun.
• Düzenli Denetimler: Potansiyel güvenlik açıklarını belirlemek ve gidermek için rutin denetimler ve bakım gerçekleştirin.

10. Gelecekteki Araştırma Yönergeleri

Çelik kafesli hücresel kulelerin sismik kırılganlık analizini iyileştirmek ve geliştirmek için daha fazla araştırma yapılabilir.:

• İleri Modelleme Teknikleri: Karmaşık davranışları daha doğru bir şekilde yakalamak için yüksek doğruluklu sonlu eleman modellerinden ve gelişmiş doğrusal olmayan analiz yöntemlerinden yararlanın.
• Deneysel Doğrulama: Analitik modelleri ve kırılganlık eğrilerini doğrulamak için ölçekli modeller veya bileşenler üzerinde sarsma masası testleri yapın.
• Performansa Dayalı Tasarım: Özellikle hücresel kuleler için performansa dayalı tasarım yönergeleri geliştirin, sismik kırılganlık öngörülerini bir araya getiren.
• Diğer Tehlikelerle Entegrasyon: Birden fazla tehlikenin birleşik etkilerini inceleyin (örneğin, rüzgar ve sismik) kapsamlı dayanıklılık stratejileri geliştirmek.

11. Sonuç

Baz istasyonu çelik kafes hücresel kulesi için sismik kırılganlıkların geliştirilmesi, sismik olaylar sırasında ve sonrasında yapısal bütünlüğünü ve operasyonel sürekliliğini sağlamada kritik bir adımdır.. Sismik tehlike analizine sistematik bir yaklaşım izleyerek, yapısal modelleme, ve kırılganlık eğrisi gelişimi, mühendisler kulenin savunmasızlığını ölçebilir ve etkili hafifletme önlemleri uygulayabilir. Bu çabalar iletişim altyapısının genel dayanıklılığına katkıda bulunuyor, deprem sonrasında acil müdahale ve toparlanma için gerekli olan.