Xử lý các AAU 5G thừa cân: Chúng tôi như thế nào “Bản vá” Tháp – Một nghiên cứu điển hình về cốt thép gia cố

Bạn đã chạm vào chỗ đau. Các AAU 5G này? Hãy để tôi kể cho bạn nghe, chúng là cơn ác mộng của kỹ sư kết cấu. Những người lập kế hoạch RF, họ sẽ vỗ ngực trong các cuộc họp và nói, “Chỉ còn một hộp nữa thôi, không nặng chút nào!” Sau đó chúng tôi chạy các con số, và khói thánh, chỉ là một trong những AAU đó, với giá đỡ của nó, có diện tích dự kiến ​​tải trọng gió 40% lớn hơn các đơn vị riêng biệt cũ, và trọng lượng đã tăng gấp đôi.

Thiết kế ban đầu là từ 10 nhiều năm trước. Hồi đó, phía trên có ba ăng-ten 2G mảnh, nhẹ như dây phơi quần áo. Bây giờ họ muốn treo ba AAU, mỗi cái có một RRU cồng kềnh, hoặc tích hợp. Phần trên cùng của tháp, tỷ lệ căng thẳng (Kiểm tra sự thống nhất) bắn từ 0.6 đến 1.4. Màu đỏ. Thất bại. Một mớ hỗn độn.

Bạn làm nghề gì? Phá bỏ tháp và xây dựng lại? Khách hàng sẽ có cái đầu của bạn. Lựa chọn duy nhất là tăng cường. Giống như khi xương của một người không đủ khỏe, bạn đeo nẹp, thêm chân thép. Chúng tôi gọi loại công việc này “phẫu thuật chỉnh hình.”

Tòa tháp đặc biệt đó cao 60 mét, tháp lưới ba ống. Đỉnh cao 5 mét, mà chúng tôi gọi là “phần trên cùng” hoặc là “phần cột thu lôi,” là vấn đề. Các ống thép ở đó nhỏ hơn và có thành mỏng hơn, ban đầu được thiết kế cho ăng-ten roi nhẹ. Bây giờ nó phải chứa ba tấm lớn. Khi gió thổi, tất cả mômen uốn đó tập trung ngay ở chân phần trên cùng đó, trên vòng mặt bích và bu lông kết nối.

Chúng tôi đã đưa ra hai giải pháp và cuối cùng sử dụng kết hợp cả hai. Hãy để tôi chia nhỏ nó cho bạn:

Giải pháp 1: Vòng thân tháp + Bộ làm cứng kênh dọc – “Áo giáp cho anh chàng gầy”

Đây là cốt thép chịu lực chính. Chúng tôi không thể cắt và thay thế các thành viên chân chính, điều đó có nghĩa là xây dựng lại. Mục tiêu của chúng tôi là chia sẻ tải.

1. Logic cốt lõi:
Giả sử phần chân ban đầu là ống thép, nói φ168×6. Mô-đun phần của nó không đủ. Như vậy, chúng tôi đã hàn hai kênh, quay lại phía sau, dọc theo trục thẳng đứng bám chặt vào ống hiện có. Chẳng hạn, [12 kênh - đó là, kênh C12, 120cao mm. Hai kênh này, kết hợp với ống tròn nguyên bản thông qua hàn gián đoạn, tạo thành một mặt cắt tổng hợp.

Đây là tất cả về việc tính toán mô men quán tính của phần hỗn hợp. Quán tính của ống ban đầu là I_steel. Thêm hai kênh, trục trung hòa của mặt cắt liên hợp mới dịch chuyển nhẹ, nhưng quán tính tổng I_combo tăng lên đáng kể. Mức tăng phụ thuộc vào kích thước kênh và độ tin cậy của kết nối với thành viên ban đầu.

$${\mathrm{TÔI}}_{c\mathrm{các}mb\mathrm{các}}\approx {\mathrm{TÔI}}_{Steel}+2\ast ({\mathrm{TÔI}}_{ch\mathrm{một}nnel}+{\mathrm{Một}}_{ch\mathrm{một}nnel}\ast d^2)$$Icombo​≈Isteel​+2∗(Ichannel​+Achannel​∗d2)(Trong công thức, d là khoảng cách từ trọng tâm kênh đến trục trung hòa tổng thể của mặt cắt liên hợp. Tính toán này thật mệt mỏi; chúng tôi thường lập mô hình phần trực tiếp trong phần mềm FEA. Nhưng để ước tính nhanh, công thức này cho thấy hiệu ứng chủ yếu đến từ số hạng d² – bạn đặt vật liệu càng xa trung tâm, thì càng tốt.)

Các kênh hoạt động như “chất làm cứng,” biến một cách hiệu quả “cánh tay mỏng” vào một “cánh tay dày,” và với mặt bích, tăng đáng kể khả năng uốn.

2. Cách khắc phục chúng? – Hoops là chìa khóa!
Chỉ hàn các kênh dọc là không đủ. Lực đến từ anten, thông qua nền tảng, đến chân. Nếu các kênh chỉ được hàn vào chân, biến dạng cục bộ của chân có thể làm rách mối hàn. Bạn phải, trong khoảng thời gian, dùng vòng để buộc chặt chúng lại với nhau, giống như một sợi dây thép giữ một bó que lại với nhau.

Ở phần dưới của phần trên cùng, nơi mômen uốn cao nhất, chúng tôi đặt vòng mỗi lần 1.5 mét. Những chiếc vòng này được làm từ – bạn đoán được rồi – các kênh, nhưng uốn thành hình vòng cung. Chúng tôi đã lấy [10 các kênh và uốn chúng trên máy ép thủy lực chuyên dụng để phù hợp với mặt cắt hình tam giác của tháp. Những phần cong này sau đó được đặt xung quanh ba chân chính, bao quanh cả hai chân ban đầu và các kênh dọc mới.

Những vòng này được hàn liên tục. Sau khi hàn, ba chân ban đầu, cộng với các kênh dọc mới, tất cả đều được tích hợp bởi các vòng này thành một cấu trúc kết hợp khung giàn không gian có độ cứng cao. Lực truyền từ chân tới vòng, và vòng phân phối lại nó tới các thiết bị làm cứng kênh lân cận. Mọi người chia sẻ gánh nặng.

Giải pháp 2: Gia cố mặt bích và khu vực chung – “Đúc bột trên khớp”

Thân tháp được cố định, nhưng cuối cùng lực cần chuyển sang phần bên dưới. Nối phần trên và phần dưới là vòng bích đồ sộ và hàng chục bu lông cường độ cao. Chúng tôi đã phải kiểm tra khu vực này.

1. Làm cứng mặt bích: Mặt bích ban đầu ở chân phần trên cùng là một vòng thép dày. Dưới thời điểm uốn đáng kể, bản thân mặt bích có thể biến dạng, hoặc là “cong vênh.” Chúng tôi hàn các tấm tăng cứng hình tam giác bên dưới mặt bích (ở bên trong), ngay phía trên điểm kết nối đến phần dưới. Các gân này được hàn một mặt với mặt dưới của mặt bích và mặt còn lại với chân tháp và các kênh dọc mới. Điều này làm tăng đáng kể độ cứng của mặt bích, tránh bị cong như mép chảo.

2. Xác minh nhóm Bolt: Đây là lần kiểm tra cốt lõi. Mômen uốn M tác dụng lên mặt bích chuyển thành lực kéo lên các bu lông. Bu lông một bên đang bị căng, bu lông ở phía bên kia đang bị nén (lực nén được truyền trực tiếp qua tiếp điểm mặt bích). Công thức chúng tôi sử dụng:

$$T_{m\mathrm{một}x}=\frac{M\ast y_{m\mathrm{một}x}}{\sum y_{\mathrm{tôi}}^2}$$Tmax​=∑yi2​M∗ymax​ ​

Tính lực kéo cực đại T_max ở bu lông ngoài cùng. y_max là khoảng cách từ bu lông ngoài cùng đến trục trung hòa, và y_i là khoảng cách từ mỗi bu lông đến trục trung hòa. Nếu lực này vượt quá khả năng cho phép của bu lông (ví dụ, cho một lớp 8.8 bu lông M24, khả năng chịu kéo là khoảng 0.8 * f_yb * A_e, có lẽ khoảng 180kN), thì bạn cần nâng cấp lên bu lông cường độ cao hoặc tăng số lượng bu lông.

Đối với dự án đó, tính toán của chúng tôi cho thấy bu lông M24 ban đầu là không đáng kể, không còn lề. Chúng tôi đã đề nghị khách hàng, vì chúng tôi đã làm công việc nóng bỏng, thay thế tất cả các bu lông kết nối bằng Lớp 10.9 Bu lông M27. Các giá trị mô-men xoắn phải được hiệu chỉnh lại, nhảy từ mức ban đầu ~800 N·m sang hơn 1100 N·m. Âm thanh của súng mô-men xoắn trên những chiếc bu-lông đó rất khác – một âm thanh sâu, tiếng thịch chắc chắn tạo cảm giác yên tâm.

Hố và giải pháp trong quá trình thi công

Kế hoạch đã được đặt ra, nhưng bạn làm việc đó bằng cách nào? Công việc trên cao, sự hàn, rủi ro cực kỳ cao.

1. Dỡ tạm thời: Bạn không thể hàn khi đang bật ăng-ten. Tháp lắc lư; mối hàn nguội sẽ bị nứt do ứng suất. Chúng tôi đã lên kế hoạch này theo hai bước. Đầu tiên, xin cắt điện vào ban đêm và tháo ăng-ten. Sử dụng cần cẩu để đưa những AAU, RRU quý giá đó xuống đất. Chỉ để lại cột trần ở trên. Đây được gọi là “đang dỡ hàng.”

2. Định vị và hàn: Tháp trống, không lắc lư. Phi hành đoàn của chúng tôi đi lên. Hàn các rãnh dọc tại chỗ, sau đó hàn từ dưới lên trên. Thợ hàn phải có chứng chỉ, đặc biệt cho công việc ở độ cao. Sử dụng điện cực có hàm lượng hydro thấp, như E5015, nướng khô trước và giữ trong lò nướng di động. Mối hàn phải đầy đủ, không có undercut, Độ xốp, hoặc bao gồm xỉ. Người giám sát (Tôi) trèo lên và kiểm tra từng người bằng thước đo mối hàn.

3. Đóng vòng: Phần khó nhất là khớp cuối cùng của mỗi vòng. Ba chân, ba khuôn mặt; cái vòng là một chiếc nhẫn hoàn chỉnh. Làm thế nào để bạn cài đặt nó? Nó phải được phân đoạn. Chúng tôi cắt mỗi vòng thành ba đoạn, hàn các tấm kết nối vào mỗi đầu. Tại chỗ, đầu tiên chúng tôi hàn ba đoạn này vào chân và các thanh tăng cứng. Sau đó, chúng tôi siết chặt các tấm kết nối bằng bu lông cường độ cao. Cuối cùng, chúng tôi hàn kín khoảng cách giữa các tấm kết nối và các đoạn vòng. Điều này đảm bảo lực kẹp của vòng trong khi giải quyết vấn đề lắp đặt.

4. Treo lại và chấp nhận: Gia cố xong, chạm vào sơn, hãy để nó chữa khỏi. Sau đó treo lại anten như cũ, cộng với bất kỳ kế hoạch mới nào. Cuối cùng, sử dụng máy toàn đạc điện tử để đo độ thẳng đứng của tháp và biên độ lắc lư của tháp khi có gió nhẹ. Nhập dữ liệu vào mô hình để so sánh. Chỉ khi phù hợp thì công việc mới được chấp nhận.

Lời thành thật cuối cùng: Kiểu tăng cường này không phải là phương thuốc chữa bách bệnh. Nó chỉ giải quyết được những thiếu sót về sức mạnh cục bộ. Nếu toàn bộ móng tháp bị nghiêng, bạn không làm gì là quan trọng nhất. Nhưng trong trường hợp này, sử dụng kênh và vòng, chúng tôi đã biến đỉnh tháp bị kết án thành một “anh chàng cứng rắn” có khả năng xử lý tải 5G nặng. Khách hàng đã tiết kiệm được hàng triệu USD khi thay thế tháp, và chúng tôi đã đạt được danh tiếng của mình. Đây là cách các kỹ sư hiện trường của chúng tôi tồn tại – tìm ra mọi thứ giữa đống đổ nát, sử dụng thép và que hàn để mang lại sức sống thứ hai cho mạng truyền thông.