通信单管塔加挂LED广告牌有限元分析

山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第5期2 0 2 1 年 3 月Vol. 27 Nc. 3Mar. 2021• 43 •文章编号:1002-0825 （2421） 05-0043-03中外荷载规范下有限元软件对通信单管塔分析李刚陈太平（南京基久网络科技有限公司,江苏南京211300）摘 要:为了研究铁塔结构在充分考虑材料性能情况下的承载能力和破坏模式,选择了铁塔标准图集中某一36 m 单管塔为分析模型,利用SAP2000和ABAQUS 两种有限元分析软件进行了建模分析。

对比两种软件分析结果，二者各种分析结果偏差均在误 差范围之内，证明了 ABAQUS 同样可以进行铁塔结构的精细化有限元分析;在此基础上，利用ABAQUS 有限元分析软件对铁塔结 构的承载能力和破坏模式进行了精细化分析。

可以得到,在充分考虑材料性能的情况下,结构的承载能力可以大大增加,且铁塔结构的局部破坏会使得整个结构的变形和破坏集中发生在已经破坏的部位,其他部位的受力相对减弱。

关键词:铁塔结构,极限状态,数值模拟中图分类号:TU31 文献标识码：A1概述通信铁塔是我们生活中最常见的铁塔结构,铁塔结构为通信覆盖和网络的发展提供了很大便利。

不同于输电线 路上的输电铁塔,通信铁塔在建设上和使用上一般是独立的,不依赖于除支撑它的基础外的其他周围环境。

占地面积较小 塔身高度较高 应用上非常便利 应用非常广泛 是 目前通信覆盖最主要的配套设施。

通信铁塔作为网络信号覆盖的关键设施,通信铁塔的结构特点为有较高的高度、较轻的自身重量、较小的刚度以 及细长的外形。

这些结构特点决定了通信铁塔的控制荷载 为风荷载。

通常的铁塔设计是根据规范规定的基于概率论的承 载能力极限状态设计方法,保证了结构可靠度的要求。

本文在常规设计的基础上 分析铁塔结构的承载能力 考虑在充分利用材料性能的基础上，结构所能承受的最大 荷载,以及所能承受的最大荷载与常规设计荷载的偏差。

塔架模型－1塔架模型－2建立有限元模型•塔架筒体选用壳体单元，门洞选用实体单元。

•建模时要处理好两种不同单元之间自由度耦合与节点的连接•由于门洞附近不规则的结构，在划分单元网格时要选择适当的划分方式并控制好单元尺寸塔架有限元模型•塔架有限元模型及几个主要部位示图风载荷对塔架的影响•分析计算不同风速时直接作用与筒体的风载荷对塔架的影响•就算结果显示不同风速的风载荷对塔架影响的差异，判断加载时是否需要考虑这些载荷，以达到在保证计算结果尽量准确的前提下提高计算效率。

由直接作用于塔架的风载荷产生的应力直接作用于塔架的风载荷……塔顶极限载荷表静强度分析S1_2-5静强度分析S1_2-1静强度分析E1_1-26静强度分析E1_1-32静强度分析S1_4-2静强度分析E1_1-17静强度分析E1_1-50求取塔架截面位移•在静强度分析的基础上，可以求出塔架任意截面的位移量。

这是计算截面载荷所必需的。

•塔架各个截面的曲屈、焊缝处疲劳以及法兰连接计算都需要知道相应位置上的截面力。

模态分析•模态分析一般是用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性。

•通过模态分析可以确定结构部件的频率响应和模态。

•对于动力加载条件下的结构设计而言，频率响应和模态是非常重要的参数塔架的模态分析•对塔架进行模态分析主要是为了计算其固有频率，校验塔架与叶轮激励频率之间的关系，确保此设计方案不会有共振现象发生。

•对于三叶片风力机而言，共振的主要激励源是1P和3P。

如叶轮转速为20rpm,则1P＝20／60＝0.333Hz，3P ＝1。

因此，塔架的固有频率必须在一定范围内避开这个值。

工程上一般要求在±10％左右。

•对于变速型风力机而言，随着叶轮转速的改变，其1P、3P也随之而改变，因此这个范围不是一个定值。

模态分析中有限元方法应用•利用有限元方法进行模态分析•首先，建立模型，即有限单元模型。

•建模时要主要要考虑的两个问题：• 1 塔顶质量及质心位置• 2 地基及其刚度模态分析有限元模型模拟塔顶质量块•塔顶质量块与塔架的耦合地基模拟•模拟地基的弹簧单元与塔架的耦合X方向一阶模态Y方向一阶模态模态分析结果•塔架Y方向一阶固有频率0.42051Hz •塔架X方向一阶固有频率0.437Hz•叶轮额定转速为20rpm，其1P为0.333Hz，变速范围是11～22rpm,因此1P 范围是0.183～0.367Hz•模态分析结果满足要求！法兰接触分析•法兰连接的常规计算主要是计算分析法兰在外载荷作用下是否会发生压溃和产生缝隙。

通信单管塔新增广告牌案例研究摘要：为研究通信单管塔新增广告牌的可行性方案，通过SPA2000数值模拟分析6个改造方案，通过受力及变形分析得到：（1）上述单管塔新增广告牌的设计方案能满足使用要求；（2）采用硬支撑加固的单管塔新增广告牌设计方案受力性能较好；（3）通信单管塔新增大型广告牌时，优选支撑加固的设计方案。

关键词：单管塔；新增；改造；广告牌0引言通信塔桅类型多样，通常根据场地条件及运营商需求采用不同的通信塔桅，如：通信单管塔、通信三管塔、楼面支撑杆、楼面抱杆、通信拉线围拢等等。

其中，通信单管塔具有占地面积小，施工简单，建造速度快的一种通信塔形。

通信单管塔多应用于城市道路两旁，小巧美观，且不影响城市市容，多为业主喜爱。

但是，原有的通信塔设计并未能让甲方获得效益最大化。

因此，甲方通常会以效益比以建议设计方对原有通信单管塔进行改造，如新增天线支臂，新增平台以及新增广告牌等。

通信单管塔新增广告牌，一方面，不仅可以尽可能的利用现有资源，实现资源共享，另一方面，新增广告牌可以使得甲方效益最大化。

因此，通信单管塔新增广告牌的改造方式具有巨大的潜在应用价值及巨大推广的前景。

而且也有部分学者对通信塔选型、设计优化及改造共享做了相关研究。

杨永波[1]阐述了通信单管塔的类型以及特点，从各种通信塔的选型效益比出发，提出了各种通信塔的最优使用范围，为设计人员的通信塔选型提供有价值的指导。

周燕青[2]提出了一种快速建站的基础设计方法--预制型配重基础，预制基础的使用可以加快施工速度，设计施工一体化创新方法可知道行业设计及施工，具有较大的发展潜力。

沈忠明[3]等人研究了地震作用对通信塔桅受力影响，同时，对比分析了通信塔桅在风荷载作用及地震荷载作用下塔桅结构的内力变化，定量化描述了地震对通信塔桅的影响，为设计人员提供参考。

王月[4]通过对旧塔桅以及改造后的塔桅进行承载能力分析，得到相关塔桅改造方法。

区骋[5]等人对某原有通信塔桅的共享改造方案进行分析，发现原有旧塔桅改造后其安全性不能满足要求，因此通过增加支撑杆的方式对其进行加固，可有效降低结构应力比，增加改造后结构的安全性能，同时，该塔桅结构的共享改造案例不仅可以满足运营商的需求，还实现了资源共享的目的，为广西地区其他同类通信塔桅改造提供新思路。

广告塔的广告牌面受力分析
广告塔牌结构设计结构样式的选择单立柱大型钢结构广告塔的主体结构，外表形式为T型，主骨架由一根独立圆柱和上部一根横梁呈T型焊接而成，由立柱顶上焊接一根横梁形成固结于地基上的T形桁架结构，广告牌面通过支架斜撑与T型横梁结构相连。

1.广告塔结构的控制设计荷载是风载，风压直接作用在面板上，再由面板传至骨架，在不同高度上的几道桁架可把风载较均匀地传至立柱，因而可减主梁与立柱连接处的应力集中；
2.广告塔牌面八字行式桁架结构桁架采用槽钢，使结构外形平整，便于广告面板挂靠，并可加强面板与主骨架的连接，从而减小了面板的变形，以确保广告面的感观效果；
3.广告塔牌面八字形式桁架结构，可在上下设置内检修工作台，这样给结构的维护、检修及挂、卸广告画面带来了极大的方便，且保证了操作人员的人身安全。

4.广告塔牌面八字式桁架结构，形式简洁、美观，受力明确，节点构造简单，施工方便，从而能保证施工质量。

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新建通信铁塔最优设计造价的快速分析工具作者：吕建春朱松林来源：《科技资讯》2018年第02期摘要：新建通信铁塔在进行地基基础设计时，常用的各种设计软件有Morgain、世纪旗云、理正结构工具箱等，其各计算模块之间相互独立，不利于快速判定最优方案。

本文中的“方案比选工具”针对常用的三种塔型（单管塔、三管塔、角钢塔）编制快速计算软件，利用VB语言在Excel中的运用，只需一次输入计算参数，可一键生成最优基础尺寸，及时呈现最优造价及相应的基础形式。

关键词：新建通信铁塔最优方案方案比选工具基础形式中图分类号：TU470 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0088-03中国铁塔股份有限公司于2014年成立之初，便将自己定位为“集约化、规模化、专业化、高效化”运营的国际一流的通信基础设施综合服务商。

在这种建设方针的指导下，铁塔公司统一制定了《通信铁塔标准图集》，并演变到现在的《通信铁塔标准图集V1.3》和《美化塔标准图集V1.1》，对铁塔塔身的主要设计技术经济指标做了标准化与统一[1]。

2015年底，铁塔公司开始推行模块化价格，为加强建设成本管控，为实现投资效益最大化，集团公司提出了“新建站造价综合差异率”（∑新建站实际造价/∑新建站标准建造成本）。

设计是控制“实际造价”之源，在这种背景下，迫切需要设计人员做到精细化设计及寻求最优造价方案。

1 方案比选工具编制思路为了便于设计人员对通信铁塔基础的不同方案进行设计、比选，减少人为错误，提高工作效率，本工具简化并优化了设计基本参数的输入，集成了地勘报告及基础设计初始输入信息。

根据常用的三种塔型（单管塔、三管塔、角钢塔）以及每种塔型常用的三种基础形式进行编制，每种塔型编制一个计算表。

根据程序自动计算得到三种基础形式的混凝土方量及塔基造价，并结合站点实际施工环境选择合适的基础形式，见图1。

1.1 单管塔单管塔常用的基础形式有单桩基础、独立基础和四桩承台基础。

一体化通信塔有限元分析温芳;姜毅;庞毅;陈继照;刘文斌【摘要】设计一种新型的一体化通信塔,与传统的通信塔结构不同,一体化通信塔基于功能性需求设计,塔体和机房连为一体,塔体自身、塔体和机房之间可以通过折叠及展开实现运输及运行两种方式.建立一体化通信塔的ANSYS模型,对通信塔进行静力分析和模态分析,得到前十阶非零模态的固有频率和振型,为一体化通信塔的结构优化提供理论依据.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P19-21,29)【关键词】一体化通信塔;有限元;应力;模态【作者】温芳;姜毅;庞毅;陈继照;刘文斌【作者单位】广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TP391.7随着用户对网络信息需求量的增加和需求质量的提升，需要不断提高网络信号覆盖的紧密程度，不断加大网络建设的投入，传统基站建设需要进行地勘及土建基础施工，且塔体和机房分开，塔体自身也需要分成多段运输到安装地点，建设成本和周期较长，拆迁、搬运不便[1-3]。

新型的一体化通信基站基于功能性需求的方法设计，所设计的通信基站塔体和机房是连为一体，其塔体自身、塔体和机房之间可以通过自行折叠及展开拥有运输及运行两种方式。

通过建立一体化通信塔的ANSYS 模型，对通信塔进行静力分析和模态分析。

1 一体化通信基站的基本组成一体化通信基站主要包括通信机房、塔体、铁塔支撑、机房底座，以及升降塔控制装置。

配备不同的通信设备后，可满足相应通信需求。

塔体为套接结构，能够实现升降功能。

升降铁塔由基节、次节和未节通过相互之间设置的升降装置依次联接构成。

其中基节、次节和未节分别由封闭式金属结构或桁架式金属结构制成。

升降装置由钢丝绳、卷扬机及滑轮组成，钢丝绳一端固定于基节，然后依次绕过固定在次节上滑轮和在基节上滑轮后，另一端与固定在基节上的卷筒相连；其它节段按此理依次缠绕，即可完成同步升降操作，塔体通过动力系统、传动系统、以及滑轮系统等实现自立和升降。

LED散热仿真分析中常见问题及解决办法问题1: 打开程序无法找到求解器安装路径？解决办法：单击“工具”选项—“设置”命令，如图以所示，在弹出的“首选项”命令中设置“求解器和编辑器的”安装路径，如图2所示图1 找到求解器的操作图2 设置求解器路径问题2: 模型在程序中计算后无结果？报错信息：1.第一条是试用时间的报警信息，可以忽略；2.G3051表示单元接触的情况不太好，但可以得出结果；3.G3009表示单元不规则或定义无效，检查单元连通性和网格坐标。

解决办法：可以通过高级培训来生成高级网格和更好的接触单元，对于G3051和G3009警告并不影响计算的结果，可以通过选择合适的求解方法来实现。

同时要注意求解的类型是“稳态传热分析”，注意求解器是否安装在自己的电脑上（有时有多人共用一个求解器的情况）。

图3 求解类型和求解器问题诊断求解方法设置如下：单击“分析”—“一般分析控制”选项，出现“分析设定”窗口，选择“求解器”设置窗口，如图4所示，选择第三个或第四个求解器，对于解决奇异网格有较好的鲁棒性，如图5所示，如果还未出现结果，请变换一下求解器（现用第三个可试下第四个求解器/现用第四个可尝试下第三个）。

图3 求解方法设置（1）图4 求解方法设置（2）问题3: 计算结果中的模型温度为0或为设置的环境温度？原因：是因为发热材料中的发热因子没有设定或热载荷施加有问题解决办法：在“材料”中找到发热材料，右键单击“编辑”菜单，检查材料的“发热因子”是否为1，若不为1，请修改为1。

如图5所示。

图5 材料的发热因子设定问题4: 模型计算结果中报错内存不足？如S1110原因：模型中划分的网格单元超过计算机所能承受的范围，建议修改网格尺寸或重新划分网格，对于配置不是很高的电脑，建议网格单元不要超过10万个单元。

解决办法：在“网格”中找到“网格尺寸控制”选项，可以选择里面的“线网格控制”、“面网格控制”、以及“实体网格控制”命令分别进行线、面、实体的网格控制。

有限元典型案例你知道吗？有限元分析就像一个超级厉害的魔法，在工程界那可是大显神通呢。

就拿桥梁来说吧，这可是个超级典型的案例。

想象一下，有一座宏伟的大桥横跨在江河之上。

这座桥每天都要承受着无数车辆的来来往往，还有风吹雨打、温度变化这些外部因素的折磨。

那怎么知道这座桥是不是一直都很健康，不会突然出问题呢？这时候有限元就闪亮登场啦。

工程师们会把这座桥的结构分成好多好多小的单元，就像把一个大蛋糕切成无数小块一样。

每个小单元都有自己的特性，比如材料的强度啊、弹性啊之类的。

然后呢，根据桥梁实际的受力情况，比如说汽车在桥上不同位置行驶的时候，桥的各个部分会受到什么样的力，风从哪个方向吹过来会产生多大的力，都统统考虑进去。

有限元软件就像一个超级大脑，开始计算每个小单元在这些力的作用下会发生什么样的变形。

如果某个地方变形太大了，那可就危险了，就好像是人的身体某个部位肿了个大包一样。

通过这个分析呢，工程师们就能提前发现桥梁可能存在的隐患。

比如说，可能会发现桥的某个桥墩在某种极端天气下受力不太合理，那他们就可以提前采取措施，加固这个桥墩或者调整它的结构。

这样一来，就像是给桥梁做了一个全面的“健康体检”，还提前预防了疾病，让这座桥能够安安稳稳地为大家服务啦。

咱再说说手机这个生活中离不开的小玩意儿。

你有没有不小心把手机掉地上过呀？是不是每次都胆战心惊，生怕屏幕碎成蜘蛛网呢？有限元在这儿也能发挥大作用哦。

手机制造商的工程师们为了让手机变得更“抗摔”，就会用到有限元分析。

他们把手机也看成是由好多小单元组成的。

像手机的外壳是什么材料，内部的电路板、电池这些部件又是什么样的结构和材料，都考虑得清清楚楚。

当模拟手机掉落的时候，会考虑不同的高度、不同的地面材质，比如是硬邦邦的水泥地还是相对柔软的木地板。

有限元软件就开始计算手机在撞击地面的那一瞬间，各个小单元受到的冲击力和产生的变形情况。

如果发现某个部件在掉落时很容易损坏，比如说手机屏幕的某个角落总是容易出现应力集中，那就可以对手机的结构进行改进。