快装铁塔预制基座抗倾覆试验研究

陈慕和1钟海牛2傅根根3

摘要：本文采用荷载试验法对快速拼装、可搬迁通信铁塔的预制基础进行抗倾覆性能研究，选用35m站型铁塔的预制基础进行加载试验，采用荷载等效法模拟风荷载作用，对预制基础的受力状态进行监测，验证了预制基础的抗倾覆性能够满足要求。

关键词：快装铁塔；预制基座；弯矩等效；抗倾覆试验

前言：

快速拼装、可搬迁通信铁塔站由预制基座和上部塔身及连接件等组成，与现浇钢筋砼基础相比，具有便捷施工、施工时间短、无资源浪费、对安装场地不产生建筑垃圾、经济效益好、可重复利用等优点。本文选用35m站型铁塔预制基础进行抗倾覆性能试验研究，基座高0.9m，整体的长宽均为4.0m，由4块预制混凝土块通过螺杆连接而成。35m站型铁塔塔身为渐变圆柱形钢管，净高35m，塔身底端外径为600mm，塔顶外径为270mm。在距塔身底端29.5m、32.3m、35.1m处分别布置一个沿六个方向（六个方向连接形成正六边形）的天线支架，天线支架的规格为320mm×1408mm，35m站型快装铁塔站外形、预制基座及天线布置见图1～图2。

1、荷载的计算及试验荷载的简化

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）相关规定，本次试验基本风压ω0取0.45kN/m2，地面粗糙度按B类，根据ωk=βzμsμzω0计算风荷载标准值。

（1）体形系数μs计算

圆形塔栀体型系数μs取0.6。

（2）风压高度变化μz计算

将铁塔划分为10层，每层3.5米，按每层均布荷载进行等效计算，各高度的风压高度变化系数μz如下表1-1。

根据弯矩等效的原则，塔身顶部等效水平力F=底部最大弯矩/水平力作用点高度=274.46kN.m/36m=7.624kN。

天线的6块天线支架（320mm×1408mm）构成近似六面体，体型系数可近似参照正六边形来计算。根据以上计算方法，计算的天线支架等效顶部水平力为3.955kN。

本次试验的试验荷载取7.624kN+3.955kN=11.597kN，试验加载装置详见图2。

2、试验加载

（1）试验加载荷载及应力盒的测点布置

按照弯矩等效的方法，通过吊车提供定滑轮支点的方式来取得铁塔顶部的水平力，在铁塔顶部施加等效顶部水平力为11.597kN，即需在吊篮上堆加1.1597t（1159.7kg）（含吊篮自重）的配重，本次试验就地取材，采用混凝土试块。

在整体基础背离试验方向的1/4处、主塔基础背离试验方向的1/4处、主塔基础试验方向的基础边缘处各布置2个压力盒（共计6个），在每级加载完毕后监测基础相应部位的压力变化情况。测点布置见图2。

（2）试验加卸载方式及量测时间

根据试验荷载采用逐级加载方式。预加载阶段：预加载值为试验荷载的20%；标准加载分7级加载，每级加载分别为试验荷载的20%、40%、60%、80%、90%、95%、100%，每级加载后的持续时间不小于10min，加载至最后一级后持续时间为15min。卸载分5级进行，每级卸载量为加载总量的20%。每级卸载后的持续时间不小于10min。

3、结果分析

最大试验荷载作用下各压力测点实测压力值如下表3-1，从表3-1中可以看出，整体基础背离试验方向的1/4处压力盒（测点5、测点6）的压力值均大于0kN。

根据《钢结构单管通信塔技术规程》（CECS236:2008）第6.1.3条：在正常使用极限状态标准组合下，基础地面允许脱开地基土的面积不应大于地面全部面积的1/4。

从荷试验结果可以判断：本次所检测的35m站型铁塔在基本风压为0.45kN/m2的顶部等效水平荷载11.597kN作用下，整体基础背离试验方向的1/4处压力盒的压力值大于0kN，本次试验的铁塔基础能够满足在基本风压为0.45kN/m2下的正常使用要求。

4、结语：

本文选用35m站型铁的预制基础为例，采用等效荷载法模拟了风荷载的作用，通过加装试验对预制基础的抗倾覆性能进行研究，验证了快速拼装、可搬迁铁塔预制基座的抗倾覆性能能够满足要求，为新型产品投入市场提供了良好的试验基础。

参考文献：

[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

[2]《钢结构单管通信塔技术规程》（CECS236:2008）

[3]鲁先龙，童瑞铭，管顺清，胡志义，丁士君青藏交直流联网工程预制混凝土装配式杆塔基础上拔与水平力组合荷载试验.电网与清洁能源,2012,(10).