山东省邮电规划设计院有限公司 山东济南 250101；中国铁塔股份有限公司济南市分公司 山东济南 250101
摘要：通信铁塔构成了通信系统的神经网络，其结构在正常使用状况及在地震、强风等自然灾害发生时的安全性不仅直接关系着通信质量的好坏，而且还关系着其周围建筑、人员及其他财产的安全。
关键词：通信铁塔；检测；安全性评估；动力特性测试；
我国科学技术高速发展，通信技术也被广泛应用到各个领域的同时也取得较大的发展。目前，我国通信铁塔的数量也越来越多，大约占全球通信铁塔数量的1/3，并且随着通信铁塔各地区需求量的不断增多，通信铁塔的安全性以及安全性评估则越来越重要。
一、通信铁塔的概述
中国通信铁塔的根据结构可分为独立式塔和垂直塔两种，根据施工现场可分为地面塔和屋顶塔，其中地面塔主要有角钢塔及钢管塔。通信铁塔的主要特点是结构相对较宽大具有“高柔”之说,目前我国大部分的铁塔建筑结构重量轻，属于除本身重量没有其他垂直荷载，是风荷载和地震荷载产生水平载荷的主要载体,因此在水平载荷可能导致通信铁塔基础结构形成撤出的现象,形成f负载效应。结构的横向位移和振动的决定性因素是风荷载和地震荷载，因此，在通信铁塔运行过程中往往受到强风和地震的影响，导致通信铁塔的非正常运行，甚至造成更严重的损失。通信铁塔连接节点和柱脚被破坏会造成了巨大的影响，所以在通信铁塔的施工过程中，要格外重视其结构的主要特点，使通信铁塔的建设和发展更加合理。随着我国移动通信的不断发展和普及，通信铁塔的建设数量逐渐增加。在我国通信铁塔的建设过程中存在着许多问题，在设计方面，由于塔的荷载设计较小，计算方式较为简化，导致了塔的结构和实际结构的挠度设计不合理。在处建设铁塔的过程中，由于材料选择的错误，无法保证塔的施工质量。在塔基的建设过程中，塔基建筑的基本要求是无法满足的，所以塔的安全用地也大大减少了。目前在我国通信铁塔施工的过程中,主要为风荷载的研究和设计,忽视真正的地震荷载的重要作用。通信铁塔建设的科研人员的研究发现,通信铁塔的基础力量主要由风力的大小控制,因此随着通信铁塔高度的增加,塔的自然频率和刚度逐渐变小,当地震灾害影响通信铁塔,15%以上通信铁塔难以承受地震荷载的影响,因此,我国通信铁塔的建设不仅要注意风荷载的影响,更要考虑地震荷载的具体作用。由于通信铁塔的高结构设计，在地震灾害中塔顶缺乏强有力的支撑点，造成的破坏远远高于地面。通过地震破坏的研究显示,近年来,通信铁塔的顶部结构是最严重的危险,但由于我国目前通信铁塔施工技术相对落后，施工人员不能以科学方法施工,因此,应加强对通信铁塔建设主要问题的研究,从而完善我国通信技术,进而为我国的科技进步和发展提供强有力的支持和保证。
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二、通信铁塔的安全性不容忽视
近些年由强风、雨雪、地震等自然灾害和人为因素常常导致通信铁塔倒塌等安全事故的发生，造成了严重的经济损失和人员伤害。发生通信铁塔安全事故有多方面的原因，其中影响最大的因素存在于铁塔生产安装环节和后期维护阶段，在生产安装过程中往往存在材质以次充好、以小代大，偷工减料和安装不到位的问题。同时，通信铁塔交付使用后，由于铁塔的维护工作不到位，铁塔结构出现锈蚀、杆件变形、螺栓返松，甚至零部件被盗等，这些情况都是铁塔安全事故的主要原因。在设计方面，由于地勘资料不准确、设计选型、设防等级选择不当也会引发铁塔安全事故。此外，铁塔后期因共建共享需求而进行设备加装或不当的结构改造是当前铁塔事故的新诱因。国家已颁布实施相关标准防控铁塔安全事故的发生，如YD5132-2005《移动通信工程钢塔桅结构验收规范》的实施，在铁塔投入使用前对通信铁塔建设工程质量进行监控把关。YD/T 2164.1-2010《电信基础设施共建共享技术要求》明确规定当已有钢塔架结构有共享需求时，应对钢塔架结构进行安全质量评估、鉴定。尤其是铁塔公司成立以来，通信铁塔的质量安全更加受到重视。
三、结构动力特性检测技术
1.检测铁塔结构动态特性的意义。动态特性的结构,结构的固有振动频率、振型和阻尼比等一些基本参数的固有结构、分布结构、质量、结构刚度、材料特性、结构连接等许多因素的影响下的综合性能的直接体现。结构的动态特性能够准确反映实际使用环境中结构的整体性能，更直接地评价结构的整体安全性。传统的结构静态检测只能反映结构局部或构件的性能。通信铁塔是由数百个零部件组成的完整结构，静态测试结果不能反映结构的整体性能。同时，该结构的风阻、抗震性能和性能与结构的动力特性密切相关。
2.通信铁塔结构的动态特性函数。测量通信铁塔结构的动态特性主要包括以下六个方面。一是对结构风阻和抗震性能的设计和可靠性、精确分析计算和计算的合理性，以及结构动力响应的其他外部振动源的影响；其次，建立了通信铁塔结构自振周期计算的经验公式；三是为通信铁塔的结构分析提供测量参数；四是对塔式结构的安全性和可靠性进行评价和验证；第五，为塔的设计改进和优化提供依据；六是为塔的结构损伤识别提供有价值的基本参考资料。采用六种方法寻找不利的振动源，合理地避免了环境的不利振动，降低了结构的振动幅值。
3.分析了铁塔结构的动态特性。结构动力特性试验方法主要包括人工激励法和环境随机振动法。人工激励法可分为自由振动法和强制振动法。人工激励法是一种较早的方法，通过实验得到的数据简单易行。然而，通信铁塔一般高度较高，提供人工外部激励比较困难。如果外部激励没有得到适当的应用，它们也会造成结构性破坏。因此，该测试方法不适用于通信铁塔的结构。摘要环境随机振动法是一种基于计算机技术开发利用数理统计数据处理的新方法，因为它是利用随机振动环境脉冲，不需要激励设备，对特殊通信铁塔结构进行现场测试。虽然上述两种方法可以测量各种结构的固有振动特性参数,但由于计算机技术和传感器技术的发展和数据分析,特殊软件的广泛使用,同时,基于结构动态属性的环境脉动测试是一种无损检测技术,对现有结构不会造成任何损害。因此，环境随机振动法更适合于通信铁塔结构的动态特性试验。
四、通信铁塔安全性评估措施
现国家对通信技术日益重视，虽然对于通信铁塔建设的安全性要求有所提高，但通信铁塔的安全性在很大程度上还存在较多问题，对于风力荷载以及地震荷载等因素影响研究，还是有较大的局限性。在通信铁塔建设过程中，可以应用目前我国较为成熟的计算机技术和动态的采集、测试技术的充分结合，在通信铁塔建设成功后，采集实际的数据参数，并将其数据完整地保存起来，通过计算机等高科技技术对铁塔后期使用过程中的数据分析比对，从而得出通信铁塔使用过程中的安全性评估状态。同时，在铁塔建设现场通过动力性检验测试，获得铁塔的动力性参数，以及检验出铁塔的损伤程度，从而对提高铁塔的安全性提供具体的数据依据。如此，可以减少检测人员的工作量，并提高工作效率。
现场结构动力特性测试数据不仅可以为结构计算提供能够体现实际铁塔性能的计算参数数据，而且能够指导计算模型的修正和优化，使得计算模型更加接近于实际结构，计算结果更准确合理。 通信铁塔结构安全性评估及共享改造的工作中，应当采用现场实测与计算分析相结合，综合评估的方法，要将实测数据运用到数值模型计算中，充分利用结构动力特性测试的结果，使数值模型计算、验算的结果更加准确的反映实际铁塔结构的性能，充分发挥实测数据辅助、修正计算的作用，使通信铁塔结构性能检测与评估结果更加科学合理。
参考文献：
[1]李慧.通信铁塔结构性能与安全性测评方法探究.2016.
[2]谢飘逸.单管塔的非线性分析和风振控制.2016.
[3]李维学，浅析通信铁塔的安全性及其安全性评估方法.2017.
论文作者:于小夏,张珂
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/8
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