Методика определения тяжения в предварительно напряжённых раскосах антенно-мачтовых сооружений

В России эксплуатируется несколько десятков антенно-мачтовых сооружений высотой 150–180 метров, построенных по типовым проектам ещё в период 1955–1973 годов. Существенная часть таких башен выполнена с применением гибких раскосов из круглой стали с предварительным напряжением. За десятилетия эксплуатации фактические значения натяжений в этих элементах изменяются, при этом проектные и монтажные данные зачастую утрачены.

Отсутствие достоверной информации о текущих тяжениях в раскосах существенно усложняет техническое обследование сооружений и может приводить к значительным погрешностям при поверочных расчётах — вплоть до 30% по усилиям в отдельных элементах. В связи с этим задача определения фактического предварительного напряжения приобретает критическое значение.

Зачем нужны предварительно напряжённые раскосы

Использование гибких раскосов с предварительным натяжением позволяет:

• снизить металлоёмкость конструкции;
• уменьшить ветровую нагрузку на ствол башни;
• повысить пространственную жёсткость сооружения.

При этом такие решения обладают и недостатками: сложность монтажа, перераспределение усилий в элементах каркаса, а главное — изменение напряжённого состояния в процессе длительной эксплуатации.

Суть предлагаемой методики

Разработанная методика основана на определении динамических параметров раскоса — прежде всего периода собственных колебаний. Экспериментально подтверждена устойчивая зависимость между величиной тяжения в элементе и его динамическими характеристиками.

В рамках исследования был выполнен эксперимент на реальном гибком раскосе телевизионной башни высотой 180 метров. Элемент испытывался на стенде при различных уровнях натяжения — от 3 до 12 тонн силы.

Для регистрации колебаний использовались:

• трёхосевой акселерометр;
• трёхосевой сейсмометр;
• специализированное программное обеспечение СМИК BESSEL.

Возбуждение колебаний осуществлялось механическим воздействием, а обработка сигналов выполнялась в режиме реального времени в соответствии с требованиями ГОСТ 34081-2017.

Проверка и точность результатов

Для верификации экспериментальных данных была создана численная модель раскоса в программном комплексе SCAD Office. Сравнение результатов показало хорошую сходимость: в диапазоне проектных натяжений (6–12 тс) расхождение между экспериментом и расчётом не превышает 5%.

Дополнительно установлено:

• жёсткость узлов крепления влияет на измеряемые частоты;
• положение датчиков на раскосе не оказывает существенного влияния на результат;
• при анализе необходимо учитывать плоскость работы элемента.

Этапы выполнения измерений

Методика определения тяжений в предварительно напряжённых раскосах включает следующие шаги:

1. Обеспечение свободных колебаний элемента (отключение кабелей, подвесок, оборудования).
2. Установка измерительного датчика на раскос.
3. Подключение оборудования к серверу сбора данных.
4. Возбуждение колебаний.
5. Фиксация динамических параметров.
6. Повтор измерений (не менее 3–5 раз).
7. Обработка данных и расчёт тяжения.
8. Оформление протокола измерений.

Практическая ценность

Применение данной методики позволяет:

• определить фактические тяжения в эксплуатируемых антенно-мачтовых сооружениях;
• повысить достоверность технического обследования;
• корректно присваивать категорию технического состояния объекту;
• использовать результаты при мониторинге и переоснащении башен.

Методика может быть внедрена в состав систем мониторинга технического состояния и применяться как при разовых обследованиях, так и в рамках долгосрочного наблюдения за сооружениями.