铁塔安全检测

据南广铁路公司的有关验收要求，确保通讯塔达到技术规范标准，确保铁路通信安全畅通，7月18日南广公司组织了由监理、施工、铁塔厂家、通信段、第三方检测等单位组成的检测组，对三公司施工管段无线通信铁塔全面检测，此次第三方检测主要检查铁塔钢构件的规格与尺寸，构件外形；整个铁塔的平台护栏、爬梯及护罩、整体垂直度、防腐涂层厚度是否符合各项技术指标；连接节点的防松措施、螺栓丝口外露、焊缝外观质量、焊接无损深伤、螺栓连接状况、法兰贴合是否合格。


　　为使检测达到预期效果，三公司南广通信专业积极主动配合此项工作，指派两名专业技术人员参加第三方检测，确保每一座通信铁塔都达到设计技术标准

安全性检测评定
李懿卿
摘要：本文以中国移动苏州分公司某基站铁塔结构的安全性检测评定为例，提出了移动信号发射铁塔结构安全性检测评定的一种可行方法。
关键词：铁塔 结构安全性 检测评定

1 概述
 铁塔结构是移动信号发射器的重要支撑物。随着中国移动信号覆盖面积的不断扩展，信号塔结构的保有量不断增加，铁塔结构的运行管理问题日益突出。同时，随着时间的推移，铁塔构件镀锌层脱落及锈蚀，影响铁塔的耐久性，也导致铁塔材料的损伤和承载能力的降低，严重影响了铁塔运行的安全性。因此，对铁塔结构安全性进行检测评定是保证基站铁塔长期使用必要的技术措施。本文以中国移动苏州分公司某基站铁塔结构的检测评定为例，对移动信号发射铁塔结构安全性检测评定的一般方法进行阐述。
2 工程概况
 中国移动苏州分公司某基站铁塔，地址位于苏州市，结构形式为落地角钢塔，铁塔总高约51m，塔载有八台RBS2202设备，塔身有两层相距约5m的工作平台。铁塔现状见图1。
 
 
文章曾在宝冶《工程技术与管理》2010年3月刊发表，另被选为《2010年全国钢结构学术年会》参会论文。


3 结构安全性检测
 基站铁塔结构的安全性检测是对结构安全评定的最重要的环节，为结构承载能力验算提供依据。结构安全性检测包括安全状态检测及安全性能检测。 
3.1 铁塔结构安全状态检测
3.1.1 构件尺寸测量
 铁塔全高51m，检测人员使用游标卡尺对铁塔构件的尺寸进行了测量，见图2。部分主要受力构件尺寸如下：腿部主材∟160×15，腿部斜材∟125×10，塔身主材∟140×12，塔身交叉斜材∟110×10；塔脚板厚度16mm；塔身受力构件角钢最小尺寸为∟45×5，均满足规范要求（规范规定[1]：钢塔桅结构构件主要受力的角钢截面不宜小于∟45×4；塔脚板厚度不宜小于16mm）。


3.1.2 钢构件外观损伤检测
 通过肉眼观察，发现钢构件表面镀锌层有腐蚀现象并产生轻微锈渍，锈蚀深度最大约为0.2mm，见图3。




3.1.3 节点连接检测
 节点连接检测包括母材和角焊缝以及螺栓连接质量的检测，通过对塔腿根部连接处等部位无损探伤、金相及硬度检测，结果均合格，焊缝外观饱满，无明显缺陷，见图4。连接螺栓的直径为18mm，满足《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）[1]提出的最小12mm的要求，塔腿与塔身的弦杆角钢连接接头的一端螺栓数为20个，螺栓的排列和距离均满足规范要求，见图5。
 


 


3.1.4 结构水平位移检测
 采用徕卡TCR1202全站仪，对该铁塔结构水平位移进行了测量，检测时按照变形测量中投点法的有关规定，测定铁塔顶部相应底部的偏移值。从检测结果中可以看出，铁塔塔顶最大水平位移为810mm（1/63），不满足《高耸结构设计规范》[1]（GB50135-2006）限值1/75的要求。
3.1.5 相邻基础间的沉降差测量
 根据实际情况，采用Leica NA2型水准仪，取塔腿的根部作为本次测量的测点，对铁塔进行沉降检测。具体测量数据结果见表1，测点布置图及相邻基础间的沉降差见图6。计算结果显示铁塔相邻基础间的沉降差最大值为3.25‰，小于《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD 5131-2005）[3]规定的限值5‰，满足规范要求。
表1 铁塔相邻基础间的沉降测量数据
测点号 S1 S2 S3 S4 S1
测点相对沉降值（mm） -26 -12 -5 0 -26
测点距离（mm） 8000 8000 8000 8000
相邻基础间的沉降差 1.75‰ 0.88‰ 0.63‰ 3.25‰




3.2 铁塔结构安全性能测试
3.2.1构件变形情况
 未发现塔身有明显损伤，本次检测对铁塔的部分主要受力构件的挠度变形进行了测量，抽查检测发现多根构件发生变形，相邻节点最大弯曲度小于1‰，均在规范允许范围[2]之内。
3.2.2材料性能测试
 本次检测对铁塔材料性能的测试包括钢材的硬度测试、基础混凝土的强度及碳化深度测试。
 采用里氏硬度计对钢材的硬度进行了测试，见图7，对每个测量部位进行五次试验，测试结果[4，5]见表2。


 


表2 钢材硬度的检测结果
检测环境 干燥 仪器型号 TH160 里氏硬度计
执行标准 GB/T17394-1998、GB/T 1172-1999
构件位置 测量值 测量值 测量值 测量值 测量值 平均测量值 抗拉强度推定值
fccu,e(N/mm2)    
腿部主材1 398 421 433 429 432 423 500
腿部主材2 435 401 432 406 415 418 489
腿部斜材 450 451 394 424 435 431 520
塔身主材 401 404 475 398 467 429 515
塔身斜材 395 336 386 356 365 368 395
备注 推定主材的牌号为Q345，塔身斜材的牌号为Q235。
 
 现场对铁塔的基础进行开挖，见图8。基础混凝土强度检测采用现场回弹测试，混凝土碳化深度现场采用喷射酚酞的方法，碳化深度约2mm，见图9。混凝土强度回弹测试检测结果[6]见表3。
 
  
4铁塔结构承载力验算分析
4.1恒荷载的确定
 结合现场检测结果及荷载实际分布情况，按《建筑结构荷载规范》[7]（GB50009-2001）规定取值，恒荷载取结构自重（配件自重，固定设备重等）。
 
表3 混凝土强度回弹计算表
构件编号 混凝土抗压强度换算值（MPa） 现龄期混凝土强度推定值（MPa）
 平均值 标准差 最小值 
钢筋混凝土基础 基础J1 22.1 1.05 21.7 21.7
 基础J2 23.2 2.30 22.1 22.1
 基础J3 22.5 1.84 21.5 21.5
 基础J4 24.6 2.19 22.3 22.3
备注 推定基础混凝土强度等级为C20。
 
 
4.2活荷载的确定
 按《建筑结构荷载规范》[7]（GB50009-2001）中的有关规定，平台等效均布荷载取2.0 kN/m2，50年一遇基本风压取0.55 kN/m2。
4.3安全性计算分析
4.3.1上部结构承载力验算
 我方结合现场测绘数据，采用同济大学钢结构软件3D3S对结构的安全性进行建模计算分析，截面尺寸均为锈蚀后尺寸。计算简图及结果见图10～图11。
 分析结果显示铁塔结构抗力与效应比值（）均大于1，但少数构件长细比不满足要求。超限信息如下：
 塔腿与塔身横杆长细比计算值为233，塔头交叉斜材长细比计算值为202，均大于规范的限制200。
 综上所述，铁塔结构抗力与效应比值（）均大于1，少数构件长细比不满足要
 求，结构基本满足规范要求。
                                       
 
 
 
4.3.2基础承载力验算
 根据《高耸结构设计规范》[1]（GB50135-2006）相关规定，我方结合现场测绘数据对铁塔基础承载力进行了验算，测绘成果与计算书见表4。计算结果显示：铁塔基础承载力及抗拔、抗压、抗滑稳定均满足规范要求。
5结论与建议
 （1）铁塔构件镀锌层腐蚀，有轻微锈渍产


生，尚不影响结构承载力，基本符合现行规范使用要求，建议做防腐处理。
 （2）铁塔节点连接焊缝饱满，螺栓质量以及构造要求均满足现行规范要求。 
 （3）铁塔构件尺寸、相邻基础间的沉降差均满足规范结构，但塔顶最大水平位移大于规范限值，不满足规范要求，建议对塔身做纠偏处理。
 （4）铁塔主要受力构件相邻节点间的最大
表4  基础承载力计算书


弯曲值小于1‰，均满足规范要求。
 （5）对塔腿根部连接处等部位无损探伤、金相及硬度检测，检测结果均合格。
 （6）使用3D3S软件对塔结构分析计算结果显示，铁塔结构抗力与效应比值均大于1，少数构件长细比不满足要求，建议对长细比超标的构件增加侧向支撑。
（7）根据《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）相关规定，结合现场测绘数据对铁塔基础承载力进行了验算，计算结果显示：铁塔基础承载力及抗拔、抗压、抗滑稳定均满足规范要求。
6结束语
 本文提出的对移动铁塔结构的检测方法是在工业厂房结构安全性检测方法的基础上结合铁塔结构的特点，提出的在役铁塔的检测与评定方法。该方法主要从铁塔结构安全状态及安全性能两方面检测，对铁塔上部结构及基础两方面进行承载力验算，综合现场实测数据及承载力验算结果对铁塔结构的安全性进行评定。
参考文献：
1.中华人民共和国国家标准，高耸结构设计规范，GB 50135-2006
2.中华人民共和国国家标准，工业厂房可靠性鉴定标准，GBJ 144-90
3.中华人民共和国行业标准，移动通信钢塔桅结构设计规范，YD/T 5131-2005
4.中华人民共和国国家标准，金属里氏硬度试验方法，GB/T 17394-1998
5.中华人民共和国国家标准，黑色金属硬度及强度换算值，GB/T 1172-1999
6.中华人民共和国行业标准，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程，JGJ/T 23-2001
7.中华人民共和国国家标准，建筑结构荷载规范，GB 50009-2001