XXIV Konferencja Naukowo-Techniczna XXIV Szczecin-Międzyzdroje, maja awarie budowlane

Transkrypt

1 XXIV Konferencja Naukowo-Techniczna XXIV Szczecin-Mięzyzroje, - maja 0 awarie buowlane Dr hab. inŝ. BERNARD WICHTOWSKI, prof. PS Politechnika Szczecińska Mgr inŝ. BOGUSŁAWA FIŁONIUK Politechnika Szczecińska SKRĘCENIE TRZONU WIEś ANTENOWYCH W ŚWIETLE POMIARÓW GEODEZYJNYCH TORSIONAL DEFLEXION OF THE AERIAL TOWERS IN THE LIGHT OF THEIR SURVEY Streszczenie Wymagania otyczące terminów i zakresu baań iagnostycznych wieŝ telekomunikacyjnych poaje Instrukcja ER-0. Eksploatacja wieŝ i masztów. W referacie na przykłazie wieŝ antenowych, które były przemiotem rektyfikacji, przestawiono wyniki pomiarów geometrii ich konstrukcji. Dokłanej analizie poano ustalenie skręcenia trzonów trójściennych wieŝ. Uzyskane wyniki zinterpretowano zgonie z zaleceniami obowiązujących przepisów i norm. Poane wnioski mogą być przyatne przy projektowaniu tych konstrukcji i przy baaniach iagnostycznych. Abstract Requirements concerning the scope an time-limits of the telecommunication towers inspection are given in the Instruction ER-0. Operational use of towers an masts. Results of geometry measurements of ten aerial towers at the stage an after their ajustment have been presente in this paper. The etaile analysis of etermination of the triangular towers shafts torsional eflexion was carrie out. The results were interprete in accorance with up-to ate obligatory coes an stanars. Conclusions escribe in the paper can be useful in the process of esigning an/or inspecting such structures.. Wprowazenie Ochyłki wymiarów rzeczywistych o wymiarów nominalnych powstają na wszystkich etapach wytwarzania konstrukcji oraz na placu buowy w czasie montaŝu i eksploatacji. Dopuszczalny zakres zmienności poszczególnych wymiarów, określonych mianem tolerancji, jest poany w opowienich aktach normatywnych. W oniesieniu o stalowych konstrukcji wieŝ i masztów wymagania w tym zakresie regulują normy PN-B-00-0 [] i PN-B-04:0 [] oraz Instrukcja ER-0 []. Wymagania w zakresie ustawienia trzonu wieŝy otyczą: ochylenia osi trzonu o pionu, skręcenia trzonu. PowyŜsze czynniki mają istotne znaczenie w wieŝach antenowych z uwagi na zachowanie niezakłóconej łączności telekomunikacyjnej. Ugięcie wierzchołka tych wieŝ nie moŝe przekraczać 0,00 jej wysokości na poziomem zamocowania, a skręcenie przekroju trzonu nie powinno przekraczać wartości ε = 0,5 na ocinku m i ε = 5 na całej wysokości []. Dotychczasowa norma [4] i przepisy [, 5] za opuszczalne skręcenie przekroju trzonu wieŝy w stosunku o połoŝenia w miejscu oległym o L zalecały przyjmować wartość kąta obliczonego przy śrenim przemieszczeniu, na anym poziomie, prętów krawęŝnikowych = L/00.

2 Konstrukcje stalowe W referacie na przykłazie wieŝ telekomunikacyjnych, które były przemiotem inspekcji okresowych, przestawiono wyniki pomiarów ich geometrii, które wymagały przeprowazenia rektyfikacji trzonów. Szczegółowej analizie poano skręcenie przekroju ich trzonów, które jak juŝ zaznaczono ma istotne znaczenie w wieŝach antenowych. Niekiey w załoŝeniach technologicznych poaje się graniczną wartość kąta obrotu przekroju poziomego w zaleŝności o typu anten. Zwykle wynosi on 0,5, ale niektóre typy anten wymagają kąta obrotu nie większego niŝ 0, []. Poane uwagi i wnioski mogą być przyatne przy interpretacji wyników z prowazonych baań poobnych konstrukcji.. Kąt skręcenia trzonów wieŝ Nie zawsze w literaturze jenoznacznie jest interpretowane skręcenie trzonu wieŝy patrz [, 4, 5]. Niekiey wartość (rys. i ) przyjmowana jest jako kąt skręcenia ε, o wartości określonej ze wzorów (, ) poanych w [], które współautorka referatu wyprowaziła we wcześniejszych pracach [7, ]. Wzory (c i c) la skręconego i przemieszczonego trzonu wieŝy trójściennej i czterościennej wyznaczamy weług rys. i. D + D + D = (a) e = A (b) ε = arcsin (e) (c) ( D D ) x = () ( D D D ) y = (e) () ( x) ( y) w = + (f) Rys.. Skręcenie trzonu wieŝy trójściennej = D y, a po postawieniu wyraŝe- Dla wieŝy trójściennej przemieszczenie wynosi: nia (e) i uporząkowaniu otrzymujemy: = D + D + D Po obrocie trójkąta EFG o kąt ε, uzyskujemy trójkąt prostokątny OKF o kącie wierzchołkowym ε i przeciwprostokątnej R = A/ (promień okręgu opisanego na trójkącie EFG) oraz przyprostokątnej. Z trójkąta OKF obliczamy:

3 Wichtowski B. i inni: Skręcenie trzonu wieŝ antenowych w świetle pomiarów geoezyjnych e = sin ε = = (b) R A i ostatecznie kąt skręcenia ε = arcsin (e) (c) D + D + D + D4 = (a) 4 e = A (b) ε = arcsin (e) (c) D D x = 4 () D D y = (e) () ( x) ( y) w = + (f) Rys.. Skręcenie trzonu wieŝy czterościennej Wzór na kąt skręcenia trzonu wieŝy o przekroju kwaratowym wyznaczamy w sposób analogiczny, jak la wieŝy trójściennej. Zgonie z rysunkiem, przeciwprostokątna trójkąta prostokątnego OKF (promień okręgu opisanego na kwaracie EFGH) R = A/. Stą: i ostatecznie ε = sin ε = = (b) R A ε = arcsin (e) (c). Charakterystyka baanych wieŝ i wyniki pomiarów geoezyjnych W trakcie inspekcji okresowych przeprowazono pomiary okształceń konstrukcji ziesięciu wieŝ przestawionych na rys., których ane techniczne zamieszczono w tabl.. Pomiary geoezyjne miały na celu określić: ochyłki trzonu wieŝy o pionu i skręcanie konstrukcji trzonu. Pomiaru powyŝszych parametrów okonano w punktach charakterystycznych anej wieŝy, którymi la omawianych konstrukcji były styki poszczególnych segmentów montaŝowych oraz wierzchołek wieŝy. Mierzono wartości przemieszczeń poszczególnych krawęŝników wieŝ trójściennych z stanowisk ustawianych w punktach,, (rys. ).

4 Konstrukcje stalowe Tablica. Dane techniczne konstrukcji wieŝ Rys.. Konstrukcja baanych wieŝ trójściennych WieŜa Wysokość Bok trójkąta A Elementy konstrukcyjne, mm (rys. ) m mm KrawęŜniki Wykratowanie (rozstaw węzłów) Słupki a φ,7/ φ,/5 φ,/5 L 5, 0 00 a- φ,/5 +L0 0 (00 0) L0 b b- φ,/ L0 b L 0 L 0 (00 500) φ,/5 L0 b-4 b c,50 0 L L 0 L 0 5 L 50 4 (750 0), φ 5 φ 40 φ 5 φ (75 45) φ 45 φ e, φ,/ L0 L 0 L 0 (50 00) φ,/5 L0 Wykorzystując wartości pomierzonych przemieszczeń poszczególnych krawęŝników D, D, D na poziomach pomiarowych, obliczono kąty skręcenia trzonu wieŝy ε wg (c) oraz wychylenia wypakowe osi wieŝy wg (f). W referacie przestawiono jeynie analizę ochylenia osi trzonu o pionu oraz jego skręcenie na trzech poziomach (tabl. ), usytuowanych raczej w równych ostępach po wysokości. Pomierzone wychylenia na poszczególnych poziomach wieŝy i obliczone wychylenia wypakowe w oraz kąty skręcenia ε zamieszczono w tabl.. 4

5 Wichtowski B. i inni: Skręcenie trzonu wieŝ antenowych w świetle pomiarów geoezyjnych W kolumnie tablicy określono takŝe opuszczalne wartości śreniego przemieszczenia, = h/00, krawęŝników na anym poziomie pomiarowym, które pozwala obliczyć opuszczalny kąt skręcenia trzonu wieŝy, poany w kol., zgonie z zaleceniami poz. [, 4, 5]. Jenocześnie w kolumnie poano opuszczalny kąt skręcenia trzonu wieŝy o wartości 5 zalecanej przez normę PN-B-04:0 []. Tablica. Wychylenia krawęŝników i trzonu oraz kąty skręcenia wieŝy prze rektyfikacją WieŜa (rys. ) a a- b b- b- b-4 b c e Poz. pom. 5,,5,5 5,,5,5,5,4,4,5 4,0,0,0,5 Wychylenia [mm] i skręcenia [ ] pomierzone ) ), ) obliczone D D D w [, 4] ε ε [4, ] 4-0 0,7, , 0, , 0, ,4, 4,0, 0, 0,50 0,7 0, 0,44 0,,7 0, 0,,0,5 0,0, 0,0 0,0 0, 0,5 0,,,54 0,57,5 0, 0,7,4 0, 0,5,0 0, 0, 0, 0,55 ) wartości oatnie to wychylenie w prawo, a ujemne to wychylenie w lewo ) wartość śreniego wychylenia opuszczalnego = h/00 ) wartość w nawiasie 5 to tolerancja skręcenia przekroju trzonu na całej wysokości wg PN-B-04:0 [] Z porównania obliczonych wartości z wartościami opuszczalnymi (kol. 7 i ) wynika, Ŝe w górnych antenowych ocinkach siemiu wieŝ przekroczona jest wartość graniczna ochyłek montaŝu poanych w normie BN-/40-0 [4] i Instrukcji ER-0 []. W sześciu 5

6 Konstrukcje stalowe wieŝach przekroczona jest wartość w przekrojach wierzchołkowych. Przekroczenie to waha się o,7 (wieŝa b4 ) o, razy (wieŝa b ) []. Bazując na wartości, w kol. poano obliczoną wartość kąta skręcenia wieŝy ε wg wzoru (c). Wartość tego kąta la przekrojów wierzchołkowych waha się o 0, (wieŝa ) o 4,0 (wieŝa b) i przekracza wartości oszacowane o w sześciu wieŝach, w tych gzie >. Łatwo zauwaŝyć, Ŝe obliczone w kol. wartości kąta skręcenia wieŝy kaŝorazowo są mniejsze o wartości granicznej ochyłki montaŝu wg PN-B-04:0 [] ε = 5. Biorąc po uwagę wartości obliczonego wychylenia wieŝ w (kol. ) oraz kąta skręcenia ε (kol. ) uŝytkownik zlecił ich rektyfikację celem przywrócenia geometrii o wymogów normowych. 4. Rektyfikacja trzonów wieŝ Usunięcia ochylenia trzonów wieŝ okonano przez poniesienie opowienich popór (przy poluzowanych nakrętkach na śrubach funamentowych) i połoŝeniu stosownych pokłaek. Zestawienie pomierzonych ochyłek osi poszczególnych krawęŝników wieŝ, na trzech poziomach, o pionowości i obliczone wypakowe ochylenia osi trzonu oraz śrenią pomierzoną wartość przesunięcia krawęŝników i obliczony kąt skręcenia trzonu na anym poziomie poano w tabl.. Doatkowo poobnie jak w tabl., la celów porównawczych poano w kol. opuszczalne wartości granicznego montaŝowego przemieszczenia poziomego krawęŝników weług zaleceń norm i instrukcji [, 4, 5], a w kol. obliczone wg tych wartości kąty skręcenia trzonu wieŝ. W kolumnie poano takŝe opuszczalną wartość kąta skręcenia trzonu wieŝy (ε = 5 ) zalecanej przez normę []. Przeprowazona rektyfikacja praktycznie oprowaziła pionowość wieŝ o wymogów normowych. KaŜorazowo ochylenie osi górnego ocinka wieŝy jest mniejsze o opuszczalnych wartości montaŝowych. Ochylenia wierzchołków wieŝ wahają się o o mm (kol. ). Wielkości te stanowią opowienio i % wartości montaŝowych ochyłek opuszczalnych [, ]. W wieŝach a i b4 pomierzone ochylenie na wysokości ok. / h (0, i 0,7 h) przekracza wartość opuszczalną 0,00 h o 4, i,%, a w pięciu wieŝach na poziomie w / ich wysokości, ochylenia poziome przekraczają wartość opuszczalną opowienio: 7,; 7,0;,0;,0 i %. Są to wieŝe: a, b, b, b4 i e. Poczas rektyfikacji wieŝ priorytetowym zaaniem było oprowazenie o pionowości ich górnych antenowych ocinków. W skrajnym przypaku (wieŝa a ) zmniejszono wychylenie wypakowe wierzchołka z wartości o mm. Zmiana wychyleń wieŝy na poszczególnych wysokościach pomiarowych zmieniła jenocześnie wartość wychylenia śreniego krawęŝników, a zatem i kąt skręcenia trzonu wieŝy. Wartość obliczonego wychylenia waha się o o mm, a w przekrojach wierzchołkowych o o 4 mm. W przekrojach pomiarowych wartość wychylenia jest mniejsza o wartości opuszczalnej, równej L/00 wg [, 4, 5], a w pozostałych przekrojach przekracza wartość graniczną. Wartość przekroczonego wychylenia waha się o L/ o L/7. W siemiu przypakach była to wartość > o L/00 (L/ L/5), a w siemiu < L/00 (L/ L/7). W trzech wieŝach: b4, b5 i c przekroczenie wychylenia, związanego a kątem ε, występuje w przekrojach wierzchołkowych i mają one wartości -, i 4 mm. Wartość opuszczalna jest przekroczona:,5;,55 i,0 razy. Uwzglęniając wartość z kol. 7 obliczono kąty skręcenia przekrojów trzonu wieŝ ε wg wzoru (c). Wartość tego kąta la 0 analizowanych przekrojów pomiarowych waha się o 0,04 (wieŝa b ) o, (wieŝa a ), a la przekrojów wierzchołkowych o 0, (wieŝa ) o, (wieŝa c ). W przekrojach pomiarowych, w których przekroczona jest wartość wychylenia granicznego, kąt skręcenia trzonu waha się o 0, o,, a wychy-

7 Wichtowski B. i inni: Skręcenie trzonu wieŝ antenowych w świetle pomiarów geoezyjnych lenie osi wieŝy w tych skrajnych przekrojach wynosi i 0 mm. Obliczone w kolumnie wartości kąta skręcenia wieŝy kaŝorazowo są mniejsze o wartości ε = 5, która jest wartością graniczną ochyłki montaŝu wg normy []. Tablica. Wychylenia krawęŝników i trzonu oraz kąty skręcenia wieŝy po rektyfikacji WieŜa (rys. ) a a- b b- b- b-4 b c e Poz. pom. 5,,5,5 5,,5,5,5,4,4,5 4,0,0,0,5 Wychylenia [mm] i skręcenia [ ] pomierzone ) ), ) obliczone D D D w [, 4] ε ε [4, ] ,7, , 0, ,5 0, ,,, 0,4 0, 0, 0, 0,5 0,5 0, 0, 0,04,, 0,50,7,4 0,, 0, 0, 0, 0,7 0,0 0, 0, 0,57,5 0, 0,7,4 0, 0,5,0 0, 0, 0, 0,55 5. Wnioski Stwierzone imperfekcje geometrii wieŝ trójściennych, poczas geoezyjnych pomiarów przerektyfikacyjnych (tab. ), występują równieŝ w wieŝach czterościennych []. Wykonana regulacja pionowości ziesięciu analizowanych wieŝ telekomunikacyjnych oprowaziła ich wychylenia poziome na ocinkach górnych, wierzchołkowych (strefach antenowych), o wartości opuszczalnego wychylenia normowego. Jenocześnie uległ teŝ zmianie kąt skręcenia trzonów wieŝ na poszczególnych poziomach pomiarowych. Na poziomach górnych kąt skręcenia prze rektyfikacją wahał się w granicach 0, 4,0, a po re- 7

8 Konstrukcje stalowe ktyfikacji 0,,. Analogicznie na śrokowych poziomach pomiarowych usytuowanych na wysokości / h: prze rektyfikacją 0,0,4 a po rektyfikacji 0,7, i na poziomach olnych o 0,0, o 0,04,. Rektyfikacja pionowości wieŝy prowazi o jenoczesnej zmiany kąta skręcenia trzonu, który jest funkcją przemieszczenia poziomego (c, c). Zmiana ta nie jest regularna, jest przypakowa i nieprzewiywalna (patrz. tabl. i ). W związku z powyŝszym rozi się pytanie: jak rektyfikować pionowy trzon wieŝy z uwagi na przekroczoną opuszczalną wartość kąta skręcenia. Taki wymóg zgonie z zaleceniami Instrukcji ER-0 [], występuje w wieŝach, w których > (tabl., kol. 7 i ). We wszystkich rektyfikowanych przez autorów referatu masztach i wieŝach, skręcenie trzonu było zaganieniem rugorzęnym. Zaganienie to ma znaczenie poczas eksploatacji obiektu, głównie z uwagi na zachowanie niezakłóconej łączności telekomunikacyjnej. Przykłaowo wymagania CENTERTELU la konstrukcji wsporczych ram antenowych ograniczają całkowite ochylenie anten ( zarówno poziome jak i pionowe) spowoowane naporem wiatru o wartości: la anten parabolicznych RL i la anten panelowych GSM00 []. Za słuszne naleŝy uwaŝać złagozenie, przez normę PN-B-04:0 [], wymogu otyczącego ochyłki montaŝu związanej ze skręceniem przekroju trzonu wieŝy. Norma ta poaje montaŝową tolerancję skręcenia przekroju trzonu na całej wysokości wieŝy ε = 5. Analizowane w referacie wieŝe trójścienne spełniają ten warunek prze i po ich rektyfikacji. Literatura. PN-B-00:0. Konstrukcje stalowe buowlane. Warunki wykonania i obioru. Wymagania postawowe.. PN-B-04:0. Konstrukcje stalowe. WieŜe i maszty. Projektowanie i wykonanie.. Instrukcja ER-0. Eksploatacja wieŝ i masztów. Załącznik o zarzązenia nr Prezesa Zarząu TP S.A. z nia r., Warszawa BN-/40-0. Konstrukcje stalowe. Maszty oraz wieŝe raiowe i telewizyjne. Wymagania i baania. 5. Warunki techniczne wykonania i obioru robót buowlano-montaŝowych. Tom III. Konstrukcje stalowe. Arkay, Warszawa.. Rykaluk K.: Konstrukcje stalowe. Kominy, wieŝe, maszty. Oficyna Wyawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław Jankowska B.: Błą wzoru o wyznaczania przemieszczenia masztu -ściennnego wg Instrukcji ER-0. XVII Konferencja Kater i Zakłaów Geoezji na Wyziałach Niegeoezyjnych. Zielona Góra-Łagów 0.. Jankowska B.: Wyznaczanie wartości przemieszczeń i kąta skręcenia wieŝy czterościennej. XVIII Konferencja Kater i Zakłaów Geoezji na Wyziałach Niegeoezyjnych. Rzeszów-Olszanica 0.. Wichtowski B.: Geometria stalowych wieŝ antenowych poczas ich rektyfikacji. InŜynieria i Buownictwo, nr /0.. Wichtowski B.: Geometria stalowych wieŝ i masztów raiowo-telewizyjnych na postawie inspekcji okresowych. Buownictwo, Prace Naukowe PS, nr 5, Szczecin 0.. Kowalczyk K.: Wytyczne technologiczne. PTK Centertel Departament Operacyjny Biura Inwestycji. Dział Strategii Inwestycyjnych. Warszawa 05.