[发明专利]一种单管塔风压预警器的设计方法

说明书

本发明提供了一种单管塔风压预警器的设计方法，属于单管塔监测技术领域。解决了因风压过大而导致不同高度单管塔的侧移预警的问题。其技术方案为：通过对P‑DeIta效应下铁塔塔顶的风力、重力、和应变力进行静力学分析，计算出单管塔的风压阈值，当风压不在阈值范围内时，触发报警。本发明的有益效果为：该预警器包括基于P‑DeIta效应的单管塔风压阈值计算方法及嵌入式判定装置，该装置可根据塔高计算出单管塔的风压阈值，并在风压超过阈值时发出报警功能。

技术领域

本发明涉及单管塔监测技术领域，尤其涉及一种单管塔风压预警器的设计方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的快速发展，通信单管塔越来越多地被部署和应用。然而，由自然气候影响，过大的风压易造成铁塔产生水平位移。根据《通信铁塔技术要求》：在风载荷为主的荷载标准组合下，塔顶的水平位移不应大于塔高的1/40。同时，又由于塔身重力在竖向的作用下，使得单管塔的水平位移进一步增大且引起结构内部各构件产生附加力，这种现象称之为P-DeIta效应。由P-DeIta效应造成的铁塔倾斜和倒塌不仅会造成通信网络中断，甚至会引发单管塔附近的交通事故，这对通信网络正常工作带来安全隐患。因此对于塔体所受风压监测显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单管塔风压预警器的设计方法，该预警器包括基于P-DeIta效应的单管塔风压阈值计算方法及嵌入式判定装置，该装置可以根据塔高计算出单管塔的风压阈值，并在风压超过阈值时发出报警功能。

本发明是通过如下措施实现的：一种单管塔风压预警器的设计方法，是基于P-DeIta效应的单管塔风压阈值计算方法及嵌入式判定装置，包含以下步骤：

步骤一：基于挠曲线方程和单管塔模型，建立单管塔的形函数；基于单管塔的形函数，建立转角等效模型；基于P-DeIta效应，对单管塔塔顶进行受力分析，分别建立塔顶所承受的风力、应变力、重力公式；基于静力平衡定律，联立三个力学公式并进行求解，计算流程如图1所示；

步骤二：结合用户在终端设备预先设置的数据，终端设备上完成单管塔的风压阈值计算；基于安装在单管塔平台上的风压传感器，实现单管塔的风压数据采集；基于微控制处理器和无线通讯模块，实现采样数据传输到终端设备；基于终端设备，实现采样数据与风压阈值的对比计算，当采样数据超过风压阈值，终端设备发出报警行为，判定流程如图2所示；

所述步骤一的具体步骤为：

S11、l为铁塔高度、V(x)为x处侧移、δ为铁塔的侧移值，利用挠曲线方程：

v＝C₁x³+C₂x²+C₃x+C₄

根据单管塔的边界条件建立形函数。其中，常数C₁、C₂、C₃、C₄需满足如下条件，当x＝0时：v＝0，v′＝0，v″≠0，v″′≠0。当x＝l时：v′≠0，v″＝0，v″′≠0

假设当x＝l时，v＝δ，由上式进一步求得：

根据《通信铁塔技术》中规定单管塔受风荷载的最大侧移值不得超过塔长的四十分之一，于是进一步考虑塔顶最大侧移值的临界情况为：

由于侧移值δ较小，故其在挠函数上的转角也很小，于是可将铁塔的倾斜角度和等效转角模型的倾斜角视为相等，即θ₁≈θ，易得θ为1.4°；

步骤S12：

利用风荷载计算公式：