预制节段式预应力混凝土通信塔抗弯性能试验与数值模拟研究

蒲武川; 张其硕; 贾全; 魏文飞

doi:10.3724/j.gyjzG24030101

预制节段式预应力混凝土通信塔抗弯性能试验与数值模拟研究

doi: 10.3724/j.gyjzG24030101

1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院, 武汉 430070;
2. 中国铁塔股份有限公司湖北省分公司, 武汉 430015;
3. 华信咨询设计研究院有限公司, 杭州 310014

基金项目:

国家自然科学基金项目（52178504）。

详细信息

作者简介:
蒲武川，博士，教授，主要从事结构工程和地震工程方向研究。电子信箱:puwuchuan@whut.edu.cn

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出版历程
- 收稿日期: 2024-03-01
- 网络出版日期: 2025-06-07
- 刊出日期: 2025-04-01

Experimental and Numerical Study on the Bending Performance of Precast Segmental Prestressed Concrete Communication Towers

1. School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Hubei Branch of China Tower Co., Ltd., Wuhan 430015, China;
3. Huaxin Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310014, China

摘要

摘要: 节段式预制装配的预应力混凝土通信塔是一种高耸杆塔结构，服役状态下结构整体变形和抗裂性能是其力学性能评定的重要内容。设计了一座高30 m、梢径350 mm的通信塔，对其开展水平悬臂式的集中力静力加载试验，通过测试杆塔的变形、裂缝、应变等响应，确立了其开裂荷载和极限承载力等性能指标。建立了通信塔的有限元模型，通过对比试验结果验证了有限元模型的准确性。基于有限元模型，研究了试验荷载模式与服役荷载模式下杆塔变形与开裂等性能的差别以及重力二阶效应的影响。试验和数值分析结果表明：混凝土通信塔在使用荷载下裂缝宽度可控制在0.1 mm以下，塔顶位移角低于1/35，表现出良好的抗裂性能和整体刚度；二阶效应可引起塔顶位移最大增加约7.1%，引起塔脚弯矩增加约6%；服役荷载模式与试验荷载模式下的初裂位置不同，服役荷载模式下通信塔的开裂弯矩和整体刚度更大。
- 预制预应力结构 /
- 通信塔 /
- 全尺寸试验 /
- 混凝土裂缝
Abstract: The segmental precast prestressed concrete communication tower is a towering structure， and its overall deformation and crack resistance are crucial for evaluating its mechanical performance. This paper detailed the design of a 30-meter-high communication tower with a top diameter of 350 mm and presented the results of a horizontal cantilever static loading test. By measuring the tower's deformation， crack formation， and strain responses， the cracking load and ultimate bearing capacity were established. A finite element model of the communication tower was developed， and its accuracy was validated by comparing it with the experimental results. Using this model， the differences in deformation and cracking between test load conditions and service load conditions， as well as the impact of second-order effects due to gravity， were studied. The experimental and numerical analysis results indicated that under service loads， the crack width of the concrete communication tower could be controlled to below 0.1 mm， and the top displacement angle remained below 1/35， demonstrating excellent crack resistance and overall rigidity. The second-order effect could cause a maximum increase of approximately 7.1% in tower top displacement and about a 6% increase in base moment. Notably， the initial crack positions under service load conditions differed from those under test load conditions， with the cracking moment and overall rigidity being greater under service load conditions.
- precast prestressed concrete structure /
- communication tower /
- full-scale test /
- concrete crack

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