天线拟静力抗震试验

王伟刚

移动通信是进行无线通信的现代化技术，这种技术是电子计算机与移动互联网发展的重要成果。经过了数代的发展与进步，移动通信技术已经来到了5G时代，5G技术极大程度改变了人们的生活，全新的手机支付时代已经到来。

我国是全球地震多发国家之一，经常发生规模大，震级高的地震。地震发生之后，通信系统受损会加重同时通信量会急剧增加，这样就很可能导致通信拥堵和接通量低，灾区外与外界的通信严重受阻，无法为政府指挥救灾带来保障。地震的发生会破坏移动通信设备，如通信铁塔，基站机房，天线等，耽误抢险救灾的最佳时机，使得人民的生命财产安全受到非常严重的威胁。研究地震对移动通信设备的影响是科研工作重点任务。

通信设备是移动通信系统中最重要的组成部分，其中任何一种设备的破坏都将影响整个通信系统的正常运行。板状天线是移动通信设施的重要组成部分。板状天线属于定向天线，板状天线是移动通信系统天线的一种，主要用于室外信号覆盖。板状天线在震后的功能状态，将影响在其辐射范围内的移动通信服务在震后是否可以正常使用。

本文针对地震对天线的影响开展研究。研究拟静力作用下的天线本身和天线连接件是否发生变形破坏，通过分析天线及连接件的位移荷载曲线研究地震作用对天线的影响。

一、试验概况

1.试件设计

本试验采用的天线为广东健博通科技股份有限公司设计板状天线，电气指标：KBT65DP18-0809DE。为研究天线抗震性能的影响，本实验共设计了如下构件，材料为Q235钢，详细构造如图1所示

图 1试件尺寸及三视图

2.试验加载装置及加载制度

该试验加载装置采用 MTS 电液伺服程控结构试验机加载装置如图 2 所示。加载制度为水平单调加载，加载速度为0.2mm/s。由东华DH3816N静态应变测试系统采集和记录各测点的荷载和位移数据，采样频率2Hz，并实时记P-Δ曲线。

图2 加载装置图

3.测点布置

位移计布置如图3所示。其中，位移计D-21用于测量天线底部的水平位移，位移计D-23用于测量抱杆底部的水平位移，位移计D-25用于测量天线中部的位移，位移计D-27用于测量天线顶部的位移，位移计D-29用于测量抱杆顶部的位移。

图3 测点布置

二、试验现象

在加载初期，天线及其连接件有轻微晃动但无没有明显的变形；当加载时间进行6分26秒时，测点D-21位移达到5mm，测点D-23位移达到2mm，测点D-25位移达到43mm，测点D-27位移达到71mm，测点D-29位移达到54mm，加载力达到5.1kN，天线抱杆有轻微弯曲（图4（a）），上支架机械臂无明显变形，下支架无明显变形，天线本身无明显变形；当加载时间进行8分17秒时，测点D-21位移达到8mm，测点D-23位移达到4mm，测点D-25位移达到66mm，测点D-27位移达到110mm，测点D-29位移达到80mm，加载力达到6.9kN，天线抱杆有弯曲增大（图4（b）），上支架机械臂轻微变形（图4（c）），下支架无明显变形，天线本身无明显变形；当加载时间进行15分15秒时，测点D-21位移达到15mm，测点D-23位移达到15mm，测点D-25位移达到153mm，测点D-27位移达到260mm，测点D-29位移达到217mm，加载力达到7.8kN，天线抱杆严重弯曲（图4（d）），上支架机械臂明显变形（图4（e）），下支架轻微变形（图4（f）），天线本身无明显变形。

图4 天线结构的破坏形态

三、试验结果分析

1.荷载位移曲线

选用前文所述的五个测点绘制位移荷载曲线如图5所示，因本试验最终以抱杆底部屈服而试验结束，所以重点研究抱杆底部的位移荷载曲线。

图5 荷载位移曲线

2.单调加载荷载位移曲线的特征值的确定

根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ／T101-2015）中的规定，试件承受的极限荷载Pmax及相应变形Δmax取试件的P-Δ曲线上荷载最大时的相应荷载和位移；由于组合墙试件的P-Δ曲线没有明显屈服点，采用骨架曲线能量等效面积法确定屈服荷载Py、屈服位移Δy，具体方法是：如图6所示，过最大荷载Pmax作水平线，由原点O作割线与该水平线交于A点，使得面积①与面积②相等；过A点作垂线与P-Δ曲线交于B点，则B点相应的荷载与位移即为屈服荷载Py和屈服位移Δy。

图6 面积等效法

3.试验数据处理结果

将抱杆底部的水平位移试验数据进行分析处理，可得该试件的最大承载力Pmax＝7.82kN及相应位移Δmax＝14.6mm；屈服荷载Py＝6.4kN和相应屈服位移Δy＝4.9mm。

四、结论

1.单调加载下的荷载位移曲线可以分为上升和水平两个阶段，反映出构件在加载过程中经历了弹性阶段和屈服阶段。荷载位移曲线光滑，没有明显的拐点。

2.随着力的逐渐加载直到试验完成，天线上部的机械臂变形明显，下部机械臂无明显变形；抱杆随着力的加载逐渐弯曲直至抱杆底部屈服，天线本身无任何破坏。

3.天线及其组合件的抗震性能较好，天线机械臂牢固，未发生断裂破坏；抱杆的屈服强度较高，满足抗震要求；天线未受破坏也未脱落，可以减少经济损失。