当下国内铁塔数量已经突破200万座,目前仍在保持强劲的势头增长。为了保障如此庞大数量的铁塔安全稳定运营,电力公司和电信等相关运维单位往往需要消耗大量人力长期巡检,这可能是全球各行各业中最庞大却又最难管理和维护的资产之一。在自然环境和外界条件的作用下,地震、雷击、滑坡、恶劣气候、老化、潜在的人为破坏等因素,都会给铁塔带来一定的安全隐患,很多铁塔建设在山体上,容易发生滑移、倾斜、开裂等现象,从而引起导致铁塔变形、倾斜、甚至倒塔等。目前,传统的通信铁塔维护主要靠定期巡检、人为观测,这些是非常必要的安全防护手段。但上述手段存在一定主观性,某些参数人工实测困难,且不易及时发现问题,无法满足铁塔实时监测的需求。
为了消除铁塔安全隐患,避免出现倾斜、倒塌以及雷击损坏等危及通信安全的事件发生,需要采用先进的技术和设备对铁塔进行实时的安全监测,同时为铁塔的集中修理整治提供基础参考依据。铁塔结构安全监测内容主要包括:倾斜、沉降、应力应变、振动和周边环境进行监测。监测内容的提出应该根据监测单位的相关的设计要求、检测法规、规范和标准,铁塔结构监测内容如下表:
1 铁塔基础沉降监测
铁塔基础沉降监测选用静力水准仪,一般情况下对铁塔底部混凝土结构沉降进行监测,对结构整体健康状况进行评估,根据评估情况提出并预防处理与防护等措施。
2 塔身倾斜监测
塔身倾斜监测选用盒式测斜仪。根据铁塔实际情况,在塔身主要受力部位适当布设多个倾斜测点,通过倾斜角度测量评估铁塔倾斜状态,为健康情况作出评估。
3 应力应变监测
结构应变采用表面应变计,该仪器主要应用于钢结构、公路、桥梁、民用建筑、隧道、地铁等混凝土、钢筋及锚杆的应力测量,具有防水性能好、不受外界环境影响、温度性能稳定等特点。铁塔整体为钢结构作为框架,钢结构材料的受力直接影响到整体健康情况,所以对钢结构的典型受力部位做应力应变分析。
4 振动监测
铁塔钢结构动力特性参数(频率、振型和阻尼等)和振动水平(振动强度和幅值)是结构整体安全的标志,结构材料强度的退化会引起结构振动特性的改变,例如结构刚度的降低会引起自振频率的降低,局部振型的改变可能预示着结构局部损坏。因此对铁塔动力特性及振动水平的监测能够起到整体上对大楼健康状态监测的目的。振动传感器广泛运用于各种工业需要监测振动的环境中,在桥梁、钢轨、地震、车辆船舶振动等运用都非常成熟。
5 环境温湿度监测
环境温湿度传感器采用温湿度传感器,该仪器广泛运用于结构环境自动化监测中的温湿度监测,具有操作灵活,使用方便,采用标准RS485通信接口,可与大部分采用RS485接口的设备及系统集成等优点。
6 风速风向监测
风荷载是结构的主要动力荷载之一。在风荷载作用下将产生振动,引起疲劳损伤累积,导致结构抗力衰减,通过监测风速、风向,统计最大风速值,可以得出结构的风与结构响应关系,了解钢结构受风动力荷载的情况。风速风向仪可以提供一个全面的风场描述,风速方向仪具有迅速响应,高分辨率和三维风速测量等特点。