1. 引言
5G通信网络是我国数字新基建的关键组成，同时也是我国数字经济发展以及信息通信行业发展的基础和前提 [1]。5G网络能够实现智慧社会和工业互联网等多个领域的赋能，尤其是信息通信行业发展角度，5G建设统筹行业和经济社会两方面，能够带动产业链高效协同发展 [2]。而这些愿景的实现均离不开5G通信基站这一重要基础设施。
目前，5G基础设施建设正如火如荼地进行着，移动通信网络对容量和覆盖的要求不断提高 [3]。5G基站“高频段”的技术特性，决定着基站的间距将越来越小，密度越来越大，需要进一步合理规划站址，降低选址难度，缩短建设工期，有效控制成本 [3]。5G信号基站的安装将最大限度地利用城市、乡村马路边的广告牌、路灯杆等现有设施进行安装 [4]。此时，链式抱箍就能发挥其应用场景广泛的特点，通过调节其链节长短，能适用各种不同规格的灯杆、管塔等设施。
使用链式抱箍安装5G基站设备已经被广泛应用，包括华为、中兴、诺基亚等知名厂商的设备都设计了与链式抱箍连接的配件。5G基站设备价值高，动辄几十万，甚至上百万，所以链式抱箍的安全性至关重要。链式抱箍的检测目前并没有相应的产品标准，只能通过其使用的材料，进行物理化学等常规检测。承载性能和抗风性能等只能通过相应的结构标准进行参照试验，各实验室的试验方法都不尽相同，绝大多数还是用几吨的砝码进行加载，既浪费人工，又没有效率。本文拟通过电机加载及传感器检测荷载及目标构件位移的方式，模拟风对链式抱箍平台的影响，从而检测链式抱箍产品的质量。
2. 试验对象及参数
1) 本次试验对象为某型链式抱箍，分两层安装于十六边型锥型柱(锥度0.02 ± 0.005，直径φ600 mm~800 mm，高度 > 4米)，每层抱箍分别安装六个支臂，如图1所示，且上下对称，并于每对上下支臂安装一根抱杆。如图2所示工况，进行试验，试验时分别加载固定荷载，测量每根抱杆的垂直方向位移和水平方向位移。
2) 根据试验要求，设计安装6根抱杆，均匀分布于整条链上，模拟每根抱杆安装一台5G设备，每台设备重约100 kg。模拟设备在承重工况下遭遇12级台风(根据要求估算受力约为1.64 kN/m2)从一个方向影响链式抱箍平台，每台设备受风面积约0.8 m2，故设定每根抱杆受力约1320 N。
3. 试验方案 [5]
参照GB/T 50344-2019《建筑结构检测技术标准》中结构性能的静力载荷检验部分，制定试验方案。
3.1. 试验装置
试验装置为自制5G基站抱箍平台检测系统。由电机于三个位置对整体平台进行加载，并通过传感器对受力及位移进行测量。垂直方向6个加载点，力传感器测量荷载，每个加载点力值0~3000 N。水平方向两层，每层6个加载点，每层位移可移动，每个加载点力值0~5000 N。共配置21个力传感器，其中3个50,000 N传感器，实时测量每个电机加载时的总荷载，6个3000 N传感器实时测量垂直方向荷载，12个传感器实时测量水平方向荷载。6个位移传感器，测量范围为25 mm~35 mm，可拆卸，并对目标构件实时位移进行监控。
3.2. 荷载布置
本次试验用每根抱杆受到的力，模拟该套产品在安装5G设备的情况下，受到风力的影响。以1.5倍安全系数对每个试点进行加载，对每根抱杆施加垂直方向荷载1500 N，以图2中Fg表示。每根抱杆横向施加荷载2000 N，上下两处受力点分别为1000 N，以Fw上和Fw下表示。以图1中左下抱杆为1号杆，按顺时针方向依次为2~6号杆，各受力点以表1符号表示。
3.3. 试验方法
1) 试验荷载的施加
垂直方向荷载：始终施加1500 N荷载，模拟设备安装于抱杆上，以考核抱杆在该荷载下是否出现明显滑移，是否会影响5G设备安全。
Table 1. Symbols and test loads of stress points
表1. 受力点符号及检测荷载
水平方向荷载：在正式加载前，施加20 N的初载荷。然后分五级加载，每级加载最大检测荷载的20%，以考核每根抱杆的横向位移，分析抱杆安装位置及安装数量是否合理，整个链式抱箍平台结构设计是否合理。各受力点荷载施加方案见表2。
Table 2. Graded loads of each stress point (unit: N)
表2. 各受力点分级加载荷载(单位：N)
2) 每级加载完成后，测量变形，达到最大荷载后，保持荷载，每隔15分钟测量荷载及位移，直到变形值在15分钟内不再明显增加为止。
3) 记录数据后分级卸载，并在每一级荷载和卸载全部完成后测量位移值。观察各部位有无损伤，如裂缝、焊缝开裂，构件弯折等。
4. 试验结果及分析
按照上述试验方案对该型抱箍进行试验，试验结果如下：
1) 垂直方向：每根抱杆施加1500 N的垂直向下荷载，位移如表3所示。
从以上结果可知，六根抱杆的位移基本一致，且稍有位移，未影响整体结构安全性。位移主要来自支臂倾斜，有效避免了刚性变形，卸载后基本能恢复原位，该型链式抱箍产品结构设计合理，能有效承受固定荷载，支臂与抱杆连接处未产生明显滑移。
2) 水平方向：每根抱杆垂直方向持续保持1500 N荷载，水平方向两个位置分别分级加载至1000 N，位移如表4所示。
Figure 3. Comparison of the maximum displacement of each hold rod
图3. 各抱杆最大位移对比图
从以上数据及图3分析可知，当荷载与抱杆所成夹角越大时，抱杆位移显著增大，但该型链式抱箍结构稳定，所使用的连接螺栓强度均远大于受到的荷载值，且抱杆支臂均为可调节式，大大减少受到荷载的影响。抱杆3与抱杆6与荷载方向几乎成90˚角，受到相同的荷载时，位移最大，但均未超过5 mm，且卸载后，永久变形不超过2 mm，质量可靠。建议安装多根抱杆时，应尽量均匀分布于链式抱箍上，且数量不宜过多，以免造成迎风面积增大，从而增加抱箍受到的力值，造成抱箍连接螺栓断裂等影响整体安全性的隐患。在链式抱箍所使用的材料检测方面，建议重点检测连接螺栓的理化性能，特别是螺栓的抗拉强度及剪切强度等性能，避免因连接螺栓断裂而造成设备跌落等现象，避免造成经济损失，尤其避免对人员造成的伤害。如该产品安装于海边等腐蚀性较强的环境中时，还应考虑构件的表面防腐，必要时应镀锌或增加表面涂层，以确保构件不会因为自身受到腐蚀而引起断裂等形式的破坏。
基金项目
浙江省市场监督管理局自筹科技计划项目(ZC2021A037)。