户外桁架式多探头传感监测支架结构

　　这类桁架式多探头传感支架，主要应用在户外气象监测、近地面环境参数采集、小流域水文观测、低空风场监测这类场景中，区别于单杆式传感支架，桁架结构的抗风载、抗扭性能更突出，适合在开阔郊野、沿海高风速区域、山地垭口这类风况复杂的点位布设。从实际使用需求来看，这类支架需要同时搭载多类传感探头，常见的搭载组合包括风速风向传感器、温湿度传感单元、光照辐射探头、颗粒物采样探头，部分场景还会加装小型雨量计或者视频监控补位，因此顶部预留的多个安装臂，就是为了错开不同探头的安装位置，避免探头之间互相遮挡气流、遮挡光照，保证采集数据的准确性。

　　设计层面首先考虑的是结构刚度，主体采用矩形截面的桁架格构式设计，主材选用等边角钢拼接，腹杆采用交叉斜撑布置，相比同截面尺寸的实腹式钢杆，格构桁架的风阻系数更低，同时自重更轻，运输和现场安装的难度更小，不需要大型吊装设备，两名作业人员配合简单的提升工具就能完成竖装。底部采用带地脚螺栓孔的方形安装底板，安装时需要匹配现场浇筑的混凝土基础，基础尺寸通常根据当地最大风压值核算，一般12级风况对应的基础尺寸不小于600mm见方、埋深不小于800mm，底板与基础之间通过调节螺母找正，保证支架整体垂直度偏差不超过千分之一，避免顶部探头因为支架倾斜带来测量误差。

　　顶部的探头安装臂采用向外倾斜的布置方式，每个安装臂末端预留标准的传感器安装法兰接口，接口尺寸匹配通用的气象类、环境类传感器安装规格，不需要额外做转接件就能直接固定探头。安装臂的伸出长度经过核算，保证所有探头的安装位置都超出桁架主体的扰流范围，避免桁架本身的结构遮挡导致气流场畸变，影响风速、风向这类对气流扰动敏感的传感器测量精度。支架主体沿高度方向每隔一段距离设置横隔撑，一方面提升桁架整体的抗扭性能，另一方面也预留了线缆走线的固定位，所有探头的信号线缆、供电线缆都可以沿桁架腹杆内侧绑扎固定，避免线缆长期暴露在户外被紫外线老化、被大风吹动磨损，同时也能让整体外观更规整，减少风阻。

　　从安装边界来看，这类支架的整体高度通常在6米到10米区间，本次设计的支架主体高度为8米，顶部安装臂全部展开后的最大外接圆直径约1.8米，安装时需要保证支架周边10米范围内没有高于支架的建筑物、乔木这类遮挡物，避免影响光照、风场参数的采集。结构设计时已经做了镀锌防腐处理，所有焊接部位都做了焊后打磨和喷锌补涂，能够适应户外高湿、高盐雾的使用环境，常规使用场景下的防腐寿命不低于15年。另外，支架中部预留了维护爬钉的安装位，日常校准、更换探头时，作业人员可以沿爬钉攀爬至顶部作业，不需要额外搭设梯架，降低后期维护的成本。

　　在结构受力核算上，设计时按照当地50年一遇的最大风压做载荷校核，除了结构本身的自重载荷，还要考虑顶部搭载的所有探头的重量、冬季覆冰后的附加载荷，以及线缆、固定件的附属重量，保证在极限载荷下结构的最大变形量不超过高度的五百分之一，不会因为结构变形导致探头指向偏移。桁架的节点连接全部采用螺栓铰接的方式，相比焊接连接，铰接节点的应力集中更小，在风载带来的持续振动下不容易出现焊缝疲劳开裂的问题，同时也方便拆解运输，到现场之后只需要按照编号拼接即可，不需要现场做焊接作业，降低野外施工的难度。