專利名稱：一種采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤沉陷區(qū)內(nèi)受到采動(dòng)影響的輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)(鐵塔獨(dú)立長(zhǎng)柱基礎(chǔ)下部增設(shè)的復(fù)合防護(hù)板)的內(nèi)力計(jì)算及其截面設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
煤炭是我國(guó)工業(yè)動(dòng)力的基礎(chǔ)，由于煤炭資源的大量開采，造成了大量的采煤沉陷區(qū)。另一方面，我國(guó)目前正大力推進(jìn)“變輸煤為輸電”的政策，造成大量的新建輸電線路不可避免的要建設(shè)在采煤沉陷區(qū)內(nèi)。目前輸電鐵塔大量采用的是獨(dú)立基礎(chǔ)，其抵抗地表不均勻沉降變形的能力較弱，造成大量的鐵塔基礎(chǔ)發(fā)生不同程度的豎向不均勻沉降、水平方向的相對(duì)位移以及鐵塔整體的傾斜，極大的改變了鐵塔原有的受力狀態(tài)，使鐵塔面臨破壞的威脅，給輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來困難。我國(guó)近年來已有應(yīng)用復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)代替獨(dú)立基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行采動(dòng)變形保護(hù)的成功實(shí)踐，但已有的工程實(shí)踐主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度取值及其內(nèi)力計(jì)算以及截面設(shè)計(jì)均未提出具體可行的方法。因此總體來說，我國(guó)關(guān)于采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用仍處于嘗試性的階段，這就為已建和新建的輸電線路工程的安全和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行埋下了巨大的安全隱患。因此，迫切需要提出一種依據(jù)合理、計(jì)算方便、且能保證計(jì)算精度的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于我國(guó)采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)面專利的目的是提供一種依據(jù)合理、計(jì)算過程簡(jiǎn)便且計(jì)算結(jié)論滿足工程實(shí)踐需求的采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的目的在于提供一種采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，該簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法包括復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計(jì)算、等效板帶的劃分、板帶彎矩的分配以及各板帶截面的配筋計(jì)算，具體步驟如下(I)按照輸電鐵塔基礎(chǔ)根開的1/451/25確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度H，單位為m。根據(jù)申請(qǐng)人的研究結(jié)論(論文“采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)抗變形性能及其板厚取值研究”，發(fā)表于中文核心期刊《防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)》2012年第3期)，防護(hù)板基礎(chǔ)厚度太小起不到有效保護(hù)作用，隨著厚度的增大防護(hù)作用明顯增強(qiáng)，但一般當(dāng)厚度超過600mm后，保護(hù)作用的增幅明顯趨于平緩，此后再靠增大復(fù)合板的厚度來保護(hù)上部鐵塔已不現(xiàn)實(shí)。此外結(jié)合其它多個(gè)鐵塔(涉及500kV、220kV和IlOkV等不同電壓等級(jí))復(fù)合板基礎(chǔ)的綜合分析，以鐵塔根開的1/45 1/25來確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度，能很好的兼顧經(jīng)濟(jì)性和對(duì)上部結(jié)構(gòu)的良好保護(hù)作用。此外，板厚度不宜小于200mm，不宜大于800mm。具體操作時(shí)，若鐵塔根開大于等于30m，取基礎(chǔ)厚度為根開的1/45，且不大于800mm ;若根開小于等于10m，則取基礎(chǔ)厚度為根開的1/25,且不小于200mm ;若根開位于IOm和30m之間，則按線性插值計(jì)算基礎(chǔ)的厚度。
(2)由式:=計(jì)算輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)在上部獨(dú)立基礎(chǔ)
及鐵塔結(jié)構(gòu)自重作用下的基底平均凈反力σ μ MPa ;其中Gw為上部獨(dú)立基礎(chǔ)的總重，kN ；Σ Fv+ Σ Ft為上部結(jié)構(gòu)的總重，kN ；A為基礎(chǔ)底面面積，m2。(3)由式Ac。和式V =4外分別計(jì)算大板在X、y方向的計(jì)算跨度
Lx0> Lytl，其中Lx、Ly分別為上部基礎(chǔ)在X、y方向的根開，m ;BX、By分別為上部基礎(chǔ)在x、y方向的寬度，m。(4)依據(jù)采動(dòng)區(qū)地表變形預(yù)計(jì)資料，確定工程場(chǎng)地地基土的最大正曲率變形值K (10-3/m)，此時(shí)假定地基為線彈性地基，當(dāng)?shù)乇碜冃螢榍首冃螘r(shí)，由于地表變形造成的地基反力的變化值也呈曲率分布。根據(jù)豎直方向的靜力平衡，基底反力變化值在整個(gè)基礎(chǔ)
長(zhǎng)度方向應(yīng)實(shí)現(xiàn)自我平衡，從而可由式A計(jì)算正曲率變形作用下的基底最大壓
應(yīng)力變化值σ i，MPa ;其中L為基礎(chǔ)長(zhǎng)度，m ；E為地基土的基床系數(shù)，MN/m3。然后分別計(jì)算
和取兩者中的較小值作為基底等效平均凈反力σΕ，MPa，如果缺乏詳細(xì)的地表
變形預(yù)計(jì)值，則取進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。上述丨 系考慮基底發(fā)生1/3懸空段時(shí)，等效折算而來的平均凈反力。(5)由式沁尸|_( 外4?；蛘呤絠·㈨.1).#。分別計(jì)算復(fù)合大板在X、y
8
方向的等效總彎矩，kN · m。(6)將等效總彎矩乘以相應(yīng)彎矩分配系數(shù)確定各板帶的基礎(chǔ)截面和支座截面的彎矩值，各截面的彎矩分配系數(shù)分別為基礎(chǔ)板帶支座截面O. 45，基礎(chǔ)板帶跨中截面O. 18，跨中板帶支座截面O. 22，跨中板帶的跨中截面O. 15。(7)由式Lj = BY+a+H和式LZ = B-2L:分別計(jì)算x方向基礎(chǔ)板帶和跨中板帶的計(jì)算寬度LpLz，或由式Lj = Bx+b+H和式LZ = B-2Lj分別計(jì)算y方向基礎(chǔ)板帶和跨中板帶的計(jì)算寬度Lj、Lz，其中a、b分別為復(fù)合大板基礎(chǔ)邊緣與獨(dú)立基礎(chǔ)外邊緣在1、X方向的凈距離，m ;H為復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度，m ;并進(jìn)而求得各截面的每延米彎矩值M，kN · m/m。(8)由式計(jì)算復(fù)合大板基礎(chǔ)各板帶每延米寬度內(nèi)的截面配筋，mm2。
其中Ys為截面內(nèi)力臂系數(shù)，取O. 9 O. 95 ；fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa ；h0為基礎(chǔ)截面有效高度，m。(9)按式冷驗(yàn)算基礎(chǔ)抵抗地表拉伸變形的能力，其中k為截
面受拉不均勻系數(shù)，取1. 5-2. O ;N為基礎(chǔ)跨中截面受拉承載力設(shè)計(jì)值，由式
τν^.Σ^+Σ 確定，kN；y為基礎(chǔ)底面與地基土體的摩擦系數(shù)，取O. 252
O. 4 ； Ym為基礎(chǔ)地面以上土體及基礎(chǔ)的平均容重，取20 22kN/m3 ；d為基礎(chǔ)埋深，m。(10)進(jìn)一步，進(jìn)行構(gòu)造處理，并結(jié)合工程場(chǎng)地的地表變形觀測(cè)數(shù)據(jù)等資料對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一定的調(diào)整。
(11)當(dāng)工程所在地采煤深厚比相對(duì)較大，或者采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施，則可對(duì)上述計(jì)算結(jié)果折減10% 30%后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)上述計(jì)算結(jié)果，根據(jù)工程場(chǎng)地下部的采煤深厚比進(jìn)行調(diào)整；折減系數(shù)的取值，當(dāng)工程所在地的采煤深厚比大于等于100時(shí)取O. 7，當(dāng)深厚比等于50時(shí)取O. 8，深厚比小于等于30時(shí)取1. 0，之間數(shù)值按線性插
值確定。(12)當(dāng)輸電線路采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施時(shí)，則可對(duì)上述關(guān)于截面彎矩和截面軸力的計(jì)算結(jié)果折減10% 30%后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如，當(dāng)鐵塔基礎(chǔ)周邊開挖地應(yīng)力緩沖溝時(shí)，可有效減少地表變形傳遞給基礎(chǔ)的水平應(yīng)力和變形，此時(shí)不進(jìn)行第(9)條關(guān)于截面受拉承載力的驗(yàn)算。又比如，當(dāng)采用掏土法減少基礎(chǔ)底部壓應(yīng)力加載區(qū)的基底應(yīng)力時(shí)，對(duì)第(8)條截面計(jì)算所采用的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行折減當(dāng)鐵塔根開小于等于IOm時(shí)，折減系數(shù)取O. 8 ;當(dāng)根開大于20m時(shí)，折減系數(shù)取1. O ;當(dāng)根開在IOm和20m之間時(shí)按線性插值取值。本發(fā)明采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，包括采動(dòng)區(qū)復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)等效基底反力計(jì)算、采動(dòng)區(qū)復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算的等效板帶法以及采動(dòng)區(qū)復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)截面設(shè)計(jì)方法等主要內(nèi)容。本發(fā)明最適用于采煤沉陷區(qū)發(fā)生地表曲率變形和地表水平變形的輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)工程。本發(fā)明專利所使用的設(shè)計(jì)方法，其計(jì)算過程簡(jiǎn)捷，結(jié)果合理。


圖1是采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算的等效板帶劃分示意圖(以計(jì)算X方向內(nèi)力為例)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利的實(shí)施作進(jìn)一步的描述，具體分為以下幾個(gè)步驟1.按照輸電鐵塔基礎(chǔ)根開的1/45 1/25確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度H，m。當(dāng)根開大于等于30m時(shí),取基礎(chǔ)厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當(dāng)根開小于等于IOm時(shí),取基礎(chǔ)厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計(jì)算基礎(chǔ)的厚度。2.由式
權(quán)利要求
1.一種采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法包括復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計(jì)算、等效板帶的劃分、板帶彎矩的分配以及各板帶截面的配筋計(jì)算，具體步驟如下 (1)按照輸電鐵塔基礎(chǔ)根開的1/45 1/25確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的厚度H，m； (2)由式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)根開的大小，給出了復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的合理厚度的計(jì)算取值方法；當(dāng)根開大于等于30m時(shí),取基礎(chǔ)厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當(dāng)根開小于等于IOm時(shí),取基礎(chǔ)厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計(jì)算基礎(chǔ)的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，除了按預(yù)計(jì)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，還需對(duì)設(shè)計(jì)的復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)造處理，并結(jié)合工程場(chǎng)地的地表變形觀測(cè)數(shù)據(jù)等資料對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對(duì)計(jì)算結(jié)果，根據(jù)工程場(chǎng)地下部的采煤深厚比進(jìn)行調(diào)整；折減系數(shù)的取值，當(dāng)工程所在地的采煤深厚比大于等于100時(shí)取O. 7，當(dāng)深厚比等于50時(shí)取O. 8，深厚比小于等于30時(shí)取1. 0，之間數(shù)值按線性插值確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)輸電線路采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施時(shí)，則可對(duì)截面彎矩和截面軸力的計(jì)算結(jié)果折減10% 30%后再進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)鐵塔基礎(chǔ)周邊開挖地應(yīng)力緩沖溝時(shí)，可有效減少地表變形傳遞給基礎(chǔ)的水平應(yīng)力和變形，此時(shí)不進(jìn)行關(guān)于截面受拉承載力的驗(yàn)算；當(dāng)采用掏土法減少基礎(chǔ)底部壓應(yīng)力加載區(qū)的基底應(yīng)力時(shí)，對(duì)截面計(jì)算所采用的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行折減當(dāng)鐵塔根開小于等于IOm時(shí)，折減系數(shù)取O. 8 ;當(dāng)根開大于20m時(shí)，折減系數(shù)取1. O ;當(dāng)根開在IOm和20m之間時(shí)按線性插值取值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，該簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法包括復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計(jì)算、等效板帶的劃分、板帶彎矩的分配以及各板帶截面的配筋計(jì)算。本方法在彈性地基的假定條件下，根據(jù)在地表變形作用下的基底等效凈反力值，提出了采動(dòng)區(qū)地表水平變形作用下復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的內(nèi)力設(shè)計(jì)方法；提出了用等效板帶法進(jìn)行地表曲率變形作用下復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算的簡(jiǎn)化方法，并給出了對(duì)復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)進(jìn)行截面設(shè)計(jì)的方法。該簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法其原理簡(jiǎn)單，使用方便，且計(jì)算結(jié)果能滿足工程實(shí)踐的要求，具有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號(hào)E02D27/34GK103046572SQ20121059654
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者舒前進(jìn), 袁廣林, 李慶濤, 魯彩鳳, 苗生龍 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)