采煤沉陷區(qū)防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔防護(hù)板基礎(chǔ)的撓曲變形和截面彎矩的計算方法，在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復(fù)合板基礎(chǔ)簡化為單向等效梁；將獨(dú)立基礎(chǔ)及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉(zhuǎn)換為豎向分布荷載；建立采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型，提出基礎(chǔ)撓曲變形微分平衡方程；結(jié)合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組；解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數(shù)表達(dá)式；確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的控制截面，以截面彎矩設(shè)計值進(jìn)行等效梁截面的配筋計算，最終確定基礎(chǔ)的截面配筋。本發(fā)明的有益效果是為采煤沉陷區(qū)內(nèi)大量使用的鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)，提供一種關(guān)于基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的理論計算方法。
【專利說明】采煤沉陷區(qū)防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采煤影響區(qū)內(nèi)輸電線路的設(shè)計和保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔防護(hù)板基礎(chǔ)的撓曲變形和截面彎矩的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭資源的大量開采，在我國的煤炭主產(chǎn)區(qū)內(nèi)造成了大量的采煤沉陷區(qū)。同時，隨著“變輸煤為輸電”能源方針的深入實(shí)施，越來越多的電廠將建設(shè)在煤礦附近。因此，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)。近年來，針對原有的鐵塔獨(dú)立長柱獨(dú)立基礎(chǔ)不利抵抗采動地表變形的缺點(diǎn)，我國電力建設(shè)部門和相關(guān)高校提出了復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)這一新型的抗變形基礎(chǔ)，并在工程實(shí)踐中進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得了良好的效果。但已有的工程實(shí)踐主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，對于復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的內(nèi)力計算尤其是截面彎矩的計算，尚未提出科學(xué)系統(tǒng)的計算方法?？傮w來說，我國關(guān)于采動區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計和應(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期穩(wěn)定運(yùn)行埋下了巨大的安全隱患，極易發(fā)生因抗變形基礎(chǔ)的設(shè)計承載力不足導(dǎo)致鐵塔變形嚴(yán)重甚至倒塌的嚴(yán)重事故。因此，迫切需要提出一種采煤沉陷區(qū)內(nèi)復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的截面彎矩的計算方法，為我國采動區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的設(shè)計和工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在提供采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔防護(hù)板基礎(chǔ)的撓曲變形和截面彎矩的計算方法。
[0004]本發(fā)明在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復(fù)合板基礎(chǔ)簡化為沿沉陷盆地移動方向的單向等效梁；將獨(dú)立基礎(chǔ)及其上部鐵塔的豎向荷載轉(zhuǎn)換為豎向等效分布荷載；考慮地基與基礎(chǔ)的共同作用，建立采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型；結(jié)合計算模型需滿足的邊界條件，得到相應(yīng)的關(guān)于模型解的線性方程組；提出復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)設(shè)計控制截面及相應(yīng)截面控制彎矩值的選擇和截面設(shè)計的方法。該計算方法，其理論依據(jù)明確，使用方便，計算結(jié)果完全能滿足工程設(shè)計的要求，具有廣泛的適用性。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行:
[0006]步驟1:在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復(fù)合板基礎(chǔ)簡化為單向等效梁；
[0007]步驟2:將獨(dú)立基礎(chǔ)及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉(zhuǎn)換為豎向分布荷載；
[0008]步驟3:考慮地基與基礎(chǔ)的共同作用，建立采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型，
[0009]步驟4:根據(jù)以上的采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型，提出基礎(chǔ)撓曲變形微分平衡方程；
[0010]步驟5:結(jié)合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組；
[0011]步驟6:滿足邊界條件的情況下求解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數(shù)表達(dá)式；[0012]步驟7:確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的控制截面，分析沉陷盆地移動過程中截面彎矩的設(shè)計值，以截面彎矩設(shè)計值進(jìn)行等效梁截面的配筋計算，結(jié)合混凝土基礎(chǔ)的構(gòu)造要求，最終確定基礎(chǔ)的截面配筋。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟2中，分段均布荷載各段計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: 步驟1:在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復(fù)合板基礎(chǔ)簡化為單向等效梁； 步驟2:將獨(dú)立基礎(chǔ)及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉(zhuǎn)換為豎向分布荷載； 步驟3:考慮地基與基礎(chǔ)的共同作用，建立采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型， 步驟4:根據(jù)以上的采煤沉陷區(qū)內(nèi)沉陷地基與復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的協(xié)同作用簡化計算模型，提出基礎(chǔ)撓曲變形微分平衡方程； 步驟5:結(jié)合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組； 步驟6:滿足邊界條件的情況下求解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數(shù)表達(dá)式； 步驟7:確定復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的控制截面，分析沉陷盆地移動過程中截面彎矩的設(shè)計值，以截面彎矩設(shè)計值進(jìn)行等效梁截面的配筋計算，結(jié)合混凝土基礎(chǔ)的構(gòu)造要求，最終確定基礎(chǔ)的截面配筋。
2.按照權(quán)利要求1所述一種采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟2中，分段均布荷載各段計算公式為:
3.按照權(quán)利要求1所述一種采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟3中，下沉曲線模型W(X)可由式表示:
4.按照權(quán)利要求1所述一種采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟4中，基礎(chǔ)撓曲變形微分平衡方程建立過程，由于復(fù)合板所受荷載情況從左往右分為3種情況，故分為3段進(jìn)行求解，從Xtl = O到X1 = b區(qū)段的復(fù)合板截面位移記為Yi (x) ;Xi = b 到 X2 = ι-b 段記為 y2(x);而 x2 = l_b 到 X3 = I 段記為 y3(x);同時，假定 3段區(qū)間內(nèi)由上部鐵塔、基礎(chǔ)和填土自重引起的沿X方向的線荷載分別為1+Υπ1.d、Yffl2.d和qi+Yml.(!，如果假定沉陷區(qū)地基土體的抗力系數(shù)為k，則在3個區(qū)段內(nèi)，復(fù)合板在彈性地基上的變形微分方程及一般解可分別表示為: Dx0到Xi段:
【文檔編號】E02D27/34GK104018513SQ201410243701
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】舒前進(jìn), 袁廣林, 李慶濤, 葉盛, 譚曉哲, 魯彩鳳, 王文龍, 孫啟林, 竇談, 李青 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)