專利名稱：一種采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤沉陷區(qū)內(nèi)受到采動影響的輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)(鐵塔獨立長柱基礎(chǔ)下部增設(shè)的復合防護板)的內(nèi)力計算及其截面設(shè)計。
背景技術(shù)：
煤炭是我國工業(yè)動力的基礎(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，我國目前正大力推進“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)定運行帶來困難。我國近年來已有應(yīng)用復合防護板基礎(chǔ)代替獨立基礎(chǔ)對上部結(jié)構(gòu)進行采動變形保護的成功實踐，但已有的工程實踐主要依賴工程經(jīng)驗，對于復合防護板基礎(chǔ)的厚度取值及其內(nèi)力計算以及截面設(shè)計均未提出具體可行的方法。因此總體來說，我國關(guān)于采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(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、計算方便、且能保證計算精度的設(shè)計方法應(yīng)用于我國采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計和工程實踐。

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、計算過程簡便且計算結(jié)論滿足工程實踐需求的采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)設(shè)計方法。本發(fā)明的目的在于提供一種采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，該簡化設(shè)計方法包括復合防護板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計算、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確定復合防護板基礎(chǔ)的厚度H，單位為m。根據(jù)申請人的研究結(jié)論(論文“采煤沉陷區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(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)工程學報》2012年第3期)，防護板基礎(chǔ)厚度太小起不到有效保護作用，隨著厚度的增大防護作用明顯增強，但一般當厚度超過600mm后，保護作用的增幅明顯趨于平緩，此后再靠增大復合板的厚度來保護上部鐵塔已不現(xiàn)實。此外結(jié)合其它多個鐵塔(涉及500kV、220kV和IlOkV等不同電壓等級)復合板基礎(chǔ)的綜合分析，以鐵塔根開的1/45 1/25來確定復合防護板基礎(chǔ)的厚度，能很好的兼顧經(jīng)濟性和對上部結(jié)構(gòu)的良好保護作用。此外，板厚度不宜小于200mm，不宜大于800mm。具體操作時，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，則按線性插值計算基礎(chǔ)的厚度。
(2)由式:=計算輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)在上部獨立基礎(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外分別計算大板在X、y方向的計算跨度
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)采動區(qū)地表變形預(yù)計資料，確定工程場地地基土的最大正曲率變形值K (10-3/m)，此時假定地基為線彈性地基，當?shù)乇碜冃螢榍首冃螘r，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基礎(chǔ)
長度方向應(yīng)實現(xiàn)自我平衡，從而可由式A計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)長度，m ；E為地基土的基床系數(shù)，MN/m3。然后分別計算
和取兩者中的較小值作為基底等效平均凈反力σΕ，MPa，如果缺乏詳細的地表
變形預(yù)計值，則取進行后續(xù)計算。上述丨 系考慮基底發(fā)生1/3懸空段時，等效折算而來的平均凈反力。(5)由式沁尸|_( 外4?；蛘呤絠·㈨.1).#。分別計算復合大板在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:分別計算x方向基礎(chǔ)板帶和跨中板帶的計算寬度LpLz，或由式Lj = Bx+b+H和式LZ = B-2Lj分別計算y方向基礎(chǔ)板帶和跨中板帶的計算寬度Lj、Lz，其中a、b分別為復合大板基礎(chǔ)邊緣與獨立基礎(chǔ)外邊緣在1、X方向的凈距離，m ;H為復合防護板基礎(chǔ)的厚度，m ;并進而求得各截面的每延米彎矩值M，kN · m/m。(8)由式計算復合大板基礎(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為鋼筋抗拉強度設(shè)計值，MPa ；h0為基礎(chǔ)截面有效高度，m。(9)按式冷驗算基礎(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)進一步，進行構(gòu)造處理，并結(jié)合工程場地的地表變形觀測數(shù)據(jù)等資料對計算結(jié)果進行一定的調(diào)整。
(11)當工程所在地采煤深厚比相對較大，或者采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施，則可對上述計算結(jié)果折減10% 30%后再進行設(shè)計。對上述計算結(jié)果，根據(jù)工程場地下部的采煤深厚比進行調(diào)整；折減系數(shù)的取值，當工程所在地的采煤深厚比大于等于100時取O. 7，當深厚比等于50時取O. 8，深厚比小于等于30時取1. 0，之間數(shù)值按線性插
值確定。(12)當輸電線路采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施時，則可對上述關(guān)于截面彎矩和截面軸力的計算結(jié)果折減10% 30%后再進行設(shè)計。比如，當鐵塔基礎(chǔ)周邊開挖地應(yīng)力緩沖溝時，可有效減少地表變形傳遞給基礎(chǔ)的水平應(yīng)力和變形，此時不進行第(9)條關(guān)于截面受拉承載力的驗算。又比如，當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，對第(8)條截面計算所采用的彎矩設(shè)計值進行折減當鐵塔根開小于等于IOm時，折減系數(shù)取O. 8 ;當根開大于20m時，折減系數(shù)取1. O ;當根開在IOm和20m之間時按線性插值取值。本發(fā)明采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)設(shè)計方法，包括采動區(qū)復合防護板基礎(chǔ)等效基底反力計算、采動區(qū)復合防護板基礎(chǔ)內(nèi)力計算的等效板帶法以及采動區(qū)復合防護板基礎(chǔ)截面設(shè)計方法等主要內(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合防護板基礎(chǔ)工程。本發(fā)明專利所使用的設(shè)計方法，其計算過程簡捷，結(jié)果合理。


圖1是采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)內(nèi)力計算的等效板帶劃分示意圖(以計算X方向內(nèi)力為例)。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明專利的實施作進一步的描述，具體分為以下幾個步驟1.按照輸電鐵塔基礎(chǔ)根開的1/45 1/25確定復合防護板基礎(chǔ)的厚度H，m。當根開大于等于30m時,取基礎(chǔ)厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當根開小于等于IOm時,取基礎(chǔ)厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計算基礎(chǔ)的厚度。2.由式
權(quán)利要求
1.一種采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，其特征在于，該簡化設(shè)計方法包括復合防護板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計算、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確定復合防護板基礎(chǔ)的厚度H，m； (2)由式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，其特征在于，根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)根開的大小，給出了復合防護板基礎(chǔ)的合理厚度的計算取值方法；當根開大于等于30m時,取基礎(chǔ)厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當根開小于等于IOm時,取基礎(chǔ)厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計算基礎(chǔ)的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，其特征在于，除了按預(yù)計結(jié)果進行簡化設(shè)計，還需對設(shè)計的復合防護板基礎(chǔ)進行構(gòu)造處理，并結(jié)合工程場地的地表變形觀測數(shù)據(jù)等資料對計算結(jié)果進行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，其特征在于，對計算結(jié)果，根據(jù)工程場地下部的采煤深厚比進行調(diào)整；折減系數(shù)的取值，當工程所在地的采煤深厚比大于等于100時取O. 7，當深厚比等于50時取O. 8，深厚比小于等于30時取1. 0，之間數(shù)值按線性插值確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，其特征在于，當輸電線路采取了有利于抵抗地表變形的技術(shù)措施時，則可對截面彎矩和截面軸力的計算結(jié)果折減10% 30%后再進行設(shè)計；當鐵塔基礎(chǔ)周邊開挖地應(yīng)力緩沖溝時，可有效減少地表變形傳遞給基礎(chǔ)的水平應(yīng)力和變形，此時不進行關(guān)于截面受拉承載力的驗算；當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，對截面計算所采用的彎矩設(shè)計值進行折減當鐵塔根開小于等于IOm時，折減系數(shù)取O. 8 ;當根開大于20m時，折減系數(shù)取1. O ;當根開在IOm和20m之間時按線性插值取值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采動區(qū)輸電鐵塔復合防護板基礎(chǔ)的設(shè)計方法，該簡化設(shè)計方法包括復合防護板基礎(chǔ)厚度值的確定、基礎(chǔ)底部等效凈反力的計算、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，提出了采動區(qū)地表水平變形作用下復合防護板基礎(chǔ)的內(nèi)力設(shè)計方法；提出了用等效板帶法進行地表曲率變形作用下復合防護板基礎(chǔ)內(nèi)力計算的簡化方法，并給出了對復合防護板基礎(chǔ)進行截面設(shè)計的方法。該簡化設(shè)計方法其原理簡單，使用方便，且計算結(jié)果能滿足工程實踐的要求，具有廣泛的實用性。
文檔編號E02D27/34GK103046572SQ20121059654
公開日2013年4月17日 申請日期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, 袁廣林, 李慶濤, 魯彩鳳, 苗生龍 申請人:中國礦業(yè)大學