输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法

文档序号:1768039 发布日期:2019-12-03 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法 (Transmission line of electricity combines the design method of the lower plate of the double anchor slab foundation structures of plate stem ) 是由 李炎隆 雒亿平 于 2019-08-27 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,双锚板基础固定结构包括板柱、板件组和锚杆组件,其中,板件组包括自上而下的上板和下板件,下板件包括两个独立设置的下板,其中,锚杆组件包括第一锚杆和第二锚杆,板柱与上板通过第一锚杆固接,上板与两个下板分别通过第二锚杆固接,上板的上表面和/或下表面设置有第一配筋,下板的上表面和/或下表面设置有第二配筋;下板的设计方法包括:步骤1:采用剪切法抗拔计算确定下板尺寸和埋深;步骤2:对下板进行抗冲切验算,根据下板的尺寸、埋深和抗冲验结果确定下板的所述配筋的数据。本发明可以消除现场钢筋绑扎作业,同时降低了施工周期。(The invention discloses a kind of design methods of the lower plate of the double anchor slab foundation structures of transmission line of electricity joint plate stem, double anchor slab bases fixed structure includes sheet-pile, plate group and anchor rod component, wherein, plate group includes top-down upper plate and lower plate, lower plate includes two lower plates being independently arranged, wherein, anchor rod component includes the first anchor pole and the second anchor pole, sheet-pile is affixed by the first anchor pole with upper plate, it is affixed that upper plate with two lower plates passes through the second anchor pole respectively, the upper surface and/or lower surface of upper plate are provided with the first arrangement of reinforcement, the upper surface and/or lower surface of lower plate are provided with the second arrangement of reinforcement;The design method of lower plate includes: step 1: being calculated using shearing method resistance to plucking and determines lower board size and buried depth;Step 2: Punching Shear checking computations being carried out to lower plate, the data that result determines the arrangement of reinforcement of lower plate are tested according to the size of lower plate, buried depth and anti-impact.The present invention can eliminate live reinforcing bar binding operation, while reduce construction period.)

输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法

技术领域

本发明属于输电线路杆塔设备技术领域,具体涉及一种输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法。

背景技术

输电线路杆塔基础主要采用“大开挖”基础类、“掏挖扩底”基础类、“爆扩桩”基础类。“大开挖”基础类的主要尺寸需根据输电线路杆塔基础的抗拔稳定性要求确定,为了满足上拔稳定性的需要,必须加大基础尺寸,提高了基础造价,同时由于弃土较多,对环境的破坏也较大。“掏挖扩底”基础类适合于无水渗入基坑的粘性土中,同时桩基础规范规定,如基础采用桩基,基础持力层需穿过湿陷性黄土,因此该基础不适用于大厚度湿陷性黄土地区。“爆扩桩”基础类施工难度较大,具有较大的隐蔽性,且施工工艺复杂、施工质量难以控制,施工质量问题难以及时发现,工后检测也存在一定的困难。因此,综上所述,目前的输电线路杆塔基础结构主要存在施工工艺复杂,且施工质量不易控制以及工后检测不方便的问题。

发明内容

本发明的目的是提供输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,旨在解决目前的输电线路联合板杆双锚板基础结构的存在的施工工艺复杂,且施工质量不易控制以及工后检测不方便中至少一部分的问题。

本发明所采用的技术方案是,

1、一种输电线路联合板杆双锚板基础固定结构的下板的设计方法,

双锚板基础固定结构包括板柱、板件组和锚杆组件,

其中,板件组包括自上而下的上板和下板件,下板件包括两个独立设置的下板,并且

在施工完成的状态下,上板和下板均埋设于地下,板柱的至少一部分暴露于环境;

其中,锚杆组件包括第一锚杆和第二锚杆,板柱与上板通过第一锚杆固接,上板与两个下板分别通过第二锚杆固接,上板的上表面和/或下表面设置有第一配筋,下板的上表面和/或下表面设置有第二配筋;

下板的设计方法包括:

步骤1:采用剪切法抗拔计算确定下板尺寸和埋深;

步骤2:对下板进行抗冲切验算,根据步骤1确定的下板的尺寸、埋深和抗冲验结果确定下板的配筋的数据。

本发明的特点还在于,

步骤1具体包括:

步骤11、采用剪切法进行下板的上拔稳定计算,

步骤12、根据下板的上拔稳定计算得出临界埋深;

步骤13、根据如下条件由所述临界埋深确定出下板的埋深:

下板的埋深不大于临界埋深。

步骤11具体为,采用如下的公式(1)进行下板的上拔稳定计算:

γfT′≤Rup=TV+GS+Gf上+Gf下+G回填 (1),

其中,γf为上拔分项系数,T′为每根锚索上的拉力,Rup为基础极限抗拔承载力(KN),TV为抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量,GS为圆弧滑动面内土体自重,Gf上为上板的自重,Gf下为下板的自重,G回填为回填土体重。

抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量TV的计算公式为:

其中,其中,A1、A2为无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、和基础埋深比λ确定。

圆弧滑动面内土体自重GS的公式为:

GS=μγS(A3ht 3-V0) (3),

其中,γS为抗拔土体的天然容重(kN/m3),V0为ht深度范围内基础体积(m3),A3为无因次计算参数且由抗拔土体的滑动面形态、内摩擦角和基础埋深λ比确定。

在步骤2中,下板的抗冲切验算公式为:

Fl≤0.7βhpftam(h-as) (4),

其中,βhp为受冲切承载力截面高度影响系数,ft为混凝土抗拉强度,as为保护层厚度。

步骤2中,配筋的数据包括钢筋的弯矩,通过如下的公式(5)计算钢筋的弯矩:

下板为现浇钢筋混凝土结构。

下板的受力钢筋的配筋率不小于0.15%。

本发明的有益效果是:本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,该结构钢筋可与下板钢板焊接在一起,下至基础底部后进行混凝土浇筑,可以消除现场钢筋绑扎作业,同时降低了施工周期。

附图说明

图1是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法中联合板杆双锚板基础结构的示意图;

图2是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法中基础结构的俯视示意图;

图3是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法中下板结构的示意图;

图4是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法中联合板索结构的示意图;

图5是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构下板的设计方法中下板受力的示意图;

图6、是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法中下板受压时弯矩强度计算的示意简图。

图中,1.上板,2.下板,3.上板钢板,4.下板钢板,5.第一锚杆,6.第二锚杆,7.下螺帽,8.保护帽,9.垫片,10.上板短柱,11.锚杆,12.锚索。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,

如图1、图2和图3所示,一种输电线路联合板杆双锚板基础结构包括板柱5、板件组和锚杆组件,

其中,板件组包括自上而下的上板1和下板件,下板件包括两个独立设置的下板2,并且

在施工完成的状态下,上板1和下板2均埋设于地下,板柱5的至少一部分暴露于环境;

其中,锚杆组件包括第一锚杆3和第二锚杆4,板柱5与上板1通过第一锚杆3固接,上板1与两个下板2分别通过第二锚杆4固接,上板1的上表面和/或下表面设置有第一配筋,下板2的上表面和/或下表面设置有第二配筋;

本发明一种输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,包括:

步骤1:采用剪切法抗拔计算确定下板尺寸和埋深;

步骤2:对下板进行抗冲切验算,根据步骤1确定的所述下板的尺寸、埋深和抗冲验结果确定所述下板的所述配筋的数据。

其中,

步骤1具体包括:

步骤11、采用剪切法进行下板的上拔稳定计算,

步骤12、根据下板的上拔稳定计算得出临界埋深;

步骤13、根据如下条件由所述临界埋深确定出下板的埋深:

下板的埋深不大于临界埋深。

步骤11具体为,采用如下的公式(1)进行下板的上拔稳定计算:

γfT′≤Rup=TV+GS+Gf上+Gf下+G回填 (1),

其中,γf为上拔分项系数,T′为每根锚索上的拉力,Rup为基础极限抗拔承载力(KN),TV为抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量,GS为圆弧滑动面内土体自重,Gf上为上板的自重,Gf下为下板的自重,G回填为回填土体重。

抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量TV的计算公式为:

其中,其中,A1、A2为无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、和基础埋深比λ确定。

圆弧滑动面内土体自重GS的公式为:

GS=μγS(A3ht 3-V0) (3),

其中,γS为抗拔土体的天然容重(kN/m3),V0为ht深度范围内基础体积(m3),A3为无因次计算参数且由抗拔土体的滑动面形态、内摩擦角和基础埋深λ比确定。

在步骤2中,下板的抗冲切验算公式为:

Fl≤0.7βhpftam(h-as) (4),

其中,βhp为受冲切承载力截面高度影响系数,ft为混凝土抗拉强度,as为保护层厚度。

步骤2中,配筋的数据包括钢筋的弯矩,通过如下的公式(5)计算钢筋的弯矩:

下板为现浇钢筋混凝土结构。

下板的受力钢筋的配筋率不小于0.15%。

下面对本发明一种输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法进行详细说明。

1、剪切法抗拔计算确定下板尺寸和埋深,

如图4所示,由于水平力的存在,在基础上拔时,锚索会为基础上板提供一定的抗倾覆的力,每根锚索上的拉力为:T′

联合板索基础的下板利用剪切法计算上拔稳定,由于板索联合基础的特殊形式和考虑到施工的难度与经济性,下板应尽量浅埋,即下板埋深不大于临界埋深。

故,只存在ht≤hc的情况,则按照规范《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》用剪切法计算上拔稳定时应采用以下公式进行上拔稳定计算。

γfT′≤Rup=TV+GS+Gf上+Gf下+G回填 (1),

公式(1)中:

γf为上拔分项系数,可按表1选取,T′为每根锚索上的拉力为,Rup为基础极限抗拔承载力(KN),TV为抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量;GS为圆弧滑动面内土体自重;Gf上为上板的自重,Gf下为下板的自重;G回填为回填土体重。

表1:基础上拔时附加分项系数

抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量按照下式进行计算:

式中:A1、A2——无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、和基础埋深比λ确定。

其中:α为中间计算参数,表示半径r随基础深径比,λ(h/D)而变化的特征;

其中:n为抗拔土体滑动面形态参数,随土体的物理力学特性变化而异,可根据试验确定,黏土宜取n=4,砂类土宜取n=2~3,戈壁滩碎石土宜取n=1.0~1.5。

圆弧滑动面内土体自重GS按照下式进行计算:

GS=μγS(A3ht 3-V0) (3),

其中:μ为土抗力项折减系数,γS为抗拔土体天然容重(kN/m3),V0为ht深度范围内基础体积(m3),A3为无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、内摩擦角和基础埋深比确定。

土抗力项折减系数计算方法如下:

①当L≥D+2λh1时,μ=1.00;

②当L=D时,

若ht≤2.5D时,μ=0.75;

若2.5D≤ht≤3.0D时,μ=0.65;

若3.0D≤ht≤4.0D时,μ=0.55;

③当D<L<D+2λh1时,μ可以按照插值法确定;

在上式中,λ为与相邻抗拔土体切力面有关的系数,时,λ=0.50;时,λ=0.55;时,λ=0.60;时,λ=0.65;其他值可由插值得到。

式1中Gf上、Gf下、G回填分别按下式计算:

Gf上=γV上板 (302)

Gf下=γV下板 (303)

G回填=γ回填πr 2ht (304)

式中:γ为混凝土容重(kN/m3);V上板为上板体积(m3);V下板为下板体积(m3);γ回填为回填土容重,可按照回填系数对天然土体容重进行折减,建议取0.8γS(kN/m3);r为下板孔径(m)。

输电塔为转角塔型,γf根据表1可取为1.6,下板受到的上拔力T′=556kN。

其中A1、A2和A3的值主要由埋深比ht/B控制,因此,设计可根据不同埋深比的情况来设计下板的尺寸以及配筋,并进行下板的上拔稳定验算。

表2不同土体的临界深度

表2中列举出了不同土的临界深度,地质条件为粘性土时,临界深度介于3.5D~1.5D之间,因此,在根据不同埋深比设计下板时,为使下板符合浅埋的要求,设计时所选用的埋深比应小于规定的临界埋深比。但是考虑到基础材料的用量以及埋深对土体抗拔的影响,下板的大小又不能过大且埋深也不宜过小,这就决定了埋深比不能过小。

因为设计为单个基础的设计,不考虑由水平力和相邻基础对输电塔上拔承载力的折减,由于下板开展角θ=90°,则下板容许上拔承载力减低系数为1.0。

容许上拔承载力Rup

γfT′<Rup (305),

故下板的尺寸符合上拔承载力要求。

2、基础下板抗冲切验算;

联合板索基础的下板受力如图5所示,下板受力为轴心受拉,但单个针对于下板来考虑时,其实下板实际作用力是作用在下板底部方向向上的压力,大小为T′。

下板的抗冲切验算按照规范《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》如下公式进行计算:

Fl≤0.7βhpftam(h-as) (4),

式中:βhp为受冲切承载力截面高度影响系数,当h≤0.8m时,取1.0,当h≥2.0m,取0.9,其间按线性内插法取用,ft为混凝土抗拉强度,一般采用C35号混凝土,ft取1.57N/mm2;as为保护层厚度,取50mm。

am按照如下公式计算:

式中:ab为冲切破坏锥体最不利一侧边长。

Fl按照如下公式计算:

Fl=pAl (402)

式中:p为下板平均净压力(kN/m2),Al为抗冲切阴影面积(m2)。

其中下板平均净压力设计值p按照如下公式计算:

式中:r下板为下板半径(m);

抗冲切阴影面积Al按照如下公式计算:

Al=π[r下板 2-(0.45+h-0.05)2] (404),

根据计算得到的尺寸,下板的直径为B,下板的厚度h,可以求得:

Fl≤0.7βhpftam(h-as) (405),

满足基础抗冲切的要求。

3、下板配筋设计;

下板配筋根据计算得到的埋深以及底板尺寸进行计算。

输电塔基础下板受到的荷载为轴心荷载,如图6所示,以及上文中上板弯矩计算的方法,由于底板为圆形,故下板顶面两个方向的弯矩可大小相同,并可按照《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》中以下公式保守计算。

式中:b、b′可根据上文以及图6中确定。

得到弯矩后,可根据如下公式计算出两个方向的受拉钢筋截面积:

在计算出基础上板受拉钢筋截面面积后,需根据所计算钢筋截面积和《GB50007-2011建筑地基基础设计规范》中关于底板钢筋布置的技术规定进行输电塔联合板索基础的上板的钢筋布置。

(1)下板的受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%,下板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。钢筋保护层的厚度取50mm;

(2)当下板的直径B≥2.5m时,下板受力钢筋的长度可取半径的0.9倍,沿半径方向布置;

(3)钢筋需求量少于构造钢筋的需求量时,一般应该按照构造配筋进行联合板索基础的下板的配筋。

实施例

作为一种具体的实施例,本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法为:

1、下板设计;

1.1:用剪切法抗拔计算确定下板尺寸和埋深;

由于水平力的存在,在基础上拔时,锚索会为基础上板提供一定的抗倾覆的力,锚索上的拉力为:

T′=556kN

联合板索基础的下板利用剪切法计算上拔稳定,由于板索联合基础的特殊形式和考虑到施工的难度与经济性,下板应尽量浅埋,即下板埋深不大于临界埋深。

故,只存在ht≤hc的情况,则按照规范《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》用剪切法计算上拔稳定时应采用以下公式(1)进行上拔稳定计算。

γfT′≤Rup=TV+GS+Gf上+Gf下+G回填 (1),

γf为上拔分项系数,可按表1选取,T′为每根锚索上的拉力为,Rup为基础极限抗拔承载力(KN),TV为抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量;GS为圆弧滑动面内土体自重;Gf上为上板的自重,Gf下为下板的自重;G回填为回填土体重。

抗拔土体圆弧滑动面剪切阻力垂直投影分量按照下式进行计算:

式中:A1、A2——无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、和基础埋深比λ确定。

代入数据计算得到A1=2.0771。

代入数据计算得到A2=0.4593。

其中:α为中间计算参数,表示半径r随基础深径比,λ(h/D)而变化的特征;

其中:n为抗拔土体滑动面形态参数,随土体的物理力学特性变化而异,可根据试验确定,黏土宜取n=4,砂类土宜取n=2~3,戈壁滩碎石土宜取n=1.0~1.5。

圆弧滑动面内土体自重GS按照下式进行计算:

GS=μγS(A3ht 3-V0) (3),

其中:γS为抗拔土体天然容重(kN/m3),V0为ht深度范围内基础体积(m3),A3为无因次计算参数,由抗拔土体的滑动面形态、内摩擦角和基础埋深比确定。

代入数据计算得到A3=0.5306。

式1中Gf上、Gf下、G回填分别按下式计算:

Gf上=γV上板 (302)

Gf下=γV下板 (303)

G回填=γ回填πr 2ht (304)

式中:γ为混凝土容重(kN/m3);V上板为上板体积(m3);V下板为下板体积(m3);γ回填为回填土容重,可按照回填系数对天然土体容重进行折减,建议取0.8γS(kN/m3);r为下板孔径(m)。

输电塔为转角塔型,γf根据表1可取为1.6,下板受到的上拔力T′=556kN。

其中A1、A2和A3的值主要由埋深比ht/B控制,因此,设计可根据不同埋深比的情况来设计下板的尺寸以及配筋,并进行下板的上拔稳定验算。

故设计地质土的临界埋比深定为2.5,暂定B=1.4m,则ht=4m,底板孔半径r=0.6m,下板厚度暂定为0.35m。

根据天然土体容重γs=20kN/m3、土体粘聚力c=5kN/m2、混凝土容重γ=24kN/m3以及上述计算得到的A1=2.0771、A2=0.4593、A3=0.5306,公式(2)、(3)、(302)、(303)、(304)代入数据计算得到:

Tv=2.0771×5×42+0.4593×43=754.1kN,

GS=20×(0.5306×43-π×0.62×4)=518.3kN,

Gf上=24×2=48kN,

Gf下=24×π×0.72×0.35=16.9kN,

G回填=20×0.8×π×0.52×3.5=72.4kN。

因为设计为单个基础的设计,不考虑由水平力和相邻基础对输电塔上拔承载力的折减,由于下板开展角θ=90°,则下板容许上拔承载力减低系数为1.0。

容许上拔承载力Rup

Rup=1409.7kN

γfT′=1.6×556kN=889.6kN<Rup

故基础下板尺寸符合上拔承载力要求。

1.2、基础下板抗冲切验算;

下板受力如图5所示,下板受力为轴心受拉,但单个针对于下板来考虑时,其实下板实际作用力是作用在下板底部方向向上的压力,大小为T′。

下板的抗冲切验算按照规范《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》如下公式进行计算:

Fl≤0.7βhpftam(h-as) (4),

式中:βhp为受冲切承载力截面高度影响系数,当h≤0.8m时,取1.0,当h≥2.0m,取0.9,其间按线性内插法取用,ft为混凝土抗拉强度,一般采用C35号混凝土,ft取1.57N/mm2;as为保护层厚度,取50mm。

am按照如下公式计算:

式中:ab为冲切破坏锥体最不利一侧边长。

Fl按照如下公式计算:

Fl=pAl (402)

式中:p为下板平均净压力(kN/m2),Al为抗冲切阴影面积(m2)。

其中下板平均净压力设计值p按照如下公式计算:

式中:r下板为下板半径(m);

抗冲切阴影面积Al按照如下公式计算:

Al=π[r下板 2-(0.45+h-0.05)2] (404),

根据上述中计算得到的尺寸,下板直径为B=1.6m,下板厚度h=0.35m,孔径。可以根据公式(401)、(404)、(403)、(402)、(4)求得:

Fl=314.63×0.8130=255.76kN,

0.7βhpftam(h-as)=0.7×1.0×2.2×0.5657×(0.35-0.05)=261.34kN;

则有:

Fl≤0.7βhpftam(h-as)

故满足基础抗冲切要求。因此,输电塔基础下板厚度尺寸符合要求。

3、下板配筋设计:

下板配筋根据计算得到的埋深以及底板尺寸进行计算。

输电塔基础下板受到的荷载为轴心荷载,如图6所示,以及上文中上板弯矩计算的方法,由于底板为圆形,故下板顶面两个方向的弯矩可大小相同,并可按照《DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定》中以下公式保守计算。

式中:b、b′可根据上文以及图6中确定。

得到弯矩后,可根据如下公式计算出两个方向的受拉钢筋截面积:

在计算出基础上板受拉钢筋截面面积后,需根据所计算钢筋截面积和《GB50007-2011建筑地基基础设计规范》中关于底板钢筋布置的技术规定进行输电塔联合板索基础的上板的钢筋布置。

(1)下板的受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%,下板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。钢筋保护层的厚度取50mm;

(2)当下板的直径B≥2.5m时,下板受力钢筋的长度可取半径的0.9倍,沿半径方向布置;

(3)钢筋需求量少于构造钢筋的需求量时,一般应该按照构造配筋进行联合板索基础的下板的配筋。

根据前述中计算结果得到p=314.63kN/m3、b=1.13m、b′=0.495m,基础受力筋采用HPB300级(fy=270N/mm2)钢筋。则可计算得到:

最小配筋截面积:

故配筋截面积按照计算配筋面积取值,则有:

AsI=AsII=1262mm2

根据规范要求对下板配筋如下:X与Y方向的截面配筋均为11φ[email protected],As=1265mm2

至此,本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法已经完成。

本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的下板的设计方法,借鉴和利用锚索拉盘技术和掏挖桩基础的理论和技术,以及工程经验,结合二者的优点进行开发创新,提出了一种输电杆塔联合板杆双锚板基础结构。本发明旨在提出下板结构,下板的设计计算方法,下板为现浇钢筋混凝土,可以使得该结构钢筋可与下板钢板焊接在一起,下至基础底部后进行混凝土浇筑,可以消除现场钢筋绑扎作业,同时降低了施工周期。

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