專利名稱：一種采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法
技術領域：
本發明涉及采煤沉陷區內受到采動影響的輸電鐵塔復合防護板基礎(鐵塔獨立長柱基礎下部增設的復合防護板)的內力計算及其截面設計。
背景技術：
煤炭是我國工業動力的基礎，由于煤炭資源的大量開采，造成了大量的采煤沉陷區。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在采煤沉陷區內。目前輸電鐵塔大量采用的是獨立基礎，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發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，使鐵塔面臨破壞的威脅，給輸電線路的安全穩定運行帶來困難。我國近年來已有應用復合防護板基礎代替獨立基礎對上部結構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驗，對于復合防護板基礎的厚度取值及其內力計算以及截面設計均未提出具體可行的方法。因此總體來說，我國關于采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計和應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合理、計算方便、且能保證計算精度的設計方法應用于我國采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計和工程實踐。
發明內容
鑒于已有技術存在的不足，本發面專利的目的是提供一種依據合理、計算過程簡便且計算結論滿足工程實踐需求的采動區輸電鐵塔復合防護板基礎設計方法。本發明的目的在于提供一種采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，該簡化設計方法包括復合防護板基礎厚度值的確定、基礎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)按照輸電鐵塔基礎根開的1/451/25確定復合防護板基礎的厚度H，單位為m。根據申請人的研究結論(論文“采煤沉陷區輸電鐵塔復合防護板基礎抗變形性能及其板厚取值研究”，發表于中文核心期刊《防災減災工程學報》2012年第3期)，防護板基礎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實。此外結合其它多個鐵塔(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的厚度，能很好的兼顧經濟性和對上部結構的良好保護作用。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的厚度。
(2)由式:=計算輸電鐵塔復合防護板基礎在上部獨立基礎
及鐵塔結構自重作用下的基底平均凈反力σ μ MPa ;其中Gw為上部獨立基礎的總重，kN ；Σ Fv+ Σ Ft為上部結構的總重，kN ；A為基礎底面面積，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分別為上部基礎在X、y方向的根開，m ;BX、By分別為上部基礎在x、y方向的寬度，m。(4)依據采動區地表變形預計資料，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，當地表變形為曲率變形時，由于地表變形造成的地基反力的變化值也呈曲率分布。根據豎直方向的靜力平衡，基底反力變化值在整個基礎
長度方向應實現自我平衡，從而可由式A計算正曲率變形作用下的基底最大壓
應力變化值σ i，MPa ;其中L為基礎長度，m ；E為地基土的基床系數，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
變形預計值，則取進行后續計算。上述丨 系考慮基底發生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。或者式i·㈨.1).#。分別計算復合大板在X、y
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方向的等效總彎矩，kN · m。(6)將等效總彎矩乘以相應彎矩分配系數確定各板帶的基礎截面和支座截面的彎矩值，各截面的彎矩分配系數分別為基礎板帶支座截面O. 45，基礎板帶跨中截面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邊緣與獨立基礎外邊緣在1、X方向的凈距離，m ;H為復合防護板基礎的厚度，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各板帶每延米寬度內的截面配筋，mm2。
其中Ys為截面內力臂系數，取O. 9 O. 95 ；fy為鋼筋抗拉強度設計值，MPa ；h0為基礎截面有效高度，m。(9)按式冷驗算基礎抵抗地表拉伸變形的能力，其中k為截
面受拉不均勻系數，取1. 5-2. O ;N為基礎跨中截面受拉承載力設計值，由式
τν^.Σ^+Σ 確定，kN；y為基礎底面與地基土體的摩擦系數，取O. 252
O. 4 ； Ym為基礎地面以上土體及基礎的平均容重，取20 22kN/m3 ；d為基礎埋深，m。(10)進一步，進行構造處理，并結合工程場地的地表變形觀測數據等資料對計算結果進行一定的調整。
(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措施，則可對上述計算結果折減10% 30%后再進行設計。對上述計算結果，根據工程場地下部的采煤深厚比進行調整；折減系數的取值，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措施時，則可對上述關于截面彎矩和截面軸力的計算結果折減10% 30%后再進行設計。比如，當鐵塔基礎周邊開挖地應力緩沖溝時，可有效減少地表變形傳遞給基礎的水平應力和變形，此時不進行第(9)條關于截面受拉承載力的驗算。又比如，當采用掏土法減少基礎底部壓應力加載區的基底應力時，對第(8)條截面計算所采用的彎矩設計值進行折減當鐵塔根開小于等于IOm時，折減系數取O. 8 ;當根開大于20m時，折減系數取1. O ;當根開在IOm和20m之間時按線性插值取值。本發明采動區輸電鐵塔復合防護板基礎設計方法，包括采動區復合防護板基礎等效基底反力計算、采動區復合防護板基礎內力計算的等效板帶法以及采動區復合防護板基礎截面設計方法等主要內容。本發明最適用于采煤沉陷區發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工程。本發明專利所使用的設計方法，其計算過程簡捷，結果合理。
圖1是采動區輸電鐵塔復合防護板基礎內力計算的等效板帶劃分示意圖(以計算X方向內力為例)。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明專利的實施作進一步的描述，具體分為以下幾個步驟1.按照輸電鐵塔基礎根開的1/45 1/25確定復合防護板基礎的厚度H，m。當根開大于等于30m時,取基礎厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當根開小于等于IOm時,取基礎厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計算基礎的厚度。2.由式
權利要求
1.一種采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，其特征在于，該簡化設計方法包括復合防護板基礎厚度值的確定、基礎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)按照輸電鐵塔基礎根開的1/45 1/25確定復合防護板基礎的厚度H，m； (2)由式
2.根據權利要求1所述的采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，其特征在于，根據鐵塔基礎根開的大小，給出了復合防護板基礎的合理厚度的計算取值方法；當根開大于等于30m時,取基礎厚度為根開的1/45,且不大于800mm ;當根開小于等于IOm時,取基礎厚度為根開的1/25，且不小于200mm ;其間按線性插值計算基礎的厚度。
3.根據權利要求1所述的采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，其特征在于，除了按預計結果進行簡化設計，還需對設計的復合防護板基礎進行構造處理，并結合工程場地的地表變形觀測數據等資料對計算結果進行調整。
4.根據權利要求1所述的采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，其特征在于，對計算結果，根據工程場地下部的采煤深厚比進行調整；折減系數的取值，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，之間數值按線性插值確定。
5.根據權利要求1所述的采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，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措施時，則可對截面彎矩和截面軸力的計算結果折減10% 30%后再進行設計；當鐵塔基礎周邊開挖地應力緩沖溝時，可有效減少地表變形傳遞給基礎的水平應力和變形，此時不進行關于截面受拉承載力的驗算；當采用掏土法減少基礎底部壓應力加載區的基底應力時，對截面計算所采用的彎矩設計值進行折減當鐵塔根開小于等于IOm時，折減系數取O. 8 ;當根開大于20m時，折減系數取1. O ;當根開在IOm和20m之間時按線性插值取值。
全文摘要
本發明公開了一種采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計方法，該簡化設計方法包括復合防護板基礎厚度值的確定、基礎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，根據在地表變形作用下的基底等效凈反力值，提出了采動區地表水平變形作用下復合防護板基礎的內力設計方法；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內力計算的簡化方法，并給出了對復合防護板基礎進行截面設計的方法。該簡化設計方法其原理簡單，使用方便，且計算結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 優先權日2012年12月27日
發明者舒前進, 袁廣林, 李慶濤, 魯彩鳳, 苗生龍 申請人:中國礦業大學