[發明專利]一種桿塔剛性基礎的優化設計方法

有效

• 申請號: 201410197288.6
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103967037A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張新華;黃小永;王偉;閻鳳英
• 申請（專利權）人: 新鄉華源電力勘察設計有限公司
• 主分類號: E02D27/42
• 分類號: E02D27/42
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 朱俊峰;時立新

技術領域

本發明屬于電力工程施工技術領域，特別涉及一種桿塔剛性基礎的優化設計方法。

背景技術

輸電線路的桿塔基礎（英文名稱foundation）是指埋設在地下，與桿塔底部連接，穩定承受所作用荷載的一種結構。

輸電線路的桿塔基礎在設計和施工環節與一般的建筑、橋梁等結構相比具有自身的特點。就設計環節而言，上拔載荷經常是各種輸電線路桿塔基礎設計的控制條件，而對建筑物和橋梁來說，上拔力卻是相對次要的因素；施工環節中，由于一條線路上可能使用許多基本相同的桿塔，但它們的基礎則因土質不同而不同，由于輸電線路桿塔基礎所在的地質勘測無論在精度上和詳細程度上都無法跟建筑和橋梁相比，這就給施工環節和后續的運行帶來諸多的不安全因素。因此，電力工業的桿塔基礎應該具有其獨特的分析和設計方法，才能保證線路建設的經濟性，線路運行的穩定性和安全性。

桿塔基礎根據桿塔類型、地形、地質及施工條件的不同，一般采用以下幾種類型：

(1)、現場澆制的混凝土和鋼筋混凝土基礎：適用在施工季節砂石和勞動力條件較好的情況下。

(2)、預制鋼筋混凝土基礎：這種基礎適合于缺少砂石、水源的塔位或者需要在冬季施工而不宜在現場澆制基礎時采用。預制鋼筋混凝土基礎的單件重量要適應于至塔位的運輸條件，因此預制基礎的部件大小和組合方式有所不同。

(3)、金屬基礎：這種基礎適合于高山地區交通運輸條件極為困難的塔位。

(4)、灌注樁式基礎：灌注樁式基礎可分為等徑灌注樁和擴底短樁兩種。當塔位處于河灘時，考慮到河床沖刷及防止漂浮物對鐵塔影響，常采用等徑灌注樁深埋基礎。擴底短樁基礎最適用于粘性土或其他堅實土壤的塔位。

然而，針對鋼筋混凝土材料的桿塔基礎的設計和施工方法在一般的基礎工程教科書中都只是順帶一提，并無法滿足實際工程的需求。由基礎設計規范中給出的承載能力計算經驗公式計算得到結果不夠準確，且過于保守，雖然在絕大部分工程中保證了安全性，但是造成了資源的浪費。

因此，現有的桿塔基礎的設計亟需進一步優化。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種簡單、易行、準確、安全可靠、節省混凝土用量的桿塔剛性基礎的優化設計方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種桿塔剛性基礎的優化設計方法，具體包括以下步驟，

（1）、在新配方的礦物摻合料混凝土的力學性能的基礎上，對所建立的剛性基礎及周圍土體的有限元模型分別定義材料屬性并施加邊界條件后進行靜力分析，得到剛性基礎及周圍土體的應力分布；

（2）、對步驟（1）的分析結果進行安全性評判：在上拔力工況下進行土體抗剪承載力驗算與基礎抗剪承載力驗算；在下壓力工況下進行基礎底面抗拉承載力驗算與基礎抗剪承載力驗算；

（3）、在基礎混凝土用量最少條件下確定基礎的最優剛性角：若滿足步驟（2）中所有的評判準則，則調整基礎剛性角，直到剛好不滿足步驟（2）中的部分或全部評判準則；若部分或全部不滿足評判準則，則調整基礎剛性角，直到剛好滿足步驟（2）中的全部評判準則，此時基礎的剛性角則為桿塔基礎的最優剛性角。

所述步驟（1）中剛性基礎及周圍土體的有限元建模與靜力分析軟件選用ANSYS、PATRAN/NASTRAN或ABAQUS。

所述的安全性評判準則包括在上拔力工況下土體抗剪承載力與基礎抗剪承載力評判準則以及在下壓力工況下基礎底面抗拉承載力與基礎抗剪承載力評判準則。

對于土體抗剪承載力與基礎抗剪承載力的驗算，包括以下步驟：

①、由有限元靜力分析可得土體最大主應力與最小主應力；

②、由最大主應力與最小主應力計算土體等效剪應力，并由等效剪應力確定土體發生剪切破壞的危險區域；

由最大主應力、最小主應力以及壤摩擦角以及粘聚力c可得等效剪應力為：

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學性質之一；地基在外荷載作用下將產生剪應力和剪切變形，土具有抵抗這種剪應力的能力，并隨剪應力的增加而增大，當這種剪阻力達到某一極限值時，土體就要發生剪切破壞，這個極限值就是土的抗剪強度；

式中，為土的抗剪強度，為剪切滑動面上的法向應力，為土的粘聚力，為土的內摩擦角；

通過比較剪切面上的等效剪切應力與相應面上的抗剪強度來確定土體是否破壞；根據莫爾-庫倫準則，若土體會發生剪切破壞，若土體處于極限平衡狀態，若土體不會發生剪切破壞。