CN103343548B - 一种输电塔基础型式及其承载力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电塔基础型式及其承载力计算方法，包括部分埋置于设计地面下的钢筋混凝土基柱、全部埋置于设计地面下的混凝土台阶和全部埋置于设计地面下的钢筋混凝土底板，所述钢筋混凝土基柱、混凝土台阶和钢筋混凝土底板浇制为一体，钢筋混凝土底板上胶结混凝土台阶，所述混凝土台阶上胶结钢筋混凝土基柱，所述钢筋混凝土基柱通过基柱受力钢筋与混凝土台阶和钢筋混凝土底板连接；所述钢筋混凝土底板下方铺有混凝土垫层，所述钢筋混凝土底板内设有若干条底板受力钢筋和若干条底板箍筋，所述底板箍筋绑扎在底板受力钢筋上；本发明在满足基础承载力要求的前提下，最大程度的节约基础底板混凝土和钢筋用量，节约工程成本和造价。

Description

一种输电塔基础型式及其承载力计算方法

技术领域

本发明属高压、超高压输电线路杆塔基础领域，特别是涉及一种输电塔基础型式及其承载力计算方法。

背景技术

目前，国内架空输电线路领域，开挖回填类基础底板分刚性台阶式和柔性板式两大类。刚性台阶式基础底板完全由混凝土台阶组成，台阶数量多，且混凝土材料用量大，造价较高。柔性板式基础一般由两层台阶组成，当承受上部荷载较大时也可做成三层台阶，各台阶上下均配置受力钢筋，台阶高宽比按1:2.5设置。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

（1）开挖回填类刚性台阶式基础，当承受上部较大荷载作用时，只能采取增加台阶数量或加大台阶厚度的方法来抵抗上部荷载的上拔或下压，这样就使得台阶数量较多、混凝土用量巨增。山区工程施工时，由于山路陡峭，运输工具不宜到达目的地，施工材料只能采用人工搬运的方式，加之采用此种基础型式混凝土用量大，基础材料的运输无形中又导致了基础施工费用的增加。

（2）开挖回填类柔性板式基础，目前应用较多的是一层台阶或两层台阶的基础型式，台阶上下均配置受力钢筋。此种基础型式在一定程度上提高了抵抗上部荷载的能力，但当基础为两层或三层台阶时，第二、三层台阶中的受力钢筋为构造配筋，不受上部荷载控制，这部分钢筋的设置不可避免的加大了基础的钢筋用量，增加了基础的施工费用。

总而言之，上述基础型式的的缺陷是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是综合现有基础型式的不足，提供一种输电塔基础型式及其承载力计算方法，在满足基础承载力要求的前提下，最大程度的节约基础混凝土和钢筋用量，节约工程成本和造价，为基础的优化提供一种科学方法。

本发明的上述目的，可通过以下技术方案实施：

一种输电塔基础型式，包括部分埋置于设计地面下的钢筋混凝土基柱、全部埋置于设计地面下的混凝土台阶和全部埋置于设计地面下的钢筋混凝土底板，所述钢筋混凝土基柱、混凝土台阶和钢筋混凝土底板浇制为一体，所述钢筋混凝土底板上胶结混凝土台阶，所述混凝土台阶上胶结钢筋混凝土基柱，所述钢筋混凝土基柱通过基柱受力钢筋与混凝土台阶和钢筋混凝土底板连接；所述钢筋混凝土底板下方铺有混凝土垫层，所述钢筋混凝土底板内设有若干条底板受力钢筋和若干条底板箍筋，所述底板箍筋绑扎在底板受力钢筋上，所述钢筋混凝土基柱里面设有若干条基柱受力钢筋和若干条基柱箍筋，所述基柱箍筋绑扎在基柱受力钢筋上，所述基柱受力钢筋锚固于混凝土台阶和钢筋混凝土底板内。

所述钢筋混凝土基柱露出设计地面的高度为200～1200mm。

所述钢筋混凝土基柱的截面中心、混凝土台阶的截面中心和钢筋混凝土底板的截面中心三者在基础轴线上，所述基础轴线为钢筋混凝土基柱的截面中心与钢筋混凝土底板的截面中心的连线。

所述钢筋混凝土基柱与混凝土台阶和钢筋混凝土底板是垂直或倾斜的。

所述混凝土台阶为四棱台形，且混凝土台阶高宽比为1：1；所述混凝土台阶的上表面与钢筋混凝土基柱下端截面重合。

所述钢筋混凝土底板的高宽比为1：2.5。

所述钢筋混凝土底板的横切面为正方形，所述钢筋混凝土基柱的横切面为正方形。

所述钢筋混凝土基柱、混凝土台阶和钢筋混凝土底板所用混凝土的强度等级不低于C20，所述混凝土垫层强度等级不低于C10，所述底板受力钢筋和底板箍筋以及基柱受力钢筋和基柱箍筋材质不低于HPB300。

一种输电塔基础型式的底板上拔剪切承载力计算方法，具体步骤如下：

步骤（1）：确定钢筋混凝土底板与混凝土台阶的交界处；

步骤（2）：计算钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处的承载力；

步骤（3）：确定混凝土台阶与所述钢筋混凝土基柱交界处；

步骤（4）：计算混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处的承载力。

所述步骤（2）的钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处的承载力计算公式为：

V₁≤0.6A₁f_t

其中：A₁＝l₁h₁Z_gt1 $Z_{\mathrm{gt}1}=\frac{l_1-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_1\right)}{l_1}$ Δl₁＝(l₁-l₂)/2

所述步骤（4）的混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处的承载力计算公式为：

V₂≤0.6A₂f_t+0.4A₃f_t

其中：A₂＝l₁h₁Z_gt2 $Z_{\mathrm{gt}2}=\frac{l_1-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_2\right)}{l_1}$ Δl₂＝(l₁-l₃)/2

A₃＝l₂h₂Z_gt3 $Z_{\mathrm{gt}3}=\frac{l_2-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_3\right)}{l_2}$ Δl₃＝(l₂-l₃)/2

上式中：A₁、A₂、A₃——基础底板在上拔荷载作用时的抗剪切面积，m²；

Z_gt1、Z_gt2、Z_gt3——与基础底板尺寸有关的面积系数；

l₃、l₂、l₁——钢筋混凝土基柱宽度、混凝土台阶宽度、钢筋混凝土底板宽度，m；

h₂、h₁——混凝土台阶的高度、钢筋混凝土底板的高度，m；

V₁——钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处承受的剪切承载力，kN；

V₂——混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处承受的剪切承载力，kN；

f_t——混凝土的抗拉强度设计值，kN/m²。

本发明的有益效果：

1.本发明与传统基础型式相比可大幅度节约混凝土和钢材的用量。

2.本发明基础底板由上层混凝土台阶和下层钢筋混凝土底板胶结而成，其构造型式为输电线路杆塔基础领域首创，综合了传统基础型式的最大优点，使其受力最优，构造最合理；

3.本发明可加大下层钢筋混凝土底板的长度，减小基础承受上拔荷载和下压荷载时底板的拉压应力，从而减小钢筋混凝土底板的配筋量，节约工程成本和造价；

4.本发明可加大基础底板在上拔剪切和下压冲切时基础的承载能力；

5.本发明混凝土台阶设计为四棱台后，可加大钢筋混凝土基柱受力钢筋的锚固长度，满足受力钢筋的锚固规定；

6.本发明建立的底板上拔剪切承载力计算公式，考虑了相邻假定板上拔剪切时的抗剪面积，基础底板抗剪承载力计算时，其抗剪承载力计算值与基础台阶数量成正比，也与基础底板反力成正比关系，抗剪承载力计算结果符合多台阶底板抗剪受力规律，计算更合理。

附图说明

图1为本发明一种输电塔基础型式示意图（一）；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明一种输电塔基础型式示意图（二）；

图4为图3的俯视图；

其中，1、设计地面，2、钢筋混凝土基柱，3、混凝土台阶，4、钢筋混凝土底板，5、混凝土垫层，6、基柱受力钢筋，7、基柱箍筋，8、底板受力钢筋，9、底板箍筋，10、基础轴线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1-4所示，一种输电塔基础型式，包括部分埋置于设计地面1下的钢筋混凝土基柱2、全部埋置于设计地面1下的混凝土台阶3和全部埋置于设计地面1下的钢筋混凝土底板4，所述钢筋混凝土基柱2、混凝土台阶3和钢筋混凝土底板4浇制为一体，所述钢筋混凝土底板4上胶结混凝土台阶3，所述混凝土台阶3上胶结钢筋混凝土基柱2，所述钢筋混凝土基柱2通过基柱受力钢筋6与混凝土台阶3和钢筋混凝土底板4连接；所述钢筋混凝土底板4下方铺有混凝土垫层5，所述钢筋混凝土底板4内设有若干条底板受力钢筋8和若干条底板箍筋9，所述底板箍筋9绑扎在底板受力钢筋8上，所述钢筋混凝土基柱2里面设有若干条基柱受力钢筋6和若干条基柱箍筋7，所述基柱箍筋7绑扎在基柱受力钢筋6上，所述基柱受力钢筋6锚固于混凝土台阶3和钢筋混凝土底板4内。

所述钢筋混凝土基柱2露出设计地面1的高度为200～1200mm。

所述钢筋混凝土基柱2的截面中心、混凝土台阶3的截面中心和钢筋混凝土底板4的截面中心三者在基础轴线10上，所述基础轴线10为钢筋混凝土基柱2的截面中心与钢筋混凝土底板4的截面中心的连线。

所述钢筋混凝土基柱2与混凝土台阶3和钢筋混凝土底板4是垂直或倾斜的。

所述混凝土台阶3为四棱台形，且混凝土台阶3的高宽比为1：1；所述混凝土台阶3的上表面与钢筋混凝土基柱2下端截面重合。

所述钢筋混凝土底板4的高宽比为1：2.5。

所述钢筋混凝土底板4的横切面为正方形，所述钢筋混凝土基柱2的横切面为正方形。

所述钢筋混凝土基柱2、混凝土台阶3和钢筋混凝土底板4所用混凝土的强度等级不低于C20，所述混凝土垫层5强度等级不低于C10，所述底板受力钢筋8和底板箍筋9以及基柱受力钢筋6和基柱箍筋7材质不低于HPB300。

一种输电塔基础型式的底板上拔剪切承载力的计算方法，具体步骤如下：

步骤（1）：确定钢筋混凝土底板4与混凝土台阶3的交界处；

步骤（2）：计算钢筋混凝土底板4与混凝土台阶3的交界处的承载力；

步骤（3）：确定混凝土台阶3与所述钢筋混凝土基柱2交界处；

步骤（4）：计算混凝土台阶3与钢筋混凝土基柱2交界处的承载力。

所述步骤（2）的钢筋混凝土底板4与混凝土台阶3交界处的承载力计算公式为：

V₁≤0.6A₁f_t

其中：A₁＝l₁h₁Z_gt1 $Z_{\mathrm{gt}1}=\frac{l_1-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_1\right)}{l_1}$ Δl₁＝(l₁-l₂)/2

所述步骤（4）的混凝土台阶3与钢筋混凝土基柱2交界处的承载力计算公式为：

V₂≤0.6A₂f_t+0.4A₃f_t

其中：A₂＝l₁h₁Z_gt2 $Z_{\mathrm{gt}2}=\frac{l_1-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_2\right)}{l_1}$ Δl₂＝(l₁-l₃)/2

A₃＝l₂h₂Z_gt3 $Z_{\mathrm{gt}3}=\frac{l_2-0.59\left({\mathrm{\Δl}}_3\right)}{l_2}$ Δl₃＝(l₂-l₃)/2

上式中：A₁、A₂、A₃——基础底板在上拔荷载作用时的抗剪切面积，m²；

Z_gt1、Z_gt2、Z_gt3——与基础底板尺寸有关的面积系数；

l₃、l₂、l₁——钢筋混凝土基柱2的宽度、混凝土台阶3的宽度、钢筋混凝土底板4的宽度，m；

h₂、h₁——混凝土台阶3的高度、钢筋混凝土底板4的高度，m；

V₁——钢筋混凝土底板4与混凝土台阶3交界处承受的剪切承载力，kN；

V₂——混凝土台阶3与钢筋混凝土基柱2交界处承受的剪切承载力，kN；

f_t——混凝土的抗拉强度设计值，kN/m²。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种输电塔基础型式的底板上拔剪切承载力计算方法，其特征是，

输电塔基础型式包括部分埋置于设计地面下的钢筋混凝土基柱、全部埋置于设计地面下的混凝土台阶和全部埋置于设计地面下的钢筋混凝土底板，所述钢筋混凝土基柱、混凝土台阶和钢筋混凝土底板浇制为一体，所述钢筋混凝土底板上胶结混凝土台阶，所述混凝土台阶上胶结钢筋混凝土基柱，所述钢筋混凝土基柱通过基柱受力钢筋与混凝土台阶和钢筋混凝土底板连接；所述钢筋混凝土底板下方铺有混凝土垫层，所述钢筋混凝土底板内设有若干条底板受力钢筋和若干条底板箍筋，所述底板箍筋绑扎在底板受力钢筋上，所述钢筋混凝土基柱里面设有若干条基柱受力钢筋和若干条基柱箍筋，所述基柱箍筋绑扎在基柱受力钢筋上，所述基柱受力钢筋锚固于混凝土台阶和钢筋混凝土底板内；

所述方法的具体步骤如下：

步骤(1)：确定钢筋混凝土底板与混凝土台阶的交界处；

步骤(2)：计算钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处的承载力；

所述步骤(2)的钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处的承载力计算公式为：

V₁≤0.6A₁f_t

其中：A₁＝l₁h₁Z_gt1    Δl₁＝(l₁-l₂)/2；

步骤(3)：确定混凝土台阶与所述钢筋混凝土基柱交界处；

步骤(4)：计算混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处的承载力；

所述步骤(4)的混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处的承载力计算公式为：

V₂≤0.6A₂f_t+0.4A₃f_t

其中：A₂＝l₁h₁Z_gt2    Δl₂＝(l₁-l₃)/2

A₃＝l₂h₂Z_gt3    Δl₃＝(l₂-l₃)/2

上式中：A₁、A₂、A₃——基础底板在上拔荷载作用时的抗剪切面积，m²；

Z_gt1、Z_gt2、Z_gt3——与基础底板尺寸有关的面积系数；

l₃、l₂、l₁——钢筋混凝土基柱宽度、混凝土台阶宽度、钢筋混凝土底板宽度，m；

h₂、h₁——混凝土台阶的高度、钢筋混凝土底板的高度，m；

V₁——钢筋混凝土底板与混凝土台阶交界处承受的剪切承载力，kN；

V₂——混凝土台阶与钢筋混凝土基柱交界处承受的剪切承载力，kN；

f_t——混凝土的抗拉强度设计值，kN/m²。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土基柱露出设计地面的高度为200～1200mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土基柱的截面中心、混凝土台阶的截面中心和钢筋混凝土底板的截面中心三者在基础轴线上，所述基础轴线为钢筋混凝土基柱的截面中心与钢筋混凝土底板的截面中心的连线。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土基柱与混凝土台阶和钢筋混凝土底板是垂直或倾斜的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述混凝土台阶为四棱台形，混凝土台阶高宽比为1：1；所述混凝土台阶的上表面与钢筋混凝土基柱下端截面重合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土底板的高宽比为1：2.5。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土底板的横切面为正方形，所述钢筋混凝土基柱的横切面为正方形。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述钢筋混凝土基柱、混凝土台阶和钢筋混凝土底板所用混凝土的强度等级不低于C20，所述混凝土垫层强度等级不低于C10，所述底板受力钢筋和底板箍筋以及基柱受力钢筋和基柱箍筋材质不低于HPB300。