CN110528557A - 输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，单锚板基础结构包括板组件、锚杆组件和板柱；板组件包括自上而下设置的上板和下板，板柱位于上板的顶部；锚杆组件包括第一锚杆和第二锚杆，上板和板柱通过第一锚杆固接，上板、下板和板柱通过第二锚杆固接；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；上板的设计方法：先设定上板的几何尺寸和埋深；再根据其设定尺寸和埋深进行上板的稳定计算，来确定符合规范要求的几何尺寸和埋深；最后根据符合规范要求的几何尺寸和埋深对上板进行配筋设计，完成其整体设计。本发明可去除上板养护工作，消除了湿作业及现场钢筋绑扎作业，降低了施工周期。
Description
技术领域
本发明属于输电线路杆塔设备技术领域，具体涉及输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法。
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。
综上，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造价高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，解决了输电线路杆塔基础结构的施工工艺复杂、施工质量不易控制以及造价高的问题。
本发明所采用的一种技术方案是，输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，单锚板基础结构包括板组件、锚杆组件和板柱；
板组件包括自上而下设置的上板和下板，板柱位于上板的顶部；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在地面；
锚杆组件包括第一锚杆和第二锚杆，上板和板柱通过第一锚杆固接，上板、下板和板柱通过第二锚杆固接；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；
上板的设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，设定上板的几何尺寸和埋深；
步骤2，根据步骤1得到的上板的设定尺寸和埋深，进行上板的稳定计算，通过计算确定符合规范要求的几何尺寸和埋深；
步骤3，根据步骤2中符合规范要求的几何尺寸和埋深，对上板进行配筋设计，完成上板的整体设计。
本发明的特点还在于：
步骤1中，设定的上板的几何尺寸和埋深包括上板的宽度、长度、厚度，土体容重γ和土体粘聚力c，板柱的宽度、长度和高度，上承载钢垫板的宽度、长度和高度。
步骤2中，稳定计算包括地基承载力验算，抗倾覆验算，水平抗滑移验算，抗冲切验算。
上板的地基承载力验算包括地基承载力特征值计算、地基压力计算和地基持力层强度验算；
当偏心距e≤0.033b倍上板的底面宽度时，通过公式(1)来计算地基承载力特征值fa：
fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcc (1)，
式(1)中，fa表示地基承载力特征值(kPa)；
Mb、Md、Mc表示特征值计算系数；
b表示基础上板底面的宽度(m)，当基础上板底面宽度b＞6m时可以按6m取值，当地基为砂土时，宽度b＜3m，则可按3m取值；
d表示上板埋深(m)；
c表示基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)；
γm表示基础上板的埋深以内土的加权平均重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
γ表示地基持力层土体重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
上板的地基压力计算具体为通过公式(2)来计算上板在双向偏心荷载作用下的地基压力P：
式(2)中，γG表示永久荷载的分项系数；Qf上为基础上板的重力，
A表示上板与地面接触面积，N表示基础所受上部荷载，r表示挖孔半径；
上板的地基持力层强度验算具体为：
在上板受到的基顶荷载为偏心荷载的情形下，根据公式(3)进行地基持力层强度验算：
p≤fa/γif (3)，
式(3)中，p表示轴心荷载作用下的上板基底平均压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；γif表示地基承载力调整系数；
在上板受到偏心荷载作用的情形下，根据公式(4)进行地基持力层强度验算：
pmax≤1.2fa/γif (4)，
式(4)中，pmax表示轴心荷载作用下的上板基底最大压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；
γif表示地基承载力调整系数。
上板(1)的抗倾覆验算具体为：
在上板受到上拔力作用的情形下，不需要进行验算；
在上板受到下压力作用时，根据公式(5)、(6)进行上板的抗倾覆验算：
Mh≥KFx(h+h1+h2) (6)，
式(5)中，Mh表示极限倾覆力矩，l表示与倾覆力Fx方向平行的基础上板的长度，m，N表示下压荷载；Qf上为基础上板的重力，Q土为基础下板的重力；
式(6)中，Mh表示极限倾覆力矩，KFx为上板的双向倾覆力矩，Fx方向平行的基础上板的长度(m)，K为倾覆稳定安全系数；h为上板高度，h1为短柱高度(m)，h2为钢垫板高度(m)。
上板的水平抗滑移验算具体为：
通过公式(7)对上板的x方向进行水平承载力验算：
式(7)中，Kp表示被动土压力系数，b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，Ep为水平力；Hx表示上拔力x方向分力；γ表示土体容重；
通过公式(8)对上板的y方向进行水平承载力验算：
式(8)中，Kp表示被动土压力系数，b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，l为上板长度，Ep为水平力；Hy表示上拔力y方向分力；γ表示土体容重；
上板的抗冲切验算具体为：
通过公式(9)、(10)和(11)对上板进行抗冲切验算：
Fl≤0.7βhpftamh0 (9)，
Fl＝pjAl (10)，
式(9)、(10)、(11)中，βhp表示高度影响系数，当基础上板高度h≤800mm时，βhp可以取为1.0；当基础上板高度h≥2000mm时，βhp可取为0.9，在中间可以按线性内插法来取用；
ft表示混凝土的轴心抗拉强度设计值(kN/m2)；
am表示基础上板的冲切破坏锥体上最不利的一侧计算长度(m)，取0.5(at+ab)；
at表示钢垫板宽度(m)；
ab表示冲切破坏锥体最不利一侧在基础底面积范围内的下边长(m)；
h0表示基础上板的冲切破坏锥体的有效高度(m)；
pj表示地基土单位面积净反力(kN/m2)，当基础上板受到偏心荷载时，取基础上板底部边缘处最大地基净反力；
Al表示阴影面积(m2)；
Fl表示在阴影面积Al上的地基土净反力设计值(kN)；
N为下压荷载，Mx为沿x方向的弯矩，My为沿y方向的弯矩，Wx为沿x方向转动惯性矩，Wy为沿y方向转动惯性矩；A为上板面积；
步骤3中，配筋设计包括上板板底弯矩计算、上板板底配筋计算和板柱配筋计算。
上板板底弯矩计算具体为：
通过公式(12)、(13)和(14)对上板的x方向进行板底弯矩计算：
式(12)、(13)、(14)中，b1为短柱宽度；pnmax，I为上板x方向的偏心压力；MI为上板x方向的力矩；pn，I为上板x方向的竖向压力；
通过公式(15)、(16)和(17)对上板的y方向进行板底弯矩计算：
式(15)、(16)、(17)中,
pnmax，II为上板y方向的偏心压力；MII为上板y方向的力矩；pn，II为上板y方向的竖向压力；
上板板底配筋计算具体为：
通过公式(18)对所述上板的x方向的板底配筋进行计算：
通过公式(19)对上板的y方向的板底配筋进行计算：
式(18)、(19)中fy为钢筋的抗拉强度；As，I表示上板x方向的配筋面积；As，II表示上板y方向的配筋面积。
板柱配筋计算具体为按照最小配筋率进行配筋。
本发明的有益效果是：
本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，通过本发明上板及板柱装配式施工，可去除基础上板养护工作，消除了湿作业，消除了现场钢筋绑扎作业，降低了施工周期；本发明设计的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板具有可预制和可现浇特性，施工简便，节约了施工周期，特别适用于施工条件较差地区的输电线路工程中；本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，施工工艺简单、施工质量可控、成本低。
附图说明
图1是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中基础结构的示意图；
图2是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中基础结构的俯视图；
图3是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中的上板的结构示意图；
图4是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中的联合板索基础基顶受力平面图；
图5是本发明输电线路联合板杆双锚板基础结构的上板的设计方法中上板的抗倾覆计算示意图；
图6是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中的联合板索基础上板的冲切示意图；
图7是本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法中的联合板索基础上板及短柱配筋示意图。
图中，1.上板，2.下板，3.第一锚杆，4.第二锚杆，5.板柱，6.钢垫板。
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。
本发明涉及输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法。
如图1、图2和图3所示，单锚板基础结构包括板组件、锚杆组件和板柱5；板组件包括自上而下设置的上板1和下板2，板柱5位于上板1的顶部；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的至少一部分暴露在地面；
锚杆组件包括第一锚杆3和第二锚杆4，上板1和板柱5通过第一锚杆3固接，上板1、下板2和板柱5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；
第一锚杆3依次轴向贯穿板柱5和上板1，第一锚杆3的两端分别与上板1和板柱5通过螺栓固接，第二锚杆4设置在板柱5内，第二锚杆4的一端依次轴向贯穿上板1、下板2并与下板2通过螺栓固接；第一锚杆3的两端均设有钢垫板6，其中一个钢垫板6设置在螺栓与板柱5之间，另一个钢垫板6设置在螺栓与上板1之间，第二锚杆4的一端设有钢垫板6，钢垫板6的一端设置在螺栓与下板2之间；第一锚杆3和第二锚杆4上的钢垫板6与临近的螺栓之间均设有垫片。
本发明输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，设定上板1的几何尺寸和埋深；
步骤2，根据步骤1得到的上板1的设定尺寸和埋深，进行上板1的稳定计算，通过计算确定符合规范要求的几何尺寸和埋深；
步骤3，根据步骤2中符合规范要求的几何尺寸和埋深，对上板1进行配筋设计，完成上板1的整体设计。
进一步地，步骤1中，设定的上板1的几何尺寸和埋深包括上板1的宽度、长度、厚度，土体容重γ和土体粘聚力c，板柱5的宽度、长度和高度，上承载钢垫板的宽度、长度和高度。
步骤2中稳定计算包括地基承载力验算，抗倾覆验算，水平抗滑移验算，抗冲切验算和地基变形验算。
上板1的地基承载力验算包括地基承载力特征值计算、地基压力计算和地基持力层强度验算；
当偏心距e≤0.033b倍上板的底面宽度时，通过公式(1)来计算地基承载力特征值fa：
fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcc (1)，
式(1)中，fa表示地基承载力特征值(kPa)；
Mb、Md、Mc表示特征值计算系数；
b表示基础上板底面的宽度(m)，当基础上板底面宽度b＞6m时可以按6m取值，当地基为砂土时，宽度b＜3m，则可按3m取值；
d表示上板埋深(m)；
c表示基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)；
γm表示基础上板的埋深以内土的加权平均重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
γ表示地基持力层土体重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
上板1的地基压力计算具体为通过公式(2)来计算上板1在双向偏心荷载作用下的地基压力P：
式(2)中，γG表示永久荷载的分项系数；Qf上为基础上板的重力，
A表示上板与地面接触面积，N表示基础所受上部荷载，r表示挖孔半径；
上板1的地基持力层强度验算具体为：
在上板1受到的基顶荷载为偏心荷载的情形下，根据公式(3)进行地基持力层强度验算：
p≤fa/γif (3)，
式(3)中，p表示轴心荷载作用下的上板基底平均压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；
γif表示地基承载力调整系数，宜取γif＝0.75；
在上板1受到偏心荷载作用的情形下，根据公式(4)进行地基持力层强度验算：
pmax≤1.2fa/γif (4)，
式(4)中，pmax表示轴心荷载作用下的上板基底最大压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；
γif表示地基承载力调整系数，宜取γif＝0.75。
上板1的抗倾覆验算具体为：
在上板1受到上拔力作用的情形下，不需要进行验算；
在上板1受到下压力作用时，根据公式(5)、(6)进行上板1的抗倾覆验算：
Mh≥KFx(h+h1+h2) (6)，
式(5)中，Mh表示极限倾覆力矩，l表示与倾覆力Fx方向平行的基础上板的长度，m，N表示下压荷载；Qf上为基础上板的重力，Q土为基础下板的重力；式(6)中，Mh表示极限倾覆力矩，KFx为上板的双向倾覆力矩，Fx方向平行的基础上板的长度(m)，K为倾覆稳定安全系数；h为上板高度，h1为短柱高度(m)，h2为钢垫板高度(m)。
上板1的水平抗滑移验算具体为：
通过公式(7)对上板1的x方向进行水平承载力验算：
式(7)中，Kp表示被动土压力系数，b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，Ep为水平力；Hx表示上拔力x方向分力；γ表示土体容重；
通过公式(8)对上板1的y方向进行水平承载力验算：
式(8)中，Kp表示被动土压力系数，b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，l为上板长度，Ep为水平力；Hy表示上拔力y方向分力；γ表示土体容重；
上板1的抗冲切验算具体为：
通过公式(9)、(10)和(11)对上板1进行抗冲切验算：
Fl≤0.7βhpftamh0 (9)，
Fl＝pjAl (10)，
式(9)、(10)、(11)中，βhp表示高度影响系数，当基础上板高度h≤800mm时，βhp可以取为1.0；当基础上板高度h≥2000mm时，βhp可取为0.9，在中间可以按线性内插法来取用；
ft表示混凝土的轴心抗拉强度设计值(kN/m2)；
am表示基础上板的冲切破坏锥体上最不利的一侧计算长度(m)，取0.5(at+ab)；
at表示钢垫板宽度(m)；
ab表示冲切破坏锥体最不利一侧在基础底面积范围内的下边长(m)；
h0表示基础上板的冲切破坏锥体的有效高度(m)；
pj表示地基土单位面积净反力(kN/m2)，当基础上板受到偏心荷载时，取基础上板底部边缘处最大地基净反力；
Al表示阴影面积(m2)；
Fl表示在阴影面积Al上的地基土净反力设计值(kN)；
N为下压荷载，Mx为沿x方向的弯矩，My为沿y方向的弯矩，Wx为沿x方向转动惯性矩，Wy为沿y方向转动惯性矩A为上板面积。
一般的直线型输电线路联合板杆单锚板基础结构在满足地基持力层强度验算后，一般无需进行地基变形验算。
步骤3中，配筋设计包括上板板底弯矩计算、上板板底配筋计算和板柱配筋计算。
上板板底弯矩计算具体为：
通过公式(12)、(13)和(14)对上板1的x方向进行板底弯矩计算：
式(12)、(13)、(14)中，b1为短柱宽度；pnmax，I为上板x方向的偏心压力；MI为上板x方向的力矩；pn，I为上板x方向的竖向压力；
通过公式(15)、(16)和(17)对上板1的y方向进行板底弯矩计算：
式(15)、(16)、(17)中，
pnmax，II为上板y方向的偏心压力；MII为上板y方向的力矩pn，II为上板y方向的竖向压力；
上板板底配筋计算具体为：
通过公式(18)对上板1的x方向的板底配筋进行计算：
通过公式(19)对上板1的y方向的板底配筋进行计算：
式(18)、(19)中fy为钢筋的抗拉强度；As，I表示上板x方向的配筋面积；As，II表示上板y方向的配筋面积。
板柱配筋计算具体为按照最小配筋率进行配筋。
实施例
本实施例的设计依据及规范：《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5219-2005)；《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)；《建筑地基基础设计规范及条文说明》(GB50007-2011)；《电力工程高压送电线路设计手册》。
本实施例根据张掖330千伏变电站～山丹330千伏变电站双回线路开断环入张掖750千伏变电站330千伏线路工程(山丹侧)提供的基础资料进行计算。荷载资料如表1所示。
表1、330kV直线杆塔设计基础作用力
根据表1中的基础作用力确定GB44号直线塔的联合板索基础的荷载设计值分别为：上拔力748kN，上拔时x向水平力91kN，y向水平力94kN；下压力556kN，下压时x向水平力82kN，y向水平力66kN。
土层分布：杂色，稍密～中密，成分主要由花岗岩、石英岩、砂岩等碎屑物组成，亚圆形，级配一般。混卵石约5％-10％，卵石粒径一般在2～20cm；零星漂石，最大粒径30cm。其余主要充填中粗砂，夹粉土与粉细砂薄层，局部呈互层状分布。设计时选用的土体物理特性(由实验测得)：土体内摩擦角计算粘聚力c＝5kPa，天然容重γs＝20kN/m3。
上板的设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，设定上板1的几何尺寸和埋深；
选取上板1的宽度为2m，长度为2m，板厚0.5m，埋深为1m，土体γ＝20kN/m2，c＝5kN/m2；板柱5的宽度为0.8m，长度为0.8m，高度为0.7m；上承载钢垫板6宽度为0.4m，长度为0.4m，高度为0.05m；
步骤2，进行上板1的稳定计算；
步骤2.1，上板1的地基承载力验算
步骤2.1.1，《GB 50007-2011建筑地基基础设计规范》中规定，当偏心距e≤0.033b倍上板的底面宽度时，采用公式(1)来计算地基承载力特征值：
fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcc (1)，
其中特征值计算系数Mb、Md、Mc由表2确定；
表2、特征值计算系数Mb、Md、Mc
根据土体内摩擦角得到Mb＝3.8、Md＝7.73、Mc＝9.595。由此按公式(1)得：
fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcc＝3.8×20×2+7.73×20×1+9.595×5
＝354.575kN/m2
步骤2.1.2，上板1的地基压力计算：
如图4所示，基础顶面受到两个水平力的作用，因此上板1受到的压力为双向偏心荷载，选用荷载为下压力748kN，下压时x向水平力为91kN，y向水平力为94kN。将数据代入如下公式得到：
Mx＝Fx(h+h1+h2)＝91×(0.5+0.7+0.05)＝113.75kN·m
My＝Fy(h+h1+h2)＝94×(0.5+0.7+0.05)＝117.5kN·m
基础上板的重力计算：(钢筋混凝土重度γ混＝24KN/m3，钢板重度γ钢＝78.5KN/m3)，将数据代入如下公式得到：
Qf上＝blhγ混+b2l2h2γ钢+q墩
＝2×2×0.5×24+0.4×0.4×0.05×78.5+0.8×0.8×0.7
×24＝59.38kN
式中，q墩表示短柱的重量；b2表示垫板宽度；l2表示钢垫板长度；h2表示垫板高度；b表示上板宽度；l表示上板长度；h表示上板高度；
通过公式(2)来计算上板1在双向偏心荷载作用下的地基压力P：
代入数据得：
步骤2.1.3，上板1的地基持力层强度验算：
基础上板受到的基顶荷载为偏心荷载，因此，应该按照公式(3)进行地基持力层强度验算：
p≤fa/γif (3)，
在上板1受到偏心荷载作用的情形下，根据公式(4)进行地基持力层强度验算：
pmax≤1.2fa/γif (4)，
上板底面平均压力设计值为：P＝241.18kN/m2
fa/γif＝472.77kN/m2
p＜fa/γif
上板底面边缘最大压力设计值为：
Pmax＝414.62kN/m2
1.2fa/γif＝567.32kN/m2
pmax＜1.2fa/γif
通过以上验算可知，选用的上板尺寸以及钢垫板尺寸满足地基持力层强度验算的要求。
步骤2.2，上板1的抗倾覆验算：
在上拔力作用时，基础是否倾覆与基础下板的抗拔力有关，因此上板1不需要进行验算；
如图5所示，在上板1受到下压力作用时，根据公式(5)、(6)进行上板1的抗倾覆验算：
Mh≥KFx(h+h1+h2) (6)，
其中，倾覆稳定安全系数K可按表3取值：
表3、倾覆稳定设计安全系数
上板x方向：
K从表3中取值为2.2；
KFx(h+h1+h2)＝2.2×91×(0.5+0.7+0.05)＝250.25kN·m≤Mh
上板y方向：
K从表3中取值为2.2；
KFy(h+h1+h2)＝2.2×94×(0.5+0.7+0.05)＝258.5kN·m≤Mh
由计算结果可知，输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的双向倾覆力矩远小于基础上板两个方向的极限倾覆力矩。因此，基础上板尺寸设计满足基础倾覆稳定验算。
步骤2.3，上板1的水平抗滑移验算：
基础上板x方向在进行水平承载力验算时，一般采用上拔力作用时的水平力进行水平承载力验算，x方向的水平力为91kN，通过公式(7)对上板1的x方向进行水平承载力验算：
其中，代入数据得：
因此，基础上板x方向满足水平抗滑移验算的要求。
基础上板y方向，在进行水平承载力验算时，一般也采用上拔力作用时的水平力进行水平承载力验算，y方向的水平力为94kN，通过公式(8)对上板1的y方向进行水平承载力验算：
代入数据得：
因此，基础上板y方向满足水平抗滑移验算的要求。
通过以上的验算可知，基础上板暂定尺寸能够承载其受到的最大设计水平力而不发生土体破坏或滑移。
步骤2.4，上板1的抗冲切验算：
如图6所示，上板顶部存在板柱，板柱尺寸为宽度0.8m，长度0.8m，高度0.7m，通过公式(9)、(10)和(11)对上板1进行抗冲切验算：
Fl≤0.7βhpftamh0 (9)，
Fl＝pjAl (10)，
代入数据得：
Al＝1.11m2
Fl＝1.11×393.644＝436.94kN
0.7βhpftamh0＝0.7×1.0×1.57×1250×450＝618.19kN
Fl＝436.94kN＜618.19kN
通过以上的验算可知，冲切力小于抗冲切力，因此基础上板满足抗冲切要求。
一般的直线型输电线路联合板杆单锚板基础结构在满足地基持力层强度验算后，一般无需进行地基变形验算。
步骤3，配筋设计包括上板板底弯矩计算、上板板底配筋计算和板柱配筋计算。
步骤3.1，由于输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板受到的荷载为双向偏心荷载，通过公式(14)来计算出长边和短边方向最保守截面配筋弯矩。输电线路联合板杆单锚板基础结构顶部竖向压力相应于基本组合的设计值为N＝748kN。通过公式(12)、(13)和(14)对上板1的x方向进行板底弯矩计算：
代入数据得：
通过公式(15)、(16)和(17)对所述上板(1)的y方向进行板底弯矩计算：
代入数据得：
步骤3.2，基础受力筋采用HPB300级(fy＝270N/mm2)钢筋，根据公式(18)计算上板1的x方向的钢筋面积：
代入数据得：
根据公式(19)计算上板1的y方向的钢筋面积：
代入数据得：
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《GB 50007-2011建筑地基基础设计规范》中关于下板钢筋布置的技术规定进行输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的钢筋布置。基础上板的受力钢筋最小配筋率不应小于0.15％，上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。
因此按计算的配筋率进行配筋,上板x方向配筋为As＝1846.32，上板y方向配筋为As＝1846.32，如图7所示。
步骤3.3，板柱配筋计算具体为按照最小配筋率进行配筋。
锚杆所能承受的剪力：FQ＝4×560×π×0.0182＝2278kPa≥Nx
由于短柱水平方向所受的力远小于锚杆所能承受的剪力，因此短柱按照最小配筋率配筋。根据混凝土设计规范，短柱的最小配筋率取为0.6％，保护层厚度40mm。
As＝800×800×0.6％＝3840mm2
根据上文中对于配筋的构造要求及算出的结果，得配筋为：As＝4019.2；箍筋选取
Claims (10)
1.输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述单锚板基础结构包括板组件、锚杆组件和板柱(5)；
所述板组件包括自上而下设置的上板(1)和下板(2)，所述板柱(5)位于所述上板(1)的顶部；并且在施工完成的状态下，所述上板(1)和下板(2)均埋设于地下，所述板柱(5)的至少一部分暴露在地面；
所述锚杆组件包括第一锚杆(3)和第二锚杆(4)，所述上板(1)和板柱(5)通过第一锚杆(3)固接，上板(1)、下板(2)和板柱(5)通过第二锚杆(4)固接；所述上板(1)的上表面和/或下表面设置有第一配筋，所述下板(2)的上表面和/或下表面设置有第二配筋；
所述上板的设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，设定上板(1)的几何尺寸和埋深；
步骤2，根据步骤1得到的所述上板(1)的设定尺寸和埋深，进行上板(1)的稳定计算，通过计算确定符合规范要求的几何尺寸和埋深；
步骤3，根据步骤2中所述符合规范要求的几何尺寸和埋深，对所述上板(1)进行配筋设计，完成所述上板(1)的整体设计。
2.如权利要求1所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，步骤1中，所述设定的上板(1)的几何尺寸和埋深包括上板(1)的宽度、长度、厚度，土体容重γ和土体粘聚力c，板柱(5)的宽度、长度和高度，上承载钢垫板的宽度、长度和高度。
3.如权利要求1所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，步骤2中，所述稳定计算包括地基承载力验算，抗倾覆验算，水平抗滑移验算，抗冲切验算。
4.如权利要求3所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述上板(1)的地基承载力验算包括地基承载力特征值计算、地基压力计算和地基持力层强度验算；
当偏心距e≤0.033b倍上板的底面宽度时，通过公式(1)来计算地基承载力特征值fa：
fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcc (1)，
式(1)中，fa表示地基承载力特征值(kPa)；
Mb、Md、Mc表示特征值计算系数；
b表示基础上板底面的宽度(m)，当基础上板底面宽度b＞6m时可以按6m取值，当地基为砂土时，宽度b＜3m，则可按3m取值；
d表示上板埋深(m)；
c表示基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)；
γm表示基础上板的埋深以内土的加权平均重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
γ表示地基持力层土体重度，考虑地下水取土体的浮重度，kN/m3；
所述上板(1)的地基压力计算具体为通过公式(2)来计算上板(1)在双向偏心荷载作用下的地基压力P：
式(2)中，γG表示永久荷载的分项系数；Qf上为基础上板的重力，A表示上板与地面接触面积，N表示基础所受上部荷载，r表示挖孔半径；
所述上板(1)的地基持力层强度验算具体为：
在上板(1)受到的基顶荷载为偏心荷载的情形下，根据公式(3)进行地基持力层强度验算：
p≤fa/γif (3)，
式(3)中，p表示轴心荷载作用下的上板基底平均压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；
γif表示地基承载力调整系数；
在上板(1)受到偏心荷载作用的情形下，根据公式(4)进行地基持力层强度验算：
pmax≤1.2fa/γif (4)，
式(4)中，pmax表示轴心荷载作用下的上板基底最大压力设计值(kPa)；
fa表示修正之后的地基承载力特征值(kPa)；
γif表示地基承载力调整系数。
5.如权利要求3所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述上板(1)的抗倾覆验算具体为：
在所述上板(1)受到上拔力作用的情形下，不需要进行验算；
在所述上板(1)受到下压力作用时，根据公式(5)、(6)进行上板(1)的抗倾覆验算：
Mh≥KFx(h+h1+h2) (6)，
式(5)中，Mh表示极限倾覆力矩，l表示与倾覆力Fx方向平行的基础上板的长度，m，N表示下压荷载；Qf上为基础上板的重力，Q土为基础下板的重力；
式(6)中，Mh表示极限倾覆力矩，KFx为上板的双向倾覆力矩，Fx方向平行的基础上板的长度(m)，K为倾覆稳定安全系数；h为上板高度，h1为短柱高度(m)，h2为钢垫板高度(m)。
6.如权利要求3所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述上板(1)的水平抗滑移验算具体为：
通过公式(7)对所述上板(1)的x方向进行水平承载力验算：
式(7)中，Kp表示被动土压力系数b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，Ep为水平力；Hx表示上拔力x方向分力；γ表示土体容重；
通过公式(8)对所述上板(1)的y方向进行水平承载力验算：
式(8)中，Kp表示被动土压力系数，b为基础上板底面的宽度(m)，h为上板高度，c为基础上板底部下一倍上板宽度埋深内土的粘聚力(kPa)，l为上板长度，Ep为水平力；Hy表示上拔力y方向分力；γ表示土体容重。
7.如权利要求3所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述上板(1)的抗冲切验算具体为：
通过公式(9)、(10)和(11)对所述上板(1)进行抗冲切验算：
Fl≤0.7βhpftamh0 (9)，
Fl＝pjAl (10)，
式(9)、(10)、(11)中，βhp表示高度影响系数，当基础上板高度h≤800mm时，βhp可以取为1.0；当基础上板高度h≥2000mm时，βhp可取为0.9，在中间可以按线性内插法来取用；
ft表示混凝土的轴心抗拉强度设计值(kN/m2)；
am表示基础上板的冲切破坏锥体上最不利的一侧计算长度(m)，取0.5(at+ab)；
at表示钢垫板宽度(m)；
ab表示冲切破坏锥体最不利一侧在基础底面积范围内的下边长(m)；
h0表示基础上板的冲切破坏锥体的有效高度(m)；
pj表示地基土单位面积净反力(kN/m2)，当基础上板受到偏心荷载时，取基础上板底部边缘处最大地基净反力；
Al表示阴影面积(m2)；
Fl表示在阴影面积Al上的地基土净反力设计值(kN)；
N为下压荷载，Mx为沿x方向的弯矩，My为沿y方向的弯矩，Wx为沿x方向转动惯性矩，Wy为沿y方向转动惯性矩；A为上板面积。
8.如权利要求1所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，步骤3中，所述配筋设计包括上板板底弯矩计算、上板板底配筋计算和板柱配筋计算。
9.如权利要求8所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述上板板底弯矩计算具体为：
通过公式(12)、(13)和(14)对所述上板(1)的x方向进行板底弯矩计算：
式(12)、(13)、(14)中，b1为短柱宽度；pnmax，I为上板x方向的偏心压力；MI为上板x方向的力矩；pn，I为上板x方向的竖向压力；
通过公式(15)、(16)和(17)对所述上板(1)的y方向进行板底弯矩计算：
式(15)、(16)、(17)中，
pnmax，II为上板y方向的偏心压力；MII为上板y方向的力矩；pn，II为上板y方向的竖向压力；
所述上板板底配筋计算具体为：
通过公式(18)对所述上板(1)的x方向的板底配筋进行计算：
通过公式(19)对所述上板(1)的y方向的板底配筋进行计算：
式(18)、(19)中fy为钢筋的抗拉强度；As，I表示上板x方向的配筋面积；As，II表示上板y方向的配筋面积。
10.如权利要求9所述的输电线路联合板杆单锚板基础结构的上板的设计方法，其特征在于，所述板柱配筋计算具体为按照最小配筋率进行配筋。
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