CN112084635A - 一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法及系统，适用于对开挖回填类基础的直柱台阶式基础或直柱板式基础的计算，所述方法包括：确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角；基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重；确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和；根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求。本发明在倾覆稳定计算时，考虑基础正上方土体和基础一侧上拔的土体之和，基础在进入倾覆滑移状态时，基础的一侧土体参与倾覆稳定校验，利用该部分土重抵消一部分倾覆力矩，减少基础外荷载对基础本身的倾覆影响。

Description

一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法及系统

技术领域

本发明涉及架空输电线路杆塔基础设计技术领域，尤其涉及一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，我国架空输电线路杆塔基础设计领域，220kV以下电压等级的钢管杆(单杆)基础通常采用开挖类直柱台阶式和板式基础。而该类基础型式，均涉及基础自身由于外荷载作用而产生的倾覆问题。单杆基础的倾覆稳定校验方法，到目前为止在国家杆塔基础设计标准中仍为空白，而行业内采用的传统计算方法有待进一步完善。

发明人发现，在实现本发明的过程中，现有技术至少存在以下问题：

(1)开挖回填类基础倾覆稳定校验水平力产生的弯矩时，力矩取值不合理；单杆基础在计算水平力产生的弯矩时，力臂取基础底板对角宽度的一半来考虑。显然，所有单杆基础都采用此种方法计算是不合理的，该方法是一个笼统的计算方法，没有根据具体情况考虑基础水平合力作用在不同位置而产生不同力矩的情况。

(2)单杆基础倾覆稳定校验时，基础底板上部土体取值不合理；在单杆基础的倾覆稳定校验时，设计师们多采用基础底板正上方的土体作为基础倾覆时抵抗基础失稳的条件，这样计算虽偏于安全，但在实际的基础土体受力时不具科学性，有待优化。

(3)单杆基础倾覆稳定校验在细节上考虑过于笼统、保守，采用传统的计算方法会造成施工材料在设计环节上的浪费，增加不必要的成本投入，不利于精细化设计，不符合当前社会发展的需要。

总之，架空输电线路单杆基础倾覆稳定校验时，上述缺陷是本领域工程技术人员面临的实际问题，也是现阶段迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法及系统，在满足基础承载力要求的前提下，优化计算受力模型，最大程度的节约基础混凝土和工程成本造价。

为了实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，适用于对开挖回填类基础的直柱台阶式基础或直柱板式基础的计算，所述方法包括：

确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角；

基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重；

确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和；

根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求。

作为进一步地方案，通过土工试验或经验确定土体的倾覆角。

作为进一步地方案，基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重，具体为：

G_i＝γ_t{h[ab+0.5htanθ(a+b)+0.65h²tan²θ]-V_c}

其中，γ_t为土体的重度；h为基础埋深减去基础最下层台阶的高度；a、b分别为基础底板的长度和宽度；θ为土体的倾覆角；V_c为基础混凝土体积。

作为进一步地方案，根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求，具体为：

[V(h₁+h₂)+M₀]≤(G+N)L

其中，G为上拔范围内土和基础自重之和，N为作用于基础顶面的下压力，L为水平合力方向的力矩，V为基础顶面的水平力，h₁为基础露出地面部分的高度、h₂为基础埋在地面以下部分的高度；M₀为作用于基础顶面的弯矩。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种采用上述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法的输电杆基础，包括：钢筋混凝土基础主柱以及与所述基础主柱垂直连接的钢筋混凝土基础底板；部分所述钢筋混凝土基础主柱和全部的钢筋混凝土基础底板埋置于设计地面以下；所述钢筋混凝土基础主柱的截面中心与钢筋混凝土基础底板的截面中心位于同一条直线上。

作为进一步地方案，所述钢筋混凝土基础底板受上拔荷载作用时，受拉侧回填土参与计算。

作为进一步地方案，所述钢筋混凝土基础主柱和钢筋混凝土基础底板的截面为矩形；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。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种输电杆基础的倾覆稳定校验系统，包括：

用于确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角的装置；

用于基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重的装置；

用于确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和的装置；

用于根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求的装置。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在倾覆稳定计算时，考虑基础正上方土体和基础一侧上拔的土体之和，基础在进入倾覆滑移状态时，基础的一侧土体参与倾覆稳定校验，利用该部分土重抵消一部分倾覆力矩，减少基础外荷载对基础本身的倾覆影响。

(2)本发明单杆倾覆稳定校验时，采用基础上的水平合力作用点与基础边缘的距离为计算弯矩的力臂，较原来的计算理论更符合实际，贴近实际破坏状态。

(3)经大量数据分析，本发明倾覆稳定校验时考虑的破坏受力模型与实际破坏状态相近度极高，利用本发明测算的结果与实际破坏状态结果相符，相比行业内传统的计算理论有很大提升。

(4)在相同的条件下，本发明方法与现有计算方法相比，可有效减小基础底板尺寸和基础埋深，节约人工和土石方开挖量，节约材料投入，有很客观的经济效益。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的输电杆基础结构示意图；

其中，1.基础主柱，2.设计地面，3.回填土，4.基础倾覆滑移破裂面，5.基础底板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，适用于对开挖回填类基础的直柱台阶式基础或直柱板式基础的计算，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)：确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角；

根据土的类型，由土工试验或者经验确定输电杆基础土体的倾覆角θ；

本实施例中，输电杆基础土体包括基础正上方土体和基础一侧上拔的土体之和；单杆在受外荷载作用时向一侧倾斜，此时，基础另一侧土体出现上拔并隆起地面，出现上拔隆起的这部分土体即为基础一侧上拔的土体。

步骤(2)：基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重，具体方法为：

G_i＝γ_t{h[ab+0.5htanθ(a+b)+0.65h²tan²θ]-V_c} (1)

其中，γ_t为土体的重度；h为基础埋深减去基础最下层台阶的高度，m；a、b分别为基础底板的长度和宽度，m；θ为土体的倾覆角，度；V_c为基础混凝土体积，m³。

步骤(3)：确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和G；

G＝γ_t{h[ab+0.5htanθ(a+b)+0.65h²tan²θ]-V_c}+G_j＝G_i+G_j (2)

其中，G_j为基础自重，kN/m³。

步骤(4)：根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求。

具体计算公式如下：

[V(h₁+h₂)+M₀]≤(G+N)L (3)

其中，V为基础顶面的水平力，kN；h₁为基础露出地面部分的高度、h₂为基础埋在地面以下部分的高度，m；M₀为作用于基础顶面的弯矩，kN·m；G为输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和，kN；N为作用于基础顶面的下压力，kN；L为水平合力方向的力矩，m。水平合力作用点的位置根据上部荷载作用的位置和大小确定。

通过式(3)，可以校验输电杆基础是否满足倾覆稳定要求；不等式左边部分表示作用于基础上的外荷载，不等式右边部分表示倾覆力。

实施例二

基于实施例一公开的方法，在一些实施例中，公开了一种适用于所述计算方法的输电杆基础，参照图1，基础型式为独立式基础，包括：包括部分埋置于设计地面2以下和以上的钢筋混凝土基础主柱1、全部埋置于设计地面2以下的钢筋混凝土基础底板5，钢筋混凝土基础主柱1与钢筋混凝土基础底板5连接；钢筋混凝土基础主柱1的截面中心、钢筋混凝土基础底板5的截面中心两者在一条垂线上重合。

钢筋混凝土底板的横切面为正方形，钢筋混凝土基柱的横切面为正方形。

钢筋混凝土基础底板5受上拔荷载作用时，受拉侧回填土3参与计算。外力由单杆传给基础底板，底板发生倾覆，当基础底板倾覆破坏时，会隆起土体，即基础一侧上拔的土体；该部分土体在进行倾覆稳定校验时也参与计算，利用该部分土重抵消一部分倾覆力矩，减少基础外荷载对基础本身的倾覆影响。

当基础作用外荷载时，图1所示的倾覆破坏模型以假定的基础倾覆滑移破裂面4破坏。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种输电杆基础的倾覆稳定校验系统，包括：

用于确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角的装置；

用于基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重的装置；

用于确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和的装置；

用于根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求的装置。

需要说明的是，上述装置的具体实现过程采用实施例一中公开的方法实现，为了简介，不再赘述。

实施例四

在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的输电杆基础的倾覆稳定校验方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

实施例一中的输电杆基础的倾覆稳定校验方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，适用于对开挖回填类基础的直柱台阶式基础或直柱板式基础的计算，其特征在于，所述方法包括：

确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角；

基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重；

确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和；

根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求。

2.如权利要求1所述的一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，其特征在于，通过土工试验或经验确定土体的倾覆角。

3.如权利要求1所述的一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，其特征在于，基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重，具体为：

G_i＝γ_t{h[ab+0.5htanθ(a+b)+0.65h²tan²θ]-V_c}

其中，γ_t为土体的重度；h为基础埋深减去基础最下层台阶的高度；a、b分别为基础底板的长度和宽度；θ为土体的倾覆角；V_c为基础混凝土体积。

4.如权利要求1所述的一种输电杆基础的倾覆稳定校验方法，其特征在于，根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求，具体为：

[V(h₁+h₂)+M₀]≤(G+N)L

其中，G为上拔范围内土和基础自重之和，N为作用于基础顶面的下压力，L为水平合力方向的力矩，V为基础顶面的水平力，h₁为基础露出地面部分的高度、h₂为基础埋在地面以下部分的高度；M₀为作用于基础顶面的弯矩。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法的输电杆基础，其特征在于，包括：钢筋混凝土基础主柱以及与所述基础主柱垂直连接的钢筋混凝土基础底板；部分所述钢筋混凝土基础主柱和全部的钢筋混凝土基础底板埋置于设计地面以下；所述钢筋混凝土基础主柱的截面中心与钢筋混凝土基础底板的截面中心位于同一条直线上。

6.如权利要求5所述的输电杆基础，其特征在于，所述钢筋混凝土基础底板受上拔荷载作用时，受拉侧回填土参与计算。

7.如权利要求5所述的输电杆基础，其特征在于，所述钢筋混凝土基础主柱和钢筋混凝土基础底板的截面为矩形；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。

8.一种输电杆基础的倾覆稳定校验系统，其特征在于，包括：

用于确定输电杆基础一侧上拔土体的倾覆角的装置；

用于基于所述倾覆角，确定输电杆基础底板以上的土体自重的装置；

用于确定所述输电杆基础底板以上的土体自重与输电杆基础自重之和的装置；

用于根据作用于基础上的外荷载计算力的平衡，确定是否满足倾覆稳定要求的装置。

9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-4任一项所述的输电杆基础的倾覆稳定校验方法。

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