CN114059574B - 一种装配式柔性减震螺旋锚基础及输电塔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式柔性减震螺旋锚基础及输电塔，属于输电线路工程技术领域，其技术方案为：包括减震承台和多个螺旋锚组，所述螺旋锚组包括多个锚杆段，相邻锚杆段通过螺旋锚盘相连；首段锚杆段顶部与减震承台之间安装柔性连接段以形成软连接，减小锚杆承受水平力。本发明通过柔性连接段将减震承台和螺旋锚组连接在一起，能够减小锚杆承受的水平力；且减震承台配合柔性连接段起到减震耗能的效果。

Description

一种装配式柔性减震螺旋锚基础及输电塔
技术领域
本发明涉及输电线路工程技术领域，尤其涉及一种装配式柔性减震螺旋锚基础及输电塔。
背景技术
输电塔的基础作用力包括竖向力和水平力，水平力一般占竖向力的10％～25％。输电塔常年承受风荷载作用，风荷载是一种动荷载，在风载荷作用下输电塔容易出现晃动导致底部基础承受较大的水平力。
现有螺旋锚基础的承台与螺旋锚之间通常为焊接(硬连接)，输电塔晃动容易造成承台与螺旋锚的连接处断裂，导致承台混凝土部分大面积损坏。而且，现有螺旋锚基础的锚盘焊接工作量较大。发明人发现，螺旋锚基础仅承受水平力时的承载能力仅为仅承受上拔力时承载能力的14％。水平力从0变为15kN时，上拔承载能力下降50％多。如果锚杆直径变小时，水平力对上拔承载能力的影响将更为明显。因此，应该避免螺旋锚基础承受过大的水平力，否则，难以发挥螺旋锚基础的优势。
现有技术公开了一种柔性板式基础-螺旋锚复合基础，由于主柱具有抗弯能力且底板尺寸较大(底板宽度4m～10m)，绝大部分水平力由板式基础部分承担。当连接承台将多个螺旋锚基础连接在一起时，由于承台尺寸较小(宽度1.5m左至右)，抗侧刚度有限，基础作用力的水平力一部分由承台承担，一部分传递至螺旋锚部分。螺旋锚部分承担的水平力不容忽视，此时螺旋锚基础的承载能力难以充分发挥。特别是当回填土没有充分压实时，上部承台可产生一定水平位移，锚杆承受的水平力更大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种装配式柔性减震螺旋锚基础及输电塔，通过柔性连接段将减震承台和螺旋锚组连接在一起，能够减小锚杆承受的水平力；且减震承台配合柔性连接段起到减震耗能的效果。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种装配式柔性减震螺旋锚基础，包括减震承台和多个螺旋锚组，所述螺旋锚组包括多个锚杆段，相邻锚杆段通过螺旋锚盘相连；首段锚杆段顶部与减震承台之间安装柔性连接段以减小锚杆承受水平力。
作为进一步的实现方式，所述柔性连接段包括至少两个套设在一起的柔性管，柔性管一端通过第一连接板连接减震承台，另一端通过第二连接板与连接头相连；
相邻柔性管之间填充阻尼材料。
作为进一步的实现方式，所述连接头与锚杆段可拆卸连接；所述第一连接板、第二连接板为圆板，且二者直径均大于最外层柔性管直径。
作为进一步的实现方式，所述减震承台内部设有弹性垫，弹性垫周向均匀布置有多个阻挡块。
作为进一步的实现方式，所述阻挡块包括外阻块和内阻块，外阻块和内阻块之间连接若干加劲肋；弹性垫设置于内阻块围成的区域内。
作为进一步的实现方式，所述外阻块和内阻块分别与减震承台垂直，且外阻块的高度大于内阻块的高度；
所述外阻块的长度大于内阻块的长度，每个外阻块连接至少两个内阻块。
作为进一步的实现方式，所述减震承台包括承台底板和承台顶板，承台底板和承台顶板通过锚栓连接。
作为进一步的实现方式，所述弹性垫设置于承台底板和承台顶板之间，且锚栓设于弹性垫外侧。
作为进一步的实现方式，所述承台顶板顶部固定有套设于锚栓外侧的第一垫板、位于第一垫板上方的第二垫板；第一垫板与第二垫板之间设有弹簧；第二垫板顶部设有螺母。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种输电塔，包括所述的柔性减震螺旋锚基础，所述柔性减震螺旋锚基础上安装输电塔主体。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式在减震承台和螺旋锚组连接部位设置了柔性连接段，该部分实现了减震承台和螺旋锚部分的软连接，该部分抗侧刚度小，允许上部承台发生一定水平的侧向变形，显著减小锚杆承受的水平力；且柔性连接段填充有阻尼材料，具有一定的耗能效果，可以充分发挥螺旋锚基础竖向承载能力高的优势。
(2)本发明的一个或多个实施方式的减震承台内设有弹性垫，通过弹性垫起到减震作用；且弹性垫外侧设置阻挡块，阻挡块包括外阻块和内阻块，内阻块对弹性垫起限位作用，外阻块对承台顶板起限位作用，以保证减震承台的减震效果。
(3)本发明的一个或多个实施方式的弹性垫放置在内阻块围成的区域内，承台顶板通过预留锚栓孔与锚栓连接，并通过螺母紧固，实现基础承台的预制装配化生产，节省现场施工时间和费用，缩短现场施工周期，提高了施工效率。
(4)本发明的一个或多个实施方式的螺旋锚组通过螺旋锚盘将多段锚杆段拼接，螺旋锚组可根据承载力要求等采用分段拼接接长，以满足不同工程的需求；螺旋锚组采用拼接式，并能够与柔性连接段拼接，解决了现有技术中螺旋锚基础水平承载能力低、锚盘焊接工作量大的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的主视图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的剖视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的螺旋锚盘结构示意图；
图5(a)是本发明根据一个或多个实施方式的柔性连接段结构示意图；
图5(b)是本发明根据一个或多个实施方式的第一连接板俯视图；
图5(c)是图5(a)的B-B剖面图。
其中，1.减震承台，1-1.内阻块，1-2.承台底板，1-3.加劲肋，1-4.外阻块，1-5.承台顶板，1-6.第一垫板，1-7.弹簧，1-8.第二垫板，1-9.锚栓，1-10.弹性垫，1-11.连接件，1-12.安装孔，2.第一锚杆段，3.第二锚杆段，4.第三锚杆段，5.锚杆尖端，6.螺旋锚盘，7.螺栓，8.螺栓孔，9.柔性连接段，9-1.第一连接板，9-2.第二连接板，9-3.柔性管，9-4.阻尼材料，9-5.连接头，9-6.螺栓孔。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种装配式柔性减震螺旋锚基础，如图1和图2所示，包括减震承台1、柔性连接段9、螺旋锚组、阻挡块、弹性垫1-10，减震承台1底部设有多个螺旋锚组，每个螺旋锚组通过柔性连接段9与减震承台1相连，通过柔性连接段9实现螺旋锚组与减震承台1的柔性连接，减小锚杆承受的水平力。
进一步的，如图5(a)所示，柔性连接段9包括第一连接板9-1、第二连接板9-2、柔性管9-3和连接头9-5，柔性管9-3一端与第一连接板9-1固定，另一端与第二连接板9-2固定；柔性管9-3设置直径不同的多个，如图5(c)所示，柔性管9-3从内到外套装形成多层结构，相邻柔性管9-3之间的空间填充有阻尼材料9-4，具有辅助耗能减震效果。
所述柔性管9-3采用柔性金属材料，在本实施例中，柔性管9-3采用软钢。柔性管9-3长度根据实际使用要求设置。
第一连接板9-1与减震承台1相连，第二连接板9-2与连接头9-5相连，通过连接头9-5与螺旋锚组相连。本实施例的连接头9-5为空心圆管，其与螺旋锚组通过螺栓7连接。
在本实施例中，第一连接板9-1和第二连接板9-2为圆形钢板，二者的直径大于最外层柔性管9-3直径，以增大与减震承台1的接触面，形成稳定连接。如图5(b)所示，第一连接板9-1周向开设若干螺栓孔9-6，通过螺栓孔9-6中拧入螺栓实现与减震承台1的连接。
可以理解的，在其他实施例中，第一连接板9-1和第二连接板9-2也可以为其他形状，例如矩形板，矩形板的长度大于最外层柔性管9-3直径。
通过在第一连接板9-1和第二连接板9-2之间设置多层柔性管9-3，在基础作用力下，第一连接板9-1和第二连接板9-2在较小作用力下可发生错动，从而使下部螺旋锚组承受很小的水平力。柔性连接段9设计时，可先预设锚杆承受的水平力，然后进行柔性管9-3的设计。
本实施例在减震承台1和螺旋锚组连接部位设置柔性连接段9，实现了减震承台1和螺旋锚组的软连接，该部分抗侧刚度小，允许上部减震承台1发生一定水平的侧向变形，可显著减小锚杆承受的水平力，并具有一定的耗能效果，可以充分发挥螺旋锚基础竖向承载能力高的优势。
本实施例通过对柔性减震螺旋锚基础进行精细化数值分析，研究了锚杆承受的水平力，如表1所示。
表1锚杆承受力对比表
Figure BDA0003324353660000061
其中，SJ-A为常规螺旋锚基础，SJ-B为柔性减震螺旋锚基础，可以看出单个锚杆承受的水平力减小了89.8％，此时单锚上拔承载能力提高了51.9％，充分发挥单个螺旋锚基础竖向承载能力高的优点。
进一步的，所述减震承台1内部设有弹性垫1-10，弹性垫1-10周向均匀布置有多个阻挡块。所述减震承台1包括承台底板1-2和承台顶板1-5，弹性垫1-10设置于承台底板1-2和承台顶板1-5之间，阻挡块固定于承台底板1-2上表面、弹性垫1-10的外侧。
在本实施例中，承台底板1-2和承台顶板1-5均为矩形板，且承台底板1-2尺寸大于承台顶板1-5尺寸，以使阻挡块能够同时对弹性垫1-10和承台顶板1-5起到限位作用。
在本实施例中，弹性垫1-10采用橡胶垫，以使减震承台1起到减震作用。当然，在其他实施例中，弹性垫1-10也可以采用其他弹性材料。减震承台1选择钢材，以提高其承载能力；例如，减震承台1采用型号为Q355的钢材制成。
更进一步的，承台底板1-2和承台顶板1-5通过锚栓1-9连接。如图3所示，承台底板1-2和承台顶板1-5靠近边缘的对应位置分别开设螺栓孔，以用于锚栓1-9的安装。且螺栓孔的布置应距离弹性垫1-10边缘有一定间距，且避开阻挡块的安装位置。
进一步的，所述承台顶板1-5顶部固定有第一垫板1-6，第一垫板1-6套设于锚栓1-9超出承台顶板1-5顶部的锚段，第一垫板1-6上方设有第二垫板1-8，第一垫板1-6与第二垫板1-8之间设有弹簧1-7；弹簧1-7套设于所述锚段外侧，第二垫板1-8顶部设有螺母，通过螺母使第二垫板1-8、弹簧1-7和第一垫板1-6将锚栓1-9固定。
在本实施例中，锚栓1-9均匀对称布置在减震承台1四周，锚栓1-9底部通过塞焊与承台底板1-2连接，使上部结构荷载有效传递至减震承台1。第一垫板1-6、第二垫板1-8、弹簧1-7可以采用钢制材料，其中，第一垫板1-6与承台顶板1-5点焊。
进一步的，所述阻挡块包括外阻块1-4和内阻块1-1，内阻块1-1对弹性垫1-10起限位作用，外阻块1-4对承台顶板1-5起限位作用；外阻块1-4和内阻块1-1之间连接若干加劲肋1-3。
如图3所示，在本实施例中，外阻块1-4和内阻块1-1均设置成矩形块，且外阻块1-4的长度和高度均大于内阻块1-1的长度和高度。所述外阻块1-4和内阻块1-1分别与承台底板1-2垂直固定。每个外阻块1-4通过加劲肋1-3连接多个内阻块1-1，内阻块1-1沿弹性垫1-10周向均匀布置，即弹性垫1-10设置于内阻块1-1围成的区域内。
在本实施例中，内阻块1-1和外阻块1-4与承台底板1-2通过焊接连接，内阻块1-1和外阻块1-4之间的加劲肋1-3通过焊接与二者连接。通过焊接使各部件连接牢固。
进一步的，所述螺旋锚组包括多个锚杆段，相邻锚杆段之间通过螺旋锚盘6相连。如图4所示，螺旋锚盘6两端均开设有螺栓孔8，通过在螺栓孔8中拧入螺栓7实现与锚杆段的连接；通过螺旋锚盘6、锚杆段的拼接形式，便于螺旋锚盘6组装。
在本实施例中，所述螺旋锚盘6根据承载力要求提前锻造加工完成，减小了焊接工作量，锻造螺旋锚盘中锚盘采用变厚度处理，根部厚度大，边缘厚度小，有利于切土，减小了螺旋锚的入土扭矩。同时，不同位置的锻造螺旋锚盘的大小可以根据承载力的需要进行替换，实现同一螺旋锚组中螺旋锚盘直径不同，易于拆卸、组装，避免大量焊接，方便实用。
锚杆段个数根据具体施工要求而定，本实施例以四个锚杆段为例，即，从上至下依次设置的第一锚杆段2、第二锚杆段3、第三锚杆段4和锚杆尖端5，其中第一锚杆段2与柔性连接段9的连接头9-5通过螺栓7连接，锚杆尖端5为锚杆的最末端。
本实施例的施工方法为：
将柔性连接段9连接于承台底板1-2底部，将内阻块1-1和外阻块1-4通过焊接固定于承台底板1-2上表面，内阻块1-1和外阻块1-4之间焊接加劲肋1-3。待弹性垫1-10放置在内阻块1-1围成的区域内，将承台顶板1-5通过锚栓1-9与承台底板1-2连接，并拧紧螺母。
根据承载力的需要完成螺旋锚组的拼装，采用大型机械将螺旋锚组拧入施工现场土层中，保证所有螺旋锚组施工完毕的标高一致；将第一锚杆段2上端与柔性连接段9连接。
实施例二：
本实施例提供了一种装配式柔性减震螺旋锚基础，柔性减震螺旋锚基础采用实施例一所述的结构，所述承台顶板1-5一侧安装连接件1-11，通过连接件1-11与上部结构连接；连接件1-11上开设多个安装孔1-12，以形成多个固定点。
在本实施例中，所述连接件1-11为角钢连接件，角钢连接件与承台顶板1-5焊接在一起。
实施例三：
本实施例提供了一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其与实施例一的区别在于螺旋锚盘6中设置预应力钢筋，进一步增强螺旋锚盘6的强度和刚度，其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例四：
本实施例提供了一种输电塔，包括实施例一所述的柔性减震螺旋锚基础，所述柔性减震螺旋锚基础的减震承台1上安装输电塔主体。
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 (9)

1.一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，包括减震承台和多个螺旋锚组，所述螺旋锚组包括多个锚杆段，相邻锚杆段通过螺旋锚盘相连；首段锚杆段顶部与减震承台之间安装柔性连接段以减小锚杆承受水平力；
所述柔性连接段包括至少两个套设在一起的柔性管，柔性管一端通过第一连接板连接减震承台，另一端通过第二连接板与连接头相连；
相邻柔性管之间填充阻尼材料；
在减震承台和螺旋锚组连接部位设置了柔性连接段，该部分实现了减震承台和螺旋锚部分的软连接，该部分抗侧刚度小，允许上部承台发生一定水平的侧向变形，显著减小锚杆承受的水平力；且柔性连接段填充有阻尼材料，具有一定的耗能效果。
2.根据权利要求1所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述连接头与锚杆段可拆卸连接；所述第一连接板、第二连接板为圆板，且二者直径均大于最外层柔性管直径。
3.根据权利要求1所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述减震承台内部设有弹性垫，弹性垫周向均匀布置有多个阻挡块。
4.根据权利要求3所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述阻挡块包括外阻块和内阻块，外阻块和内阻块之间连接若干加劲肋；弹性垫设置于内阻块围成的区域内。
5.根据权利要求4所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述外阻块和内阻块分别与减震承台垂直，且外阻块的高度大于内阻块的高度；
所述外阻块的长度大于内阻块的长度，每个外阻块连接至少两个内阻块。
6.根据权利要求3所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述减震承台包括承台底板和承台顶板，承台底板和承台顶板通过锚栓连接。
7.根据权利要求6所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述弹性垫设置于承台底板和承台顶板之间，且锚栓设于弹性垫外侧。
8.根据权利要求6所述的一种装配式柔性减震螺旋锚基础，其特征在于，所述承台顶板顶部固定有套设于锚栓外侧的第一垫板、位于第一垫板上方的第二垫板；第一垫板与第二垫板之间设有弹簧；第二垫板顶部设有螺母。
9.一种输电塔，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的装配式柔性减震螺旋锚基础，所述装配式柔性减震螺旋锚基础上安装输电塔主体。
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