新型等截面斜柱基础上拔—水平承载力试验研究

2013-09-29 01:28刘宏滨何天胜房向日
电力勘测设计 2013年2期
关键词:斜柱承载力荷载

刘宏滨,何天胜,房向日,陈 锟

(1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院,广州 510600;2.广东天联电力设计有限公司,广州 510600)

1 概述

等截面斜柱基础是广东省电力设计研究院依据近年的工程实践提出的一种新型基础型式,其外形与斜插式基础类似,不同点是塔腿主材与基础主柱连接是采用传统的地脚螺栓连接方式而非插入角钢(见图1)。新型基础主柱双面倾斜,主柱坡度与塔身主材坡度一致,其受力特点现将坐标系旋转移至基础顶面,使得新坐标系z'方向与主材方向一致,顶面的长度方向和宽度方向分别为新坐标系的x'轴和y'轴,通过力系在空间坐标系的变换,基础主柱水平作用力减少70%~90%,而基础轴向作用力仅增加1%~2%,水平力对主柱底端的弯曲效应的大大减小使基础主柱、底板受力状况得到改善。

图1 斜柱基础意示意图

由于基础主柱弯曲效应的减少,使基础主柱截面面积相应减小,同时基础主柱侧向稳定性也得到明显改善。新型基础形式与同条件下其它开挖基础相比可减少混凝土和钢筋用量约达30%。

由于新型等截面斜柱基础在国内尚缺少设计及运行经验,依据文献[2],基础设计采用新结构型式,当缺乏实践经验时,应经过试验验证。故我院选用500kV嘉应至榕江送电线路工程双回路直线塔等截面斜柱基础进行真型试验,为在今后的工程设计中应用此基础提供参考依据。

2 试验概况

2.1 地基概况

试验场地地处山间凹地,原为沟谷,因附近修路大量填土堆积而成,据勘察资料,地质概况见表1。

表1 现场地质条件

2.2 基础设计

试验中布置一组3个尺寸完全相同的基础进行竖向抗拔和抗水平力的组合作用试验。水平力是通过两个相互垂直的水平作用力施加在基础上。试验基础尺寸见表2。

表2 试验基础尺寸

2.3 基础荷载

试验工况下的基础作用力,见表3。

表3 试验基础作用力

2.4 加卸载试验方案

基础承载力试验荷载均采用慢速维持荷载法。即上拔荷载与水平荷载对应按比例同时逐级加载,每级荷载达到相对稳定后加载下一级荷载,直至达到试验等截面斜柱基础终止加载条件,然后分级卸荷到零。

2.5 加载方法与加载系统

试验过程中上拔荷载、水平荷载同步施加,并确保加载和卸载的荷载比值相同。

现场抗拔和抗水平静载荷试验采用反力梁、反力支架装置以及反力桩、反力墩(山壁)。

2.6 柱、基础底板内力测试系统

本试验基础的应力测试是在柱和底板上埋设混凝土应变计进行测量,测量的内容与测试方法以及使用的主要仪器列于表4。

表4 测试系统

3 试验结果分析

3.1 基础变形分析

为了确保架空输电线路的安全运行,应严格控制基础的变形,使其控制在文献[2]规定的范围内。

本文在试验过程中,分别对竖向位移和水平位移进行同步测量,并记录在不同荷载下竖向位移与水平位移,其曲线见图2、图3。

图2 荷载U-上拔位移δ曲线

图3 水平荷载H-位移Y0曲线

试验结果见表5。

表5 试验结果

图2是基础上拔静载试验的U-δ曲线,在加载过程的前、中期,位移曲线变化缓慢,但b2基础当加载到2251kN时,位移量突然增大,U-δ曲线出现陡升段,δ-lgt曲线(见图6)尾部明显上弯,b3基础当试验加载至2434kN时,位移量突然增大,U-δ曲线出现陡升段,δ-lgt曲线(见图10)尾部明显上弯,b1基础在整个加载过程中,U-δ曲线缓变,无明显突变拐点,δ-lgt曲线(见图4)也呈平缓规则排列,综合分析,b1基础上拔极限荷载Uu≥2373kN,b2基础上拔极限荷载Uu=2191kN,b2基础上拔极限荷载Uu=2373kN,均大于设计极限承载力U=2068.9kN,满足设计要求。

图3是基础水平静载试验的H-Y0曲线,从图中看到,在加载过程的前、中期,位移曲线缓慢,但当加载至414kN时,b2基础曲线出现陡降段,并且Y0-lgt曲线(见图7)尾部明显下弯,b3基础在加载至448kN时,H-Y0曲线出现陡降段,Y0-lgt曲线(见图9)尾部明显下弯,而 b1基础在整个试验过程中,H-Y0曲线无明显陡降,Y0-lgt曲线(见图5)呈平缓规则变化。而从水平位移梯度曲线(见图10~图12),可以看出,三个基础均出现水平极限荷载(b1基础414kN,b2基础392kN,b3基础437kN),而b1基础出现水平临界荷载(201kN),因此可以判定水平极限承载力Hu≥380.8 kN,满足设计的极限要求。

图4 b1基础上拔位移δ-时间t曲线

图5 b1基础位移Y0-时间曲线

图6 b2基础上拔位移δ-时间曲线

图7 b2基础位移Y0-时间lgt曲线

图8 b3基础上拔位移δ-时间t曲线

图9 b3基础位移Y0-时间lgt曲线

图10 b1基础的水平梯度曲线

图11 b2基础水平梯度曲线

图12 b3基础水平梯度曲线

2.2 基础内力分析

试验是在上拔和二个水平方向荷载同步加载的,其结果是基础内力的综合体现,基础的最大应力以及应力的大致范围见表6。

表6 基础内力

从3个基础的试验结果来看,抗拔时斜柱与基础均以拉应力为主,个别基础局部出现很小的压应力。3个基础中,c线拉力较大,其次是b、d线,a线拉力最小,从柱顶到柱底,柱顶以下2.0~3.5m拉应力较大,而最大应力应变出现在柱顶下3.5m处,最大拉应力为26.1MPa(b2基础,见图13),压应力多在0~1.0MPa,最大压应力为1.4MPa(b3基础,柱顶下3.0m处)。

图13 b2斜柱在不同荷载下应力沿深度变化图(b1,b3柱类似)

3 结论

(1)通过新型等截面斜柱基础试验,结果表明该基础试验的上拔和水平极限荷载都超过设计极限荷载,超过范围在24%~39%(水平荷载)和28~39%(竖向荷载)。说明该基础型式在设计荷载范围内,结构是稳定、安全的,并有一定的储备。

(2)该基础型式与同条件下其它开挖基础相比,钢筋和混凝土用量可降低约30%,综合费用可节约15%,平基方量大大减少,基本不破坏塔位原地形,有效的减少对环境的影响,施工不受斜插式角钢加工周期的制约、施工工艺易控制,能有效缩短建设周期,社会及经济效益显著。

[1]谢斌.等截面斜柱基础在送电线路工程中的应用[J].红水河,2008,27(2).

[2]DL/T5219-2005,架空送电线路基础设计技术规定[S],

[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[4]张殿生.电力工程高压送点线路设计手册[k].第2版,北京:中国电力出版社,2003.

[5]刘宏滨,李敏生,房向日,何天胜.超高压送电线路等截面斜柱板式基础承载力试验研究[J].电力建设,2009,(10).

[6]郭金根,刘宏滨.送电线路等截面斜柱基础的设计及应用[J].广东输电与变电技术,2009,(7).

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