采煤沉陷区防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法
【专利摘要】本发明公开了采煤沉陷区输电铁塔防护板基础的挠曲变形和截面弯矩的计算方法，在弹性地基的假定条件下，将四边自由复合板基础简化为单向等效梁；将独立基础及其上部铁塔的竖向荷载等效转换为竖向分布荷载；建立采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型，提出基础挠曲变形微分平衡方程；结合计算模型需满足的边界条件，得到解的线性方程组；解线性方程组，得到挠曲变形和截面弯矩的函数表达式；确定复合防护板基础的控制截面，以截面弯矩设计值进行等效梁截面的配筋计算，最终确定基础的截面配筋。本发明的有益效果是为采煤沉陷区内大量使用的铁塔复合防护板基础，提供一种关于基础挠曲变形和截面弯矩的理论计算方法。
【专利说明】采煤沉陷区防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于采煤影响区内输电线路的设计和保护【技术领域】，涉及采煤沉陷区输电铁塔防护板基础的挠曲变形和截面弯矩的计算方法。
【背景技术】
[0002]煤炭资源的大量开采，在我国的煤炭主产区内造成了大量的采煤沉陷区。同时，随着“变输煤为输电”能源方针的深入实施，越来越多的电厂将建设在煤矿附近。因此，造成大量的新建输电线路不可避免的要建设在采煤沉陷区内。近年来，针对原有的铁塔独立长柱独立基础不利抵抗采动地表变形的缺点，我国电力建设部门和相关高校提出了复合防护板基础这一新型的抗变形基础，并在工程实践中进行了成功应用，取得了良好的效果。但已有的工程实践主要依赖于工程经验，对于复合防护板基础的内力计算尤其是截面弯矩的计算，尚未提出科学系统的计算方法。总体来说，我国关于采动区输电铁塔复合防护板基础的设计和应用仍处于尝试性的阶段，这就为已建和新建的输电线路工程的安全和长期稳定运行埋下了巨大的安全隐患，极易发生因抗变形基础的设计承载力不足导致铁塔变形严重甚至倒塌的严重事故。因此，迫切需要提出一种采煤沉陷区内复合防护板基础的截面弯矩的计算方法，为我国采动区输电铁塔复合防护板基础的设计和工程实践提供理论依据。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在提供采煤沉陷区输电铁塔防护板基础的挠曲变形和截面弯矩的计算方法。
[0004]本发明在弹性地基的假定条件下，将四边自由复合板基础简化为沿沉陷盆地移动方向的单向等效梁；将独立基础及其上部铁塔的竖向荷载转换为竖向等效分布荷载；考虑地基与基础的共同作用，建立采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型；结合计算模型需满足的边界条件，得到相应的关于模型解的线性方程组；提出复合防护板基础设计控制截面及相应截面控制弯矩值的选择和截面设计的方法。该计算方法，其理论依据明确，使用方便，计算结果完全能满足工程设计的要求，具有广泛的适用性。
[0005]本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行:
[0006]步骤1:在弹性地基的假定条件下，将四边自由复合板基础简化为单向等效梁；
[0007]步骤2:将独立基础及其上部铁塔的竖向荷载等效转换为竖向分布荷载；
[0008]步骤3:考虑地基与基础的共同作用，建立采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型，
[0009]步骤4:根据以上的采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型，提出基础挠曲变形微分平衡方程；
[0010]步骤5:结合计算模型需满足的边界条件，得到解的线性方程组；
[0011]步骤6:满足边界条件的情况下求解线性方程组，得到挠曲变形和截面弯矩的函数表达式；[0012]步骤7:确定复合防护板基础的控制截面，分析沉陷盆地移动过程中截面弯矩的设计值，以截面弯矩设计值进行等效梁截面的配筋计算，结合混凝土基础的构造要求，最终确定基础的截面配筋。
[0013]进一步，所述步骤2中，分段均布荷载各段计算公式为:
【权利要求】
1.一种采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法，其特征在于按照以下步骤进行: 步骤1:在弹性地基的假定条件下，将四边自由复合板基础简化为单向等效梁； 步骤2:将独立基础及其上部铁塔的竖向荷载等效转换为竖向分布荷载； 步骤3:考虑地基与基础的共同作用，建立采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型， 步骤4:根据以上的采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型，提出基础挠曲变形微分平衡方程； 步骤5:结合计算模型需满足的边界条件，得到解的线性方程组； 步骤6:满足边界条件的情况下求解线性方程组，得到挠曲变形和截面弯矩的函数表达式； 步骤7:确定复合防护板基础的控制截面，分析沉陷盆地移动过程中截面弯矩的设计值，以截面弯矩设计值进行等效梁截面的配筋计算，结合混凝土基础的构造要求，最终确定基础的截面配筋。
2.按照权利要求1所述一种采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法，其特征在于: 所述步骤2中，分段均布荷载各段计算公式为:
3.按照权利要求1所述一种采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法，其特征在于: 所述步骤3中，下沉曲线模型W(X)可由式表示:
4.按照权利要求1所述一种采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法，其特征在于: 所述步骤4中，基础挠曲变形微分平衡方程建立过程，由于复合板所受荷载情况从左往右分为3种情况，故分为3段进行求解，从Xtl = O到X1 = b区段的复合板截面位移记为Yi (x) ;Xi = b 到 X2 = ι-b 段记为 y2(x);而 x2 = l_b 到 X3 = I 段记为 y3(x);同时，假定 3段区间内由上部铁塔、基础和填土自重引起的沿X方向的线荷载分别为1+Υπ1.d、Yffl2.d和qi+Yml.(!，如果假定沉陷区地基土体的抗力系数为k，则在3个区段内，复合板在弹性地基上的变形微分方程及一般解可分别表示为: Dx0到Xi段:
【文档编号】E02D27/34GK104018513SQ201410243701
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】舒前进, 袁广林, 李庆涛, 叶盛, 谭晓哲, 鲁彩凤, 王文龙, 孙启林, 窦谈, 李青 申请人:中国矿业大学