采煤沉陷區防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法
【專利摘要】本發明公開了采煤沉陷區輸電鐵塔防護板基礎的撓曲變形和截面彎矩的計算方法，在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復合板基礎簡化為單向等效梁；將獨立基礎及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉換為豎向分布荷載；建立采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型，提出基礎撓曲變形微分平衡方程；結合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組；解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數表達式；確定復合防護板基礎的控制截面，以截面彎矩設計值進行等效梁截面的配筋計算，最終確定基礎的截面配筋。本發明的有益效果是為采煤沉陷區內大量使用的鐵塔復合防護板基礎，提供一種關于基礎撓曲變形和截面彎矩的理論計算方法。
【專利說明】采煤沉陷區防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于采煤影響區內輸電線路的設計和保護【技術領域】，涉及采煤沉陷區輸電鐵塔防護板基礎的撓曲變形和截面彎矩的計算方法。
【背景技術】
[0002]煤炭資源的大量開采，在我國的煤炭主產區內造成了大量的采煤沉陷區。同時，隨著“變輸煤為輸電”能源方針的深入實施，越來越多的電廠將建設在煤礦附近。因此，造成大量的新建輸電線路不可避免的要建設在采煤沉陷區內。近年來，針對原有的鐵塔獨立長柱獨立基礎不利抵抗采動地表變形的缺點，我國電力建設部門和相關高校提出了復合防護板基礎這一新型的抗變形基礎，并在工程實踐中進行了成功應用，取得了良好的效果。但已有的工程實踐主要依賴于工程經驗，對于復合防護板基礎的內力計算尤其是截面彎矩的計算，尚未提出科學系統的計算方法。總體來說，我國關于采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計和應用仍處于嘗試性的階段，這就為已建和新建的輸電線路工程的安全和長期穩定運行埋下了巨大的安全隱患，極易發生因抗變形基礎的設計承載力不足導致鐵塔變形嚴重甚至倒塌的嚴重事故。因此，迫切需要提出一種采煤沉陷區內復合防護板基礎的截面彎矩的計算方法，為我國采動區輸電鐵塔復合防護板基礎的設計和工程實踐提供理論依據。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在提供采煤沉陷區輸電鐵塔防護板基礎的撓曲變形和截面彎矩的計算方法。
[0004]本發明在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復合板基礎簡化為沿沉陷盆地移動方向的單向等效梁；將獨立基礎及其上部鐵塔的豎向荷載轉換為豎向等效分布荷載；考慮地基與基礎的共同作用，建立采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型；結合計算模型需滿足的邊界條件，得到相應的關于模型解的線性方程組；提出復合防護板基礎設計控制截面及相應截面控制彎矩值的選擇和截面設計的方法。該計算方法，其理論依據明確，使用方便，計算結果完全能滿足工程設計的要求，具有廣泛的適用性。
[0005]本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行:
[0006]步驟1:在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復合板基礎簡化為單向等效梁；
[0007]步驟2:將獨立基礎及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉換為豎向分布荷載；
[0008]步驟3:考慮地基與基礎的共同作用，建立采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型，
[0009]步驟4:根據以上的采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型，提出基礎撓曲變形微分平衡方程；
[0010]步驟5:結合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組；
[0011]步驟6:滿足邊界條件的情況下求解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數表達式；[0012]步驟7:確定復合防護板基礎的控制截面，分析沉陷盆地移動過程中截面彎矩的設計值，以截面彎矩設計值進行等效梁截面的配筋計算，結合混凝土基礎的構造要求，最終確定基礎的截面配筋。
[0013]進一步，所述步驟2中，分段均布荷載各段計算公式為:
【權利要求】
1.一種采煤沉陷區輸電鐵塔復合防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于按照以下步驟進行: 步驟1:在彈性地基的假定條件下，將四邊自由復合板基礎簡化為單向等效梁； 步驟2:將獨立基礎及其上部鐵塔的豎向荷載等效轉換為豎向分布荷載； 步驟3:考慮地基與基礎的共同作用，建立采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型， 步驟4:根據以上的采煤沉陷區內沉陷地基與復合防護板基礎的協同作用簡化計算模型，提出基礎撓曲變形微分平衡方程； 步驟5:結合計算模型需滿足的邊界條件，得到解的線性方程組； 步驟6:滿足邊界條件的情況下求解線性方程組，得到撓曲變形和截面彎矩的函數表達式； 步驟7:確定復合防護板基礎的控制截面，分析沉陷盆地移動過程中截面彎矩的設計值，以截面彎矩設計值進行等效梁截面的配筋計算，結合混凝土基礎的構造要求，最終確定基礎的截面配筋。
2.按照權利要求1所述一種采煤沉陷區輸電鐵塔復合防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟2中，分段均布荷載各段計算公式為:
3.按照權利要求1所述一種采煤沉陷區輸電鐵塔復合防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟3中，下沉曲線模型W(X)可由式表示:
4.按照權利要求1所述一種采煤沉陷區輸電鐵塔復合防護板基礎撓曲變形和截面彎矩的計算方法，其特征在于: 所述步驟4中，基礎撓曲變形微分平衡方程建立過程，由于復合板所受荷載情況從左往右分為3種情況，故分為3段進行求解，從Xtl = O到X1 = b區段的復合板截面位移記為Yi (x) ;Xi = b 到 X2 = ι-b 段記為 y2(x);而 x2 = l_b 到 X3 = I 段記為 y3(x);同時，假定 3段區間內由上部鐵塔、基礎和填土自重引起的沿X方向的線荷載分別為1+Υπ1.d、Yffl2.d和qi+Yml.(!，如果假定沉陷區地基土體的抗力系數為k，則在3個區段內，復合板在彈性地基上的變形微分方程及一般解可分別表示為: Dx0到Xi段:
【文檔編號】E02D27/34GK104018513SQ201410243701
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】舒前進, 袁廣林, 李慶濤, 葉盛, 譚曉哲, 魯彩鳳, 王文龍, 孫啟林, 竇談, 李青 申請人:中國礦業大學