输电线路板式装配基础模块化设计方法及数值模拟分析

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装配式钢混基础作为输电线路全过程机械化施工体系中的一种杆塔基础型式,其具有造价合理、施工周期短、可重复使用、利于实现工厂化生产等特点,可进一步促进输电线路标准化建设,减少现场人工作业量和作业工序、提高机械化作业程度、提高施工效率、提升输电线路建设技术水平,满足新时期经济建设和可持续发展的要求,尤其在农村、山区等较低层设施建设中更能发挥其经济而高效的特点。目前针对输电线路中广泛应用的板式基础尚未开展较为全面的装配式设计研究。通过查阅相关资料,梳理了近年来输电线路装配式基础的工程应用情况、应用中存在的主要技术问题以及影响板式装配基础推广应用的制约因素。本文以输电线路中常用的板式基础为研究对象,对其装配式设计方法开展了以下研究:(1)根据板式基础的受载特性及传力路径,综合考虑基础构件的加工、运输、施工等因素,以装配式结构设计规范中的“少规格,多组合”为主要原则,对湖北地区某输电线路典型板式现浇基础进行模块设计,得到了通用性较好的典型板式装配基础模块组合方案,并对基础各模块的吊钩强度和尺寸进行验算和设计;(2)板式装配基础模块间节点连接设计研究。考虑基础力学特性和施工优势,基础各模块间节点采用全螺栓连接。柱中节点采用榫式-法兰螺栓连接,在不改变直柱截面积的情况下,增大了节点处的横向荷载承载力。根据柱中节点连接形式,提出了适用的节点连接构件设计方法,推导了节点局部承载力的计算公式,并对典型板式装配基础开展节点连接设计方法的理论应用,设计出满足节点强度要求的连接构件。(3)对设计的典型板式装配基础进行受载仿真分析。通过系统研究有限元分析软件中基础建模所需的材料本构模型、摩擦接触行为、多螺栓预紧力模拟方法及理论,提出了一种分析效率高、适用性强、能精确模拟模块间相互作用关系及力学状态的精细化建模方法,基于该方法建立了典型板式装配基础和现浇基础的数值模型,对基础模型进行外荷载作用下的仿真分析。(4)通过对比典型板式装配基础柱中节点处关键构件上的应力理论计算结果与仿真分析结果,检验基于本文提出的精细化建模方法得到的典型板式装配基础仿真分析数据的正确性;对比分析了典型板式装配基础与现浇基础在形变状态、局部反应、应力分布等方面的仿真结果,分析结果表明:典型板式装配基础各模块间受力合理,荷载传递路径明确,钢筋及节点连接构件应力满足材料强度要求,验证了设计的典型板式装配基础的承载安全性和可靠性。从整体上看典型板式装配基础节点处应力与现浇基础对应位置处的应力吻合度高,且形变状态与现浇基础也较为一致,从理论上论证了输电线路板式装配基础模块化设计方法的安全性和可行性。
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