黄土地区输电线路带翼板掏挖基础承载性能研究

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输电工程建设过程中由于工程性质的差异以及电力工程的特殊性,许多关键问题亟待解决,其中输电线路的基础承载力问题是最为关键的问题之一。输电线路杆塔基础作为架空输电线路的重要组成部分,其建设工期、劳动消耗量和造价在整个工程中占很大比重。本文针对黄土地区带翼板掏挖基础,通过试验数据分析、m法理论计算、有限元数值模拟等方法,对承载特性、基础-土作用、承载条件下基础周边土体的影响等进行了分析研究,为黄土地区的带翼板掏挖基础的工程应用和设计提供理论基础。(1)通过现场原位试验得到的荷载位移曲线等数据分析了西北黏土场地基础荷载与变形的关系。得出了各工况下上拔荷载和上拔位移关系呈“缓变型”的变化规律,基础转动中心位置在0.45h~0.65h,且从同一工况加载的过程中,随荷载的变化翼板桩的转动中心位置略有变动,尤其在上拔-水平荷载作用下,旋转中心位置随荷载增大有下移的趋势。竖向上拔-水平破坏荷载作用下,基础周边土体最大影响范围在1.0h~1.1h(h为基础埋深),而竖向下压-水平荷载作用下,其影响范围0.8h~0.9h,上拔荷载比下压荷载对埋深深度内的土体影响范围广。(2)建立黄土地区输电线路带翼板掏挖基础有限元数值模型,基于现场原位试验的试桩数据,通过分析调整有限元模型参数,使得有限元模拟结果与现场原位试验结果相符合,设计了12组共计48种数值模拟工况,以此为基础展开有限元模拟分析。运用ABAQUS对带翼板基础进行数值模拟,并得出翼板垂直于水平力方向布置对带翼板掏挖基础的抗倾覆稳定性更有利。对比分析了普通掏挖基础与带翼板基础在各工况下的极限抗拔承载力、地基土影响范围及翼板桩转动中心等;模拟得出荷载位移曲线,土压力沿桩身分布曲线等。(3)研究单向及上拔水平组合荷载作用下带翼板桩承载性能。相比于普通掏挖基础,翼板桩在组合荷载作用下的承载性能大幅度提高。对水平荷载与竖向荷载不同比例逐级加载的工况进行了数值模拟模型,翼板桩水平力与上拔力比例为0.1:1工况下上拔位移先达到容许值(上拔25mm),极限位移状态由竖向位移控制;水平力与上拔力比例为0.2:1和0.3:1工况下水平位移均先达到容许值即水平控制位移(10mm),极限位移状态由水平位移控制。设计参数相同时,加翼基础顶部水平位移随着翼板设置深度呈非线性变化关系,不同范围,变化规律不同。翼板最优设置深度位置约为埋深的20%-25%。(4)基于地基土水平抗力系数的比例系数m值定义,绘制带翼板桩在组合荷载作用下,不同深度处的桩前土压力与水平位移的变化关系p-x曲线,以及地基水平抗力系数随深度的关系k-y曲线,分析得出地基水平抗力系数k值随深度基本符合线性增长。求解得到翼板桩地面处水平位移为10mm时对应m值为9.4-14.5MN/m~4,并将所得m值与《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T 5219-2014)等现行行业规范进行对比分析。
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