送电线路钢管杆基础的设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２０卷第３期　２００３年６月　供用　电　２９　送电线路钢管杆基础的设计　汕头电力设计室摘要张东升　本文根据钢管杆所受的外力及地质条件，详细计算钢管杆所受的弯矩及基础的配置。说明合理的设　计方法可以大大节约钢管杆的基础混凝土及其配筋量。　关键词钢管杆风荷载弯矩柔性基础　中图分类号：ＴＭ７５３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６－－６３５７（２００３｝０３－－００２９－－０３　现在，城市规划部门越来越重视总体规划。　在新规划区往往预留有高压走廊或在道路中间预　留有绿化带，要求电力部门采用钢管杆取代普通　的架空线四腿铁塔　尽管采用钢管杆会比采用普通四腿铁塔的投　１１３２９ｋｇ，梢径Ｄ１—０．６ｍ，根径Ｄ２—１．２ｍ。钢管　杆及基础的剖面图如图１（图中标注单位ｍｍ）。　２钢管杆所受的外力及地质的情况　（１）钢管杆所受的外力：水平档距Ｌｈ一　１８０ｍ，垂直档距Ｌｖ＝２ＯＯｍ，转角度数Ｑ一９０。，导　线为ＬＧＪＸ－－２４０／４０钢芯稀土铝绞线（截面积为　２７７．７５ｍｍ２，直径为０．０２１６６ｍ，单位重量为０．　９６４３ｋｇ／ｍ），地线为ＧＪＸ一５０稀土钢绞线（截面　资大，但也有办法把投资降到最低。一般来说，采　用钢管杆的送电线路其档距和导、地线最大使用　应力都较常规（采用普通四腿铁塔）情况小一半左　右，这样对钢管杆抗弯矩的要求适中，减少钢管杆　的用料，使工程对钢管杆的投资最经济；而合理的　基础设计是节省其投资的关键问题。如果线路的　地质情况是坚硬的粘土或砂质土等地质条件较好　的，可以采用深埋的阶梯式刚性基础，其设计很简　单，此处不赘述。本文只考虑地质条件（如沿海地　区多为淤泥、淤泥质土等，其地耐力强度在５０００　至７０００ｋｇ／ｍ２之间）较差的情况。　通常采用双回路的钢管杆，下面通过具体的　计算实例，对钢管杆的基础及配筋设计加以分析。　积为４９．４６ｍｍ２，直径为０．００９ｍ，单位重量为０．　４２３７ｋｇ／ｍ），导线最大使用应力６．Ｉｋｇ／ｍｍ２，地　线最大使用应力１６ｋｇ／ｍｍ　，最大风速Ｖ＝３５ｍ／ｓ　（风向与线路内角平分线同向），如图２。　钢管杆　大风方向　～　＼　１钢管杆本身情况　双回路转角钢管杆的呼称高Ｈ呼一１２ｍ，杆　＼，　线路方向　图２钢管扦受力情况　（２）地质情况：一般软塑粘性土，地下水位为一　０．３ｍ，地耐力７Ｏｏｏｋｇ／ｍ２，土的天然容重１６００］￣ｄ＇　ｍ３，土的浮容重１１００ｋｇ／ｍ３，混凝土的比重　２４００ｋ￣／ｍ３，混凝土的浮容重１４００ｋｇ／ｍ３。考虑开　挖的困难，基础埋深控制在地下１．８ｍ的上面。　３按设计规程的计算公式及取水平档距　为１８０ｍ，计算风速为３５ｍ／ｓ计算结果得　（具体算式略）　图１钢管杆及基础单线图　（１）每相导线Ｉ　Ｘ一２４０／４０所受的风荷载　Ｐ１导一２５１ｋｇ。　头１０．５ｍ，钢管杆全高２２．５ｍ，杆重Ｇ重一　维普资讯 http://www.cqvip.com ３０　供用　电　２００３年第３期　（２）每相导线ＬＧＪＸ－－２４Ｏ／４Ｏ的最大张力丁１　０．３ｍ的抛石浇ＣｌＯ混凝土作为基础的垫层。　。　（３）基础的抗倾覆计算：该基础的混凝土体积　Ｖ１—８．６×８．６×０．５＋３．２×３．２×０．７　＋３．１４１６×０．９　×２．２＝４９．７５ｍ。　１６９４ｋｇ　（３）每相导线ＬＧＪＸ一２４０／４０在最大风速　３５ｍ／ｓ的情况下，对钢管杆的最大水平作用力（与　最大风同向）由导线所受的风荷载和导线最大张　力的合力组成，Ｐ导＝２５７３ｋｇ。　（４）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ所受的风荷载Ｐ　避　其中在地下水位一０．３ｍ以上的混凝土体积　为Ｖ１上一４．８３ｍ。，地下水位以下的混凝土体积为　下４４．９２ｍ。　１１４ｋｇ。　基础正上方的覆土体积　Ｖ２—８．６×８．６×１．３—３．２×３．２×０．７　（５）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ的最大张力Ｔ２—　７９１ｋｇ。　３．１４１６×０．９　×０．６＝８７．５ｍ３　（６）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ在最大风速３５ｍ／ｓ　的情况下，对钢管杆的最大水平作用力（与最大风　同向）由避雷线所受的风荷载和避雷线最大张力　的合力组成，即Ｐ避一１１９９ｋｇ。　（７）钢管杆杆身的风荷载Ｐｚ—ｌｏｌ４ｋｇ　（８）在最大风速３５ｍ／ｓ的情况下，设钢杆基　其中在地下水位一０．３ｍ以上的覆土体积为　上＝２１．４ｍ３，地下水位以下的覆土体积为　下　６６．１ｍ　。　该钢管杆基础的抗倾覆力矩由三部分（基础　本身重力、基础正上方的覆土、钢管杆的垂直总荷　载）产生，其值为　础高度Ｈ。一３．４ｍ（见图３），钢管杆所受的外力　（风及导、地线的张力）对基础底面的弯矩　一　３６８，７４１ｋｇ·ＩＴＩ。　［（Ｖ１上×２４００＋Ｖ１下×１４００）＋　（Ｖ２上×１６００＋　下×１１００）＋Ｎ］×Ｂ／２　［（４．８３×２４００＋４４．９２×１４００）＋　（９）钢管杆的垂直总荷载Ｎ一１２，６５６ｋｇ。　４基础的设计　（１）设计思路：因本地质条件较差，不可采用深　埋的阶梯式刚性基础，只能采用板式柔性钢筋基础，　考虑基础开挖的困难，基础埋深控制在地下１．８ｍ之　（２１．４Ｘ　１６００＋６６．１×１１００）＋１２６５６］×　４．３—８３４５７Ｏｋｇ·ｍ（地下水位以下的基　础及覆土重力按浮容重计算）　按设计规程的要求，对于转角型，倾覆稳定的　安全系数为Ｋ安一２．２，该基础的安全系数为Ｋ安　上。究竟采用多宽的板式柔性基础足够抵抗钢管杆　的倾覆作用，必须经过实际的试运算，然后确定合适　的基础型式及尺寸，对于本工程实例，采用如图３的　基础型式可以满足要求（图中标注单位ｒｎｌＴｌ，混凝土　标号为Ｃ２Ｏ，下面的计算数据均指该基础）。　（２）基础地基的处理：采用９．Ｏｍ×９．Ｏｍ×　ｗ基／ｗ杆一８３４５７０／３６８７４１—２．２６＞２．２，满足　（４）基础的下压稳定计算　基础的混凝土重力Ｑｆ一４９．７５×２４００—　规程的要求。　１１９４ＯＯｋｇ，基础正上方的覆土重力Ｇｏ一８７．５×　１６００—１４００００ｋｇ，钢管杆的垂直总荷载Ｎ一　均布　厂　墨　平分线方ｌ句　‘　、ｌ　Ｉ．．．．．．．．．．．一Ｉｘ方向　ｌＩ　　．．．．．．．．．．．＿Ｊ　２７００　７００　１８００　７００　２７００　２７００　ｊｏｏ　１　８　Ｏ０ｊｏｏ　２７００　图３基础及其布置图　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年第３期　供用　电　３１　１．７×７３６３９／（Ｏ．８７５×０．４３×２４００）　１３８．６ｃｍ０　１２６５６ｋｇ，基础底面压应力为：　Ｐ一（Ｎ＋Ｑｆ＋Ｇｏ）／Ｂ。　（１２６５６＋１１９４００＋１４０００）／８．６。　３６７８ｋｇ／ｍ。　底板变阶截面的上层配筋面积：　Ａｇｊ＝一Ｋ４×Ｍ　／（Ｏ．８７５×ｂｏａ　ＸＲｇ）　ＰＭ　一（Ｎ＋Ｑ，＋Ｇｏ）／Ｂ　＋Ｍｘ／Ｗｙ　１．７×４４６４０／（０．８７５×０．４５×２４００）　８０．３ｃｍ２　（１２６５６＋１１９４００＋１４０００）／８．６。　７１５６￣１．２×７０００ｋｇ／ｍ２　＋３６８７４１×６／８．６。　（其中Ｋ　为钢筋的安全系数，取１．７；Ｒｇ为　钢筋的设计强度，取２４００ｋｇ／ｃｍ。；＾ｏ压为下层钢筋　至底板上表面的高度；ｈｏｄ为上层钢筋至底板下表　面的高度。）　本基础满足地耐力的要求。　注：Ｍｘ指平行于Ｘ方向的力矩ｗ杆，Ｗｙ指　平行于Ｙ方向的抵抗矩Ｂ。／６。　因本钢管杆的基础底板主要承受固定于内角平　分线方向上的弯矩，承受的垂直荷载Ｎｏ很小，抵抗弯　矩起作用的钢筋（ＡｇＴ＝１３８．６ｍ４及Ａｇ上－－８０．３ｃｒｄ）　必须均匀布设于（如图３）线路内角平分线Ｘ方向上，　与之垂直的Ｙ方向只配置　勺造筋即可。　（６）基柱的配筋　本基础的基柱因受弯矩和下压力的作用，必须　（５）底板的配筋计算（参考图４）。　底板的压应力公式：　６ＭＡＸ—Ｎｏ／Ｂ。一．Ｍｘ／Ｗｙ　［（７．１７＋５．５９８）×２４Ｏ０＋１２６５６］／８．　６。＋３６８７４１×６／８．６。一４０６３ｋｇ／ｍ２（方　向朝下受压）　６Ｍ　一５８５—３４７８一一２８９３ｋｇ／ｍ２（方向朝上　受拉）　注：Ｎｏ指作用于底板的轴心荷载，包括底板　以上的混凝土重力及钢管杆的垂直总荷载。底板　下表面变阶处的压应力６下　一１８７９ｋｇ／ｍ２（方向朝　下受压）。　配筋，为了节约钢材，可要求厂家在加工钢管杆的　地脚螺栓时，采用适长的地脚螺栓，使地脚螺栓直　接伸至底板的板中，从而充分利用地脚螺栓来抵抗　弯矩的作用，省去基柱的配筋。在设计过程，基柱　的长度按要求定，长度越短钢管杆的弯矩越小。　５总　结　上面介绍的计算方法同样适应于直线钢管　底板上表面变阶处的压应力６上　一一７０９ｋｇ／　ｍ。（方向朝上受拉）。　注：底板上、下表　面变阶处的压应力的　计算按直线内插法。　底板下表面偏心　杆，涉及的参数按规程取值。　本文介绍的钢管杆基础的设计有如下优点：　（１）用一个基柱、一个刚性变阶、底板组成的　柔性基础，既大大减少基础的混凝土量，减少基坑　。　的开挖，又满足地质条件较差的要求。　（２）用适长的地脚螺栓，省去基柱的配筋。　（３）采用一个变阶的基础型式，可更好的牢固　受压时的弯矩：　Ｍ＿压一（６ＭＡＸ＋　图　底板荷载计算图　６下１）／４８×（Ｂ—Ｂ１）。　×（２×Ｂ＋Ｂ１）一（４０６３＋１８７９）／４８　×（８．６—３．２）０×（２×８．６＋３．２）　基础柱与底板的连接作用。　（４）一般对于４５。以上的转角杆，底板受的弯　矩的方向固定在线路内角的平分线Ｘ方向上，按　计算结果配上层和下层钢筋，与之垂直Ｙ方向可　７３６３９ｋｇ·ｍ　底板上表面偏心受拉时的弯矩：　Ｍ＿拉一（６Ｍ　＋５ｊ＝１）／４８×（Ｂ—Ｂ１）。　×（２×Ｂ＋Ｂ１）一（２８９３＋７０９）／４８　×（８．６—３．２）。×（２×８．６＋３．２）　以只配置构造筋。但对于直线杆及４５。以内的转　角杆，底板受的弯矩的方向不一定固定在线路内　角的平分线上，底板上、下层的两个方向Ｘ及Ｙ　方向应配同量的钢筋。　收稿日期：２００２年１Ｏ月１６日　张东升汕头电力设计室　汕头市金砂路５５号５ｌ５０４１　４４６４０ｋｇ·ｍ　底板变阶截面的下层配筋面积：　ＡｇＴ—Ｋ４×　／（０．８７５×＾０压×尺ｇ）