1、主讲主讲:赵先德赵先德第六章第六章 杆杆 塔塔 基基 础础 第四节第四节 倾覆基础的计算倾覆基础的计算 一、电杆倾覆基础的计算 电杆倾覆基础的作用是保证电杆在水平荷载作用下不倾覆。抵抗倾覆保持电杆稳定有三种方法：图图6-4-1 电杆基础倾覆稳定计算简图电杆基础倾覆稳定计算简图 (a)无卡盘；无卡盘；(b)带上卡盘；带上卡盘；(c)带上、下卡盘带上、下卡盘(1)无卡盘，只靠电杆埋入地下部分的被动土压力，如图6-4-1(a)所示；(2)除电杆埋人地下部分的被动土压力外，在地面以下13埋深处加上卡盘，如图11-8(b)所示；(3)除加上卡盘外，另加下卡盘，如图6-4-1(c)所示。1不带卡盘倾覆基础
2、的稳定计算 不带卡盘倾覆基础计算简图如图6-4-1(a)所示，无拉线单杆直线电杆在水平力作用下保持稳定的条件为(6-4-1)(6-4-2)式中SJ基础的极限倾覆力，kN；Mj基础的极限倾覆力矩，kNm；S0杆塔水平作用力设计值总和，kN；H0S0作用点至设计地面处的距离，m；基础附加分项系数，按表111查取。f基础的极限倾覆力矩可由土力学知识导出(参见图6-4-1)。被动土抗力 、，则 mtt0mhh令 ，则(6-4-3)(6-4-4)被动土极限倾覆力矩为(6-4-5)由于 便得 将h2代人式(6-4-5)得(6-4-6)将式(6-4-3)、式(6-4-4)代人式(6-4-6)得(6-4-7)
3、令 ，并将 代人上式得(6-4-8)令 可得极限抗倾覆力为(6-4-9)式中 m土压力系数，kNm。，按表6-1-1取值；bJ基础的计算宽度。bJ的计算方法如下：(1)单柱电杆基础的计算宽度为(6-4-10)式中b0基础的实际宽度，对电杆b0等于电杆直径D；K0基础宽度增大系数，可计算求得，也可从表6-4-1中查取；土壤侧压力系数，粘土取072，亚粘土或亚砂土取06，砂土取038。表表6-4-1 基础宽度增大系数基础宽度增大系数K0值值 15303035土名粘土、粉质粘土、粉土粉砂、细砂粘土粉质粘土、粉土粗砂、中砂ht/b111.722.281.812.712.411.90101.652.16
4、1.732.562.281.8291.592.051.662.402.151.7481.521.931.582.232.021.6671.461.8l1.5l2.081.901.5761.391.701.441.931.771.4951.331.581.371.781.631.4141.261.461.291.621.5l1.3331.201.351.221.461.381.2521.131.231.151.3l1.251.16l1.071.121.081.151.131.08081.051.091.061.121.101.07061.041.071.051.091.081.05图图6-4-2
5、 双柱电杆基础计算简图双柱电杆基础计算简图(2)双柱电杆。如图6-4-2所示，当双柱电杆中心距L25 b0时，某础计算宽度为(6-4-11)(6-4-12)从式(6-4-9)可以看出，求得便可计算SJ，而 取上两式中较小者。下面导出的求解方法：取力的平衡式x=0，即 而极限抗倾覆力SJ应等于被动土抗力之和，即(6-4-13)由式(6-4-7)和式(6-4-9)又可得(6-4-14)根据式(6-4-13)和式(6-4-14)可得出计算的三次方程式为(6-4-15)、已制成表格(见表6-4-2)，以便查用。表表6-4-2 、及及值值 0.100.78482.98.35.000.72011.859.
6、10.250.77441.310.46.000.71811.669.00.500.76125.312.77.000.71611.379.01.000.74617.717.78.000.71511.289.22.000.73214.128.19.000.71411.099.33.000.72512.637.810.000.71311.0109.14.000.72213.148.52带上卡盘倾覆基础的稳定计算 加上卡盘的条件为 S0 SJ应加卡盘。f(1)上卡盘抗倾覆力的计算。加装上卡盘后，令 (SJ1为加上卡盘后的综合抗倾力)，取x=0，即，于是 kJJfPSSS10因为 ，故得上卡盘抗倾覆力为
7、 f式中 基础附加分项系数，按表6-1-4查取；S0杆塔水平作用力设计值总和，kN；SJ基础的极限倾覆力，kN。设上卡盘抗倾覆力为Pk，加装上卡盘前，有SJ仍按式(6-4-9)式(6-4-15)计算，但加上卡盘后SJ将变小，因此不能用无卡盘时的来计算值，而要用加上卡盘后的计算公式算出的值来计算。加装上卡盘后，令 ，(MJ1为加装上卡盘后的总抗倾覆力矩)，即 100JfMHS(6-4-16)式中MJ加装上卡盘后杆腿部分土壤的抗倾覆力矩，仍用式(6-4-7)计算，但应按加装上卡盘后的计算公式计算出的值计算值；Pk上卡盘抗倾覆力；y1上卡盘抗倾覆力作用点至地面的距离。从图6-4-1(b)中可以看出
8、因 故得(6-4-17)(6-4-18)(6-4-19)将式(6-4-17)、式(6-4-18)、式(6-4-19)、代人式(6-4-16)，并经整理得 (6-4-20)一般上卡盘加在埋深13处，将 代入上式，整理得令 ，计算并将F与的值列于表6-4-3中，以备查用。表表6-4-3 F1和和值值 F F1 1F F1 1F F1 1F F1 10.6000.4280.6600.3600.7140.2820.7400.2370.6100.4180.6700.3470.7160.2790.7500.2190.6200.4080.6800.3340.7180.2750.7600.2000.6300.
9、3970.6900.3190.7200.2720.7700.1800.6400.3850.7070.2930.7250.2630.7800.1590.6500.3730.7120.2850.7300.255图图6-4-3 上卡盘受力分析图上卡盘受力分析图(2)卡盘长度的计算。取上卡盘为一隔离体(见图6-4-3)，作用在隔离体上的力如下：被动土抗力为顶面土压力为 顶面摩擦力为 底面土压力为 底面摩擦力为 ，得上卡盘的抗倾覆力为 为了计算简化，一般取 ，经整理得(6-4-21)式中Pk上卡盘抗倾覆力；上卡盘计算长度；m被动土压系数；b卡盘的垂直高度；h卡盘的水平宽度；y1上卡盘抗倾覆力作用点至地面
10、的距离；f地基土与基础面的摩擦系数，f=tan；基础底面计算容重，kNmm3。1lDll1上卡盘的实际长度 应为计算长度 加上卡盘位置处的电杆直径D，即 。l1l。当电杆受总的水平荷载过大，致使加装的上卡盘长度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。(3)带上、下卡盘倾覆基础的稳定计算。f此时的设计原则是：设基础总的水平荷载为 S0，基础的极限倾覆力为PJ，S0与PJ之差部分由上、下卡盘共同承担。上、下卡盘抗倾覆力的计算如图6-4-1(c)所示。f取MB=0，得 式中PA上卡盘抗倾覆力；PB下卡盘抗倾覆力；PJ基础的极限倾覆力。上、下卡盘的计算长度为(6-4-22)(6-4-23)式中b上、下卡
11、盘的垂直高度；h上、下卡盘的水平宽度。(4)卡盘的强度计算。卡盘内力计算简图如图6-4-4所示，卡盘承受匀布荷载或 。卡盘一般为矩形截面对称配筋的受弯构件。DlPqADlPqB卡盘的剪力为 图图6-4-4 卡盘内力计算简图卡盘内力计算简图 卡盘所受弯矩为(6-4-24)式中M设计弯矩；卡盘实际长度；D卡盘位置处电杆的直径。l卡盘钢筋截面面积为(6-4-25)式中 h0卡盘有效高度；fy钢筋强度设计值；0875根据经验确定的内力臂系数。当设计剪力 时，按基础构造要求配置箍筋；否则配置箍筋的计算式为007.0bhfVc(6-4-26)式中n在同一截面内箍筋的肢数；Asvl单肢箍筋的截面面积；S沿卡
12、盘长度方向上箍筋的间距；V设计剪力；fc混凝土抗压强度设计值；fyv箍筋抗拉强度设计值。为了对卡盘的选用和材料的估算，将常用的卡盘规格列于表6-4-4中。注注1表中容许力为卡盘的强度恒。表中容许力为卡盘的强度恒。2混凝土强度等级为混凝土强度等级为C20。表表6-4-4 钢筋混凝土卡盘的常用规格钢筋混凝土卡盘的常用规格 规格 质量 体积 钢筋(I级)容许力 (kN)Lbh(mmm)(kg)(m3)数量 重量(kg)0.80302 115 0048 612 4.2 52 1.0030.2 144 0060 614 7.5 65 1.20302 173 0072 614 8.8 54 1.40302
13、 202 0084 618 17.3 67 1.60302 231 0096 618 18.2 59 1.80302 259 0108 618 22.3 52二、窄基铁塔基础的倾覆稳定计算 图图6-4-5 窄基铁塔基础倾覆稳定计算简图窄基铁塔基础倾覆稳定计算简图(a)无阶梯型倾覆基础；无阶梯型倾覆基础；(b)有一个阶梯型倾覆基础有一个阶梯型倾覆基础 窄基铁塔基础为整体式基础，并分为无阶梯型和有一个阶梯型的两种。应用条件必须满足分层夯实(每回填300mm，夯实为200mm)，且基础的埋深与宽度之比大于3。(1)无阶梯型倾覆基础。作用在基础上的力有：12xxSJu极限抗倾覆力 ，x1产生侧面摩擦力
14、x1f，x2产生侧面摩擦力x2f，地面垂直反力y，地面垂直反力y产生的摩擦力yf。由基础受力平衡方程式 ，得 如图6-4-5(a)所示，两式联立求解得 当基础的埋深和截面尺寸确定后，无阶梯型倾覆基础极限倾覆力矩应满足的条件为 整理得(6-4-28)式中 E被动土抗力总和；e地基垂直反力y的偏心距，可近似取e=04a，m；f被动土摩擦系数；Q杆塔和基础的全部重力，kN；bJ基础受力面的计算宽度；K0基础宽度增大系数；b0基础受力面的实际宽度。(2)有一个阶梯型倾覆基础。由基础受力平衡方程式 ，得（6-4-30)图6-4-5(b)所示为有一个阶梯型倾覆基础倾覆稳定计算简图。式中a基础底板侧面的计算
15、宽度，m；b基础柱子受力面的计算宽度，b=K0b0，m；K0、按h0/a0、h1/a0。的值确定基础宽度增大系数，按式(6-4-10)计算求得或查表6-4-1。0K例例6-4-16-4-1 试对某输电线路无拉线单杆直线电杆基础进行倾覆稳定验算。已知土壤为中砂土，其容重 ，计算内摩擦角=35。，土压力参数m=63kNm3。大风情况下，水平荷载的合力S0=65kN，其合力作用点高度H0=66m，电杆埋深h0=22m，电杆腿部外径D=03m。3/17mkNs解：(1)抗倾覆稳定验算。1)基础的计算宽度bJ为 2)计算。由于 ，查表116得=126，则 3)抗倾覆稳定验算。查表6-1-4得基础附加分项系数 =11，则f需要加卡盘。(2)加上卡盘后的抗倾覆稳定验算。1)设卡盘位置 ，并选择卡盘截面为h=0.30.2。2)求。由于 查表6-4-3得=0.67。3)计算E。其计算式为 4)计算基础的极限倾覆力为 5)计算上卡盘的抗倾覆力PK为 6)计算卡盘长度卡盘的截面尺寸为bh=0.30.2，则 7)卡盘实际长度为 选择上卡盘规格为1.00.30.2。
