架空送電線路基礎(chǔ)主柱正截面承載力計(jì)算分析

李幸周，馬鳳臣，陳子源，林　芳，李志成

（1.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春　130021；2.山東送變電工程，濟(jì)南　250118；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南　250118；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，煙臺(tái)　264001；5.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司，日照　276826）

架空送電線路基礎(chǔ)主柱正截面承載力計(jì)算分析

李幸周1，馬鳳臣2，陳子源3，林芳4，李志成5

（1.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春130021；2.山東送變電工程，濟(jì)南250118；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250118；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，煙臺(tái)264001；5.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司，日照276826）

錫盟—山東1 000 kV，群樁承臺(tái)基礎(chǔ)主柱的設(shè)計(jì)計(jì)算是群樁承臺(tái)設(shè)計(jì)中重要的設(shè)計(jì)工作，其合理與否將直接影響群樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合錫盟—山東1 000 kV特高壓交流輸變電工程線路工程中群樁承臺(tái)及基柱的設(shè)計(jì)實(shí)踐，在考慮不同的偏心角和偏心距情況下，對(duì)基礎(chǔ)短柱的雙向偏心受拉截面配筋分別按DL/T 5219—2005《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》與GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的比較分析，對(duì)方形截面雙向?qū)ΨQ配筋基礎(chǔ)短柱的設(shè)計(jì)提供一些參考意見，即當(dāng)偏心角在45°附近時(shí)，按DL/T 5219—2005與GB 50010—2010計(jì)算皆可，按DL/T 5219—2005偏保守；當(dāng)偏心角遠(yuǎn)大于45°或遠(yuǎn)小于45°時(shí)，最好按GB 50010—2010的方法進(jìn)行配筋計(jì)算，此時(shí)按DL/T 5219—2005計(jì)算可能會(huì)偏不安全。

基礎(chǔ)主柱；雙向偏心受拉；偏心距；偏心角

0　引言

錫盟—山東1 000 kV，群樁承臺(tái)基礎(chǔ)主柱的設(shè)計(jì)計(jì)算是群樁承臺(tái)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)工作，其幾何尺寸、配筋合理與否將直接影響群樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

群樁承臺(tái)的基礎(chǔ)主柱多數(shù)為雙向偏心受力狀態(tài)。送電線路基礎(chǔ)主柱設(shè)計(jì)采用的計(jì)算方法來自DL/T 5219—2005《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的9.1.2條，而這一方法又源自SDGJ 62—1984《送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的5.6.1條。這一計(jì)算方法與GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》存在差異，而架空送電線路基礎(chǔ)主柱設(shè)計(jì)也應(yīng)符合GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，為此有必要在相同的條件下做對(duì)比分析，為實(shí)際工程的計(jì)算應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　計(jì)算方法

1.1DL/T 5219—2005雙向偏心受拉構(gòu)件計(jì)算

雙向?qū)ΨQ配筋的矩形截面鋼筋混凝土雙向偏心受拉構(gòu)件，根據(jù)DL/T 5219—2005的第9.1.2條縱向鋼筋截面面積應(yīng)按式（1）進(jìn)行計(jì)算［1］。

式中：TE為基礎(chǔ)上拔力設(shè)計(jì)值，kN；As為正截面的全部縱向鋼筋截面面積，m2；Asx為正截面平行于X軸兩側(cè)鋼筋的截面面積，m2；Asy為正截面平行于Y軸兩側(cè)鋼筋的截面面積，m2；e0x為TE沿X軸方向的偏心距，m；e0y為TE沿Y軸方向的偏心距，m；Zx為平行于 Y軸兩側(cè)縱向鋼筋截面面積重心間距，m；Zy為平行于X軸兩側(cè)縱向鋼筋截面面積重心間距，m；n為截面內(nèi)縱向鋼筋總根數(shù)；nx為平行于X軸方向一側(cè)鋼筋根數(shù)；ny為平行于Y軸方向一側(cè)鋼筋根數(shù)；γag為鋼筋配筋調(diào)整系數(shù)，γag=1.1；fy為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

1.2GB 50010—2010雙向偏心受拉構(gòu)件計(jì)算

雙向?qū)ΨQ配筋的矩形截面鋼筋混凝土雙向偏心受拉構(gòu)件，根據(jù)GB 50010—2010第6.2.25條，正截面受拉承載力［2-4］應(yīng)符合式（2）要求。

式中：Nu0為構(gòu)件的軸心受拉承載力設(shè)計(jì)值，kN；e0為軸向拉力作用點(diǎn)至截面重心的距離，m；Mu為按通過軸向拉力作用點(diǎn)的彎矩平面計(jì)算的正截面受彎承載力設(shè)計(jì)值，kNm；N意義同TE，為雙向偏心受拉拉力，即基礎(chǔ)的上拔力設(shè)計(jì)值，kN。

在進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)式中：Asj為一根角部鋼筋的面積，mm2。

雙向?qū)ΨQ配筋時(shí)，Asx=Asy，Asj為一根角部鋼筋的面積，在此取

根據(jù)GB 50010—2010

式中：Mux、Muy為X軸、Y軸方向的正截面受彎承載力設(shè)計(jì)值，kNm。

式中：b0為矩形橫截面基柱的寬度，m；h0為矩形橫截面基柱的高度，m；a′s為受壓區(qū)普通鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離，m。

對(duì)于方柱，b0=h0，雙向?qū)ΨQ配筋，Asx=Asy，則Mux= Muy，代入式（4）即得：

可以表達(dá)為、的函數(shù)：

按式（5）、式（6）即可對(duì)雙向偏心受拉雙向?qū)ΨQ配筋構(gòu)件進(jìn)行符合GB 50010—2010的配筋計(jì)算。

在架空送電線路雙向偏心受拉基礎(chǔ)主柱雙向?qū)ΨQ配筋計(jì)算分析時(shí)，按DL/T 5219—2005規(guī)定，基礎(chǔ)主柱的配筋由式（1）和GB 50010—2010第9.5.1條的最小配筋率控制；根據(jù)GB 50010—2010，基礎(chǔ)主柱的配筋由式（2）或式（5）、式（6）和GB 50010—2010 第8.5.1條的最小配筋率控制。兩種計(jì)算的結(jié)果均需要滿足鋼筋最小間距等構(gòu)造要求。式（1）認(rèn)為雙向?qū)ΨQ配筋的矩形截面鋼筋混凝土雙向偏心受拉構(gòu)件的正截面極限狀態(tài)為中心受拉、單向偏拉與雙向偏拉的最大承拉鋼筋應(yīng)力均達(dá)到鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，DL/T 5219—2005的這種極限狀態(tài)設(shè)定會(huì)使和GB50010—2010基礎(chǔ)短柱配筋計(jì)算量出現(xiàn)差異。利用實(shí)例進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，對(duì)計(jì)算成果做比較，并對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生差異的原因進(jìn)行分析。

2　對(duì)比計(jì)算實(shí)例

取架空輸電線路中常見的基礎(chǔ)短柱計(jì)算模型如圖1所示。

圖1　基礎(chǔ)短柱計(jì)算模型

基礎(chǔ)作用力：TE=250 kN，Hx、Hy分別取0 kN、10 kN、20 kN、30 kN、40 kN、50 kN，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋HRB335，配筋型式如圖1?？紤]偏心拉力大小不變，偏心位置發(fā)生改變時(shí)計(jì)算截面1-1的配筋計(jì)算，由圖1可得將偏心位置坐標(biāo)e0x、e0y投影到計(jì)算截面可得如偏心位置見圖2。針對(duì)圖2所示對(duì)應(yīng)不同偏心角和偏心距的網(wǎng)格點(diǎn)（偏心位置），分別按DL/T 5219—2005 與GB 50010—2010考慮構(gòu)造要求后，計(jì)算基礎(chǔ)主柱的配筋。

圖2　偏心位置示意

根據(jù)DL/T 5219—2005和GB 50010—2010并均考慮混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的構(gòu)造要求后，配筋計(jì)算結(jié)果如表1～4。同時(shí)為了更清楚更形象直觀地反映DL/T 5219—2005與GB 50010—2010計(jì)算結(jié)果的差異，選取偏心位置在直線?線e0x=e0y上變化時(shí)的計(jì)算結(jié)果 （在表1～4中對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)填充了陰影）繪制曲線（見圖3～4）進(jìn)行對(duì)比。

表1　按DL/T 5219—2005正截面全部縱向鋼筋配筋面積

表2　按GB 50010—2010正截面全部縱向鋼筋配筋面積

在圖3中，曲線1、2分別對(duì)應(yīng)偏心位置在直線上變化時(shí)按DL/T 5219—2005和GB 50010—2010規(guī)定的計(jì)算結(jié)果的變化，曲線3、4對(duì)應(yīng)偏心位置在直線上變化時(shí)按DL/T 5219—2005和GB 50010—2010規(guī)定的計(jì)算結(jié)果的變化曲線。

表3　按DL/T 5219—2005正截面X側(cè)（Y側(cè)）所需鋼筋面積

表4　按GB 50010—2010正截面X側(cè)（Y側(cè)）所需鋼筋面積

圖3　基礎(chǔ)短柱縱筋總量As變化曲線對(duì)比

圖4　基礎(chǔ)短柱正截面X側(cè)所需鋼筋面積Asx變化曲線對(duì)比

在圖4中，曲線5、6分別對(duì)應(yīng)偏心位置在直線e0x=e0y上變化時(shí)按DL/T 5219—2005和GB 50010—2010規(guī)定的Asx（Asy）計(jì)算結(jié)果的變化曲線，曲線7、8對(duì)應(yīng)偏心位置在直線上變化時(shí)按DL/T 5219—2005和 GB 50010—2010規(guī)定的 Asx（Asy）計(jì)算結(jié)果的變化曲線。

3　結(jié)論

通過按DL/T 5219—2005與GB 50010—2010計(jì)算所得的基礎(chǔ)短柱縱筋總量變化曲線對(duì)比圖，可知在根據(jù)DL/T 5219—2005進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)，當(dāng)短柱的最終配筋結(jié)果取決于式（1）的第一式時(shí)，兩種計(jì)算方法所得短柱總配筋量非常接近，可認(rèn)為兩種方法計(jì)算結(jié)果一致，但是由第一式控制配筋最終結(jié)果的情況不多。

通過按DL/T 5219—2005與GB 50010—2010計(jì)算所得的基礎(chǔ)短柱X側(cè)（Y側(cè)）配筋總量變化曲線對(duì)比圖，可知兩種計(jì)算方法所得X側(cè)（Y側(cè)）配筋總量存在一定差異，當(dāng)短柱的最終配筋結(jié)果取決于短柱X側(cè)（Y側(cè)）配筋總量時(shí)，在偏心角不變時(shí)，按DL/ T 5219—2005計(jì)算時(shí)配筋量會(huì)較按 GB 50010—2010計(jì)算時(shí)偏大，且通過曲線7、8的觀察可知在一側(cè)偏心距不變，偏心角增大到一定程度時(shí)，按DL/T 5219—2005計(jì)算配筋將比按GB 50010—2010計(jì)算配筋量小，此時(shí)，按照DL/T 5219—2005方法控制配筋量就略顯不安全。

提出以下架空送電線路方形截面雙向?qū)ΨQ配筋基礎(chǔ)短柱配筋計(jì)算的建議：當(dāng)偏心角在45°附近時(shí)，按DL/T 5219—2005與GB 50010—2010計(jì)算皆可，按DL/T 5219—2005偏保守；當(dāng)偏心角遠(yuǎn)大于45°或遠(yuǎn)小于45°時(shí)，最好按GB 50010—2010的方法進(jìn)行配筋計(jì)算，此時(shí)按DL/T 5219—2005計(jì)算可能會(huì)偏不安全。

［1］DL/T 5219—2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［2］GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］巢菊芳，黃子敏.雙向偏心受拉構(gòu)件截面設(shè)計(jì)方法探討［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1989，19（5）：124-127.

［4］呂志濤.鋼筋混凝土雙向偏心受拉構(gòu)件正截面強(qiáng)度的計(jì)算［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1981（5）：14-25.

Calculation and Analysis on the Cross Section Bearing Capacity of Foundation Main Post of the Overhead Transmission Line

LI Xingzhou1，MA Fengchen2，CHEN Ziyuan3，LIN Fang4，LI Zhicheng5
（1.Northeast Electric Power Design Institute CPECC，Changchun，Jilin 130021，China；2.Shandong Electrical Power Supply&Transformation Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250118，China；3.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China；4.State Grid Yantai Power Supply Company，Yantai 264001，China；5.State Grid Rizhao Power Supply Company，Rizhao 276826，China）

The foundation design of Ximeng-Shandong 1 000 kV UHV AC power transmission line project adopts the bored pile foundation in a considerable proportion，in which the main foundation column designing of the group pile foundation is a very important work.Its reasonability will have a direct impact on the safety and economy of the group pile foundation.Combined with the foundation practical design of Ximeng-Shandong 1 000 kV UHV AC power transmission line project and in consideration of different eccentric angle and eccentricity distance，calculation results of different methods for foundation column bearing the biaxial eccentric tension are analyzed and compared according to the relevant provisions of technical regulation for designing foundation of overhead transmission line（DL/T 5219—2005）and code for design of concrete structures（GB 50010—2010），and then some reference opinions are provided.

foundation main column；biaxial eccentric tension；eccentricity；eccentric angle

TM753

B

1007-9904（2016）07-0056-04

2016-02-02

李幸周（1981），男，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)和研究。