1.一种采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础挠曲变形和截面弯矩的计算方法,其特征在于按照以下步骤进行:步骤1:将采煤沉陷区输电铁塔的四边自由复合防护板基础简化为弹性地基上的单向等效梁;
步骤2:将上部铁塔的竖向荷载等效转换为作用在复合防护板基础上表面的竖向分布荷载,即把集中力换算为均布力:将单位宽度内复合防护板基础上方的独立基础和土体自重以及铁塔下传的竖向荷载,等效转换为单向等效梁上部的分段均布荷载,分段均布荷载各段计算公式为:qkz=γm2·d;
其中:qJC—独立基础下方对应区段内的均布荷载,单位:kN/m;
qKZ—独立基础之间的跨中区段内的均布荷载,单位:kN/m;
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γm1、γm2—各区段内上部土体的等效容重,含混凝土独立基础自重,单位:kN/m;
FNV—上部铁塔的竖向作用力,单位:kN;
q1—铁塔作用在基础底部的分段均布荷载,单位:kN/m;
b—上部独立基础的底阶宽度,单位:m;
d—独立基础埋深,单位:m;
步骤3:考虑地基与复合防护板基础的共同作用,建立采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型——下沉曲线模型w(x),其表达式为:其中:w(x)—沉陷盆地前进方向上与坐标原点的水平距离为x处的地表的下沉值,坐标原点即复合防护板的左端点,单位:m;
w0—沉陷盆地的最大下沉值,单位:m;
L—下沉盆地的半盆地长,即盆地边界点与最大下沉点的水平距离,单位:m;
s—复合防护板左端距最大下沉点的水平距离,单位:m;
x—复合防护板任一截面到其左端截面的水平距离,单位:m;
步骤4:根据以上的采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型,提出基础挠曲变形微分平衡方程:基础挠曲变形微分平衡方程建立过程,由于复合防护板基础所受荷载情况从左往右分为3种情况,故分为3段进行求解:从x0=0到x1=b区段的复合防护板基础截面位移记为y1(x);x1=b到x2=l-b段记为y2(x);而x2=l-b到x3=l段记为y3(x);3段区间内由上部铁塔、独立基础和填土自重引起的沿x轴方向的分段均布荷载分别为q1+γm1·d、γm2·d和q1+γm1·d;
则在3个区段内,复合防护板基础在弹性地基上的变形微分方程及一般解可分别表示为:
1)x0到x1段:
相应的y1(x)一般解为:
2)x1到x2段:
相应的y2(x)的一般解为:
3)x2到x3段:
相应的y3(x)的一般解为:
上述各式中:
x—复合防护板任一截面到其左端截面的水平距离,单位:m;
x0—复合防护板的左端点截面的x坐标值,单位:m;
x1—与左侧独立基础的右边缘对应的复合防护板计算截面的x坐标值,左侧即靠近最大下沉点一侧,单位:m;
x2—与右侧独立基础的左边缘对应的复合防护板计算截面的x坐标值,右侧即靠近沉陷盆地边界点一侧,单位:m;
x3—复合防护板的右端点截面的x坐标值,单位:m;
L—下沉盆地的半盆地长,即盆地边界点与最大下沉点的水平距离,单位:m;
l—复合防护板沿着下沉盆地移动方向上的长度,单位:m;
s—复合防护板左端距最大下沉点的水平距离,单位:m;
A1~A12均为待定常数;
α,m—中间系数,
EI—单位宽度的复合防护板基础的等效截面抗弯刚度,单位:106N·m2;
k—地基土体的抗力系数,单位:kN/m3;
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γm1、γm2—各区段内上部土体的等效容重,含混凝土独立基础自重,单位:kN/m;
FNV—上部铁塔的竖向作用力,单位:kN;
q1—铁塔作用在基础底部的分段均布荷载,单位:kN/m;
b—上部独立基础的底阶宽度,单位:m;
d—独立基础埋深,单位:m;
步骤5:结合采煤沉陷区内沉陷地基与复合防护板基础的协同作用简化计算模型需满足的边界条件,得到解的线性方程组;
步骤6:满足边界条件的情况下求解线性方程组,得到挠曲变形和截面弯矩的函数表达式:复合防护板各区段内的挠曲变形表达式即为y1(x)、y2(x)和y3(x);
复合防护板各区间内相应截面弯矩表达式分别为:步骤7:确定复合防护板基础的控制截面,分析沉陷盆地移动过程中截面弯矩的设计值,以截面弯矩设计值进行等效梁截面的配筋计算,结合混凝土基础的构造要求,最终确定基础的截面配筋。