大型钢管插入式基础裂缝产生机理及影响参数研究

目的研究大型钢管插入式基础在上拔工况下的裂缝产生机理及影响规律,寻求最佳设计参数。方法基于扩展有限元与内聚力界面接触,建立三维非线性有限元模型,首先通过对比无锚板、单锚板与双锚板构件裂缝扩展过程云图,分析裂缝产生机理,再通过优化设计配筋方案和位置系数,探讨大型钢管插入式基础的裂缝密度和裂尖应力强度因子的变化规律。结果锚固板的增加会导致基础混凝土开裂,位置系数的取值会影响基础裂缝密度;当配筋率为1.76%时,在钢管外侧设置环状排列纵筋能明显减小锚固板处由于应力集中产生的混凝土开裂;当位置系数为0.33时钢管外侧混凝土的裂尖应力强度因子较小,使得基础构件在满足经济性的同时不会由于钢管外侧混凝土过薄而过早产生开裂。结论改变基础配筋方式、选取合理的配筋方案以及位置系数能够有效地减少钢管插入式基础裂缝的生成。

钢管插入式基础锚固机理与承载性能研究

为研究新型钢管插入式基础的锚固机理与承载性能,通过钢管与混凝土的粘结锚固性能试验,基于粘聚带界面接触本构和混凝土损伤塑性模型,采用非线性有限元方法,探讨了锚板的数量、位置和间距对基础损伤破坏模式和承载性能的影响。首先通过有限元结果与试验结果对比,验证了模型和方法的有效性与准确性;然后利用实际工程的等比例模型,对钢管插入式基础的荷载-位移曲线、损伤因子分布及锚板的应力分布系统地分析。结果表明:基础抗拔承载力与锚板的数量及位置有关,双锚板承载能力大于单锚板;单锚板最佳位置为距离钢管顶部1m处,双锚板抗拔承载力随锚板间距增加先增大后减小,双锚板间的最佳间距为0.8m;从损伤的发展和裂缝控制的角度,可以设置“小而多”的锚板。

插入式钢管基础施工方法

220 kV舟山与大陆联网输电线路370 m高塔基础工程,设计采用插入式钢管基础形式,该基础结构形式主要由地脚螺栓基础、插入式钢管及承台立柱组成,结构如图1所示。针对施工中存在的难点及关键控制,浙江省送变电工程公司组织技术研究小组进行分析探讨,编制专项施工方案,并在该工程中成功运用,确保了工程建设的顺利进行。

钢管插入式基础抗拔承载性能数值模拟

为研究输电线路杆塔三角锚固盘钢管插入式基础在承受上拔荷载时锚固盘的受力性能,使用有限元分析软件对钢管插入式基础进行数值模拟分析,研究了锚固件尺寸、混凝土强度、钢管截面和混凝土柱截面对试件抗拔承载性能的影响。结果表明:使用三角锚固盘能够改善锚固盘与钢管焊接部分的应力集中情况,显著提升钢管插入式基础的抗拔承载能力,且混凝土强度越高优势越明显;在一定范围内增加锚固盘尺寸可以提高基础抗拔承载力,提高初始刚度和延性系数,超出范围则影响不明显,最佳的锚固盘尺寸由基础混凝土强度决定;增加混凝土强度、钢管截面尺寸和混凝土柱截面尺寸都可以提高基础的抗拔承载力和初始刚度,延性系数则随混凝土强度的提高先减小后增大,随钢管截面尺寸的提高而减小。

输电线路杆塔钢管插入式基础柱体结构承载性能试验研究

针对输电线路杆塔钢管插入式基础柱体结构设计方法与参数取值不明确的问题,开展了基础柱体结构设计方法的讨论,并开展了现场真型试验研究。得到了不同钢管锚固设置与配筋情况下的柱体承载特性,提出了配骨率与位置系数的合理取值,并得出应按照构造要求进行柱体主筋与箍筋配筋的结论。

复杂荷载条件下钢管插入式基础受力性能分析

结合220kV舟山与大陆联网跨越工程中螺头水道特大跨越段的工程实践,针对岛上基础荷载和地形地质条件复杂的特点,采用有限元数值计算方法,考虑岩石基础-锚桩-基础周边岩层的共同作用,分析了特大荷载条件下钢管插入式基础的受力性能。偏心荷载作用下,钢管插入式基础的基底应力呈梯形分布而非马鞍形;通过在立柱中部设置双向连梁,可有效改善基础偏心受力和不均匀变形状况。插入钢管外设置锚板可有效传递基础的上拔荷载,同时通过调整立柱配筋也可有效控制基础混凝土裂缝开展范围。对于内置锚固件的钢管插入式基础,其在复杂荷载条件下的受力性能及设计控制措施值得进一步深入研究。