一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法与流程

本发明涉及输电线路，具体为一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法。

背景技术：

1、水上架空输电线路平台往往涉及到整体式的刚性平台以及钢管桩基础，钢管桩基础和平台之间的连接是设计的关键。在传统的承载力极限状态设计中，基于节点的弯矩，剪力以及轴力确定节点的连接设计，该种设计方法不仅无法清晰的表达结构体系内的传力路径，并且无法计算关键的局部的应力。在计算正常使用极限状态设计时，不同位置的应力大小无法准确的表达。

2、为了解决上述的问题，本发明通过定义内部的桁架结构，确定不同荷载组合下的拉杆以及压杆模型，确定荷载在钢管桩基础以及平台上的传导路径，便于更为经济，合理的开展节点设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1：建立拉-压杆模型，所述拉-压杆模型包括混凝土平台以及用于支撑混凝土平台的钢管桩；

5、将钢管桩表面距离混凝土平台下表面h1的点设为底部杆压力荷载作用点，将钢管桩表面距离混凝土平台上表面h2的点设为顶部杆压力荷载作用点，且底部杆压力荷载作用点和顶部杆压力荷载作用点对角设置；

6、步骤2：预设钢管桩的截面、壁厚tplate、剪力键的数量nos、材料屈服强度；

7、步骤:3：设定拉-压杆模型h1、h2载荷作用点的底部杆压力、顶部杆压力；

8、步骤4：将步骤2和步骤3确定的数据输入至拉-压杆模型中；

9、步骤5：校验钢管桩的壁厚tplate、剪力键的数量nos、最大混凝土的抗剪强度vrdi是否满足需求。

10、优选的，h1＝h2＝钢管桩桩径。

11、优选的，所述混凝土平台包括实心系梁和空心系梁；将实心系梁以及实心系梁底壁以下1倍钢管桩桩径长度的钢管桩定义为d区域。

12、优选的，底部杆压力、顶部杆压力根据力学平衡转换为h1、h2载荷作用点的底部杆水平作用力fh1、底部杆垂直作用力fv1、顶部杆水平作用力fh2、顶部杆垂直作用力fv2和对压杆力fstrut。

13、优选的，由下式计算出钢管桩的半周长屈服承载力fplate：

14、fh1＝fh2＝m/z

15、

16、

17、式中，m是连接节点受到的弯矩值(m是实际受到的节点荷载-预设值，计算出来的fh1、fh2是用来校验实际荷载以及承载力)，z是fh1和fh2荷载作用点的距离，d是钢管桩桩径。

18、优选的，由下式计算出钢管桩的壁厚tplate，与预设值对比从而验证壁厚tplate设计是否合理：

19、fplate＝qplate*c1/2

20、qplate＝fy*tplate

21、ri＝rout-tplater/2

22、c1/2＝πri

23、式中，fy钢管桩材料屈服强度，rout是钢管桩半径，ri是钢管桩壁厚中心点的半径。

24、优选的，需要验算在h1或者h2高度范围内剪力键传递的压力不超过内部混凝土的抗剪强度，最大混凝土的抗剪强度vrdi公式如下：

25、vrdi≤0.5vfcd

26、

27、vrdi*h1*c1/2≥fplate

28、式中：fcd是混凝土抗压强度设计值，fck是混凝土抗压强度的特征值。

29、优选的，剪力键能传递钢管桩的半周长屈服承载力，由下式计算出剪力键的数量nos，从而验证剪力键的数量设计是否合理：

30、h1＝h2＝d

31、nos＝fplate/rkey

32、rkey＝min(r1,r2)

33、式中，d的范围也是设置剪力键的范围，r1是剪力键的屈服强度，r2是剪力键周围的混凝土的容许抗压承载力。

34、优选的，根据拉-压杆模型底部杆压力、顶部杆压力，计算出相应的面积的配筋大小：

35、as1＝as2＝fh1(fh2)/fsd

36、式中，fsd表示钢筋的抗拉强度的设计值；

37、通过压杆的计算截面分析，截面形状为椭圆，椭圆的一半轴l1为钢管桩的半径d/2，椭圆的另一半轴l2的计算公式如下：

38、

39、因此拉-压杆模型中的模拟压杆应力σstrut(计算出来和这个截面的混凝土抗压强度进行对比)公式如下：

40、σstrut＝fstrut/astrut

41、astrut＝πl1l2

42、式中：astrut为压杆的计算截面。

43、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

45、在水上架空输电线路中钢管桩和承台的连接是非常复杂的一个力学模型，采用拉-压杆模型可以将复杂的模型简化为简单的桁架模型，通过受力平衡的方法计算不同拉-压杆元素的受力，并且通过计算可以验证材料强度以及需要的配筋量，对水上架空线路的桩-承台连接计算有重要的指导意义。

技术特征：

1.一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：h1＝h2＝钢管桩(1)桩径。

3.根据权利要求1所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：所述混凝土平台(2)包括实心系梁(5)和空心系梁(7)；将实心系梁(5)以及实心系梁(5)底壁以下1倍钢管桩(1)桩径长度的钢管桩(1)定义为d区域(4)。

4.根据权利要求1所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：底部杆压力、顶部杆压力根据力学平衡转换为h1、h2载荷作用点的底部杆水平作用力fh1、底部杆垂直作用力fv1、顶部杆水平作用力fh2、顶部杆垂直作用力fv2和对压杆力fstrut。

5.根据权利要求4所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：由下式计算出钢管桩(1)的半周长屈服承载力fplate：

6.根据权利要求5所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：由下式计算出钢管桩(1)的壁厚tplate，与预设值对比从而验证壁厚tplate设计是否合理：

7.根据权利要求6所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：需要验算在h1或者h2高度范围内剪力键(8)传递的压力不超过内部混凝土的抗剪强度，最大混凝土的抗剪强度vrdi公式如下：

8.根据权利要求5所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：剪力键(8)能传递钢管桩的半周长屈服承载力，由下式计算出剪力键(8)的数量nos，从而验证剪力键(8)的数量设计是否合理：

9.根据权利要求5所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法，其特征在于：根据拉-压杆模型底部杆压力、顶部杆压力，计算出相应的面积的配筋大小：

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-9任一权利要求所述的一种水上架空输电线路钢管桩-平台连接设计方法。

技术总结
本发明公开了一种水上架空输电线路钢管桩‑平台连接设计方法，定义D区域的范围；确定主要的力的作用，一般包括轴力，弯矩，剪力，扭矩等；确定钢管桩截面，钢管混凝土的塑性强度；将确定的荷载传递到D区域拉‑压杆模型中；校验模型中拉杆以及压杆的承载力；校验模型中节点的承载力；基于拉杆‑压杆模型受力，确定不同部位详细的配筋设计。在水上架空输电线路中钢管桩和承台的连接是非常复杂的一个力学模型，采用拉‑压杆模型可以将复杂的模型简化为简单的桁架模型，通过受力平衡的方法计算不同拉‑压杆元素的受力，并且通过计算可以验证材料强度以及需要的配筋量，对水上架空线路的桩‑承台连接计算有重要的指导意义。

技术研发人员：张文翔,吴锴,王嘉昌,杨卓帅,崔铮,危剑锋,傅林
受保护的技术使用者：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13