输电线路杆塔及基础课程设计说明书.docx
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输电线路杆塔及基础课程设计说明书
输电线路杆塔基础课程设计说明书
一、设计题目:
刚性基础设计
(一)任务书
(二)目录
(三)设计说明书主体
设计计算书是设计计算的整理和总结,是图纸设计的理论依据,也是审核设计的技术文件之一,因此编写设计说明书是设计工作的非常重要的一部分。
1、设计资料整理
(1)土壤参数
(2)基础的材料
(3)柱的尺寸
(4)基础附加分项系数
2、杆塔荷载的计算
(1)各种比载的计算
(2)荷载计算
1)正常大风情况
2)覆冰相应风
3)断边导线情况
要求作出三种情况的塔头荷载图
3、基础作用力计算
计算三种情况荷载作用下基础的作用力,选择大者作为基础设计的条件。
4、基础设计计算
(1)确定基础尺寸
1)基础埋深h0确定
2)基础结构尺寸确定
A、假定阶梯高度H1和刚性角
B、求外伸长度b'
C、求底边宽度B
D、画出尺寸图
(2)稳定计算
1)上拔稳定计算
2)下压稳定计算
(3)基础强度计算
5、画基础施工图和铁塔单线图
用A3纸(按制图标准画图)见参考图
6、计算可参考例11-3
《输电杆塔及基础设计》课程设计任务书
一、设计的目的。
《输电杆塔及基础设计》课是输电线路专业重要的专业课之一,《输电杆塔及基础设计》课程设计是本门课程教学环节中的重要组成部分。
通过课程设计,使学生能系统学习和掌握本门课程中所学的内容,并且能将其它有关先修课程(如材料力学、结构力学、砼结构,线路设计基础、电气技术)等的理论知识在实际的设计工作中得以综合地运用;通过课程设计,能使学生熟悉并掌握如何应用有关资料、手册、规范等,从设计中获得一个工程技术人员设计方面的基本技能;课程设计也是培养和提高学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。
二、设计题目钢筋混凝土刚性基础设计
三、设计参数
直线型杆塔:
Z1-12铁塔(单线图见资料,铁塔总重56816N,铁塔侧面塔头顶宽度为400mm)
电压等级:
110kV
绝缘子:
7片×-4.5
地质条件:
粘土,塑性指标IL=0.25,空隙比e=0.7
基础柱的尺寸:
600mm×600mm
分组参数如下(注:
分组参数与点名册顺序对应)
参数
序列号
气象条件
导线型号
地线型号
水平档距(m)
垂直档距
(m)
学生姓名
15
Ⅲ
LGJ-240/40
1×7-9-1270-A
500
500
四、设计计算内容
1.荷载计算(正常情况Ⅰ、Ⅱ,断边导线三种情况)
2.计算基础作用力(三种情况)
3.基础结构尺寸设计
4.计算内容
(1)上拔稳定计算
(2)下压稳定计算
(3)基础强度计算
五、设计要求
1.计算说明书一份(1万字左右)
2.图纸2张
(1)铁塔单线图
(2)基础加工图
1、设计资料整理
1)土壤参数
地质条件:
粘土,液性指标IL=0.5,空隙比e=0.7
查附表15-6得,此土为硬塑(0<IL=0.25≤0.25)
查表11-2得,土的内摩擦角β=20°,土的上拔角α=25°,土的压力系数m=63kN/m3,土的计算容重γS=17kN/m3,土的承载力特征值fa=295kN/m2
2)基础的材料
混凝土采用C20,钢筋采用HPB235,基础型式:
为阶梯刚性基础,
3)柱的尺寸
基础柱子段尺寸为a1=600×600mm
4)基础附加分项系数
查表11-1得基础附加分项系数γf=0.9
2、杆塔荷载标准值的计算
2.1杆塔的相关信息参数
直线型杆塔:
Z1-12铁塔(铁塔总重56816N,铁塔侧面塔头顶宽度为400mm);
电压等级:
110kV;绝缘子:
7片×-4.5;气象条件:
Ⅲ;水平档距:
500m;垂直档距:
500m;
导线型号
导线外径(mm)
导线面积(mm2)
计算破断拉力(kN)
单位长度质量(kg/km)
LGJ-240/40
21.66
277.75
83370
964.3
导线型号
导线外径(mm)
导线面积(mm2)
公称抗拉强度(MPa)
最小破断拉力(kN)
单位长度质量(kg/hm)
1X7-9-1270-A
9
49.48
1270
57.80
41.19
气象条件的组合
风速V(m/s)
覆冰厚度b(mm)
大气温度t(°C)
最大风速
25
0
-5
覆冰有风
10
5
-5
线路断线事故(一般地区)
0
0
15
假设地线金具重力为90N;绝缘子和金具重力为520N;
2.2各种比载的计算
(1)其计算过程如下:
导线的自重比载γ1D(0,0);导线的冰重比载γ2B(5,0);
地线的自重比载γ1B(0,0);地线的冰重比载γ2B(5,0);
导线无冰风比载γ4D(0,25);导线覆冰风压比载γ5D(5,10);
地线无冰风比载γ5D(0,25);地线覆冰风压比载γ5D(5,10);
(2)比载总结
比载(MPa/m)
导线
地线
γ1(0,0)
34.02×10-3
81.58×10-3
γ4(0,25)
28.48×10-3
72.47×10-3
γ5(5,10)
8.55×10-3
28.80×10-3
2.3杆塔导线地线荷载标准值计算
(1)运行情况1,直线杆塔的第一种荷载组合情况为:
最大风速。
III级气象区,从《规程》中查得:
V=25m/s,t=-5℃,b=0mm。
1)地线重力
2)地线风压
3)导线重力
4)
绝缘子串的风荷载:
绝缘子串数n1=1,每串的片数n2=7,单裙一片绝缘子挡风面积AJ=0.03mm2,绝缘子串的高度约为15m,查表2-5得风压高度变化系数μZ=1.0,则
5)导线风压
(2)运行情况I1,直线杆塔的第一种荷载组合情况为:
覆冰有风。
III级气象区,从《规程》中查得:
V=10m/s,t=-5℃,b=5mm。
1)设计冰厚为5mm,覆冰系数取K=1.075,则地线重力
2)地线风压
3)
导线重力
4)绝缘子串的风荷载
5)导线风压
(3)断一根导线(线路最左边相导线)的荷载组合情况为:
线路断线事故(一般地区),无冰无风。
1)地线重力GB=2108N
2)未断导线相GD=5245N
3)
断导线相为
4)断线张力:
导线的最大使用张力
导线的最大使用张力百分比值为50%,则TD=TDmaxX%=31681×50%N=15841(N)
2.4杆塔塔风压荷载标准值计算
直线型杆塔:
Z1-12,铁塔铁塔总重56816N,铁塔侧面塔头顶宽度为400mm,塔身顶端宽度为1.6m,塔腿根开6.312m,全塔高39m,塔头高8m,塔身高26m,塔腿高5M,线路电压等级110kV,地表面的粗糙程度为B类。
2.4.1塔头风荷载标准值计算(在运行情况1,最大风速)
1)风压随高度的变化系数,查表2-5得,μZ=1.36;
2)风荷载调整系数,查表2-8得,βZ=1.34;
3)构件体型系数μS=1.3(1+η),其填冲系数φ=Af/A,塔头取φ=0.1×1.1=0.22,塔头b/h=1/8=0.125(b为塔头的平均宽度:
b=(0.4+1.6)/2=1);查表2-6得,η=0.81,μS=1.3(1+0.81)=2.353。
4)塔头的投影面积
5)塔头的风压q,
2.4.2塔身风荷载标准值计算(在运行情况1,最大风)
1)风压随高度的变化系数,查表2-5得,μZ=1.26;
2)风荷载调整系数,查表2-8得,βZ=1.26;
3)构件体型系数μS=1.3(1+η),其填冲系数φ=Af/A,塔头取φ=0.1×1.1=0.22,塔头b/h=3.956/31=0.128(b为塔身的平均宽度:
b=(1.6+6.312)/2=3.956);查表2-6得,η=0.81,μS=1.3(1+0.81)=2.353。
4)
塔身的投影面积
5)塔身的风压q
2.4.3在运行情况I1,覆冰有风情况下,塔头塔身的风荷载标准值计算
因为在运行情况II和运行情况I下,除杆塔的基本参数出了基本风压W0有变化外,其余参数均保持不变,
则,W0=V2/1600=102/1600kN/m2=0.063(kN/m2);
同运行情况I,带入相关参数得,
塔头的风压q
塔身的风压q
2.4.4在断线情况II1,断一根导线(线路最左边相导线)的荷载组合情况下:
线路断线事故(一般地区),无冰无风。
因为无风,所以塔头塔身没有风压荷载。
2.5在三种情况下的标准荷载图如下:
3杆塔基础作用力设计值计算
根据已知条件查得:
永久荷载系数γG=1.2,可变荷载系数γQ=1.4,永久荷载系数φ=1.0,G杆塔=56816N,
3.1运行情况1,最大风速情况下。
塔头风荷载标准值Pt=qt=369N/m,塔身风荷载标准值Ps=qS=1271N/m,
1)基本力
∑Mx=γQφ[2PB×39+3PD×31+Pt×8×(8/2+31)+PS×31×31/2]
=1.4×1.0×[2×1793×39+3×4049×31+369×8×(8/2+31)+1271×31×31/2]N
=953.1(kN)
∑G=γG(2GB+3GD+G杆塔)=1.2(2×2108+3×5245+56816)N=92.1(kN)
∑P=γQφ(2PB+3PD+Pt×8+PS×31)
=1.4×1.0×(2×1793+3×4049+369×8+1271×31)N
=81.3(kN)
2)下压力,上拔力
下压力
上拔力
3)塔腿坡度引起的水平推力(cotα=0.076)
由下压力产生的水平推力H=Ncotα=99×0.076kN=7.5(kN)
由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=52×0.076kN=4.0(kN)
4)横向荷引起的水平推力
由横向荷载产生的水平推力HP=∑P/4=81.3/4kN=20.3(kN)
5)下压基础:
下压力:
N=99kN;横向水平推力:
∑Hx=H+HP=7.5+20.3kN=27.8(kN);
纵向水平推力:
∑Hy=H=7.5(kN);
6)上拔基础:
上拔力:
N’=52kN;横向水平推力:
∑Hx=H’+HP=4.0+20.3=24.3(kN);
纵向水平推力:
∑Hy=H’=4.0(kN);
3.2在运行情况I1,覆冰有风情况下。
塔头风荷载标准值Pt=qt=59N/m,塔身风荷载标准值Ps=qS=205N/m,
1)基本力
∑Mx=γQφ[2PB×39+3PD×31+Pt×8×(8/2+31)+PS×31×31/2]
=1.4×1.0×[2×713×39+3×1202×31+59×8×(8/2+31)+205×31×31/2]N
=395.4(kN)
∑P=γQφ(2PB+3PD+Pt×8+PS×31)
=1.4×1.0×(2×713+3×1202+59×8+205×31)N
=16.6(kN)
2)下压力,上拔力
下压力
上拔力
3)塔腿坡度引起的水平推力(cotα=0.076)
由下压力产生的水平推力H=Ncotα=57×0.076kN=4.3(kN)
由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=5.6×0.076kN=0.4(kN)
4)横向荷引起的水平推力
由横向荷载产生的水平推力HP=∑P/4=16.6/4kN=4.1(kN)
6)下压基础:
下压力:
N=57.0kN;横向水平推力:
∑Hx=H+HP=4.3+4.1kN=8.4(kN);
纵向水平推力:
∑Hy=H=4.3(kN);
7)上拔基础:
上拔力:
N’=5.6kN;横向水平推力:
∑Hx=H’+HP=0.4+4.1=4.5(kN);
纵向水平推力:
∑Hy=H’=0.4(kN);
3.2在运行情况III,断一根导线(线路最左边相导线)的荷载组合情况下。
1)基本力
∑My=γQTD×31=1.4×15841×31N=687.5(kN)
∑G=2γGGB+2γGGD+γGG杆塔+γQG’D
=2×1.2×2108+2×1.2×5245+1.2×56816+1.4×2883N
=89.9(kN)
T=γQTD×L
=1.4×15841×5N
=110.9(kN)
2)下压力,上拔力
下压力
上拔力
3)由断线张力引起的纵向水平推力
HD=γQTD/4=1.4×15841/4kN=5.5(kN)
4)塔腿坡度引起的水平推力(cotα=0.076)
由下压力产生的水平推力H=Ncotα=144.41×0.076kN=11.0(kN)
由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=32.0×0.076kN=2.4(kN)
5)上扭矩引起的水平推力
Va=T/2b=110.9/2×6.312kN=17.6(kN)
Vb=T/2a=110.9/2×6.312kN=17.6(kN)
6)下压基础:
下压力:
N=144.4kN;横向水平推力:
∑Hx=H’+Vb/2=2.4+17.6/2kN=11.2(kN);纵向水平推力:
∑Hy=HD+H+Va/2=5.5+11.0+17.6/2kN=25.3(kN);
7)上拔基础:
上拔力:
N’=32.0kN;横向水平推力:
∑Hx=H+Vb/2=11.0+17.6kN
=19.8(kN);纵向水平推力:
∑Hy=HD+H’+Va/2=5.5+2.4+17.6kN=0.4(kN);
3.3基础载荷设计值在三种气象组合下情况的值
气象条件的组合
上拔力N’(kN)
下压力N(kN)
横向水平推力∑Hx(kN)
纵向水平推力∑Hy(kN)
I最大风速
52
99
27.8,24.3
7.5,4.0
II覆冰有风
5.6
57
8.4,4.5
4.3,0.4
III线路断线事故(一般地区)
32
144.4
11.2,19.8
25.3,16.7
综上所述,
上拔力N’=52kN,下压力N=144.4kN,横向水平推力∑Hx=27.8(kN)纵向水平推力∑Hy=25.3(kN)
4、基础设计计算
4.1基础各项参数
1)土壤参数
地质条件:
粘土,液性指标IL=0.25,空隙比e=0.7
查附表15-6得,此土为硬塑(0<IL=0.25≤0.25)
查表11-2得,土的内摩擦角β=35°,土的上拔角α=25°,土的压力系数m=63kN/m3,土的计算容重γS=17kN/m3,土的承载力特征值fa=295kN/m2
2)基础的材料
混凝土采用C20,钢筋采用HPB235,基础型式:
为阶梯刚性基础,
3)柱的尺寸
基础柱子段尺寸为a1=600×600mm
4)基础附加分项系数
查表11-1得基础附加分项系数γf=0.9
5)下压力N=144.4kN,上拔力
=52kN,横向水平推力∑Hx=27.8(kN)纵向水平推力∑Hy=25.3(kN),根开L=6.312m。
4.2确定基础尺寸
1)先假定阶梯高度H1=300×3mm=900mm;
2)刚性角δ=40°,1:
1.51;
3)b’=H1tan40°=900×tan40°=755(mm);
4)底边宽度B=600+2×755mm=2110(mm),取B=a=2110mm;
5)基础埋深取h0=2100mm;
4.3上拔稳定验算
L=6312mm>B+2h0tanα=2110+2×2100tan25°mm=4058(mm)
故不计相邻基础重复部分土的体积。
h0=2100mm基础体积为
基础重量Qf=V0×2400×9.8kN=55(kN);
查表11-11得,γE=0.86(因为∑Hx/N’=27.8/52=0.53);γδ1=0.8,
γfNy≤γEγδ1(VT-△V-V0)γs+Qf
0.9×52=46.8≤0.86×0.8×(20.71-0-2.35)×16+55=257(kN)
故上拔稳定合格。
4.4承载力计算(下压稳定验算)
基础上方的土重和基础重
G=(B2h0-V0)γs+Qf=(2.112×2.1-2.35)×16+55kN=167(kN),
MX=HXh0=27.8×2.1kN=58.4(kN),
ex=MX/(N’+γGG)=58.4/(144.4+1.2×167)=0.169压力为阶梯分布
地基承载力设计值fa(修正后的),fak=fa=295kN/m2(fa=295kN/m2为修正前的承载力特征值))
P=149故,下压稳定验算合格。
4.5柱子配筋计算
柱子截面内配内置12根钢筋,保护层取C=35mm,
1)在上拔力作用下,需要配置单根钢筋面积为
2)水平力作用下需要配置单根钢筋面积为
沿y方向上
沿x方向上
为满足截面内钢筋种类相同,按四个角落最大单根钢筋面积布置筋,即单根钢筋的截面为
AS1=AsMy+AsMx+ASN=34+31+21=86(mm2),选φ12,AS1=113.1mm2。