220kV霍林河季冻区送电线路基础设计技术研究

作     者：李永登 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘春城

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：季节冻土 冻胀 杆塔基础设计 扩展板式基础 锥柱 

摘      要：杆塔基础是输电线路工程中最重要的承重结构,基础型式的选择与设计优化是保障输电线路运行安全性和经济性的前提,也是输电工程领域的重要研究方向之一。对于穿越冻土地质的输电线路工程,杆塔基础设计存在诸多复杂性。而杆塔基础设计的难点又在于保证冻土基础的稳定性。冻土具有较大的冻胀作用,对建(构)筑物具有较为明显的冻胀破坏。杆塔基础在冻土中易产生较大的切向冻胀力,对基础产生冻拔作用,从而影响基础的稳定性。对于季节冻土地区的输电杆塔基础,由于受到周围土的冻胀和融沉现象而导致输电线路基础发生冻拔,进而严重影响输电线路的安全运行。因此,开展季节性冻土基础的选型和优化设计,对于确保输电线路安全运行具有重要的工程意义和应用价值。本课题以内蒙古霍林河220kV送电线路为背景,根据地质勘察资料中的冻胀塔位的地质资料,利用ABAQUS有限元软件分析软件,建立输电塔直柱扩展板式基础和锥柱扩展板式基础与周围冻胀土体共同作用的有限元模型,对两种扩展板式基础的抗冻胀性能进行分析和对比研究。首先,论文根据季节性冻土的特点,综合考虑了土体中热传导和塔基实际的温度场分布情况,对基础周围的温度场进行计算分析,并验证温度场的正确性。根据温度场的分析,确定了杆塔基础柱的截面尺寸和高度。然后,将温度模拟计算出的温度场作为预定义场,施加到结构模型中,通过温度与土体冻胀系数的关系,建立了冻胀条件下温度、应力和变形的耦合场。通过冻胀耦合场,对不同半径扩展板的直柱基础和锥柱基础进行冻拔对比分析。研究结果表明:土体的冻胀性能和温度密切相关,土体的冻胀位移沿土体深度的不断减小,冻胀应力与土体的冻胀位移的大小成正相关。锥柱基础抗冻胀性能明显优于基础直柱,直柱基础在柱高2.4m时,扩展板半径最小在2m时可以抵消冻胀力的作用,此时,锥柱扩展板式基础在1.5m时就可以完全抵消冻胀力的作用。最后,对基础进行上拔承载力模拟,得到各模型的位移荷载曲线,分析和对比不同尺寸和类型的上拔承载性能差异,验证基础满足上拔承载性能要求。本文的研究成果将为该工程冻胀塔位下的直线塔直柱扩展板基础和锥柱扩展板基础的设计提供参考。