季节冻土区高压输电杆塔斜面基础研究

论文摘要

作者在借鉴前人研究成果的基础上,借助ABAQUS有限元软件,以±500kV呼伦贝尔～辽宁直流输电线路工程为工程背景,对季节冻土区高压输电杆塔基础的稳定性进行了研究。目前我国尚未系统地开展新的基础型式的试验和分析研究,杆塔基础已成为输电线路建设中十分薄弱的环节,基础型式的选择与设计优化是当前输电线路工程迫切需要解决的重大课题。本工程采用斜面基础。论文结合季节性冻土的特点,综合考虑了大气温度和热传导综合作用下的塔基温度场分布情况,对塔基温度场进行了计算分析,并且通过将温度模型中的温度值作为初始条件加到结构模型中进行计算,实现了温度场与应力场的耦合。本文首先对未冻土区塔基的稳定性进行分析,计算得到在拉压交变荷载作用下斜面基础保持稳定的最优倾角为9.5。随后对季节冻土区塔基的温度场进行分析,得到温度场沿深度分布图,根据冻土的冻结温度和融化温度值确定土体的冻结深度和融化深度,并分别计算冻结和融化状态下基础的位移分布,得到基础位移随倾角变化的规律。分析结果表明,当斜面基础倾角大于9.5时,基础位移为零,并对土体冻胀时倾角为9.5的斜面基础进行应力分析,当切向冻胀力与冻结强度和由冻胀压应力产生的摩擦应力达到平衡时,基础没有被拔起,位移为零。论文最后对在拉压交变荷载作用下,土体冻胀和融沉时斜面基础的稳定性进行分析,土体冻胀时,基础在下压荷载作用下产生的位移要小于上拔荷载作用下产生的位移,当倾角为9.5时,基础位移为零;土体融沉时,基础在上拔荷载作用下产生的位移大于下压荷载作用下产生的位移,当倾角为9.5时,基础位移很小,上拔荷载作用下位移为0.55cm,下压荷载作用下为0.47cm。最终认为,当斜面倾角大于9.5时,基础稳定。由于9.5在实际工程中不易掌握,故可取为10。本文的研究成果将为季节冻土区斜面基础的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.2 输电塔基础研究现状及进展
• 1.2.1 冻胀力概述
• 1.2.2 斜面基础简介
• 1.2.3 本课题国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 有限元模型的建立
• 2.1 ABAQUS6.5 有限元软件简介
• 2.2 模型的建立
• 2.2.1 单元的选取
• 2.2.2 模型各参数确定
• 2.2.3 计算域的确定
• 2.2.4 荷载和边界条件的确定
• 2.2.5 接触面的确定
• 2.2.6 有限元的平衡迭代与收敛
• 2.3 本章小结
• 第3章 未冻土区斜面基础有限元数值分析
• 3.1 平衡初始地应力
• 3.2 未冻土区斜面基础有限元数值模拟结果分析
• 3.2.1 静力分析结构模型
• 3.2.2 作用在基础上的荷载
• 3.2.3 斜面基础静力有限元分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 季节冻土区斜面基础温度场分析
• 4.1 伴有相变的土体非稳态温度场的控制方程
• 4.2 热参数及边界条件的确定
• 4.2.1 热力学参数确定
• 4.2.2 边界条件确定
• 4.3 斜面基础温度场计算与分析
• 4.3.1 网格划分
• 4.3.2 温度场计算
• 4.4 斜面基础冻胀量和融沉量计算与分析
• 4.4.1 基础的冻拔量计算
• 4.4.2 土体发生冻胀时的应力分析
• 4.4.3 基础的融沉量计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 季节冻土区斜面基础热力耦合分析
• 5.1 ABAQUS关于热力耦合的定义
• 5.2 冻胀基本理论
• 5.2.1 冻胀系数
• 5.2.2 冻胀力
• 5.3 土的季节冻结和融化
• 5.3.1 土的冻结深度计算
• 5.3.2 土的融化深度计算
• 5.4 冻结强度
• 5.5 数值模拟分析
• 5.5.1 土体冻胀时基础在外荷载作用下的稳定性分析
• 5.5.2 土体融沉时基础在外荷载作用下的稳定性分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢