摘要：近年来，随着输电塔、通信塔、高耸建筑物等工程建设的大量涌现，对建筑物、构筑物基础结构的研究从竖向荷载为主，进一步考虑到上拔荷载对基础结构的影响。本文从国内、国外和上拔基础的不同形式等方面对上拔基础的特性做了综述。对工程中常用的锚板上拔基础的理论研究做了深入的阐述，并对锚板基础今后的研究方向做了大胆的推测。
关键词：上拔荷载；锚板基础
Abstract: In recent years, along with large amount tranission tower, communication tower, tower building engineering construction emerged, research of the buildings, structures base structure from the vertical load was given priority, further consideration to pull load on the influence of the base structure. This paper from domestic, overseas and different forms of up-pull foundation and so on to reviewed the characteristics of up-pull foundation. Do elaborations on the commonly used the anchor plate pull basic theory in engineering, made bold speculation on and the anchor plate foundation research direction in the future.
Keywords: pull load; Anchor plate foundation
:A文章编号:
前言
随着输电塔、通信塔、高耸建筑物等工程建设对基础要求的提高，这些建(构)筑物的基础设计在充分考虑承受上部荷载的同时，还要考虑上部结构受到水平牵引力、风力、地下水浮力等因素对基础结构承受上拔荷载作用的影响。基础在上拔荷载作用下的承载特性和变形特征研究受到了广泛关注。上世纪以来，国内外专家学者对基础抗拔进行了大量的试验研究，并提出了多种分析理论和计算方法。分析了影响极限抗拔力的主要因素，其计算理论主要有土重法、柱体滑动面法、剪切法等理论。但是这些理论提出的前提条件是首先要假定一个基础周围土体的破坏模式，并在此基础上假定土体破坏面的形状特征。目前，这方面的研究主要是通过试验的方法进行推理，再有就是利用数值模拟的手段对基础周围土体的破坏形式进行模拟。试验手段和数值模拟的有效性成为解决这一问题的关键。
1.1国外对基础上拔问题的研究
在上世纪60年代，世界各国(如日本、苏联、美国和中国等)的输电线路杆塔基础设计规范中普遍采用土重法进行上拔承载力计算。土重法的基本思想是当基础承受上拔荷载时，假定基础底板上部产生一倒锥体的土重，以此土重和基础自重计算极限抗拔力。日本、苏联、加拿大、瑞士和德国曾推荐过柱体滑动面理论，该理论假定基础底板正上方的土柱为滑动体。从上世纪60年代起，对土体抗拔理论的研究有了比较显著的进展。剪切法理论将曲面(直面)倒截锥台中的基础自重、剪切面内土体自重和剪切面上剪阻力的垂直分量之和为极限抗拔力。美国的维西克(A.S.Vesic)提出了浅基和深基的圆孔膨胀理论[3]；苏联的马留波里斯基提出的浅基和深基的理论。美国康奈尔大学F.H.Kulhawy对承受上拔荷载的基础进行了大量的试验研究，Das、Dickin和Taa等开展了上拔锚性状的研究[4][5][6]。
1.2国内对基础上拔问题的研究
上世纪50年代按苏联规程采用的土重法进行基础抗拔承载力计算。50年代末开始进行了土体抗拔试验研究，包括扩展基础、拉线盘、扩底桩、爆扩桩的抗拔试验，提出了土重法的使用范围和深宽比过大时采用土重法计算基础抗拔承载力不安全等建议。刘祖德和东北电力设计院送变电室的研究报告对承受上拔荷载的基础进行了上拔机理研究和试验，得出上拔基础尺寸的确定主要决定于土体的抗拔承载性能。1969年东北电力设计院在亚粘土中做了机扩桩的抗拔试验，取得了原状土体的破坏模式；1973年华东电力设计院通过在中砂和可塑亚粘土中的模型试验和在可塑亚粘土中的原型拉线盘试验，取得了土体破坏模式和地下水对抗拔力的影响；1975、1976年间，武汉供电局和武汉水电学院从大量爆扩桩抗拔试验的分析研究中提出了爆扩桩的抗拔计算理论；1977年东北电力设计院在粗砂和粘土中大量的全模和半模试验，提出了土体抗拔计算理论，并于1981年通过原型试验对土体抗拔计算理论作了进一步的完善；1986年武汉水电学院对扩底桩扩大端的开展角的角度变化与位移及上拔承载力的关系作了模型试验研究。目前，我国应用于地基基础的抗拔承载力设计计算的主要方法是电力和港工部门的有关规范的规定。在“水利电力部电力设计标准《送电线路基础设计技术规定》中给出了“土重法”和“剪切法”计算基础的上拔稳定计算方法[7]。相对于承压研究而言，土体的抗拔力学性能研究，其作用机理及计算方法尚未完善[8]。刘文白(2003)对加筋风砂土扩展基础上拔承载性能进行研究，提出了加筋风砂土地基阔山基础的上拔承载力和上拔位移控制条件计算[9][10]。Deepankar Choudhury等(2005)研究了地震荷载作用下斜拉条形锚基础的上拔承载力[11]。
1.3锚板基础抗拔性能研究现状
因有效地利用了土体的承载能力，锚板作为一种柔性基础结构形式，受到了人们的重视 [12][13][14][15]。锚板基础在上拔荷载作用下产生的位移相对较大，特别在接近极源于：党校毕业论文www.808so.com
限荷载之前，整个结构体系因为位移过大而失效。在这样的前提下，研究锚板基础抗拔时的荷载－位移关系曲线变得十分必要了。事实上，文献[16]中锚板基础的极限抗拔力是由位移决定的，虽然锚板基础没有达到极限状态，但位移过大，对实际工程已经失去意义。文献[17]和文献[18]指出杆塔抗拔基础的承载力经常由位移控制，必须进行上拔位移验算。锚板基础还可以应用到预应力张拉索膜结构中，而此种结构多边界的松弛非常敏感，基础的位移可能导致上部结构的失效。因此设计此类结构的锚固基础时，必须对锚板基础的荷载－位移性能有所把握。对锚板基础上拔性能的研究通常从理论、试验和数值模拟三个方面进行。
1.3.1锚板基础抗拔性能理论研究
针对水平埋设承受竖直抗拔力的锚板的位移计算，铁道部科学研究院采用地基沉降的分层总和法计算单位荷载下锚板的位移量[16]。这是模拟常规承压基础地基的沉降计算方法。常规承压基础下面的土体主要为压缩，在一定条件下可以简化为一维压缩，而水平埋设的锚板上方的土体有局部压缩，有剪切，还有拉应力存在，与分层总和法的理论基础相差很远，土体受力的复杂性使上述压缩量的计算公式不太适用。基础抗拔极限能力的确定往往和土体的破坏面的假定有直接的关系，因此，在国内外很多学者对基础抗拔研究过程中，基础以及地基土的力学研究总是伴随着土体变形的分析和土体破坏面的不同假定。国外对抗拔问题的研究起步较早，最早于1948年，Caquot[19]和Kerise[20]在研究土压力问题时就涉及了该内容。显然，传统的极限平衡法和索氏的滑移线法都无法直接应用于抗拔力的计算。Majer[21]曾在1955年提出一个最简单的也是很保守的破坏面假设。即条形锚板平面应变情况，假定破坏面从锚板边缘竖直向上一直延伸至地表，在临界平衡时，忽略锚板和拉杆的自重及拉杆侧壁的摩阻力，锚板的极限上拔承载力由区域aefc的土体中W和竖直破坏面aeh和cf上的摩擦阻力Tu提供，示意图如图1-1所示。以Mors[22]的理论为代表，该方法不考虑土的剪切作用，计算结果与实际出入较大。剪切法假定竖直破坏面与实际有较大差别。Balla[23]、Matsuo[24]分别假定圆弧型破坏面和对数螺旋破坏面，属于改进的剪切模式法，特别是后者采用了对数螺旋型破坏面的假定更符合实际。以Meyerhoft和Adams[25]的研究为代表的被动土压力半经验方法，虽然将破坏面假定为竖直方向，但其采用的名义土压力系数隐含了对各个假定的修正，能够较为准确的，有着广泛的应用基础。70年代，Vesic[3]基于小孔扩张理论提出了一个新的计算极限抗拔力的方法，对于浅埋的锚板基础具有一定的准确性。80年代，Rowe[26]利用塑性极限的上限法得到均质粘土中深埋条形基础锚板极限承载力的上限解，但从严格的力学意义上讲，其建立的速度场并不是机动容许的。以后，又有文献[27]对水平锚板的竖向位移的进一步研究。文献[28~34]对不同土质下锚板上拔极限承载力的计算有相应的研究。近年来，Martin[35]等利用滑移线场方法得到了均质粘土中深埋圆形锚板极限承载力，但是利用滑移线场方法求偏微分方程很耗时，且复杂。刘华强等[36]将传统的极限平衡法和索氏的滑移线法两者耦合，为了能够避开中心区域同滑移线场的交叉，采用了由破坏面向底板差分的计算模式。朱长歧[37]等认为在钙质砂中土体的破坏模式根据埋深的不同分为浅埋型、过渡型、深埋型3类。浅埋型破坏面为贯穿砂体表面的曲面图1-2a，过渡型破坏面近似为平面，为倒截锥体图1-2b，深埋型破坏面为限制在砂体内部的曲面，近似为圆弧图1-2c。刘华强，殷宗泽考虑对数螺旋线的破坏面并结合特征性理论，提出了一种新的浅埋条形基础极限上坝里的计算方法并编制了程序。王立忠[38]等人利用塑性极限分析的上限法和有限元分别对条形基础和圆形锚板的抗拔承载力进行研究。
浅谈锚板基础抗拔性能研究现状
更新时间：2024-02-16
作者：用户投稿
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