路灯基础的受力分析与计算-天府照明

1/8路灯基础的受力分析与计算作者：吴颖（高工）成都市城市照明管理处摘要：本文对埋设于平坦场地土壤中的路灯基础进行了受力分析，并依据相关标准规范，详细说明了地基承载力和倾覆稳定的计算方法，对路灯基础的设计有一定参考价值。关键词：路灯基础；地基承载力；倾覆稳定。1.基础承受的荷载埋设于平坦场地土壤中的路灯基础承受如下荷载：(1)永久荷载，如灯杆、灯具、灯架的重量，基础自重、土压力等。(2)可变荷载，如风荷载、雪荷载、积灰荷载等。(3)偶然荷载，如撞击力等。2.地基承载力计算2.1受力分析当灯杆、灯具、灯架呈现中心对称形式时，基础承受轴心荷载,否则基础承受偏心荷载。当轴心荷载作用时，应满足：P≤fa当偏心荷载作用时，应满足：Pmax≤1.2fa上式中：P─基础底面处的平均压力设计值，kPa；Pmax─基础底面边缘最大压力设计值，kPa；fa─修正后的地基承载力特征值，kPa。2.2基础底面的压力P2/8当轴心荷载作用时:P=(F+G)/A，式中：A─基础底面面积，m2；F─上部结构传至基础顶面的竖向压力设计值，kN；G─基础自重和基础上的土重，kN，当基础为直柱型时，G=Vρ；V—基础体积，m3；ρ—钢筋混凝土自重，kN/m3，查GB50009-2001《建筑结构荷载规范》附录A《常用材料和构件的自重》ρ取25kN/m3；当偏心荷载作用时：Pmax=(F+G)/A+Mk/W，式中：Mk─作用于基础底面的力矩，kN/m；W─基础底面的抵抗矩，m3。当偏心荷载作用，且偏心距eb/6时，Pmax=2（F+G）/3la，式中l—垂直于力矩作用方向的基础底面边长，m；A—合力作用至基础底面最大压力边缘的距离，m。2.3地基承载力当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，修正后的地基承载力特征值fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγs(ht-0.5)式中：fa─修正后的地基承载力特征值，kPa；fak─地基承载力特征值，参考《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005）附录E《地基土(岩)承载力特征值及分类》，kPa；γs─基础底面以上土的加权平均重度，见表1，kN/m3；ηb、ηd─基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基地下土的类3/8别查表2确定；γ─基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；b─基础底面宽度，当基础宽小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值，对长方形底面取短边、圆形底面取√A(A为底面面积)，m；ht─基础埋设深度，m。表1土的加权平均重度γs土名粉土及粉质粘土粉土砂土坚硬、硬塑可塑软塑密实中密稍密砾砂粗、中砂细砂粉砂γs(kN/m3)17161517161519171615注：基础设计应考虑地下水位季节性变化的影响。位于地下水位以下的基础重度和土体重度应按浮重度考虑：一般混凝土基础的浮重度取12kN/m3；钢筋混凝土基础的浮重度取14kN/m3；土的浮重度应根据土的密实度取8kN/m3~11kN/m3。表2承载力修正系数土的类别宽度修正系数ηb深度修正系数ηd淤泥和淤泥质土01.0人工填土e或IL不小于0.8的粘性土01.0红粘土含水比αW＞0.801.2含水比αW≤0.80.151.4大面积压实填土压实系数大于0.95、粘粒含量ρC≥10%的粉土01.5最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石02.0粉土粘粒含量ρC≥10%的粉土0.31.5粘粒含量ρC＜10%的粉土0.52.0e或IL均小于0.85的粘性土0.31.64/8粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）2.03.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土3.04.4注：强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正。3.基础倾覆稳定计算3.1受力分析基础应满足Mj≥γfM0，式中：γf─倾覆稳定系数，参考(GB50061-97)《66kv及以下架空电力线路设计规范》第10.0.10的规定，取1.5；M0─作用于基础的极限倾覆力矩，M0=WkH，kN*m；H─基础上部结构水平作用的作用点至设计地面处的距离，m；Wk─风荷载标准值，kN；Mj─基础的极限倾覆力矩，Mj=mbK0ht3/μ，kN*m；m─土压力参数，按表6确定，kN/m3；b─基础底面宽度，对长方形底面取短边、圆形底面取√A(A为底面面积)，m；μ─根据H/ht按表7取值；K0─空间增大系数，根据ht/b和等代内摩阻角β按表8取值；ht─基础埋设深度，m。3.2风荷载标准值Wk垂直于灯杆、灯具、灯架表面上的风荷载标准值按下式计算：5/8Wk=βzμsμzW0Af式中：Wk─风荷载标准值，kN；βz─风振系数，按表3取用；μs─风载体型系数，按表4取用；μz─风压高度变化系数，按表5取用；W0─基本风压，参考《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）第7.1.2条规定，取0.3kN/m2；Af─迎风面积，m2。表3风振系数βz杆高（m）≤20304050βz1.01.21.21．2注：中间值按插入法计算表4风载体型系数μs断面形状环形及十六边形以上十二边形八边形及六边形四边形μs0．91．11．21．6注：已包括杆身附件的影响表5风压高度变化系数μz离地面高（m）≤101520304050μz0.881.001.101.251.371.47注：中间值按插入法计算表6等代内摩阻角β、土压力参数m土名粉土、粉质粘土坚硬、硬塑；密实的粉土粘土、粉质粘土可塑：中密的粉土粘土、粉质粘土软塑：稍密的粉土粗砂、中砂细砂、粉砂等代内摩阻角β35o30o15o35o30o土压力参数mkN/m363482663486/8注：本表不包括松散状态的砂土和粉土表7μ值H0/h0.100.250.501.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0μ82.941.325.317.714.112.613.111.811.611.311.211.011.0注：中间值按插入法计算表8K0值β15o30o30o35o土名粘土、粉质粘土、粉土粉砂、细砂粘土粉质粘土、粉土粗砂、中砂ht/b111.722.281.812.712.411.90101.652.161.732.562.281.8291.592.051.662.402.151.7481.521.931.582.232.021.6671.461.811.512.081.901.5761.391.701.441.931.771.4951.331.581.371.781.631.4141.261.461.291.621.511.3331.201.351.221.461.381.2521.131.231.151.311.251.1611.071.121.081.151.131.080．81.051.091.061.121.101.070．61.041.071.051.091.081.057/84.路灯基础计算例题已知本地土质是可塑性粉质粘土，地基承载力特征值fak=170kPa，假设灯具安装高度为9m、灯杆截面为环形且灯杆、灯具呈中心对称形式，请问右图所示基础所能承受的灯杆、灯具的最大自重和迎风面积是多少？解：当灯杆、灯具呈现中心对称形式时，基础承受轴心荷载。1、地基承载力计算：本题中，地基承载力特征值fak=170kPa，∵基础底面宽度是0.6m∴b=3m，基础埋设深度ht=1.5m,基础底面面积A=0.6×0.6=0.36m2，基础体积V=A·ht=0.36×1.5=0.54m3,钢筋混凝土自重ρ=25kN/m3已知土质是可塑性粉质粘土，查表2得：土的加权平均重度γs=16kN/m3，查表2得：深度修正系数ηd=1，答：基础所能承受的灯杆、灯具的最大自重是53.46kN。2、基础倾覆稳定计算：本题中，H=9m，基础埋设深度ht=1.5m,基础底面宽度b=0.6m，ht/b=1.5/0.6=2.5，H/ht=9/1.5=6，倾覆稳定系数γf=1.5，基本风压W0=0.3kN/m2,8/8查表3得：风振系数βz=1，查表4得：风载体型系数μs=0.9，查表5得：风压高度变化系数μz=0.88,已知土质是可塑性粉质粘土，查表6得：土压力参数m=48kN/m3，等代内摩阻角β=30o，查表7得：μ=11.6，查表8得：空间增大系数K0=1.29。答：基础所能承受的灯杆、灯具的最大迎风面积是3.37m2。参考文献[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）[3]《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T5130-2001）[4]《66kV及以下架空电力线路设计技术规范》（GB50061-97）