一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法。该方法包括：根据混凝土电杆的使用状态分析并确定各层土类别的弹性约束刚度；采用气弹模拟设计方法根据混凝土电杆的高度和模拟分析断面的高度，确定模拟分析中几何缩尺比和风速比的取值；采用气弹模拟设计方法确定模拟电杆的截面形状及其尺寸；采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟土弹簧的模拟参数；确定模拟电杆和模拟土弹簧的连接位置和连接方式。本发明专利技术提供的方法模拟桩土相互作用对混凝土电杆风振响应的状态，依据风洞试验模型的相似准则进行风洞试验气弹模型的设计提高台风登陆地区混凝土电杆动力荷载的计算精度，从而提高了混凝土电杆的抗风性能和抗风安全性。

An aeroelastic model design method for concrete poles considering pile-soil interaction

The invention provides a method for designing a concrete pole aeroelastic model taking into account the interaction of soil and pile. The method includes: according to the concrete pole using state to analyze and determine the elastic constraint stiffness of each layer soil category; the aeroelastic simulation design method according to the concrete pole height and the height of cross section simulation analysis, to determine the value of geometric scale and wind speed; the cross section shape and size determination of aeroelastic simulation pole design method of simulation; using aeroelastic simulation parameters to simulate soil spring determined according to the results of the analysis design method of simulation; determine the connection position and connection mode of simulation and Simulation of soil spring pole. Simulation of pile-soil interaction on the concrete pole of wind-induced response state method provided by the invention, improve the calculation accuracy of typhoon dynamic load concrete pole area design of aeroelastic model wind tunnel test was carried out according to the similarity criterion of wind tunnel model, so as to improve the wind resistance and wind resistance safety of concrete poles.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电杆
，具体而言，涉及一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法。
技术介绍
混凝土电杆大多采用直埋式基础，这种基础通过埋置在土中的部分电杆提供竖向支撑力和抗倾覆力矩。在进行抗风计算时，仅考虑风对地面以上混凝土电杆的影响。随着沿海地区台风登陆频次的增多，在电压等级和安全裕度均较低的配电线路中，由于混凝土电杆的抗风性能差，混凝土电杆遭受破坏严重，导致生产生活用电的最后一公里问题无法解决。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，旨在解决现有混凝土电杆抗风性能差的问题。一个方面，本专利技术提出了一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，该方法包括如下步骤：混凝土电杆分析步骤，根据混凝土电杆的使用状态分析并确定各层土类别的弹性约束刚度；模拟欲准备步骤，采用气弹模拟设计方法根据所述混凝土电杆的高度和模拟分析断面的高度，确定模拟分析中几何缩尺比λL和风速比λv的取值。混凝土电杆模拟步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟电杆的截面形状及其尺寸；模拟土弹簧确定步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟土弹簧的模拟参数；模拟连接确定步骤，确定所述模拟电杆和所述模拟土弹簧的连接位置和连接方式。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述混凝土电杆分析步骤进一步包括如下子步骤：刚度分析子步骤，将所述混凝土电杆埋置于土内部分根据土类型分层并确定各层土类别的弹簧刚度；力学分析子步骤，考虑风荷载对所述混凝土电杆的影响，分别确定各层土类别对所述混凝土电杆第一侧(如图3所示的左侧)的弹簧刚度ki1和该层土类别对所述混凝土电杆第二侧的弹簧刚度ki2。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述第i层土类别的弹簧刚度ki的计算公式为：ki＝miDihizi；其中，mi是第i层土类别的比例系数；Di是所述混凝土电杆位于第i层土类别中间层处的直径；hi是第i层土类别的土层厚度；zi是第i层土类别中间层与地面之间的距离。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述第i层土类别对所述混凝土电杆的两侧的弹簧刚度ki1和ki2与该层土类别的土弹簧刚度ki之间的关系式为：ki＝ki1+ki2。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述混凝土电杆模拟步骤进一步包括如下子步骤：混凝土电杆取值确定子步骤，根据所述混凝土电杆的配筋率，确定所述混凝土电杆的等效弹性模量Ep及其截面直径dp；模拟电杆材料和截面形状确定步骤，选取所述模拟电杆的材料和截面形状，并确定所述模拟电杆的弹性模量Em；模拟电杆截面尺寸确定步骤，根据所述模拟电杆的材料和截面形状计算所述模拟电杆的模型断面抗弯惯性矩Im以确认所述模拟电杆的截面尺寸。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述模拟电杆的模型断面抗弯惯性矩Im的计算公式为：其中，Ip是待模拟件即所述混凝土电杆的抗弯惯性矩；λEI是抗弯刚度缩尺比。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述模拟土弹簧确定步骤进一步包括如下子步骤：模拟弹簧刚度确认子步骤，根据各层土类别对所述混凝土电杆的两侧的弹簧刚度确定各层所述模拟土弹簧的分布及其模拟弹簧刚度；模拟弹簧参数确定子步骤，根据所述模拟土弹簧模拟弹簧刚度确定所述模拟土弹簧的模拟参数。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述模拟土弹簧的模拟弹簧刚度kmij的计算公式为：其中，λEI是拉伸刚度缩尺比；Ep弹是各层土类别的等效弹性模量；Em弹是对应的模拟土弹簧的弹性模量；xm是各层土类别的等效变形量；xm是对应的模拟土弹簧的变形量；kij是第i层土类别对所述混凝土电杆第j侧的弹簧刚度；kmij是第i层土类别第j侧模拟土弹簧的模拟弹簧刚度。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，根据和Dm＝Do-d计算确定所述模拟土弹簧的弹簧线径d、所述模拟土弹簧的弹簧中径Dm、所述模拟土弹簧的弹簧匝数Nc和所述模拟土弹簧的弹簧外径Do，并且，确保所述模拟土弹簧处于拉伸状态。进一步地，上述一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，所述模拟连接确定步骤进一步包括如下子步骤：固定框架设计子步骤，根据所述混凝土电杆的使用状态设计模拟固定框架用于通过所述模拟土弹簧与所述模拟电杆相连接；连接关系确认步骤，确定所述模拟土弹簧与所述模拟电杆和所述模拟固定框架的连接关系保证所述模拟土弹簧处于拉伸状态；连接位置确认步骤，确定所述模拟土弹簧与所述模拟电杆和所述模拟固定框架之间的相对位置。本专利技术提供的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法考虑桩土相互作用对风振响应的影响，并通过设置模拟土弹簧模拟桩土相互作用对混凝土电杆风振响应的状态，依据风洞试验模型的相似准则进行风洞试验气弹模型的设计。该方法充分考虑了桩土相互作用对混凝土电杆风振响应的影响，提高了台风登陆地区混凝土电杆动力荷载的计算精度，从而进一步提高了混凝土电杆的抗风性能和抗风安全性，同时为解决生产生活用电的最后一公里问题提供了便利条件。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的混凝土电杆分析步骤的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的混凝土电杆的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的混凝土电杆模拟步骤的流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的模拟土弹簧确定步骤的流程示意图；图6为本专利技术实施例提供的模拟土弹簧和模拟电杆的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的模拟连接确定步骤的流程示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法的流程示意图。如图所示，该方法包括如下步骤：混凝土电杆分析步骤S1，根据混凝土电杆4的使用状态分析并确定各层土类别5的弹性约束刚度。具体实施时，首先分析所需设计的混凝土电杆4需要使用的使用状态，其中，使用状态包括该混凝土电杆4的高度直径和埋置于地面的高度以及与该混凝土电杆4接触土层的土类型等。然后，根据以上分析结果计算确定各层土类别5的弹性约束刚度。模拟欲准备步骤S2，采用气弹模拟设计方法根据混凝土电杆4的高度和模拟分析断面的高度，确定模拟分析中几何缩尺比λL和风速比λv的取值。具体地，首先，可以根据混凝土电杆4的高度以及待模拟风洞试验断面的高度采用气弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：混凝土电杆分析步骤，根据混凝土电杆的使用状态分析并确定各层土类别的弹性约束刚度；模拟欲准备步骤，采用气弹模拟设计方法根据所述混凝土电杆的高度和模拟分析断面的高度，确定模拟分析中几何缩尺比λL和风速比λv的取值；混凝土电杆模拟步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟电杆的截面形状及其尺寸；模拟土弹簧确定步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟土弹簧的模拟参数；模拟连接确定步骤，确定所述模拟电杆和所述模拟土弹簧的连接位置和连接方式。

【技术特征摘要】
1.一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：混凝土电杆分析步骤，根据混凝土电杆的使用状态分析并确定各层土类别的弹性约束刚度；模拟欲准备步骤，采用气弹模拟设计方法根据所述混凝土电杆的高度和模拟分析断面的高度，确定模拟分析中几何缩尺比λL和风速比λv的取值；混凝土电杆模拟步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟电杆的截面形状及其尺寸；模拟土弹簧确定步骤，采用气弹模拟设计方法根据分析结果确定模拟土弹簧的模拟参数；模拟连接确定步骤，确定所述模拟电杆和所述模拟土弹簧的连接位置和连接方式。2.根据权利要求1所述的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，所述混凝土电杆分析步骤进一步包括如下子步骤：刚度分析子步骤，将所述混凝土电杆埋置于土内部分根据土类型分层并确定各层土类别的弹簧刚度；力学分析子步骤，考虑风荷载对所述混凝土电杆的影响，分别确定各层土类别对所述混凝土电杆第一侧(如图3所示的左侧)的弹簧刚度ki1和该层土类别对所述混凝土电杆第二侧的弹簧刚度ki2。3.根据权利要求2所述的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，所述第i层土类别的弹簧刚度ki的计算公式为：ki＝miDihizi；其中，mi是第i层土类别的比例系数；Di是所述混凝土电杆位于第i层土类别中间层处的直径；hi是第i层土类别的土层厚度；zi是第i层土类别中间层与地面之间的距离。4.根据权利要求2所述的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，所述第i层土类别对所述混凝土电杆的两侧的弹簧刚度ki1和ki2与该层土类别的土弹簧刚度ki之间的关系式为：ki＝ki1+ki2。5.根据权利要求1所述的一种考虑桩土相互作用的混凝土电杆气弹模型设计方法，其特征在于，所述混凝土电杆模拟步骤进一步包括如下子步骤：混凝土电杆取值确定子步骤，根据所述混凝土电杆的配筋率，确定所述混凝土电杆的等效弹性模量Ep及其截面直径dp；模拟电杆材料和截面形状确定步骤，选取所述模拟电杆的材料和截面形状，并确定所述模拟电杆的弹性模量Em；模拟电杆截面尺寸确定步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏杰，李峰，陈彬，易弢，张明龙，黄海鲲，林德源，吴涵，王健，蔡政权，李衍川，王飞，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11