1、 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。
2、 当轴心荷载作用时,应满足:Pf a 当偏心荷载作用时,应满足: Pmax1.2fa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 P当轴心荷载作用时:P=(F+G)/A ,式中: A 基础底面面积,m2;2 / 8F 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=V; V基础体积,m3; 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 取 25 kN/m3 ; 当偏心荷载作用
3、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+b(b-3)+ ds(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/T 5219-2005)附录 E地基土(岩)承载
4、力特征值及分类,kPa;s 基础底面以上土的加权平均重度,见表 1,kN/m3;b、d 基 础宽度和埋深的地基承 载力修正系数,按基地下土的类别查表 2 确定; 基 础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度, kN/m3;3 / 8b 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 s粉土及粉质粘土 粉土 砂土土名 坚硬、硬塑可塑 软塑 密实 中密 稍密 砾砂 粗、中砂细砂 粉砂s (kN/m3)17 16 15 17 16 15 19 17 16 15注
5、: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/m311kN/m3。表 2 承载力修正系数土的类别宽度修正系数 b深度修正系数 d淤泥和淤泥质土 0 1.0人工填土 e 或 IL 不小于 0.8 的粘性土 0 1.0含水比 W0.8 0 1.2红粘土含水比 W0.8 0.15 1.4压实系数大于 0.95、粘粒含量 C10%的粉土0 1.5大面积压实填土最大干密度大于 2.1t/m3 的级配砂石 0 2.0粘粒含量 C10%的粉
6、土 0.3 1.5粉土粘粒含量 C10% 的粉土 0.5 2.0e 或 IL 均小于 0.85 的粘性土 0.3 1.6粉砂、细砂(不包括很湿与 饱和时的稍密状态) 2.0 3.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土 3.0 4.44 / 8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 f M0 ,式中:f 倾覆稳定系数,参考(GB 50061-97) 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 = Wk H,kN*m;H 基 础上部 结构水平作
7、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 = mb K0 ht3/,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; 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 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:Wk =zszW0Af式中:W k 风荷载标准值,kN;5 / 8z 风 振系数,按表 3 取用;s 风载 体型系数,按表 4 取用;z
8、 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,m 2。 表 3 风振系数 z杆高( m) 20 30 40 50z 1.0 1.2 1.2 12注:中 间值 按插入法 计 算表 4 风载体型系数 s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s 09 11 12 16注:已包括杆身附件的影响表 5 风压高度变化系数 z离地面高( m) 10 15 20 30 40 50z 0.88 1.00 1.10 1.25 1.37 1.47注:中 间值
9、按插入法 计 算表 6 等代内摩阻角 、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 35o 30o 15o 35o 30o土压力参数mkN/m363 48 26 63 48注:本表不包括松散状 态 的砂土和粉土表 7 值6 / 8H0/h0.10 0.25 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0 82.9 41.3 25.3 17.7 14.1 12.6 13.1 11.8 11.6 11.3 11.2
10、11.0 11.0注:中 间值 按插入法 计 算表 8 K0值 15o 30o 30o 35o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11 1.72 2.28 1.81 2.71 2.41 1.9010 1.65 2.16 1.73 2.56 2.28 1.829 1.59 2.05 1.66 2.40 2.15 1.748 1.52 1.93 1.58 2.23 2.02 1.667 1.46 1.81 1.51 2.08 1.90 1.576 1.39 1.70 1.44 1.93 1.77 1.495 1.33 1.58 1.37 1.78 1.63 1
11、.414 1.26 1.46 1.29 1.62 1.51 1.333 1.20 1.35 1.22 1.46 1.38 1.252 1.13 1.23 1.15 1.31 1.25 1.161 1.07 1.12 1.08 1.15 1.13 1.0808 1.05 1.09 1.06 1.12 1.10 1.07ht/b06 1.04 1.07 1.05 1.09 1.08 1.054. 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
12、迎风面积是多少? 7 / 8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=170 kPa ,基础底面宽度是 0.6m b=3 m, 基础埋设深度 ht=1.5 m,基础底面面积 A=0.60.6=0.36 m2, 基础体积 V=Aht=0.361.5=0.54 m3,钢筋混凝土自重 =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 s=16kN/m3 ,查表 2 得:深度修正系数 d=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=9 m, 基础埋
13、设深度 ht=1.5 m,基础底面宽度 b=0.6 m, ht/b=1.5/0.6=2.5, H/ ht =9/1.5=6, 倾覆稳定系数 f =1.5,基本风压 W0 =0.3kN/m2, 查表 3 得:风振系数 z =1, 查表 4 得:风载体型系数 s =0.9, 查表 5 得:风压高度变化系数 z =0.88, 已知土质是可塑性粉质粘土, 查表 6 得: 土压力参数 m =48 kN/m3 ,等代内摩阻角 = 30o, 查表 7 得:=11.6, 查表 8 得:空间增大系数 K0 =1.29。 8 / 8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/T 5130-2001)466kV 及以下架空电 力线路设计技术规范 (GB50061-97)