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随着“全国联网、西电东送、南北互供”等方针政策的推行,会有越来越多的输电线路要途经那些存在不稳定地基的采空区、送电线路铁塔下压煤等容易引发地基问题的地段。目前在我国煤矿采空区已建成的输电线路中已有多处铁塔基础发生变形,严重影响输电铁塔的安全及线路的稳定运行。目前,对采空区基础变形铁塔的研究大多数集中在变形后铁塔基础的扶正或加固技术方面,复合防护板基础也得到了一定的应用,但对基础变形后铁塔结构的状况及防护板基础的理论依据缺乏深入研究,因此开展采空区输电铁塔及复合防护板基础抗变形性能研究具有重大意义。 本文基于有限元软件ANSYS建立220kV猫头塔有限元模型及输电铁塔-基础-地基整体有限元模型,在不同工况下对铁塔及基础的受力及变形进行了计算分析,主要成果如下: (1)基于塔架有限元模型研究不同基础变形条件(13种基础变形)与60°、90°常遇风速共同作用下输电铁塔变形及受力的影响规律,给出铁塔在不同工况下位移限值,为铁塔安全性评价及抗基础变形设计提供参考。 (2)基于输电铁塔-基础-地基整体有限元模型,分析了输电铁塔复合防护板基础在四种地基土变形下的应力、变形规律,研究不同地基土条件和防护板厚度对铁塔支座位移的影响规律,提出了大板基础厚度的优化取值和大板基础设计方法。分析表明:输电铁塔竖立在采空区土质较硬的地基土情况下,更应关注其基础抗变形能力;防护板基础相比独立基础,对铁塔结构的保护作用随板厚的增加而逐渐增大,当厚度达到一定值时,保护作用增幅趋缓;ZM2铁塔较为合理的防护板厚度在400-500mm之间,约为铁塔根开的1/20-1/10。 (3)分别采用光学水准测量和高精度水准测量系统对采空区典型塔位进行基础变形监测,通过对输电铁塔杆件的承载力计算分析判断输电铁塔的健康状态。采用理论分析和有限元模拟相结合的方法,提出并实践了采用塔基差异沉降测量结果评估输电铁塔健康状态的方法。