模塊化變電站人字構(gòu)架預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)研究及有限元分析

張慧潔 王 燦 李景哲 王靜峰，3，* 高奔浩

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，合肥 230071；2.合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，合肥 230009；3.先進鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥 230009）

0 引 言

近年來，模塊化變電站建設(shè)在工程建設(shè)的施工質(zhì)量、建設(shè)周期、工程投資和節(jié)能環(huán)保等方面相對于以濕作業(yè)為主的傳統(tǒng)變電站建設(shè)有著顯著優(yōu)勢[1]。為此，國家電網(wǎng)公司大力推進模塊化變電站建設(shè)，相繼在2016—2018年發(fā)布了35～110 kV、220～750 kV的模塊化通用設(shè)計方案，其中裝配式技術(shù)是實現(xiàn)模塊化變電站建設(shè)中極為關(guān)鍵的重要方法。

人字構(gòu)架設(shè)備基礎(chǔ)是變電站建設(shè)的重要組成部分，因此研發(fā)人字構(gòu)架預(yù)制裝配式基礎(chǔ)是實現(xiàn)模塊化變電站建設(shè)的關(guān)鍵問題之一。預(yù)制裝配式基礎(chǔ)就是根據(jù)基礎(chǔ)實際受力情況，同時考慮加工、運輸、安裝等問題，將基礎(chǔ)整體拆分成不同的預(yù)制模塊，實現(xiàn)工廠統(tǒng)一預(yù)制，再運用合理連接方式進行現(xiàn)場可靠連接，從而達到縮短工程周期，優(yōu)化工程質(zhì)量的目的。

目前，裝配式模塊之間的連接方式主要包含兩種：第一種是在預(yù)制模塊中預(yù)埋螺栓、型鋼等預(yù)埋件進行鉸接連接[2-3]；第二種是預(yù)留伸出鋼筋，同時預(yù)留鋼筋孔洞，現(xiàn)場拼裝之后澆筑混凝土實現(xiàn)等同現(xiàn)澆的固接連接[4]。通過施加預(yù)應(yīng)力來保證各模塊之間的可靠連接方法曾被應(yīng)用到美國和加拿大的風機基礎(chǔ)中，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和可靠性[5]。本文首次將此類連接方法引入到變電站設(shè)備基礎(chǔ)研究中，研發(fā)出一種新型預(yù)應(yīng)力連接的預(yù)制裝配式變電構(gòu)架基礎(chǔ)，可減少現(xiàn)場濕作業(yè)對工程質(zhì)量的影響。

本文依據(jù)國家電網(wǎng)某項目的變電站設(shè)計信息建立了變電站人字構(gòu)架的有限元分析模型，綜合考慮了其在正常使用狀態(tài)下各種荷載工況，分析得到了基礎(chǔ)所承受的最大作用力；綜合考慮加工、運輸、吊裝及安裝等復(fù)雜工程因素，進行了新型裝配式基礎(chǔ)的拆分設(shè)計；根據(jù)相關(guān)預(yù)應(yīng)力規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[6-7]，確定了預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計參數(shù)；最后利用ABAQUS有限元程序分析了預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)在設(shè)計荷載下的應(yīng)力分布及沉降值。研究結(jié)果將為預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)在模塊化變電站建設(shè)的應(yīng)用和推廣提供科學依據(jù)。

1 人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)計算

變電站人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)主要由人字形構(gòu)架柱、三角形桁架橫梁以及附屬的鋼爬梯避雷針等組成，如圖1所示，其中兩側(cè)的人字構(gòu)架斜柱設(shè)置端撐以形成抗側(cè)力體系，中間的構(gòu)架斜柱不設(shè)置端撐，構(gòu)架柱中部設(shè)置多道橫撐。梁柱采用鉸接，橫撐與人字柱鋼管剛性連接。

圖1 220 kV變電站人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of 220 kV substation herringbone

在研發(fā)預(yù)制裝配式基礎(chǔ)時，采用MIDAS軟件建立了220 kV變電站人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)計算模型以確定基礎(chǔ)所承受荷載。

1.1 人字構(gòu)架計算模型

依據(jù)實際工程，參考國家電網(wǎng)提供的220 kV變電站構(gòu)架斜柱、端撐、橫梁截面信息，使用MIDAS有限元庫的桁架單元和梁單元，建立了人字構(gòu)架計算模型，如圖2所示，以完全固結(jié)的邊界條件模擬基礎(chǔ)約束。模型包含358個節(jié)點、1 027個單元，其中桁架單元只能承受軸向拉、壓力，梁單元既能承受拉力和壓力，又能承受彎矩、剪力、扭矩。

圖2 220 kV變電站人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)計算模型Fig.2 Structural model of 220 kV substation herringbone

依據(jù)《變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[8]，根據(jù)荷載性質(zhì)，本模型考慮了下列4種工況作為承載能力極限狀態(tài)的基本組合：運行工況、安裝工況、檢修工況和最低溫度工況。

2.2 人字構(gòu)架基礎(chǔ)荷載

根據(jù)計算結(jié)果，比對分析不同設(shè)計荷載工況下帶避雷針人字構(gòu)架斜柱底的支反力，提取基礎(chǔ)受到最不利荷載如表1所示，將其作為基礎(chǔ)頂部作用力來設(shè)計基礎(chǔ)。

表1 基礎(chǔ)承受最不利荷載Table 1 The most unfavorable load on the foundation

2 預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)的模塊化研究

2.1 整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)設(shè)計

變電站現(xiàn)澆基礎(chǔ)的混凝土強度一般為30 MPa，受力鋼筋采用HPB400級鋼筋。本設(shè)計取基礎(chǔ)埋深為2.0 m，基底尺寸為2.5 m×2.5 m，基礎(chǔ)高度為1.5 m，混凝土強度取30 MPa，采用直徑為20 mm間隔為170 mm的HRB400級雙層雙向配筋，如圖3所示。對基礎(chǔ)的抗剪、抗彎、抗沖切、抗拔以及地基承載力等進行驗算，滿足規(guī)范要求。

圖3 整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)尺寸及配筋Fig.3 Dimensions and reinforcement of cast-in-place monolithic foundation

2.2 預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)拆分思路

綜合考慮了加工運輸因素、安裝施工因素以及界面沖切因素對基礎(chǔ)模塊拆分方案的影響，研發(fā)了一種現(xiàn)場干式連接的預(yù)應(yīng)力連接裝配式基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)拆分思路如圖4所示。

圖4 人字構(gòu)架預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)拆分思路Fig.4 Modularized idea of the prestressed prefabricated foundation

人字構(gòu)架裝配式基礎(chǔ)的預(yù)制構(gòu)件主要包括：位于基礎(chǔ)中部的YZ-B預(yù)制構(gòu)件，其包含了柱下獨立基礎(chǔ)的上臺階和下臺階的一部分，使用上部預(yù)埋箱形法蘭盤與人字斜柱連接；位于基礎(chǔ)邊緣的YZ-A預(yù)制構(gòu)件，其包含了下臺階的邊緣部分，以及用一個凹槽安裝連梁；端部設(shè)凸角的YZ-連梁。預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔道以施加模塊間的可靠連接；各預(yù)制構(gòu)件形狀較規(guī)則，模板易統(tǒng)一標準，而且體量大小適宜，便于施工運輸。

根據(jù)表2對于預(yù)制構(gòu)件尺寸和重量可知，YZA、YZ-B、YZ-連梁的最小寬度分別為 0.95 m、1.2 m、1.2 m，均小于貨車限寬2.5 m，滿足要求；YZ-A、YZ-B、YZ-連梁的高度最大為1.5 m，小于貨車限高3.8 m，滿足要求；假定貨車自重為8 t，車輛最大運輸能力41 t；YZ-A、YZ-B、YZ-連梁的重量分別約為3.93 t、6.87 t、3.81 t，遠遠低于規(guī)范中車輛承載能力限值，有較大的安全余量。經(jīng)過計算驗證，上述分塊方案中設(shè)計的預(yù)制構(gòu)件，可以通過常規(guī)運輸方式進場。

表2 預(yù)制構(gòu)件的尺寸及重量Table 2 Dimensions and weight of prefabricated members

預(yù)制構(gòu)件運輸進場后，按照現(xiàn)場放線的位置放置各預(yù)制構(gòu)件，保證預(yù)應(yīng)力孔洞對齊，穿插、張拉預(yù)應(yīng)力筋，固定錨具完成安裝。

3 預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)有限元分析

本文采用ABAQUS有限元程序，確定合理的材料本構(gòu)關(guān)系，考慮材料非線性、界面接觸、邊界條件及網(wǎng)格劃分等因素建立了新型預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)的有限元分析模型，分析其在最不利荷載工況下的力學性能，如圖5所示。該分析模型主要

包括地基土、裝配式混凝土基礎(chǔ)構(gòu)件（預(yù)制構(gòu)件YZ-A、YZ-B和連梁）、鋼筋網(wǎng)片、鋼筋籠、預(yù)應(yīng)力錨具組和法蘭盤組成，其中地基土考慮了土體開挖，并考慮了基礎(chǔ)頂面以上的覆土厚度。

圖5 人字構(gòu)架基礎(chǔ)有限元分析模型Fig.5 The FE model of the prestressed prefabricated foundation

3.1 單元類型及網(wǎng)格設(shè)置

3.1.1 單元類型

混凝土采用八節(jié)點減縮積分的線性六面體單元（C3D8R）模擬其變形特征。采用兩節(jié)點線性三維桁架單元（T3D2）模擬受力筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋可以有效的反映鋼筋材料的特性；法蘭盤、錨栓以及連接螺栓采用八節(jié)點減縮積分的線性六面體單元（C3D8R）。為了減小土體尺寸對模擬結(jié)果的影響，土體尺寸在深度方向延伸6 m，在平面方向上取為基礎(chǔ)尺寸的3倍，采用八節(jié)點線性六面體單元（C3D8R）。

3.1.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分對有限元分析模型的計算精度及收斂速度有重要的影響。如果網(wǎng)格劃分尺寸過大，計算時間會縮短，但是計算結(jié)果不夠精確；如果網(wǎng)格過小會導(dǎo)致計算時間過長，并且可能造成模型不收斂[10]。本模型的土體以及基礎(chǔ)部分的網(wǎng)格采用ABAQUS中結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格化分技術(shù)（Structured）。網(wǎng)格大小根據(jù)試件尺寸進行局部劃分，本模型中土體和基礎(chǔ)相互作用部位網(wǎng)格尺寸為100～120 mm，距離基礎(chǔ)較遠的土體網(wǎng)格尺寸為400～450 mm，可以有效保證單元尺寸的計算精度。

3.2 本構(gòu)關(guān)系模型

3.2.1 混凝土

混凝土采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010）[7]的單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，如圖6所示。其中單軸受壓曲線如式（1）—式（5）所示，單軸受拉曲線如式（6）—式（9）所示：

圖6 混凝土單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Fig.6 The uniaxial stress-strain relationship of concrete

式中：σ和ε分別為混凝土的應(yīng)力和應(yīng)變；Ec為混凝土的彈性模量；αc是與混凝土單軸受壓本構(gòu)曲線下降段有關(guān)的參數(shù)值；fc，r和εc，r分別為混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線達到峰值時的抗壓強度和壓應(yīng)變；dc為混凝土受壓損傷系數(shù)。

式中：αt為與混凝土單軸受拉本構(gòu)曲線下降段有關(guān)的參數(shù)值；ft，r和εt，r分別為混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線達到峰值時的抗壓強度和壓應(yīng)變；dt為混凝土受拉損傷系數(shù)。

3.2.2 鋼材與鋼筋

目前大多數(shù)鋼材及鋼筋的本構(gòu)均采用雙折線模型（圖7）。假設(shè)鋼材及鋼筋在受壓受拉時的本構(gòu)關(guān)系相同，能夠較好模擬其實際的材料特性。

圖7 鋼材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線Fig.7 Uniaxial stress-strain relationship of steel

3.2.3 預(yù)應(yīng)力筋

不同中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲強度參數(shù)如表3所示，本文選擇10根φHM 9中強度預(yù)應(yīng)力鋼絞線施加可靠連接。根據(jù)截面積相等的原則將10根鋼絞線等效為截面積為707 mm2的預(yù)應(yīng)力筋，假定在加載全過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋處于彈性階段，參照文獻[6]，彈性模量和泊松比分別取為2.1×105MPa和0.3。

表3 預(yù)應(yīng)力筋強度設(shè)計值Table 3 Design strength of prestressing tendons MPa

3.2.4 土體

假設(shè)土體是一種彈塑性非線性材料，為了便于計算的收斂性，采用Drucker-Prager屈服準則來模擬其變形，其屈服函數(shù)表達式為[9]

式中：I1為應(yīng)力張量的第一不變量；J，2為應(yīng)力偏張量第二不變量。

土體主要材料參數(shù)包括如表4所示。

表4 土體主要材料參數(shù)Table 4 The main material parameters of soil

3.3 荷載施加及邊界條件

本模型設(shè)置兩個靜力通用分析步，第一個分析步用于給預(yù)應(yīng)力筋施加預(yù)應(yīng)力，第二個分析步用于施加人字構(gòu)架傳遞到基礎(chǔ)頂面的荷載。

在第一個分析步中施加預(yù)應(yīng)力。根據(jù)預(yù)應(yīng)力相關(guān)規(guī)范[6]，取0.7倍的極限抗拉強度為張拉控制應(yīng)力。本模型綜合考慮了后張法預(yù)應(yīng)力張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失，最終有效預(yù)應(yīng)力值（即模型輸入值）確定為612.14 MPa，施加方式如下：

預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置線膨脹系數(shù)，通過設(shè)置降低溫度的預(yù)定義場施加預(yù)應(yīng)力，根據(jù)式（11）進行降溫計算[11]：

式中：α為線膨脹系數(shù)，取α=10-5；E為彈性模量，取E=2.1×105MPa。

經(jīng)過計算，本模型需降溫291.5℃來模擬施加初始預(yù)應(yīng)力。

在第二個分析步中，分別通過參考點RP1和RP2（距離J-2和J-3基礎(chǔ)人字柱頂面100 mm處）施加基礎(chǔ)所受最不利荷載；此外，還對整個模型施加自重荷載，考慮大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)自身重量對抗拔的有利作用。

本模型通過約束土體表面位移來施加邊界條件，對于土體底面，僅約束其Z方向的位移，對于土體的側(cè)面，分別約束其沿法向方向的位移。

3.4 接觸作用

鋼筋網(wǎng)片、錨筋與混凝土的采用內(nèi)置區(qū)域定義接觸來模擬在混凝土中嵌固的特點[12]。

裝配式模塊接觸面之間、裝配式基礎(chǔ)與土體之間均采用庫侖摩擦理論。該理論包含切向和法向兩個方向的行為，切向行為指的是摩擦作用，采用“罰”選項，摩擦系數(shù)取0.6[11]；法向行為采用“硬接觸”選項，假設(shè)當接觸面接觸時，接觸壓力可以為零到無窮大，當接觸面分離時，接觸壓力為零。

錨筋和內(nèi)置法蘭盤采用“Tie”約束模擬焊接作用。預(yù)應(yīng)力鋼筋和錨板的連接采用MPC-梁的約束進行連接。由于預(yù)應(yīng)力筋采用無黏結(jié)后張法施工，所以預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土不設(shè)置相互接觸。

4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

4.1 主要構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)

取1/2地基土進行應(yīng)力分析，本模型地基土受到的力主要以軸向壓縮力為主，選取地基土Z向應(yīng)力云圖（S33）來分析人字構(gòu)架裝配式基礎(chǔ)周圍地基土在設(shè)計荷載下的應(yīng)力狀態(tài)。如圖8所示，地基土體最大的壓應(yīng)力出現(xiàn)在受壓基礎(chǔ)J-2的角部，最大壓應(yīng)力為91.6 kPa，小于設(shè)計提供的地基承載力特征值150 kPa，地基土承載力滿足要求。

圖8 地基土剖面壓應(yīng)力云圖Fig.8 Compressive stress of soil profile

對于基礎(chǔ)的混凝土部分，圖9反映了其壓應(yīng)力分布和傳遞規(guī)律。在預(yù)應(yīng)力端板處混凝土壓應(yīng)力達到最大，為12.9 N/mm2，小于C30抗壓強度標準值14.3 N/mm2，其余位置的壓應(yīng)力均明顯小于混凝土抗壓強度。

圖9 裝配式基礎(chǔ)混凝土壓應(yīng)力云圖Fig.9 Compressive stress（S Min Principal）of the prefabricated foundation concrete

圖10（a）給出了裝配式基礎(chǔ)底面的平均應(yīng)力（Mises）分布，受壓基礎(chǔ)J-2的應(yīng)力大致呈十字形擴散，四個角部應(yīng)力較小；受拉基礎(chǔ)J-3的應(yīng)力主要集中于中間預(yù)制構(gòu)件YZ-2上，YZ-1構(gòu)件應(yīng)力較小。圖10（b）給出了裝配式基礎(chǔ)第二階頂面的平均應(yīng)力分布，與底面相反，由于覆土的存在，受拉基礎(chǔ)成為一個變相的受壓基礎(chǔ)，應(yīng)力呈十字形擴散。

圖10 裝配式基礎(chǔ)混凝土表面應(yīng)力云圖Fig.10 Compressive stress（S Mises）of the concrete surface of prefabricated foundation

裝配式基礎(chǔ)的受力鋼筋部分，圖11反映了其拉應(yīng)力分布。在正常使用過程中，鋼筋均處于低應(yīng)力水平，其最大的拉應(yīng)力發(fā)生在受拉基礎(chǔ)的上層配筋處，為6.76 N/mm2，小于鋼筋的屈服強度300 N/mm2。

圖11 裝配式基礎(chǔ)鋼筋框架拉應(yīng)力云圖Fig.11 Tensile stress（S Max Principal）of the rebar of prefabricated foundation

4.2 關(guān)鍵部位豎向位移

圖12給出了裝配式基礎(chǔ)的豎向位移。在Y方向，由于一側(cè)受拉一側(cè)受壓，故呈現(xiàn)出一種從受壓側(cè)到受拉側(cè)豎向位移漸變的趨勢；在X方向，因裝配式構(gòu)件界面間由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的靜摩擦力足以抵抗地基反力，X方向豎向位移變化較小。

圖12 裝配式基礎(chǔ)豎向位移云圖Fig.12 Vertical displacement（U3）of prefabricated foundation

分別在基礎(chǔ)底面沿X向和Y向選取特征點以分析不同部位的不均勻沉降，如圖13所示。在Y向上根據(jù)云圖顏色選取了10個特征點，在X向分別在3個不同構(gòu)件中心各選取1個特征點。

圖13 裝配式基礎(chǔ)底面關(guān)鍵點位置示意圖Fig.13 Location of key points on the bottom surface of the prefabricated foundation

圖14給出了裝配式基礎(chǔ)底面分別沿Y向特征點的豎向位移曲線圖。從受壓側(cè)到受拉側(cè)豎向位移逐漸減小，位于受壓側(cè)端點的1號特征點的最大豎向位移為17.83 mm，而位于受拉側(cè)端點的12號特征點的最大豎向位移為11.79 mm，最大不均勻沉降為6.04 mm，滿足要求。

圖14 裝配式基礎(chǔ)底面Y向關(guān)鍵點位置豎向位移曲線圖Fig.14 Vertical displacement curves of Y-direction key points on the bottom surface of prefabricated foundation

圖15（a）和15（b）分別給出了裝配式基礎(chǔ)J-2和J-3沿基礎(chǔ)底面X向特征點的豎向位移曲線圖。兩個基礎(chǔ)的豎向位移曲線圖大致重合，說明在正常使用狀態(tài)下各裝配式構(gòu)件不會發(fā)生相對滑移。

圖15 裝配式基礎(chǔ)底面X向關(guān)鍵點位置豎向位移曲線圖Fig.15 Vertical displacement curves of X-direction key points on the bottom surface of prefabricated foundation

4.3 基礎(chǔ)和土體的相互接觸壓力

在基礎(chǔ)與土體接觸面沿Y向選取部分特征點以判斷基礎(chǔ)和土體在設(shè)計荷載作用下是否發(fā)生相互脫離現(xiàn)象，如圖16所示。

圖16 基礎(chǔ)與土體接觸面關(guān)鍵點位置示意圖Fig.16 Location of key points on the contact surface between foundation and soil

圖17繪制出了不同特征點處基礎(chǔ)和土體受荷全過程基礎(chǔ)-土體接觸壓力曲線圖。沿Y向基礎(chǔ)豎向沉降的漸變導(dǎo)致了基礎(chǔ)-土體接觸壓力在此方向上也出現(xiàn)一個漸變的現(xiàn)象。受拉側(cè)端點（PointL），其仍然存在接觸壓力，說明基礎(chǔ)自重及覆土重量可以有效地抵抗人字構(gòu)架基礎(chǔ)正常使用過程中受到的上拔力。

圖17 裝配式基礎(chǔ)底面Y向關(guān)鍵點位置接觸壓力曲線圖Fig.17 Contact stress curves of Y-direction key points on the contact surface between foundation and soil

5 效益性評價

本文針對研發(fā)的新型預(yù)應(yīng)力裝配式變電站人字構(gòu)架基礎(chǔ)進行了社會、經(jīng)濟效益評價。

5.1 社會效益

變電站基礎(chǔ)裝配化在工廠通過精細化管理、規(guī)范化加工集中生產(chǎn)基礎(chǔ)預(yù)制構(gòu)件，使基礎(chǔ)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量可控、精準。此外，人字構(gòu)架裝配式基礎(chǔ)可以實現(xiàn)快速安裝施工，適用變電站人字構(gòu)架結(jié)構(gòu)布置。

5.2 經(jīng)濟效益

針對變電站人字構(gòu)架傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)和本文研發(fā)裝配式基礎(chǔ)進行成本估算，如表5所示。其中現(xiàn)澆基礎(chǔ)建造成本包括模板工程費用、鋼筋工程費用、混凝土工程費用；而裝配式基礎(chǔ)建造成本包括材料成本、運輸費用、安裝費用。

表5 現(xiàn)澆和裝配式基礎(chǔ)成本估算表Table 5 Cost estimation for cast-in-place and fabricated foundations 元

（1）現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)成本估算

模板工程費用主要包括模板制作、安裝、拆除、整理堆放、清理模板黏結(jié)物等產(chǎn)生的費用。鋼筋工程費用主要包括鋼筋制作、綁扎、安裝產(chǎn)生的費用；混凝土工程費用主要包括混凝土運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護等產(chǎn)生的費用。

（2）裝配式基礎(chǔ)成本估算

本文研發(fā)的變電站人字構(gòu)架裝配式基礎(chǔ)共有12個獨立基礎(chǔ)、5個基礎(chǔ)連梁、60組預(yù)應(yīng)力錨具組，如圖2所示。材料成本即為構(gòu)件的預(yù)制費用（包含運輸費），安裝費用主要包括預(yù)制件吊裝定位、張拉封錨等。

通過對比，在滿足安全性的前提下，優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及埋深，使得工程造價降低33.3%，材料消耗下降超過50%，產(chǎn)品質(zhì)量能得到保障。

6 結(jié) 論

（1）本文結(jié)構(gòu)優(yōu)化、計算分析，研發(fā)出一種新型預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)。可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、綠色化施工，值得在模塊化變電站中推廣和應(yīng)用。

（2）計算結(jié)果表明，新型預(yù)應(yīng)力裝配式基礎(chǔ)的混凝土部分最大壓應(yīng)力為12.9 N/mm2，小于材料強度14.3 N/mm2；鋼筋在設(shè)計荷載作用下處于彈性狀態(tài)；地基土的最大豎向應(yīng)力為91.6 kPa，小于地基承載力特征值150 kPa，均滿足現(xiàn)行標準要求。

（3）豎向位移分析表明基礎(chǔ)預(yù)制構(gòu)件間不會發(fā)生相對滑移，基礎(chǔ)沿豎向的最大不均勻沉降為6.04 mm，滿足現(xiàn)行標準限值。基礎(chǔ)與土體在受荷時協(xié)同變形，持荷情況良好。

（4）經(jīng)過合理優(yōu)化、拆分設(shè)計后的裝配式基礎(chǔ)在成本、質(zhì)量等方面均優(yōu)于整體現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)，具有良好的經(jīng)濟社會效益。