[发明专利]一种新型板-桶重力锚的设计方法

权利要求书

1.一种新型板-桶重力锚的设计方法，其特征在于，所述的新型板-桶重力锚包括芯桶和设于芯桶上的混凝土板，所述芯桶的中轴线与混凝土板的中心轴共线；基于锚体的抓重比设计所述新型板-桶重力锚，抓重比为锚体承载力和其重量的比值；所述设计方法包括如下步骤：

步骤1：确定目标抓重比η_c-set；根据锚杆设计规范API-RP-2SK-2005吸力锚和重力锚在完整永久和移动条件下的安全系数分别为1.6和1.2，所述新型板-桶重力锚的目标抓重比η_c-set通过以下方式计算：

F为锚固承载力，SF为锚固安全系数，W为锚体重量；根据锚杆设计规范第5.3节，合适的η_c-set在2.5-5之间；

步骤2：初步选择芯桶直径d和芯桶深度h；经验证，当h/d1时，抓重比η_c几乎保持不变；因此，以h/d＝1作为板-桶重力锚的参考配置；根据承载力要求，初步选择芯桶直径和深度d＝h＝2-8m；

步骤3：确定芯桶壁厚度t；根据系泊锚设计规范API-RP-2A-WSD-2005，确定最小的芯桶壁厚度t：

如果板-桶重力锚的d和h大于4m，还应在芯桶侧壁上增加周向肋和垂直肋，以增强其变形抗力，以避免安装过程中可能出现的屈曲；

步骤4：估计所需的垂直贯入荷载V；根据贯入力Fp和土壤性质，估计芯桶是否能嵌入设定深度；针对砂质海床，土壤性质为：砂土内摩擦角φ_c、砂土结构界面摩擦角δ和相对密度D_r，砂土的容重γ，所需的垂直贯入荷载V的计算公式为：

σ'_vo，σ'_vi和σ_e'_nd分别为外应力、内应力和端部应力；K为侧压力系数；D_o，D_i和分别是沉箱的外径、内径和平均直径；o和i的下标分别代表外部和内部；如果VW，返回步骤2并重新选择芯桶尺寸，即减小h和d的值；

第5步：确定垂直压力Vp和混凝土板直径D值；Vp和D值表示为：

重力锚采用混凝土，其重度γ_c为15kN/m³；混凝土板高h_c与混凝土板直径D之比在0.1-0.2之间，以避免锚前倾；混凝土板高h_c与Vp之间满足Vp＝γ_c*h_c，Vp确定后，即可确定混凝土板直径D；

步骤6：计算锚体的抓重比η_c-cal；结合土壤性质和板-桶重力锚尺寸，计算抓重比η_c-cal

如果η_c-cal值小于步骤2中设置的η_c-set，则更改参数，即增大锚体的h和d的值，重复步骤2-步骤6；

步骤7：获取锚尺寸；η_c-cal值满足设计要求后，即可确定新型板-桶重力锚的尺寸；然后进行有限元仿真，验证锚承载力是否满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的新型板-桶重力锚的设计方法，其特征在于，所述的新型板-桶重力锚的结构具体为：所述芯桶顶部外侧沿环向均匀布置有桶板连接外撑，芯桶顶部内侧相应位置布置有桶板连接内撑；所述的芯桶下端开口，包括桶顶板和桶侧壁；所述桶顶板嵌入混凝土板内；所述桶侧壁内侧沿竖直方向均匀设置有竖向加劲肋，沿环向布置有环向加劲肋；

所述的混凝土板内部沿环向布置有环向钢筋，沿纵向布置有纵向钢筋；在混凝土板上侧均匀布置有吊耳，在混凝土板一侧底部设有锚眼点，用于连接系泊链；混凝土板中心位置布置有贯穿芯桶的排水孔，用于在基础安装时内部水的排出。

3.根据权利要求2所述的新型板-桶重力锚的设计方法，其特征在于，所述的桶侧壁底部设有桶底刃角。

4.根据权利要求2所述的新型板-桶重力锚的设计方法，其特征在于，所述桶板连接外撑和桶板连接内撑均为三角形的钢板。