[发明专利]一种基于筒土分离的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法

说明书

本发明提供一种基于筒土分离的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法，包括以下步骤：(1)建立筒土分离的筒型基础抗倾覆承载受力模型；(2)计算筒体受到的抗倾覆力矩M_R和倾覆力矩M_q；(3)计算抗倾覆安全系数最小值及相应的旋转轴位置。本发明基于大直径宽浅型筒型基础在筒土分离、筒内外壁摩阻力均发挥抗倾作用的受力模型，提出筒壁承载模式下的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法。在分析大量试验数据和数值模拟结果的基础上，采用求极值的思想迭代试算寻求筒型基础最危险倾覆旋转轴，得到筒形基础抗倾覆安全系数计算方法，能够准确评估海上风电大直径筒基在极限风浪流荷载下的抗倾覆稳定性，符合工程实际，方法简单明确。

技术领域

本发明属于建工技术领域，尤其涉及一种基于筒土分离的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法。

背景技术

筒型基础可以岸上预制、自浮拖航、吸力下沉，具有造价低、便于运输和安装、现场施工时间短等优点，近年来在海上风电工程展现出极大的发展潜力。不同于其他海洋工程，海上风电工程上部结构高耸，作用于上部结构的风、浪、流等环境荷载在基础顶面产生巨大的倾覆荷载。

大直径宽浅型筒型基础由圆顶盖与嵌入海床一定深度的筒裙组成，在倾覆荷载作用下，筒体与内部土体发生一定的协同运动与相对运动，其抗倾覆承载模式不同于无筒裙的圆形浅基础和相同高径比的墩式基础。试验与有限元研究表明，在粘聚性较差的土体中，筒体与内部土体协同运动程度较低，针对此种筒土分离设定下的抗倾覆稳定性验算目前还没有相应的理论方法，因此需要一种针对筒土分离验算筒型基础抗倾覆稳定性的简化方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于筒土分离的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法，主要用于解决现有技术中针对筒土分离设定下的抗倾覆稳定性验算还没有相应的理论方法的缺陷。

本发明提供一种基于筒土分离的筒型基础抗倾覆稳定性验算方法，包括以下步骤：

(1)建立筒土分离的筒型基础抗倾覆承载受力模型

所述模型的建立基于筒体与筒内土体在倾覆荷载作用下会产生相对运动，所述筒体壁面的内外侧均承受摩阻力；在倾覆荷载作用下，设定基础围绕底面旋转轴mn发生转动；

(2)计算筒体受到的抗倾覆力矩MR和倾覆力矩Mq；

(3)计算抗倾覆安全系数最小值及相应的旋转轴位置

抗倾覆安全系数：

SF_t＝M_R/M_q (31)

为确定最危险情况，抗倾覆安全系数对λ求导得：

根据(32)，通过迭代试算得到基础围绕底面旋转轴mn的位置，并计算筒型基础抗倾覆的最小安全系数。

在一些实施例中，

所述抗倾覆力矩M_R为：

M_R＝M_V+M_R1+M_Ep+M_fs (1)

式中：M_V为竖向力与自重提供的抗倾力矩；M_R1为筒端弧形区地基反力提供的抗倾覆力矩与筒顶盖弓形区地基反力提供的抗倾覆力矩；M_Ep为基础内外侧被动土压力提供的抗倾覆力矩；M_fs为基础内外侧摩阻力提供的抗倾覆力矩。

在一些实施例中，