[发明专利]一种裙式吸力桶形基础的水平承载力计算方法

说明书

本发明涉及一种可以用于实际工程的计算裙式桶形吸力基础水平承载力的方法。公式计算步骤：(1)确定桶基结构各尺寸参数。(2)测得地基土的饱和重度γ′。(3)由材料与土的直剪试验确定桶体与土体之间的摩擦系数f。(4)根据“m”法确定水平向地基系数k_h。(5)计算朗肯主动土压力系数K_a。(6)计算作用在桶基上的竖向作用力之和V。(7)利用本发明公式计算桶基水平极限承载状态时的转角ω，将计算得到的ω值代入得到桶基极限水平荷载计算值P。(8)桶基极限水平荷载设计值P_u＝αP(α＜0.75)，其中α为安全系数。本发明对裙式吸力桶形基础水平承载模式分析清晰，简化合理，得到的水平承载力计算公式形式简单易用，且准确性较好。

技术领域

本发明涉及一种裙式吸力桶形基础的水平承载力计算方法，应用于海上工程，属于海洋工程锚固基础技术领域。

背景技术

吸力式桶形基础是一种应用于海上工程的新型基础，是一种下端开口、上端闭合的圆柱形薄壁结构，施工安装时通过抽水使桶内形成负压实现下沉，安装完成之后桶内的负压可起到抗拔承载作用，并可以利用土反力和摩擦力提供水平承载力。这种新型基础以其施工简单、效率高和成本较低等优势在近年被大量采用。

裙式吸力桶形基础是吸力式桶形基础的一种改进形式，即在吸力基础上附加设置“裙”结构。改进后的裙式吸力基础水平承载能力得到显著提高，同时侧移得到有效限制，特别适合作为主控荷载为水平荷载的海上风电塔架等结构的基础。这种基础发展前景良好，但是相关研究尚停留在室内模型试验阶段，理论分析和结构计算尚不成熟，并且没有相关的实际工程技术资料可以参考。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种裙式吸力桶形基础的水平承载力计算方法。在试验数据和有限元计算的基础上，分析桶体与土的相互作用，基于经典朗肯土压力理论和温克尔地基理论，应用极限平衡法推导得到基础的水平承载力计算公式并进行修正，该方法对桶基的实际工程应用和设计有重要的参考意义。

为了达到以上的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种裙式吸力桶形基础的水平承载力计算方法，包括以下步骤：

1)确定裙式吸力桶形基础结构各尺寸参数，包括主桶半径d₁、桶裙半径d₂、主桶高度L、桶裙高度L₁；

2)测得地基土的饱和重度γ′；

3)由直剪试验确定桶体与土体之间的摩擦系数f；

4)根据“m”法确定水平向地基系数k_h，即k_h＝mz，其中m为常数系数，z为土体深度；

5)计算朗肯主动土压力系数K_a：

6)计算作用在桶基上的竖向作用力之和V，包括作用在桶体和桶裙的力；

7)利用以下公式计算桶基水平极限承载状态时的转角ω：

式中：k_v为竖向地基系数，k_v＝m₀z，其中m₀为常数系数，z为土体深度；

8)将计算得到的ω值代入下式，得到桶基极限水平荷载计算值P：

9)桶基极限水平荷载设计值P_u＝αP，其中α为安全系数，取值应小于0.75。