[发明专利]一种变电站工程深基础土-结构协同分析方法

说明书

发明提供了一种变电站工程深基础土‑结构协同分析方法，包括桩筏基础有限元协同分析以及地震反应分析，有限元协同分析包括桩筏基础设计、三维有限元建模、桩筏方案设计以及桩筏受力分析；地震反应分析包括有限元建模、地震模拟方案设计以及响应分析。本发明中的协同分析方法，依靠有限元分析软件，模拟了不同方案下的变电站地基受力情况以及地震反应情况，可以根据地质条件选取最佳方案进行施工。

技术领域

本发明属于有限元分析技术领域，具体涉及一种变电站工程深基础土-结构协同分析方法。

背景技术

电力系统是保障人民正常生活及生产活动的重要生命线工程。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的重要电力设施。变电站内的建筑物主要包括主控通信楼、生产综合楼、配电室、电容器室等，通常设有变压器、高压断路器、母线、电容器、电抗器等一次设备以及继电保护装置、测控装置、计量装置、自动化系统等二次设备。

为保证变电站正常运行及管线连接良好，对变电站基础总沉降及不均匀沉降都有严格要求，常采用筏板基础、桩基础或者桩筏基础。桩基沉降和承载特性受到土层分布、成桩方式、桩长和桩间距等多种因素影响。桩基沉降按规范法采用等效作用分层总和法结合角点法计算，忽略了土体的非线性、弹塑性，也未考虑上部荷载、筏板、桩基与土体间的相互作用和三维空间效应。对于地层分布不均匀且涉及上部荷载-桩筏基础-地基相互作用的复杂情况，通过简化较多的方法难以得到较优的桩长设计参数。

我国对变电站结构抗震性能的理论研究还比较滞后，目前变电站结构设计的可靠度较低且安全性较差。变电站设计中，为保证基础变形满足要求，常采用筏板基础和桩基础。目前，考虑地基-桩基-上部结构动力相互作用的研究成果已有不少，但是针对变电站结构的相关研究尚不多见。

发明内容

发明目的：基于现有的变电站基础分析技术，提出一种变电站工程深基础土-结构协同分析方法及其制作方法。

一种变电站工程深基础土-结构协同分析方法，对变电站的基础结构进行有限元模拟分析，以明确桩筏基础结构的设计方案和抗震强度，包括桩筏基础有限元协同分析以及地震反应分析。

优选的是，所述桩筏基础有限元协同分析包括以下步骤

桩筏基础设计：根据变电站实际建设位置，结合土地情况，选取合适的桩筏组合；

三维有限元建模：根据桩筏结构以及地层分布，建立立体的有限元模型；

桩筏方案设计：设计不同的桩基长度，以充分模拟不同桩长对工况的影响；

桩筏受力分析：对桩筏结构的受力情况进行模拟分析，选取最优方案。

优选的是，所述三维有限元建模包括嵌入式桩单元、几何模型和材料参数。

优选的是，所述桩筏受力分析包括筏板沉降、地基沉降以及桩基受力。

优选的是，所述地震反应分析包括以下步骤：

有限元建模：针对变电站所处地的岩土地形，基于地层边界以及地质特性建立有限元模型；

地震模拟方案设计：根据不同的桩长以及地震波形式设计不同的模拟方案，以充分模拟结构的响应情况；

响应分析：根据桩基结构对于地震波的响应情况，选取最优方案。

优选的是，所述有限元建模包括动力边界、几何模型及网格划分和材料参数。

优选的是，所述响应分析包括场地响应分析、结构响应分析、桩长响应分析以及地震动峰值及波形影响分析。