[发明专利]一种复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算方法

说明书

本申请涉及海洋工程基础结构技术领域，公开了一种复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算方法，包含以下步骤：获得吸力式基础的基础参数和土体参数；获得已知的吸力式基础外部复合荷载参数；计算吸力式基础的单位长度水平土抗力；计算吸力式基础承受的其他抗力；计算吸力式基础的水平极限承载力和极限弯矩；根据水平极限承载力和极限弯矩拟合绘制M‑H包络线，得到第一M‑H线性表达式；根据水平荷载偏心距得到第二M‑H线性表达式；联立求解，得到吸力式基础的水平极限承载力、极限弯矩；计算吸力式基础的安全系数。本申请的计算方法用到的计算参数与计算理论为海洋基础设计常用参数，具有较强的工程适用性。

技术领域

本发明属于海洋工程基础结构领域，尤其涉及一种复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算方法。

背景技术

吸力式基础是海洋油气平台和海上风电结构的重要基础形式，复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算是基础设计的关键。吸力式基础在外形上多为底端开口、顶端封闭的倒扣大直径圆桶形结构。安装时，首先依靠桶体自重，使其部分插入土中，以形成密闭空间，然后抽出桶内的空气，利用内外压力差，将桶基逐步压入至海床内预定深度而完成安装。

现有复合受荷吸力式基础的水平承载力计算方法中，仅关注了纯水平条件下的极限承载力，忽略了竖向荷载和弯矩对水平承载力的影响；且计算模型不完备，未建立严格的竖向力、水平力和弯矩的平衡方程；计算参数繁琐、多为实验室标定；计算理论大多依据陆地规范，不具备海洋工程领域的普适性和应用性；现有计算方法中，大多假定转动中心固定于基础中轴线以下0.6-0.8倍基础埋深的位置，通常取0.8。而基础转动中心的位置是动态变化的，其真实位置与土体、基础和荷载等三类参数有关，假定转动中心固定的计算方式也是不符合工程实际的。实际运用中发现，假定0.6-0.8倍基础埋深的位置也是不合理的，基础转动中心的深度甚至会达到0.95倍基础埋深的位置。

发明内容

本发明提供了一种复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算方法，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

本发明提供了一种复合受荷吸力式基础的水平极限承载力计算方法，该计算方法包含以下步骤：

（1）获得吸力式基础的基础参数和土体参数，所述基础参数包括长度、直径、顶盖厚度、侧壁厚度、密度，所述土体参数包括有效单位重度、内摩擦角，获得吸力式基础-土体摩擦系数；

（2）获得已知的吸力式基础外部载荷的复合荷载参数，所述的复合荷载参数包括竖向载荷、水平载荷和弯矩；

（3）基于曲线方法，计算吸力式基础的单位长度水平土抗力；

（4）根据步骤（1）-（3）中的所述基础参数、土体参数、复合荷载参数以及单位长度水平土抗力，计算吸力式基础的承受的其他抗力；

（5）根据吸力式基础的承受的抗力，建立竖向力、水平力和弯矩平衡方程，计算某一转动中心深度处的吸力式基础的水平极限承载力和极限弯矩；

（6）获得多个转动中心深度处的基础水平极限承载力和基础极限弯矩，根据所述水平极限承载力和极限弯矩拟合绘制包络线，得到第一线性表达式；

（7）计算水平荷载偏心距，根据所述水平荷载偏心距得到第二线性表达式；

（8）对第一线性表达式和第二线性表达式联立求解，得到吸力式基础的水平极限承载力、极限弯矩；

（9）计算吸力式基础的安全系数。

作为本发明的一种优选实施方式，土体为砂土的情况下，所述步骤（3）中，计算吸力式基础的单位长度水平土抗力具体为：

（31）根据曲线方法，确定砂土的水平向土抗力系数、；

（32）计算吸力式基础的单位长度水平土抗力的公式为：