word版可編輯-海上風電機組基礎結構設計標準精心整理-資料下載頁

　　

【正文】 ??????Q受扭 tT2剪應力 τ受剪和受扭 ????????????Dyx2軸向應力和剪應力 ??23x折算應力 σ軸向應力、環向應力和剪應力 ?????2yxy 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 23 頁____________________________________________________________________________________________表中：N ——計算截面的軸向力，N；M——計算截面的彎矩,Nmm；Mx、My——計算截面分別繞 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm；Q——計算截面的剪力，N；Qx、 Qy——計算截面沿 x 軸和 y 軸的剪力，N；T——計算截面的扭矩 ,Nmm；p——設計靜水壓力，MPa；D——圓管平均直徑，mm；t——圓管壁厚，mm；A——圓管截面積，mm 2；W——圓管截面的剖面模數，mm 3；Qx——計算截面最大軸向應力，N/mm 2；Qy——計算截面環向應力，N/mm 2；τ ——計算截面剪應力， N/mm2。 構件的穩定性 一般要求風電機組基礎結構的每個構件，在工作及極端環境條件的荷載作用下，都應具有整體和局部穩定性。無加筋圓管,其幾何參數應符合下式規定： tDL/13./?式中：L—— 結點或加強環之間的圓管長度 ,mm。D——圓管平均直徑,mm。T——圓管壁厚 ,mm。起加強環作用的環筋,其剖面慣性矩 應滿足下式要求：rI mm4herEtLI?82? 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 24 頁____________________________________________________________________________________________ 圓管構件的許用長細比長細比 由下式確定:?rKl??式中：K ——計算長度系數，按下表確定；l——構件長度,定為結點中心間距離,mm；r——構件的回轉半徑，mm；對于圓管取 。表 構件 計算長度導管架腿柱與樁灌水泥漿的組合截面 1不灌水泥漿的導管架腿柱 1墊片間不灌漿的樁 1導管架撐桿主斜撐 K 型斜撐 X 型斜撐 次要水平撐桿 注:對于 K 型和 X 型撐桿,如平面無支撐,在結點上至少要有一對構件受拉 ,否則取 K=1導管架受壓構件的長細比,一般應不超過 200。 無加筋圓管構件的軸向曲線局部屈曲臨界應力無加筋圓管當其徑厚比 D/t60 時，在軸向壓力或彎矩作用下，應考慮管壁的局部屈曲而引起的失穩。當圓管的徑厚比 D/t300，且 t≥6mm 時,通常為非彈性局部屈曲，而在殘余應力及初始缺陷影響較大時，特別是對于高強度鋼,也可能在彈性范圍內產生局部屈曲。(1)彈性屈曲時，其彈性局部屈曲臨界應力 為：xe? N/mm2??DtExe/??式中：E——彈性模量，N/mm 2。(2)非彈性屈曲時，其非彈性局部屈曲臨界應力 為：xc N/mm2 xesxck? 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 25 頁____________________________________________________________________________________________式中：k—— 局部穩定系數，按下式計算： 4/??式中：D——圓管公稱直徑，mm；t——圓管壁厚，mm。整體臨界應力無加筋圓管構件,在軸向壓力作用下，其穩定性由整體屈曲臨界應力控制，可按下式驗算整體穩定性： N/mm2??csAN?????式中：N——軸向壓力，N；A——圓管截面積，N/mm 2；——鋼材屈服強度，在本式中當圓管 D/t60 時，應以局部屈曲臨界應s?力( 或 ,取小者)替代 ，N/mm 2；xec?s?——許用屈曲臨界應力，N/mm 2。??c——整體穩定系數，由下式決定：?當 時, 20?? ?????當 時, ?209.?式中： s??0——構件的長細比；——構件整體屈曲的臨界應力等于鋼材屈服強度的長細比,按下式計算：s ssE???2?對于圓管，可取 。 無加筋圓管構件在彎矩作用下的局部屈曲無加筋圓管構件在彎矩作用下，當 D/t〉60 時，可能產生局部屈曲，應按下式驗算其彎曲應力： N/mm2???kWM1.??式中：M ——構件的最大彎矩，Nmm；W——截面的剖面模數，mm 3；對于圓管可取：tD42?? 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 26 頁____________________________________________________________________________________________k——局部穩定系數。 軸向壓力和彎矩聯合作用的穩定性無加筋圓管受軸向壓力和彎矩的聯合作用時,應滿足下式要求: N/mm2??cyxWMAN??????式中：N ——軸向應力，N；Mx、 My——計算截面繞 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm ；A——圓管截面積，mm 2；W——圓管截面的剖面模數，mm 3；——整體穩定系數。?鋼管樁一般可不進行整體穩定性計算，但受橫向荷載作用的樁，同時又有很大的軸向力作用時，在計算中要考慮荷載位移(P— )效應，可將樁模擬為?非線性彈性基礎上梁進行內力分析。當 D/t〉60 時，應按下式驗算局部穩定性： N/mm2????????WMANyxx 靜水中無加筋圓管構件的穩定性計算圓管在外水壓力作用下產生的環向壓應力 ,應不超過環向的許用應力 ：h???h? N/mm2??2hchpDtk???式中：p——設計靜水壓力，MPa；——環向屈曲安全系數；工作環境條件， =；極端環境條件，hk h=；——環向屈曲臨界應力，N/mm 2。hc?無加筋圓管構件如滿足規定的圓度公差，環向屈曲臨界應力 可由下hc?列步驟確定： 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 27 頁____________________________________________________________________________________________①按下式計算彈性環向屈曲應力 he?： N/mm2???????DtEhe②確定環向屈曲臨界應力 c?：當 時， = N/mm2hhe??hce當 時， N/mm2ses2?.??當軸向拉力和外水壓力共同作用時，圓管構件應滿足下列公式： ???? ???????????hxhx ??式中： ，N/mm 2；hbax????其中： ——軸向應力的絕對值，N/mm 2；——彎曲應力的絕對值，N/mm 2；b——環向應力的絕對值，N/mm 2。h?承受軸向壓力和外水壓力共同作用的無加筋圓管構件，在下述兩個環境條件下，應同時滿足公式要求：(1)工作環境條件： ?????????heex?式中： ，N/mm 2。bax?????(2)極端環境條件： ????????hehex?..1xc 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 28 頁____________________________________________________________________________________________.?hc? 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 29 頁____________________________________________________________________________________________5. 樁基礎設計 一般規定為確保風電機組基礎結構在工作環境條件下能正常工作，在極端環境條件下具有一定的安全度，應對樁體結構的強度和穩定性以及樁基承載力進行分析驗算。此外，樁基礎設計還應包括打樁過程中的樁體強度校核，以及樁可打入性分析。樁基礎應能承受靜力的、循環的和瞬時的荷載而不致產生過大的變形或振動。應特別注意循環荷載對支撐土壤強度的影響以及對樁結構動力響應的影響。應調查海底相對于基礎構件產生位移的可能性，應預估此位移引起的作用力，并在基礎設計中加以考慮。由于海流和波浪作用引起的海床沖刷可能嚴重影響樁基軸向和橫向支承能力，應對風電機組基礎結構所在海域的海床沖刷情況進行調查,如有沖刷現象，則設計時應加以考慮。在基礎施工過程中，由于達不到設計要求需要采取的可能補救措施應在施工前進行研究并做出規定。 樁體壁厚的確定鋼管樁壁厚是由樁體強度和穩定性要求與腐蝕裕量所決定，同時尚應考慮施工方面的要求，并不得小于規定的最小厚度 t。鋼管樁的最小壁厚 t 按下式計算：t=+D/100 mm式中：D樁徑，mm。 樁體分段的確定確定樁體的分段長度時，應考慮起吊能力、打樁工藝、打樁時樁體強度、剛度和穩定性、現場焊接條件以及土質情況等因素。 樁體的構造要求在樁頂和樁尖處,一個樁徑長度范圍內的樁壁厚度,必要時應加厚最小壁厚的 倍。鋼管樁在泥面處厚壁段的上下均應留有適當富裕長度，以適應樁體實際入土的深度的變化。每一樁段應留有 1m 左右的余量，以備因錘擊損傷后，將此長度割去。 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 30 頁____________________________________________________________________________________________樁體與導管（或套管）之間的環形空間，一般宜用水泥漿充填，以實現鋼樁與導管（或套管）之間的荷載傳遞。應該設置定位塊在樁和其周圍結構之間保持一個均勻的環行空間。為封閉水泥漿應使用封隔器，并提供正確地將水泥漿灌入環行空間的方法。在具有軟弱的海底泥土的地方，應考慮采用封閉器或其它方法盡量避免泥土侵入環行空間。 橫向荷載下樁基計算橫向荷載作用下樁的內力及變形，一般可以通過求解樁軸撓曲的微分方程或用有限元法得到。計算中宜考慮土的非線性特性及泥面沖刷、滑移和沉樁對土體擾動的影響等因素。樁側土抗力 P 應按下式計算求得：P=Esy N/mm2式中：E s——計算點的土抗力模量,MN/m 3，其值隨土質、深度和位移而變；y——計算點的樁側位移，mm。土抗力模量樁在橫向荷載作用下，其側向位移較小時可不考慮土的非線性特性，按一般公認的線性假定確定土抗力模量。橫向荷載下樁的計算，考慮土的非線性時，宜以計算點的 Py 曲線為依據，取其割線斜率作為土抗力模量。 Py 曲線Py 曲線的線型與土質、深度及荷載性質等有關。一般應根據現場或室內試驗資料的分析結果繪制。缺乏資料時，可以參考使用本節所附 Py 曲線。砂性土的 Py 曲線砂性土分為淺層土和深層土，淺層土和深層土的極限土抗力轉折點深度XR 按下式計算： mm??123CDXR??式中：C C C 3——系數，以 為參數；?——砂性土內摩擦角，deg；?D——外徑，mm。當 xXR 時,為淺層土 。當 x≥ XR 時,為深層土。砂性土的樁側極限土抗力隨深度不同變化，淺層土和深層土極限土抗力Pu 分別由下式計算：淺層土： N/m??xDCPu?21??深層土： 海上風電機組基礎結構設計標準（初稿） 第 31 頁____________________________________________________________________________________________ N/mxDCPu?3?式中： ——土體有效容重，MN/m 3；?x——土表面下計算點深度,mm。硬粘土 Py 曲線硬粘土(c96KPa )比軟粘土脆性更大，工程中應以實際試驗資料繪制 Py曲線為準，文獻中的 Py 曲線經驗證后方可采用。 樁的軸向承載力 一般要求確定樁的軸向承載力有下列幾種方法：(1) 現場試樁；(2) 靜力公式；(3) 樁的動力公式 (基于波傳播理論的公式) ；(4) 地區性的半經驗公式。樁基設計可用上述方法確定承載力，但動力公式不能單獨使用，最好是用幾種方法綜合確定。 受壓樁的極限承載力受壓樁的極限承載力 Qd 可用下式計算： ????KNqAfpsipf式中：Q f——樁側摩阻力，kN ；Qp——總的樁尖阻力(