0 引言
1 分析模型
1.1 工程原型
Fig. 1 Schematic diagram of the installation of single-column composite bucket foundation in the project图1 单柱复合筒基础现场安装示意图 |
Table 1 Soil parameters of typical position表1 典型机位土壤参数 |
层号 | 土层名称 | 底层深度/m | 容重/(kN/m3) | 内摩擦角/(°) | 不排水抗剪强度/kPa | 弹性模量/MPa | 渗透系数/(cm/s) | 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 流泥-淤泥 | 1.0 | 14.0 | — | 1 | 2.0 | 9.8 × 10-8 | 0.42 |
2 | 淤泥混砂 | 5.7 | 16.0 | — | 15 | 7.5 | 3.5 × 10-8 | 0.40 |
3 | 黏土夹砂 | 9.4 | 18.5 | — | 75 | 40.0 | 3.5 × 10-8 | 0.35 |
4 | 中砂 | 11.1 | 19.5 | 30 | — | 45.0 | 4.2 × 10-2 | 0.25 |
5 | 黏土 | 14.1 | 18.5 | — | 140 | 35.0 | 3.5 × 10-8 | 0.30 |
6 | 黏土夹砂 | 16.8 | 19.0 | — | 155 | 50.0 | 3.5 × 10-8 | 0.25 |
7 | 粗砂 | 17.0 | 20.0 | 35 | — | — | — | — |
注:模型土体厚度50 m,无详细参数土层均按最后一层选取。 |
1.2 有限元模型和荷载模型
Fig. 2 Schematic diagram of single-column composite bucket foundation图2 单柱复合筒基础示意图 |
Fig. 3 Schematic diagram of the basic finite element model of single-column composite bucket foundation: (a) overall structure; (b) single-column composite bucket图3 单柱复合筒基础有限元模型示意图:(a)整体结构;(b)单柱复合筒 |
Table 2 Load standard combination under serviceability limit state表2 正常使用极限状态荷载标准组合 |
荷载种类 | 标准值 | 分项系数 | 组合系数 | 组合值 |
---|---|---|---|---|
弯矩 | 258 MN∙m | 1 | 1.0 | 258 MN∙m |
水平力 | 2 584 kN | 1 | 1.0 | 2 584 kN |
竖向力 | 9 056 kN | 1 | 1.0 | 9 056 kN |
波浪力 | 18 526 kN | 1 | 0.7 | 12 968 kN |
注:泥面弯矩557 MN∙m。 |
Table 3 Earthquake load combination under ultimate limit state表3 承载能力极限状态地震荷载组合 |
项目 | 荷载种类 | 标准值 | 分项系数 | 组合系数 | 结构重要性系数 | 组合值 |
---|---|---|---|---|---|---|
上部风机荷载 | 弯矩 | 258 MN∙m | 1.50 | 1.0 | 1.1 | 426 MN∙m |
水平力 | 2 584 kN | 1.50 | 1.0 | 1.1 | 4 264 kN | |
竖向力 | 9 056 kN | 1.00 | 1.0 | 1.0 | 9 056 kN | |
地震荷载(上部风机) | 水平力 | 1 704.792 kN | 1.35 | 0.7 | 1.1 | 1 611.028 kN |
竖向力 | 568.264 kN | 1.35 | 0.7 | 1.1 | 537.010 kN | |
地震荷载(筒基) | 水平力 | 2 018.761 kN | 1.35 | 0.7 | 1.1 | 1 907.729 kN |
竖向力 | 672.920 kN | 1.35 | 0.7 | 1.1 | 635.910 kN |
2 数值模拟计算结果检验
2.1 正常使用极限状态基础变形特性理论计算
Fig. 4 Deformation displacement cloud at mud surface of the foundation图4 基础泥面处变形位移云图 |
Fig. 5 Displacement diagram of single-column composite bucket foundation: (a) total displacement; (b) vertical displacement; (c) X-axis direction displacement; (d) Y-axis direction displacement图5 单柱复合筒整体变形图:(a)总位移;(b)竖向位移;(c)X方向位移;(d)Y方向位移 |
2.2 现场实测情况
Fig. 6 Field test equipment and data acquisition: (a) platform for shore-based control centers; (b) booster station wireless centralized receiving device图6 现场试验设备安装及数据采集:(a)岸上集控中心监测平台;(b)升压站无线接收设备安装 |
Fig. 7 Diagram of horizontal displacement change of bucket roof图7 筒顶水平位移变化图 |
3 危险工况下单柱复合筒基础变形特性
3.1 冲刷对结构基础变形特性的影响
Fig. 8 Deformation displacement nephogram at mud surface: (a) scouring depth of 1 m; (b) scouring depth of 3 m图8 泥面处变形位移云图:(a)冲刷1 m;(b)冲刷3 m |
Fig. 9 Basic deformation nephogram at a scouring depth of 1 m: (a) total displacement; (b) X-axis direction displacement图9 冲刷1 m时基础整体位移云图:(a)总位移;(b)X方向位移 |
Fig. 10 Basic deformation nephogram at a scouring depth of 3 m: (a) total displacement; (b) X-axis direction displacement图10 冲刷3 m基础整体位移云图:(a)总位移;(b)X方向位移 |
3.2 地震对基础变形特性的影响
Fig. 11 Overall structural displacement nephogram under earthquake conditions: (a) total displacement; (b) X-axis direction displacement; (c) vertical displacement图11 地震工况整体结构位移云图:(a)总位移;(b)X方向位移;(c)竖向位移 |
3.3 冲刷和地震联合作用对基础变形特性的影响
Fig. 12 Deformation displacement nephogram at mud surface under earthquake and scouring conditions: (a) scouring depth of 1 m; (b) scouring depth of 3 m图12 地震及冲刷工况泥面处变形位移云图:(a)冲刷1 m;(b)冲刷3 m |
Fig. 13 Basic deformation nephogram at a scouring depth of 1 m under earthquake conditions: (a) total displacement; (b) X-axis direction displacement图13 地震工况冲刷1 m基础变形云图:(a)总位移;(b)X方向位移 |
Fig. 14 Basic deformation nephogram at a scouring depth of 3 m under earthquake conditions: (a) total displacement; (b) X-axis direction displacement图14 地震工况冲刷3 m基础变形云图:(a)总位移;(b)X方向位移 |
3.4 小结
Fig. 15 Schematic diagram of structural displacement comparison under different working conditions: (a) settlement height and inclination; (b) displacement of bucket roof图15 不同工况结构位移变形对比示意图:(a)沉降高度和倾斜度;(b)筒顶位移 |
Table 4 Displacement deformation table of structure under different working conditions表4 不同工况结构位移变形表 |
工况 | 沉降高度/mm | 倾斜度/(°) | 筒顶总位移/mm | 筒顶水平位移/mm |
---|---|---|---|---|
正常使用极限状态 | 263.7 | 0.42 | 589.8 | 524.2 |
冲刷1 m | 275.9 | 0.44 | 544.7 | 543.1 |
冲刷3 m | 333.8 | 0.53 | 635.0 | 632.4 |
地震 | 347.8 | 0.55 | 710.5 | 707.1 |
地震冲刷1 m | 351.8 | 0.56 | 725.9 | 722.1 |
地震冲刷3 m | 367.7 | 0.59 | 741.8 | 738.1 |