桶形基礎(chǔ)彎矩承載力研究

翟雪麗

摘? 要：桶形基礎(chǔ)在風(fēng)浪荷載作用下易受到彎矩荷載作用，文章基于ABAQUS有限元數(shù)值分析軟件針對(duì)不同長(zhǎng)徑比以及不同土體均勻系數(shù)給出桶形基礎(chǔ)在彎矩荷載作用下極限承載力計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：桶形基礎(chǔ);承載力;數(shù)值分析

中圖分類號(hào)：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0069-02

Abstract： Bucket foundation is easy to be subjected to moment load under wind wave load. In this paper， ABAQUS finite element software is used to calculate the ultimate bearing capacity of bucket foundation under bending moment load.

Keywords： bucket foundation; bearing capacity; numerical analysis

引言

桶形基礎(chǔ)廣泛的應(yīng)用于灘海、深水海洋平臺(tái)基礎(chǔ)等海洋油氣資源開(kāi)發(fā)建設(shè)中，作為重力式平臺(tái)，固定式平臺(tái)和浮動(dòng)式平臺(tái)等海底設(shè)施的基礎(chǔ)。它是一種底端開(kāi)口頂部封閉的薄壁結(jié)構(gòu)，具有節(jié)約材料、便于運(yùn)輸、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，它不僅可以承受上部建筑物的豎向荷載還可以承擔(dān)風(fēng)浪等荷載作用，其穩(wěn)定性是保證海洋平臺(tái)安全工作的決定因素，桶形基礎(chǔ)的彎矩荷載可對(duì)基礎(chǔ)造成傾覆性破壞，所以對(duì)于桶形基礎(chǔ)彎矩荷載研究尤為重要。?武科[1，2]等采用摩爾庫(kù)倫和Mises屈服準(zhǔn)則的本構(gòu)關(guān)系研究了桶形基礎(chǔ)在復(fù)合加載模式（V-H，V-M，H-M，V-H-M）下不排水情況的破壞包絡(luò)面，給出了破壞包絡(luò)面的計(jì)算函數(shù)，Gourvenec. S[3]（2011）研究了桶形基礎(chǔ)在下壓過(guò)程中在V、H、M荷載作用時(shí)的承載力研究，并給出組合荷載作用時(shí)的承載力計(jì)算方法。本文就桶形基礎(chǔ)受到彎矩荷載作用時(shí)，考慮基礎(chǔ)長(zhǎng)徑比與土體不均勻系數(shù)，給出以下有限元計(jì)算結(jié)果，為實(shí)際工程提供理論指導(dǎo)。

1 有限元模型

建立三維有限元模型，桶形基礎(chǔ)直徑D為5m，裙長(zhǎng)L分別為0m、1.25m、2.5m、5m、10m，長(zhǎng)徑比為0、0.25、0.5、1、2，厚度t為0.03m。視桶形基礎(chǔ)為剛性桶，其彈性模量為200GPa，土體尺寸徑向?yàn)?D，豎向?yàn)?L，土體選用非均質(zhì)土，彈性模量為500Su，泊松比為0.49，其他強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表1。其中K為土體不均勻系數(shù)，k為土體強(qiáng)度隨深度增加梯度，Su0為土體表面不排水強(qiáng)度。

2 桶形基礎(chǔ)模型驗(yàn)證

3 有限元結(jié)果與承載力公式

桶形基礎(chǔ)為圓形對(duì)稱基礎(chǔ)，所以其在中心位置受到的彎矩荷載與方向無(wú)關(guān)，本文圖1給出了桶型基礎(chǔ)在X正方向的彎矩荷載無(wú)量綱化承載力系數(shù)與基礎(chǔ)長(zhǎng)徑比的曲線關(guān)系圖，根據(jù)圖可知，Mxult/ADSum隨著長(zhǎng)徑比的增加而非線性增加，隨著土體不均勻系數(shù)K的增加而非線性增加。

由圖1知，桶形基礎(chǔ)彎矩承載力系數(shù)與桶形基礎(chǔ)長(zhǎng)徑比有關(guān)，定義dM為桶形基礎(chǔ)長(zhǎng)徑比L/D=0的承載力系數(shù)與L/D不等于0的承載力系數(shù)比值，即dM=NM（L/D）/NM（L/D=0），圖2則為L(zhǎng)/D-dM曲線關(guān)系圖。

本文對(duì)桶形基礎(chǔ)受到彎矩荷載作用下的極限承載力系數(shù)擬合度只能達(dá)到0.95以上，均在Murff & Hamilton （1993）給出上下限解范圍內(nèi)，可以粗略的用于計(jì)算桶形基礎(chǔ)受到彎矩荷載作用時(shí)極限承載力。其中當(dāng)K=0，L/D=0時(shí)可以選用Murff & Hamilton （1993）給出的上限解即NM（K=0）=0.69，然后再利用本文公式（4）計(jì)算其他情況的彎矩極限承載力系數(shù)。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用ABAQUS軟件計(jì)算桶形基礎(chǔ)在彎矩荷載作用下的承載力計(jì)算公式，給出了其在彎矩荷載作用下的極限承載力計(jì)算方法，并通過(guò)驗(yàn)證確定了其公式可靠性，為實(shí)際工程提供了指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]武科，欒茂田，范慶來(lái).復(fù)合加載模式下桶形基礎(chǔ)破壞包絡(luò)面彈塑性有限元數(shù)值分析[J].工程力學(xué)，2008，25（11）：156-161.

[2]武科，欒茂田，范慶來(lái).復(fù)合加載模式下桶形基礎(chǔ)破壞包絡(luò)面特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，200830（4）.

[3]Gourvenec. S， Barnett.S. Undrained failure envelope for skirted foundations under general loading. Ge'otechnique 61， 2011.No. 3，263-270.