海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的估算方法

文档序号:9345599阅读:417来源:国知局
海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种海上大直径钢管粧极限抗拔承载力的估算方法。适用于近海海洋 工程、水利工程、港口通航工程等涉海项目中粧径大于1. 5m的大直径钢管粧抗拨承载力的 估算。
【背景技术】
[0002] 我国已制定建设海洋强国的基本国策,目前涉海工程中如港口码头、钻采平台、跨 海大桥、高压输电线塔、海上风电场、海上潮汐潮流电站等建设工程大量应用大直径钢管 粧,其具备较高的承载能力、较强的抗弯能力及相对适宜海上作业的施工工艺等优势。海上 构筑物除承受竖向荷载、水平向荷载外,同时某些工况还承受竖向的上拔荷载,其竖向抗拔 承载力对粧径大小、埋深及工程材料用量起到至关重要的影响。海上钢管粧粧基直径较大, 一般大于1. 5m,甚至达到6~7m。如此之大的粧径,其极限抗压和抗拔设计与传统管粧有 本质力学性能和荷载传递的区别。如《建筑粧基技术规范》与《港口工程粧基规范》中对极 限抗拔承载力的计算均是以各层土的极限外侧摩阻力乘以抗拔系数后求和,再加上粧与粧 内土的有效自重而得,上述方法显然未考虑大直径粧基形成的内部土芯的侧摩阻力大小, 即内极限侧摩阻力影响,与海上试粧成果相差甚远,同时内极限侧摩阻力与土芯有效自重 如何区别对待,何种情况下分别考虑内极限侧摩阻力和土芯有效自重,也是值得关注并急 需解决的问题。

【发明内容】

[0003] 本发明要解决的技术问题是:鉴于上述分析,在基于大量的海上大直径钢管粧试 粧实测分析资料的基础上,提出一种海上大直径钢管粧极限抗拔承载力的估算方法,该方 法在考虑粧基自重和外侧摩阻力影响的同时,还将同时考虑土芯有效自重和内侧摩阻力的 影响,以此作为海上大直径钢管粧极限抗拔承载力的简化计算方法。
[0004] 本发明所采用的技术方案是:海上大直径钢管粧极限抗拔承载力的估算方法,其 特征在于:该估算方法考虑了大直径钢管粧内具有与地层相对应的粧内土芯,在上拨荷载 的作用下,大直径钢管粧在顶层土、第i层土及持力层分别产生粧外极限侧摩阻力、在粧内 土芯分别产生的粧内极限侧摩阻力或者是粧内土芯有效自重、以及上部结构和基粧自重, 则计算公式如下,
[0005] 粧基极限抗拨承载力Tk= T kl+Tk2
[0006] Tkl为按常规方法只考虑上部结构和基粧自重和粧外极限侧摩阻力,表达式为:
[0008]Tk2为粧内极限侧摩阻力与粧内土芯有效自重的较小值,表达式为:
[0009]
[0010] 只考虑Tkl对于海上大直径钢管粧而言,受力不完整,需考虑土芯有效自重或粧内 极限侧摩阻力对抗拔力的贡献Tw,故建立的统一方法可表述为:
[0011]
[0012] 式中,
[0013] D为大直径钢管粧外径,d为大直径钢管粧内径,私为i层的大直径钢管粧入土深 度,匕为i层的粧内土芯长度,G。为上部结构和基粧自重,qsklwSi层的粧外极限侧摩阻力, qsllJ%i层的粧内极限侧摩阻力,X$i层的地层抗拔系数,G为i层的粧内土芯的土芯 有效自重。
[0014] 本发明的有益效果是:1、计算方法综合考虑了大直径钢管粧粧内土芯的影响,包 括地层分布特征下土芯有效自重和粧内极限侧摩阻力;2、计算方法在常规计算方法的基础 上,比选了土芯有效自重和粧内极限侧摩阻力的大小,更符合大直径钢管粧荷载传递和受 力状态,计算方法简便,可操作性好。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明实施例的立面受力状况示意图。
【具体实施方式】
[0016] 海上大直径钢管粧的粧基极限抗拔承载力可分解为三部分:一、上部结构和基粧 自重,二、地层对粧基产生的向下的粧外极限侧摩阻力(表示Sq skw),三、地层对粧基产生 的向下的粧内极限侧摩阻力(表示Sqskn)或粧内的土芯有效自重(表示为G)。其中前两 项对于小直径粧和闭口粧均产生作用,但第三项只针对大直径钢管粧产生作用。
[0017] 但粧内极限侧摩阻力(qskn)和土芯有效自重(G)在同一时刻不可能同时发挥作 用,如果粧内极限侧摩阻力的总和大于土芯有效自重的总和,则土芯仍锁定在粧管内,土芯 不会产生向下的滑移,此时土体与粧体仍属于界面间的极限摩擦状态,粧内极限摩擦力可 按土芯有效自重考虑;反之,如果粧内极限侧摩阻力的总和小于土芯有效自重的总和,锁定 力不足,土芯则会在重力作用下向下滑移,此时的粧内极限摩擦力则等于粧内极限侧摩阻 力。下面通过具体实施方法来进一步加以说明:
[0018] 如图1所示,大直径钢管粧1打入至海床泥面2下,穿越顶层土 3,第i层土 4,粧 底到达持力层5至设计标高,上部结构和基粧自重可表示为G。,此时在大直径钢管粧1内会 产生与地层相对应的粧内土芯6。
[0019] 在上拔荷载7的作用下,大直径钢管粧1在顶层土 3内粧长为氏,产生粧外极限侧 摩阻力I8,其值表示为qslkw,在第i层土 4内粧长为私,产生粧外极限侧摩阻力II9,其值 表示为qslkw,在持力层5内粧长为Hn,产生粧外极限侧摩阻力10III,其值表示为qsnkw。
[0020] 此时,大直径钢管粧1在顶层土3内壁亦有可能产生粧内极限侧摩阻力I11,其值 表示为qslkn,对应抗拔系数为X i,对应粧内土芯6长度为hi;在第i层土 4产生粧内极限侧 摩阻力II 12,其值表示为qslkn,对应抗拔系数为A i,对应粧内土芯6长度为h1;在持力层5 产生粧内极限侧摩阻力13,表示为qsnkn,对应抗拔系数为A n,对应粧内土芯长度为hn。
[0021] 同时,大直径钢管粧1粧内土芯6会产生重力作用,其顶层土 3的土芯有效自重 I 14表示为Gi,第i层土 4的土芯有效自重II 15表示为Gi,持力层5的土芯有效自重III 16 表不为Gn。
[0022] 第一步,按常规方法只考虑上部结构和基粧自重、粧外极限侧摩阻力,则粧基的极 限抗拔承载力T kl为:
[0023]
[0024] 第二步,粧内土芯6产生极限抗拔承载力Tk2为粧内极限侧摩阻力与粧内土芯有效 自重的较小倌:
[0025]
[0026] 则海上大直径钢管粧1的极限抗拔承载力1;为上部结构和基粧自重、粧外极限侧 摩阻为-***I?顧16 m@4夺/M吉益未n .
[0027]
[0028] 对于海上大直径钢管粧的极限抗压承载力的计算与本发明方法类似,此处不再赘 述。
【主权项】
1. 一种海上大直径钢管粧极限抗拔承载力的估算方法,其特征在于:该估算方法考虑 了大直径钢管粧(1)内具有与地层相对应的粧内土芯(6),在上拨荷载(7)的作用下,大直 径钢管粧(1)在顶层土(3)、第i层土(4)及持力层(5)分别产生粧外极限侧摩阻力、在粧 内土芯(6)分别产生的粧内极限侧摩阻力或者是粧内土芯(6)有效自重、以及上部结构和 基粧自重,则计算公式如下: 粧基极限抗拨承载力Tk= Tkl+Tk2 Tkl为按常规方法只考虑上部结构和基粧自重和粧外极限侧摩阻力,表达式为:Tk2为粧内极限侧摩阻力与粧内土芯(6)有效自重的较小值,表达式为:只考虑Tkl对于海上大直径钢管粧而言,受力不完整,需考虑土芯(6)有效自重或粧内 极限侧摩阻力对抗拔力的贡献Tk2,故建立的统一方法可表述为:式中, D为大直径钢管粧(1)外径,d为大直径钢管粧(1)内径,H1Si层的大直径钢管粧(1) 入土深度,1^为i层的粧内土芯(6)长度,G。为上部结构和基粧自重,q skiwS i层的粧外极 限侧摩阻力,qsllJ% i层的粧内极限侧摩阻力,λ i层的地层抗拔系数,G i层的粧 内土芯(6)的土芯有效自重。
【专利摘要】本发明涉及一种海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的估算方法。本发明的目的是提出一种海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的估算方法,该方法在考虑桩基自重和外侧摩阻力影响的同时,还将同时考虑土芯有效自重和内侧摩阻力的影响,以此作为海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的简化计算方法。本发明的技术方案是:海上大直径钢管桩极限抗拔承载力的估算方法,该估算方法考虑了大直径钢管桩内具有与地层相对应的桩内土芯,在上拨荷载的作用下,大直径钢管桩在顶层土、第i层土及持力层分别产生桩外极限侧摩阻力、在桩内土芯分别产生的桩内极限侧摩阻力或者是桩内土芯有效自重、以及上部结构和基桩自重,则计算公式如下:桩基极限抗拨承载力Tk=Tk1+Tk2。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN105064419
【申请号】CN201510470586
【发明人】狄圣杰, 汪明元, 潘登, 侯靖
【申请人】中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月4日
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