一种海洋导管架吸力基础尺寸计算方法

本技术涉及海洋工程基础结构，尤其涉及一种海洋导管架吸力基础尺寸计算方法。

背景技术：

1、随着世界各国开始重视起对环境的保护，着手改变自身的经济发展模式与资源利用形式，海上风电作为一种资源总量大、可持续利用、绿色清洁的新能源正在被世界各国开发利用。

2、海洋导管架吸力基础作为一种比较前沿的海上结构物基础，广泛应用于海上油气平台和海上风电。导管架吸力基础由上部导管架和下部多桶基础组成，下部多桶基础由上顶面封闭，下底面开口的多个柱形单桶基础组成。导管架吸力基础相比于传统的重力式基础和钢管桩基础具有施工周期短、成本低、运输和安装便捷的优点。

3、现有导管架吸力基础下部的多桶基础，其在服役阶段的受力以压、拔为主，且所受压力大于所受拔力。现有设计方法都是根据抗压、抗拔承载力设计值，假定一种基础尺寸进行抗压、抗拔承载力验证，最终满足抗压、抗拔承载力要求的基础尺寸是经过多次迭代计算确定的。确定基础尺寸的过程不仅需要多次迭代，耗时较长，且确定的基础尺寸不是最优尺寸，用钢量较大，耗费成本高。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种海洋导管架吸力基础尺寸计算方法，用于解决如下技术问题：现有确定海洋导管架吸力基础尺寸的过程不仅需要多次迭代，耗时较长，且确定的基础尺寸不是最优尺寸，用钢量较大，耗费成本高。

2、本技术实施例采用下述技术方案：

3、本技术实施例提供一种海洋导管架吸力基础尺寸计算方法。包括，获取海洋导管架吸力基础对应的基础参数、土体参数以及承载力设计值；其中，基础参数包括海洋导管架吸力基础对应的顶盖厚度、侧壁厚度以及重度；土体参数包括海洋导管架吸力基础对应的有效单位重度、内摩擦角、基础-土体摩擦角以及临界水力坡降；承载力设计值包括抗压承载力设计值与抗拔承载力设计值；基于基础参数、土体参数以及承载力设计值，构建海洋导管架吸力基础尺寸方程组；基于海洋导管架吸力基础尺寸方程组，确定出海洋导管架吸力基础对应的第一基础尺寸，以基于第一基础尺寸进行沉贯特性验证、抗压承载力验证以及抗拔承载力验证；基于验证结果，确定出洋导管架吸力基础对应的数据，以基于数据构建海洋导管架吸力基础。

4、本技术实施例通过承载和沉贯公式，解出海洋导管架吸力基础的最优尺寸。该方法降低了迭代计算工作量，耗时短，缩短了计算成本。其次，本技术实施例基于基础尺寸进行沉贯特性验证、抗压承载力验证以及抗拔承载力验证，基于验证结果，确定出海洋导管架吸力基础对应的数据，从而实现了沉贯和承载的整体性分析。且本技术实施例中的基础尺寸小、基础建造成本低，所需参数均为地勘报告中常给参数，能直接用于计算，工程适用性强。

5、在本技术的一种实现方式中，基于基础参数、土体参数以及承载力设计值，构建海洋导管架吸力基础尺寸方程组，具体包括：基于土体参数，确定出相应的承载力系数和水平侧压力系数；基于抗压承载力设计值、抗拔承载力设计值、承载力系数、水平侧压力系数、预置完全排水条件下的抗压承载力计算公式以及预置完全排水条件下的抗拔承载力计算公式，构建海洋导管架吸力基础尺寸方程组。

6、在本技术的一种实现方式中，基于海洋导管架吸力基础尺寸方程组，确定出海洋导管架吸力基础对应的第一基础尺寸，以基于第一基础尺寸进行沉贯特性验证、抗压承载力验证以及抗拔承载力验证，具体包括：在海洋导管架吸力基础尺寸方程组存在正解的情况下，基于正解得到第一基础尺寸；基于第一基础尺寸以及预置简化负压沉贯公式，对海洋导管架吸力基础对应的沉贯特性进行验证；在沉贯特性验证通过的情况下，基于第一基础尺寸进行抗压承载力验证以及抗拔承载力验证。

7、在本技术的一种实现方式中，基于验证结果，确定出洋导管架吸力基础对应的数据，具体包括：在第一基础尺寸满足沉贯特性的情况下，向上取最近的满足基本预置模数倍数的尺寸作为吸力基础的初步尺寸；基于预置未简化过的抗压承载力计算公式与预置未简化过的抗拔承载力计算公式，对初步尺寸进行第一进行验证；以及基于预置未简化的负压沉贯公式对初步尺寸进行负压沉贯验证；在抗压抗拔承载力验证与负压沉贯验证均符合条件的情况下，将初步尺寸作为海洋导管架吸力基础对应的最优尺寸，以基于最优尺寸与预置用钢量方程确定出洋导管架吸力基础对应的数据。

8、在本技术的一种实现方式中，基于预置未简化的负压沉贯公式对初步尺寸进行负压沉贯验证之后，方法还包括：在初步尺寸不满足抗压抗拔承载力验证与负压沉贯验证的情况下，保持初步尺寸中的初步长度尺寸不变，增大初步尺寸中的初步直径尺寸，将变化后的初步尺寸重新进行抗压抗拔承载力验证与负压沉贯验证；在变化后的初步尺寸不满足抗压抗拔承载力验证与负压沉贯验证的情况下，保持增大后的初步直径尺寸不变，基于预置基本模数上下调整初步长度尺寸；将调整后的初步直径尺寸与调整后的初步长度尺寸，重新进行抗压抗拔承载力验证与负压沉贯验证，直到验证通过。

9、在本技术的一种实现方式中，基于海洋导管架吸力基础尺寸方程组，确定出海洋导管架吸力基础对应的第一基础尺寸之后，方法包括：在海洋导管架吸力基础尺寸方程组无解或者解为负数的情况下，基于预置简化负压沉贯公式得到长度尺寸关系式；基于长度尺寸关系式、简化后的抗压承载力计算公式与简化后的抗拔承载力计算公式，得到直径尺寸关系式；基于长度尺寸关系式与直径尺寸关系式，得到同时满足沉贯特性和抗压要求的第二基础尺寸，以及得到同时满足沉贯特性和抗拔要求的第三基础尺寸。

10、在本技术的一种实现方式中，得到同时满足沉贯特性和抗压要求的第二基础尺寸，以及得到同时满足沉贯特性和抗拔要求的第三基础尺寸之后，方法还包括：基于第二基础尺寸以及简化后的抗拔承载力计算公式，对第二基础尺寸进行验证，在验证通过的情况下，确定第二基础尺寸为初步的基础尺寸，在验证不通过的情况下，确定第二基础尺寸不可用；基于第三基础尺寸以及简化后的抗压承载力计算公式，对第三基础尺寸进行验证，在验证通过的情况下，确定第三基础尺寸为初步的基础尺寸，在验证不通过的情况下，确定第三基础尺寸不可用。

11、在本技术的一种实现方式中，得到同时满足沉贯特性和抗压要求的第二基础尺寸，以及得到同时满足沉贯特性和抗拔要求的第三基础尺寸之后，方法还包括：在第二基础尺寸与第三基础尺寸均为验证通过的情况下，基于第二基础尺寸与预置用钢量方程，确定出第一用钢量，以及基于第三基础尺寸与预置用钢量方程，确定出第二用钢量；将第一用钢量与第二用钢量进行比对，将最小用钢量对应的基础尺寸作为初步尺寸。

12、在本技术的一种实现方式中，将最小用钢量对应的基础尺寸作为初步尺寸之后，方法还包括：基于预置未简化过的抗压承载力计算公式、预置未简化过的抗拔承载力计算公式以及预置未简化的负压沉贯公式，对初步尺寸进行验证，在验证通过的情况下，确定初步尺寸为最优基础尺寸。

13、本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本技术实施例通过承载和沉贯公式，解出海洋导管架吸力基础的最优尺寸。该方法降低了迭代计算工作量，耗时短，缩短了计算成本。其次，本技术实施例基于基础尺寸进行沉贯特性验证、抗压承载力验证以及抗拔承载力验证，基于验证结果，确定出海洋导管架吸力基础对应的数据，从而实现了沉贯和承载的整体性分析。且本技术实施例中的基础尺寸小、基础建造成本低，所需参数均为地勘报告中常给参数，能直接用于计算，工程适用性强。