桶形基礎彎矩承載力研究

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　　摘  要：桶形基礎在風浪荷載作用下易受到彎矩荷載作用，文章基于ABAQUS有限元數值分析軟件針對不同長徑比以及不同土體均勻系數給出桶形基礎在彎矩荷載作用下極限承載力計算公式。
　　關鍵詞：桶形基礎;承載力;數值分析
　　中圖分類號：TU476 文獻標志碼：A 文章編號：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
　　桶形基礎廣泛的應用于灘海、深水海洋平臺基礎等海洋油氣資源開發建設中，作為重力式平臺，固定式平臺和浮動式平臺等海底設施的基礎。它是一種底端開口頂部封閉的薄壁結構，具有節約材料、便于運輸、可循環利用等優點。在復雜的海洋環境中，它不僅可以承受上部建筑物的豎向荷載還可以承擔風浪等荷載作用，其穩定性是保證海洋平臺安全工作的決定因素，桶形基礎的彎矩荷載可對基礎造成傾覆性破壞，所以對于桶形基礎彎矩荷載研究尤為重要。 武科[1，2]等采用摩爾庫倫和Mises屈服準則的本構關系研究了桶形基礎在復合加載模式（V-H，V-M，H-M，V-H-M）下不排水情況的破壞包絡面，給出了破壞包絡面的計算函數，Gourvenec. S[3]（2011）研究了桶形基礎在下壓過程中在V、H、M荷載作用時的承載力研究，并給出組合荷載作用時的承載力計算方法。本文就桶形基礎受到彎矩荷載作用時，考慮基礎長徑比與土體不均勻系數，給出以下有限元計算結果，為實際工程提供理論指導。
　　1 有限元模型
　　建立三維有限元模型，桶形基礎直徑D為5m，裙長L分別為0m、1.25m、2.5m、5m、10m，長徑比為0、0.25、0.5、1、2，厚度t為0.03m。視桶形基礎為剛性桶，其彈性模量為200GPa，土體尺寸徑向為6D，豎向為6L，土體選用非均質土，彈性模量為500Su，泊松比為0.49，其他強度參數見表1。其中K為土體不均勻系數，k為土體強度隨深度增加梯度，Su0為土體表面不排水強度。
　　2 桶形基礎模型驗證
　　3 有限元結果與承載力公式
　　桶形基礎為圓形對稱基礎，所以其在中心位置受到的彎矩荷載與方向無關，本文圖1給出了桶型基礎在X正方向的彎矩荷載無量綱化承載力系數與基礎長徑比的曲線關系圖，根據圖可知，Mxult/ADSum隨著長徑比的增加而非線性增加，隨著土體不均勻系數K的增加而非線性增加。
　　由圖1知，桶形基礎彎矩承載力系數與桶形基礎長徑比有關，定義dM為桶形基礎長徑比L/D=0的承載力系數與L/D不等于0的承載力系數比值，即dM=NM（L/D）/NM（L/D=0），圖2則為L/D-dM曲線關系圖。
　　本文對桶形基礎受到彎矩荷載作用下的極限承載力系數擬合度只能達到0.95以上，均在Murff & Hamilton （1993）給出上下限解范圍內，可以粗略的用于計算桶形基礎受到彎矩荷載作用時極限承載力。其中當K=0，L/D=0時可以選用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）計算其他情況的彎矩極限承載力系數。
　　4 結論
　　本文應用ABAQUS軟件計算桶形基礎在彎矩荷載作用下的承載力計算公式，給出了其在彎矩荷載作用下的極限承載力計算方法，并通過驗證確定了其公式可靠性，為實際工程提供了指導。
　　參考文獻：
　　[1]武科，欒茂田，范慶來.復合加載模式下桶形基礎破壞包絡面彈塑性有限元數值分析[J].工程力學，2008，25（11）：156-161.
　　[2]武科，欒茂田，范慶來.復合加載模式下桶形基礎破壞包絡面特性研究[J].巖土工程學報，200830（4）.
　　[3]Gourvenec. S， Barnett.S. Undrained failure envelope for skirted foundations under general loading. Ge'otechnique 61， 2011.No. 3，263-270.
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