桶形基础弯矩承载力研究

翟雪丽

摘  要：桶形基础在风浪荷载作用下易受到弯矩荷载作用，文章基于ABAQUS有限元数值分析软件针对不同长径比以及不同土体均匀系数给出桶形基础在弯矩荷载作用下极限承载力计算公式。

关键词：桶形基础;承载力;数值分析

中图分类号：TU476 文献标志码：A 文章编号：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

桶形基础广泛的应用于滩海、深水海洋平台基础等海洋油气资源开发建设中，作为重力式平台，固定式平台和浮动式平台等海底设施的基础。它是一种底端开口顶部封闭的薄壁结构，具有节约材料、便于运输、可循环利用等优点。在复杂的海洋环境中，它不仅可以承受上部建筑物的竖向荷载还可以承担风浪等荷载作用，其稳定性是保证海洋平台安全工作的决定因素，桶形基础的弯矩荷载可对基础造成倾覆性破坏，所以对于桶形基础弯矩荷载研究尤为重要。 武科[1，2]等采用摩尔库伦和Mises屈服准则的本构关系研究了桶形基础在复合加载模式（V-H，V-M，H-M，V-H-M）下不排水情况的破坏包络面，给出了破坏包络面的计算函数，Gourvenec. S[3]（2011）研究了桶形基础在下压过程中在V、H、M荷载作用时的承载力研究，并给出组合荷载作用时的承载力计算方法。本文就桶形基础受到弯矩荷载作用时，考虑基础长径比与土体不均匀系数，给出以下有限元计算结果，为实际工程提供理论指导。

1 有限元模型

建立三维有限元模型，桶形基础直径D为5m，裙长L分别为0m、1.25m、2.5m、5m、10m，长径比为0、0.25、0.5、1、2，厚度t为0.03m。视桶形基础为刚性桶，其弹性模量为200GPa，土体尺寸径向为6D，竖向为6L，土体选用非均质土，弹性模量为500Su，泊松比为0.49，其他强度参数见表1。其中K为土体不均匀系数，k为土体强度随深度增加梯度，Su0为土体表面不排水强度。

2 桶形基础模型验证

3 有限元结果与承载力公式

桶形基础为圆形对称基础，所以其在中心位置受到的弯矩荷载与方向无关，本文图1给出了桶型基础在X正方向的弯矩荷载无量纲化承载力系数与基础长径比的曲线关系图，根据图可知，Mxult/ADSum随着长径比的增加而非线性增加，随着土体不均匀系数K的增加而非线性增加。

由图1知，桶形基础弯矩承载力系数与桶形基础长径比有关，定义dM为桶形基础长径比L/D=0的承载力系数与L/D不等于0的承载力系数比值，即dM=NM（L/D）/NM（L/D=0），图2则为L/D-dM曲线关系图。

本文对桶形基础受到弯矩荷载作用下的极限承载力系数拟合度只能达到0.95以上，均在Murff & Hamilton （1993）给出上下限解范围内，可以粗略的用于计算桶形基础受到弯矩荷载作用时极限承载力。其中当K=0，L/D=0时可以选用Murff & Hamilton （1993）给出的上限解即NM（K=0）=0.69，然后再利用本文公式（4）计算其他情况的弯矩极限承载力系数。

4 结论

本文应用ABAQUS软件计算桶形基礎在弯矩荷载作用下的承载力计算公式，给出了其在弯矩荷载作用下的极限承载力计算方法，并通过验证确定了其公式可靠性，为实际工程提供了指导。

参考文献：

[1]武科，栾茂田，范庆来.复合加载模式下桶形基础破坏包络面弹塑性有限元数值分析[J].工程力学，2008，25（11）：156-161.

[2]武科，栾茂田，范庆来.复合加载模式下桶形基础破坏包络面特性研究[J].岩土工程学报，200830（4）.

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