【正文】 ??????Q受扭 tT2剪應(yīng)力 τ受剪和受扭 ????????????Dyx2軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力 ??23x折算應(yīng)力 σ軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力和剪應(yīng)力 ?????2yxy 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 23 頁(yè)____________________________________________________________________________________________表中：N ——計(jì)算截面的軸向力，N；M——計(jì)算截面的彎矩,Nmm；Mx、My——計(jì)算截面分別繞 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm；Q——計(jì)算截面的剪力，N；Qx、 Qy——計(jì)算截面沿 x 軸和 y 軸的剪力，N；T——計(jì)算截面的扭矩 ,Nmm；p——設(shè)計(jì)靜水壓力，MPa；D——圓管平均直徑，mm；t——圓管壁厚，mm；A——圓管截面積，mm 2；W——圓管截面的剖面模數(shù)，mm 3；Qx——計(jì)算截面最大軸向應(yīng)力，N/mm 2；Qy——計(jì)算截面環(huán)向應(yīng)力，N/mm 2；τ ——計(jì)算截面剪應(yīng)力， N/mm2。 構(gòu)件的穩(wěn)定性 一般要求風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的每個(gè)構(gòu)件，在工作及極端環(huán)境條件的荷載作用下，都應(yīng)具有整體和局部穩(wěn)定性。無(wú)加筋圓管,其幾何參數(shù)應(yīng)符合下式規(guī)定： tDL/13./?式中：L—— 結(jié)點(diǎn)或加強(qiáng)環(huán)之間的圓管長(zhǎng)度 ,mm。D——圓管平均直徑,mm。T——圓管壁厚 ,mm。起加強(qiáng)環(huán)作用的環(huán)筋,其剖面慣性矩 應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：rI mm4herEtLI?82? 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 24 頁(yè)____________________________________________________________________________________________ 圓管構(gòu)件的許用長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比 由下式確定:?rKl??式中：K ——計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，按下表確定；l——構(gòu)件長(zhǎng)度,定為結(jié)點(diǎn)中心間距離,mm；r——構(gòu)件的回轉(zhuǎn)半徑，mm；對(duì)于圓管取 。表 構(gòu)件 計(jì)算長(zhǎng)度導(dǎo)管架腿柱與樁灌水泥漿的組合截面 1不灌水泥漿的導(dǎo)管架腿柱 1墊片間不灌漿的樁 1導(dǎo)管架撐桿主斜撐 K 型斜撐 X 型斜撐 次要水平撐桿 注:對(duì)于 K 型和 X 型撐桿,如平面無(wú)支撐,在結(jié)點(diǎn)上至少要有一對(duì)構(gòu)件受拉 ,否則取 K=1導(dǎo)管架受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比,一般應(yīng)不超過(guò) 200。 無(wú)加筋圓管構(gòu)件的軸向曲線局部屈曲臨界應(yīng)力無(wú)加筋圓管當(dāng)其徑厚比 D/t60 時(shí)，在軸向壓力或彎矩作用下，應(yīng)考慮管壁的局部屈曲而引起的失穩(wěn)。當(dāng)圓管的徑厚比 D/t300，且 t≥6mm 時(shí),通常為非彈性局部屈曲，而在殘余應(yīng)力及初始缺陷影響較大時(shí)，特別是對(duì)于高強(qiáng)度鋼,也可能在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生局部屈曲。(1)彈性屈曲時(shí)，其彈性局部屈曲臨界應(yīng)力 為：xe? N/mm2??DtExe/??式中：E——彈性模量，N/mm 2。(2)非彈性屈曲時(shí)，其非彈性局部屈曲臨界應(yīng)力 為：xc N/mm2 xesxck? 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 25 頁(yè)____________________________________________________________________________________________式中：k—— 局部穩(wěn)定系數(shù)，按下式計(jì)算： 4/??式中：D——圓管公稱(chēng)直徑，mm；t——圓管壁厚，mm。整體臨界應(yīng)力無(wú)加筋圓管構(gòu)件,在軸向壓力作用下，其穩(wěn)定性由整體屈曲臨界應(yīng)力控制，可按下式驗(yàn)算整體穩(wěn)定性： N/mm2??csAN?????式中：N——軸向壓力，N；A——圓管截面積，N/mm 2；——鋼材屈服強(qiáng)度，在本式中當(dāng)圓管 D/t60 時(shí)，應(yīng)以局部屈曲臨界應(yīng)s?力( 或 ,取小者)替代 ，N/mm 2；xec?s?——許用屈曲臨界應(yīng)力，N/mm 2。??c——整體穩(wěn)定系數(shù)，由下式?jīng)Q定：?當(dāng) 時(shí), 20?? ?????當(dāng) 時(shí), ?209.?式中： s??0——構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比；——構(gòu)件整體屈曲的臨界應(yīng)力等于鋼材屈服強(qiáng)度的長(zhǎng)細(xì)比,按下式計(jì)算：s ssE???2?對(duì)于圓管，可取 。 無(wú)加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下的局部屈曲無(wú)加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下，當(dāng) D/t〉60 時(shí)，可能產(chǎn)生局部屈曲，應(yīng)按下式驗(yàn)算其彎曲應(yīng)力： N/mm2???kWM1.??式中：M ——構(gòu)件的最大彎矩，Nmm；W——截面的剖面模數(shù)，mm 3；對(duì)于圓管可?。簍D42?? 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 26 頁(yè)____________________________________________________________________________________________k——局部穩(wěn)定系數(shù)。 軸向壓力和彎矩聯(lián)合作用的穩(wěn)定性無(wú)加筋圓管受軸向壓力和彎矩的聯(lián)合作用時(shí),應(yīng)滿(mǎn)足下式要求: N/mm2??cyxWMAN??????式中：N ——軸向應(yīng)力，N；Mx、 My——計(jì)算截面繞 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm ；A——圓管截面積，mm 2；W——圓管截面的剖面模數(shù)，mm 3；——整體穩(wěn)定系數(shù)。?鋼管樁一般可不進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算，但受橫向荷載作用的樁，同時(shí)又有很大的軸向力作用時(shí)，在計(jì)算中要考慮荷載位移(P— )效應(yīng)，可將樁模擬為?非線性彈性基礎(chǔ)上梁進(jìn)行內(nèi)力分析。當(dāng) D/t〉60 時(shí)，應(yīng)按下式驗(yàn)算局部穩(wěn)定性： N/mm2????????WMANyxx 靜水中無(wú)加筋圓管構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算圓管在外水壓力作用下產(chǎn)生的環(huán)向壓應(yīng)力 ,應(yīng)不超過(guò)環(huán)向的許用應(yīng)力 ：h???h? N/mm2??2hchpDtk???式中：p——設(shè)計(jì)靜水壓力，MPa；——環(huán)向屈曲安全系數(shù)；工作環(huán)境條件， =；極端環(huán)境條件，hk h=；——環(huán)向屈曲臨界應(yīng)力，N/mm 2。hc?無(wú)加筋圓管構(gòu)件如滿(mǎn)足規(guī)定的圓度公差，環(huán)向屈曲臨界應(yīng)力 可由下hc?列步驟確定： 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 27 頁(yè)____________________________________________________________________________________________①按下式計(jì)算彈性環(huán)向屈曲應(yīng)力 he?： N/mm2???????DtEhe②確定環(huán)向屈曲臨界應(yīng)力 c?：當(dāng) 時(shí)， = N/mm2hhe??hce當(dāng) 時(shí)， N/mm2ses2?.??當(dāng)軸向拉力和外水壓力共同作用時(shí)，圓管構(gòu)件應(yīng)滿(mǎn)足下列公式： ???? ???????????hxhx ??式中： ，N/mm 2；hbax????其中： ——軸向應(yīng)力的絕對(duì)值，N/mm 2；——彎曲應(yīng)力的絕對(duì)值，N/mm 2；b——環(huán)向應(yīng)力的絕對(duì)值，N/mm 2。h?承受軸向壓力和外水壓力共同作用的無(wú)加筋圓管構(gòu)件，在下述兩個(gè)環(huán)境條件下，應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足公式要求：(1)工作環(huán)境條件： ?????????heex?式中： ，N/mm 2。bax?????(2)極端環(huán)境條件： ????????hehex?..1xc 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 28 頁(yè)____________________________________________________________________________________________.?hc? 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 29 頁(yè)____________________________________________________________________________________________5. 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 一般規(guī)定為確保風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境條件下能正常工作，在極端環(huán)境條件下具有一定的安全度，應(yīng)對(duì)樁體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及樁基承載力進(jìn)行分析驗(yàn)算。此外，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還應(yīng)包括打樁過(guò)程中的樁體強(qiáng)度校核，以及樁可打入性分析。樁基礎(chǔ)應(yīng)能承受靜力的、循環(huán)的和瞬時(shí)的荷載而不致產(chǎn)生過(guò)大的變形或振動(dòng)。應(yīng)特別注意循環(huán)荷載對(duì)支撐土壤強(qiáng)度的影響以及對(duì)樁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。應(yīng)調(diào)查海底相對(duì)于基礎(chǔ)構(gòu)件產(chǎn)生位移的可能性，應(yīng)預(yù)估此位移引起的作用力，并在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中加以考慮。由于海流和波浪作用引起的海床沖刷可能?chē)?yán)重影響樁基軸向和橫向支承能力，應(yīng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所在海域的海床沖刷情況進(jìn)行調(diào)查,如有沖刷現(xiàn)象，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。在基礎(chǔ)施工過(guò)程中，由于達(dá)不到設(shè)計(jì)要求需要采取的可能補(bǔ)救措施應(yīng)在施工前進(jìn)行研究并做出規(guī)定。 樁體壁厚的確定鋼管樁壁厚是由樁體強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求與腐蝕裕量所決定，同時(shí)尚應(yīng)考慮施工方面的要求，并不得小于規(guī)定的最小厚度 t。鋼管樁的最小壁厚 t 按下式計(jì)算：t=+D/100 mm式中：D樁徑，mm。 樁體分段的確定確定樁體的分段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮起吊能力、打樁工藝、打樁時(shí)樁體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、現(xiàn)場(chǎng)焊接條件以及土質(zhì)情況等因素。 樁體的構(gòu)造要求在樁頂和樁尖處,一個(gè)樁徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)的樁壁厚度,必要時(shí)應(yīng)加厚最小壁厚的 倍。鋼管樁在泥面處厚壁段的上下均應(yīng)留有適當(dāng)富裕長(zhǎng)度，以適應(yīng)樁體實(shí)際入土的深度的變化。每一樁段應(yīng)留有 1m 左右的余量，以備因錘擊損傷后，將此長(zhǎng)度割去。 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 30 頁(yè)____________________________________________________________________________________________樁體與導(dǎo)管（或套管）之間的環(huán)形空間，一般宜用水泥漿充填，以實(shí)現(xiàn)鋼樁與導(dǎo)管（或套管）之間的荷載傳遞。應(yīng)該設(shè)置定位塊在樁和其周?chē)Y(jié)構(gòu)之間保持一個(gè)均勻的環(huán)行空間。為封閉水泥漿應(yīng)使用封隔器，并提供正確地將水泥漿灌入環(huán)行空間的方法。在具有軟弱的海底泥土的地方，應(yīng)考慮采用封閉器或其它方法盡量避免泥土侵入環(huán)行空間。 橫向荷載下樁基計(jì)算橫向荷載作用下樁的內(nèi)力及變形，一般可以通過(guò)求解樁軸撓曲的微分方程或用有限元法得到。計(jì)算中宜考慮土的非線性特性及泥面沖刷、滑移和沉樁對(duì)土體擾動(dòng)的影響等因素。樁側(cè)土抗力 P 應(yīng)按下式計(jì)算求得：P=Esy N/mm2式中：E s——計(jì)算點(diǎn)的土抗力模量,MN/m 3，其值隨土質(zhì)、深度和位移而變；y——計(jì)算點(diǎn)的樁側(cè)位移，mm。土抗力模量樁在橫向荷載作用下，其側(cè)向位移較小時(shí)可不考慮土的非線性特性，按一般公認(rèn)的線性假定確定土抗力模量。橫向荷載下樁的計(jì)算，考慮土的非線性時(shí)，宜以計(jì)算點(diǎn)的 Py 曲線為依據(jù)，取其割線斜率作為土抗力模量。 Py 曲線Py 曲線的線型與土質(zhì)、深度及荷載性質(zhì)等有關(guān)。一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)試驗(yàn)資料的分析結(jié)果繪制。缺乏資料時(shí)，可以參考使用本節(jié)所附 Py 曲線。砂性土的 Py 曲線砂性土分為淺層土和深層土，淺層土和深層土的極限土抗力轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度XR 按下式計(jì)算： mm??123CDXR??式中：C C C 3——系數(shù)，以 為參數(shù)；?——砂性土內(nèi)摩擦角，deg；?D——外徑，mm。當(dāng) xXR 時(shí),為淺層土 。當(dāng) x≥ XR 時(shí),為深層土。砂性土的樁側(cè)極限土抗力隨深度不同變化，淺層土和深層土極限土抗力Pu 分別由下式計(jì)算：淺層土： N/m??xDCPu?21??深層土： 海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 31 頁(yè)____________________________________________________________________________________________ N/mxDCPu?3?式中： ——土體有效容重，MN/m 3；?x——土表面下計(jì)算點(diǎn)深度,mm。硬粘土 Py 曲線硬粘土(c96KPa )比軟粘土脆性更大，工程中應(yīng)以實(shí)際試驗(yàn)資料繪制 Py曲線為準(zhǔn)，文獻(xiàn)中的 Py 曲線經(jīng)驗(yàn)證后方可采用。 樁的軸向承載力 一般要求確定樁的軸向承載力有下列幾種方法：(1) 現(xiàn)場(chǎng)試樁；(2) 靜力公式；(3) 樁的動(dòng)力公式 (基于波傳播理論的公式) ；(4) 地區(qū)性的半經(jīng)驗(yàn)公式。樁基設(shè)計(jì)可用上述方法確定承載力，但動(dòng)力公式不能單獨(dú)使用，最好是用幾種方法綜合確定。 受壓樁的極限承載力受壓樁的極限承載力 Qd 可用下式計(jì)算： ????KNqAfpsipf式中：Q f——樁側(cè)摩阻力，kN ；Qp——總的樁尖阻力(