【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)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 23 頁____________________________________________________________________________________________表中：N ——計算截面的軸向力，N；M——計算截面的彎矩,Nmm；Mx、My——計算截面分別繞 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm；Q——計算截面的剪力，N；Qx、 Qy——計算截面沿 x 軸和 y 軸的剪力，N；T——計算截面的扭矩 ,Nmm；p——設(shè)計靜水壓力，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——計算截面最大軸向應(yīng)力，N/mm 2；Qy——計算截面環(huán)向應(yīng)力，N/mm 2；τ ——計算截面剪應(yīng)力， N/mm2。 構(gòu)件的穩(wěn)定性 一般要求風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的每個構(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)點或加強環(huán)之間的圓管長度 ,mm。D——圓管平均直徑,mm。T——圓管壁厚 ,mm。起加強環(huán)作用的環(huán)筋,其剖面慣性矩 應(yīng)滿足下式要求：rI mm4herEtLI?82? 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 24 頁____________________________________________________________________________________________ 圓管構(gòu)件的許用長細比長細比 由下式確定:?rKl??式中：K ——計算長度系數(shù)，按下表確定；l——構(gòu)件長度,定為結(jié)點中心間距離,mm；r——構(gòu)件的回轉(zhuǎn)半徑，mm；對于圓管取 。表 構(gòu)件 計算長度導(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:對于 K 型和 X 型撐桿,如平面無支撐,在結(jié)點上至少要有一對構(gòu)件受拉 ,否則取 K=1導(dǎo)管架受壓構(gòu)件的長細比,一般應(yīng)不超過 200。 無加筋圓管構(gòu)件的軸向曲線局部屈曲臨界應(yīng)力無加筋圓管當(dāng)其徑厚比 D/t60 時，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,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，特別是對于高強度鋼,也可能在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生局部屈曲。(1)彈性屈曲時，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，其非彈性局部屈曲臨界應(yīng)力 為：xc N/mm2 xesxck? 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 25 頁____________________________________________________________________________________________式中：k—— 局部穩(wěn)定系數(shù)，按下式計算： 4/??式中：D——圓管公稱直徑，mm；t——圓管壁厚，mm。整體臨界應(yīng)力無加筋圓管構(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；——鋼材屈服強度，在本式中當(dāng)圓管 D/t60 時，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, 20?? ?????當(dāng) 時, ?209.?式中： s??0——構(gòu)件的長細比；——構(gòu)件整體屈曲的臨界應(yīng)力等于鋼材屈服強度的長細比,按下式計算：s ssE???2?對于圓管，可取 。 無加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下的局部屈曲無加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下，當(dāng) D/t〉60 時，可能產(chǎn)生局部屈曲，應(yīng)按下式驗算其彎曲應(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；對于圓管可取：tD42?? 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 26 頁____________________________________________________________________________________________k——局部穩(wěn)定系數(shù)。 軸向壓力和彎矩聯(lián)合作用的穩(wěn)定性無加筋圓管受軸向壓力和彎矩的聯(lián)合作用時,應(yīng)滿足下式要求: N/mm2??cyxWMAN??????式中：N ——軸向應(yīng)力，N；Mx、 My——計算截面繞 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)。?鋼管樁一般可不進行整體穩(wěn)定性計算，但受橫向荷載作用的樁，同時又有很大的軸向力作用時，在計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)上梁進行內(nèi)力分析。當(dāng) D/t〉60 時，應(yīng)按下式驗算局部穩(wěn)定性： N/mm2????????WMANyxx 靜水中無加筋圓管構(gòu)件的穩(wěn)定性計算圓管在外水壓力作用下產(chǎn)生的環(huán)向壓應(yīng)力 ,應(yīng)不超過環(huán)向的許用應(yīng)力 ：h???h? N/mm2??2hchpDtk???式中：p——設(shè)計靜水壓力，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?無加筋圓管構(gòu)件如滿足規(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)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 27 頁____________________________________________________________________________________________①按下式計算彈性環(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， = N/mm2hhe??hce當(dāng) 時， N/mm2ses2?.??當(dāng)軸向拉力和外水壓力共同作用時，圓管構(gòu)件應(yīng)滿足下列公式： ???? ???????????hxhx ??式中： ，N/mm 2；hbax????其中： ——軸向應(yīng)力的絕對值，N/mm 2；——彎曲應(yīng)力的絕對值，N/mm 2；b——環(huán)向應(yīng)力的絕對值，N/mm 2。h?承受軸向壓力和外水壓力共同作用的無加筋圓管構(gòu)件，在下述兩個環(huán)境條件下，應(yīng)同時滿足公式要求：(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)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 28 頁____________________________________________________________________________________________.?hc? 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 29 頁____________________________________________________________________________________________5. 樁基礎(chǔ)設(shè)計 一般規(guī)定為確保風(fēng)電機組基礎(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)對樁體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性以及樁基承載力進行分析驗算。此外，樁基礎(chǔ)設(shè)計還應(yīng)包括打樁過程中的樁體強度校核，以及樁可打入性分析。樁基礎(chǔ)應(yīng)能承受靜力的、循環(huán)的和瞬時的荷載而不致產(chǎn)生過大的變形或振動。應(yīng)特別注意循環(huán)荷載對支撐土壤強度的影響以及對樁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。應(yīng)調(diào)查海底相對于基礎(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)計中加以考慮。由于海流和波浪作用引起的海床沖刷可能嚴(yán)重影響樁基軸向和橫向支承能力，應(yīng)對風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所在海域的海床沖刷情況進行調(diào)查,如有沖刷現(xiàn)象，則設(shè)計時應(yīng)加以考慮。在基礎(chǔ)施工過程中，由于達不到設(shè)計要求需要采取的可能補救措施應(yīng)在施工前進行研究并做出規(guī)定。 樁體壁厚的確定鋼管樁壁厚是由樁體強度和穩(wěn)定性要求與腐蝕裕量所決定，同時尚應(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度時，應(yīng)考慮起吊能力、打樁工藝、打樁時樁體強度、剛度和穩(wěn)定性、現(xiàn)場焊接條件以及土質(zhì)情況等因素。 樁體的構(gòu)造要求在樁頂和樁尖處,一個樁徑長度范圍內(nèi)的樁壁厚度,必要時應(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)富裕長度，以適應(yīng)樁體實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，將此長度割去。 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 30 頁____________________________________________________________________________________________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圍結(jié)構(gòu)之間保持一個均勻的環(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。 橫向荷載下樁基計算橫向荷載作用下樁的內(nèi)力及變形，一般可以通過求解樁軸撓曲的微分方程或用有限元法得到。計算中宜考慮土的非線性特性及泥面沖刷、滑移和沉樁對土體擾動的影響等因素。樁側(cè)土抗力 P 應(yīng)按下式計算求得：P=Esy N/mm2式中：E s——計算點的土抗力模量,MN/m 3，其值隨土質(zhì)、深度和位移而變；y——計算點的樁側(cè)位移，mm。土抗力模量樁在橫向荷載作用下，其側(cè)向位移較小時可不考慮土的非線性特性，按一般公認的線性假定確定土抗力模量。橫向荷載下樁的計算，考慮土的非線性時，宜以計算點的 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)場或室內(nèi)試驗資料的分析結(jié)果繪制。缺乏資料時，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)折點深度XR 按下式計算： 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,為淺層土 。當(dāng) x≥ XR 時,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 分別由下式計算：淺層土： N/m??xDCPu?21??深層土： 海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（初稿） 第 31 頁____________________________________________________________________________________________ N/mxDCPu?3?式中： ——土體有效容重，MN/m 3；?x——土表面下計算點深度,mm。硬粘土 Py 曲線硬粘土(c96KPa )比軟粘土脆性更大，工程中應(yīng)以實際試驗資料繪制 Py曲線為準(zhǔn)，文獻中的 Py 曲線經(jīng)驗證后方可采用。 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)場試樁；(2) 靜力公式；(3) 樁的動力公式 (基于波傳播理論的公式) ；(4) 地區(qū)性的半經(jīng)驗公式。樁基設(shè)計可用上述方法確定承載力，但動力公式不能單獨使用，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 可用下式計算： ????KNqAfpsipf式中：Q f——樁側(cè)摩阻力，kN ；Qp——總的樁尖阻力(