[發明專利]一種基于MATLAB進行P?Y曲線的自動化計算方法

在審

• 申請號: 201710095692.6
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106897554A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 曹會蘭;柳林;張浩;孫繼棟;李紅有;羅翔;曹恩志
• 申請（專利權）人: 龍源（北京）風電工程設計咨詢有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種計算方法，尤其涉及一種基于MATLAB進行P-Y曲線的自動化計算方法。

背景技術

海上風機基礎結構機理較為復雜，影響因素較多，雖然研究人員關注這一課題已有三十來年，但迄今為止仍未形成完善的分析理論和方法，很多國家的規范中也還沒有相關的內容和規定。目前，我國正在編撰海上風機基礎結構方面的行業標準。

在進行海上風電機組基礎結構設計分析時，必須要考慮土對樁的水平向約束作用。目前計算水平載荷作用下樁土相互作用常用的還是地基反力法，即忽略土的連續性，認為某點的抗力只與該點的位移有關。地基反力法應用Winkler地基模型，把樁周土離散為一個個單獨作用的彈簧。在地基反力法中應用最廣泛的是P-Y曲線法。根據《港口工程樁基規范》，P-Y曲線法是由復雜的多個公式和圖表查詢共同手算得到，完成一個海上風機基礎結構的P-Y曲線數據對的計算工作量相當大。而且，目前還沒有任何一個軟件或者相似方法可以實現直接提供P-Y曲線數據對。

目前階段，海上風機基礎結構形式主要包括單樁基礎、高樁承臺基礎、多腳架基礎、導管架基礎、重力式基礎以及其他概念型基礎等。常用的基礎型式中導管架基礎在海上石油平臺施工中有一定經驗，也涉及到樁基礎的建設；重力式基礎體積大、重量大、安裝、運輸不方便，施工周期長，對海床條件要求較高；而樁基基礎具有結構構造簡單，受力明確、易于建造和海上施工方便而被廣泛應用于海上風機基礎結構中。

樁土水平相互作用屬于海上風機樁基基礎設計中最為關鍵性的技術，適用于所有海上風機樁基基礎的建模計算。但是，目前P-Y曲線參數計算和其他作用一樣僅靠手算進行，而且由于插值圖表的存在，其手算計算難度相當大，工作量大，成本高，錯誤率高。

發明內容

為了解決上述問題中的不足之處，本發明提供了一種基于MATLAB進行P-Y曲線的自動化計算方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于MATLAB進行P-Y曲線的自動化計算方法，它包括以下步驟：

(一)：首先，根據地質勘察單位提供的地勘資料，填寫六個參數并輸入到MATLAB中調用：

(1a)軟黏土包括直徑、土層號、三軸儀試驗中最大主應力差一半時的應變值、土的重度、原狀黏土不排水抗剪強度的標準值、泥面以下樁的任一深度；

依據地質勘查報告獲得土的物理性質參數：不排水抗剪強度標準值C_u、土的重度γ、泥面以下樁的任一深度Z、系數ζ、樁徑D、相關系數ρ、泥面以下Z深度處樁的側向水平變形Y、三軸儀試驗中最大主應力差一半時的應變值ε₅₀；

(1b)砂土包括直徑、土層號、土層位于水上/水下、土的重度、內摩擦角、泥面以下樁的任一土層深度；

依據地質勘查報告獲得土的物理性質參數：內摩擦角φ、泥面以下樁的任一深度Z、樁徑D、土的重度γ、計算系數Ψ、泥面以下Z深度處樁的側向水平變形Y；

(二)：根據輸入的參數對黏土或砂土進行數據處理：

(2a)軟黏土的數據處理計算過程如下：

不排水抗剪強度標準值C_u小于等于96kPa的軟黏土，在非反復荷載作用下P－Y曲線按下列規定確定：

(2a.1)極限水平土抗力轉折點的深度Z_r，可按下式計算：

(2a.2)樁側單位面積的極限水平土抗力標準值P_u可按下列公式計算：

當Z<Z_r：

當Z≥Z_r：P_u＝9C_u

(2a.3)樁周土達極限水平土抗力之半時，相應樁的側向水平變形Y₅₀可按下列公式計算：

Y₅₀＝ρε₅₀d

(2a.4)軟黏土中樁的P-Y曲線，可按下列公式確定：

當Y/Y₅₀<8時：

當Y/Y₅₀≥8時：P＝P_u