[發明專利]一種用于波浪荷載作用下的樁基動力穩定性分析計算方法

有效

• 申請號: 202011023577.6
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112287574B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 姚文娟;徐旭;張震;程澤坤;丁剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F111/10;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開了一種一種用于波浪荷載作用下的樁基動力穩定性分析計算方法，包括如下的步驟：通過整理得到非齊次形式的Mathieu方程，求解得到參數共振的臨界頻率和失穩荷載。通過本發明解析解與有限元模擬的計算結果對比，驗證了理論推導的正確性。通過計算結果分析表明：樁頂荷載P₀和樁身入水深度對失穩荷載影響比較大，但同時失穩荷載也受共振頻率的影響；樁側土體抗力系數m對參數共振頻率影響最大，隨m的增大，參數共振的失穩頻率快速增大，可以有效提高樁身的穩定性，樁身質量M和土體剪切剛度G對樁身的失穩頻率相對影響較小，但也不可忽視；樁徑、波長和波高等因素對振幅的影響不同，可根據具體工程實際來調整，以提高樁身穩定性。

技術領域

本發明屬于巖土工程技術領域，具體涉及一種用于波浪荷載作用下的樁基動力穩定性分析計算方法。

背景技術

目前，國內外關于樁基在海洋中承受波浪荷載的動力穩定性分析的研究還鮮未報道。大多的研究集中在波浪的沖刷作用以及樁土相互作用的分析，對于承受復雜荷載作用下的樁基動力問題研究還相對較少。在實際的工程中，關于海洋中的樁基建設，一般采用有限元的方法進行模擬計算，計算量大，較為復雜，理論方面的研究仍未完善。而近些年來，海洋中建筑物越來越多，各種跨海大橋，風力發電單樁基礎，海上鉆井平臺等層出不窮，對于這些海洋建筑物，樁基作為它們的基礎，重要性不言而喻，且海洋中環境復雜，波浪荷載是作用在樁身上的主要荷載之一，研究樁基在波浪荷載以及其他荷載共同作用下的動力穩定性問題，迫在眉睫。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種用于波浪荷載作用下的樁基動力穩定性分析計算方法，考慮了波浪荷載作為施加在樁側的水平動荷載，同時考慮波浪沖刷作用的影響，并采用雙參數法計算樁側土體的抗力，在基于Mathieu-Hill方程的基礎上得到了樁身穩定動力微分方程，對四種不同情況下的樁身動力穩定問題進行了探究，得到了相應的臨界頻率和失穩荷載的理論解，并進行了一系列的參數敏感性分析，探究了樁身臨界頻率的影響因素和樁身在四種不同荷載作用下的振幅變化，并給出了具體的的計算步驟。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于波浪荷載作用下的樁基動力穩定性分析計算方法，采用雙參數地基模型代替傳統的winkler模型，并考慮了波浪荷載的作用和樁側土體剛度的軟化，步驟如下：

(1)樁基動力穩定性理論解析計算；

(2)解析解與有限元模擬計算結果對比；

(3)失穩荷載計算；

(4)參數敏感性分析。

優先的，所述步驟(1)的具體操作步驟為：

(1-1)將樁側的土體的抗力采用雙參數地基法等效為彈簧來計算，樁頂承受豎向的靜力荷載和豎向簡諧荷載，水平方向承受波浪荷載，波浪力采用繞射理論進行計算，樁身同時受到沖刷作用：

樁側的波浪荷載f_z計算如下所述：

其中：ρ為海水的密度取1030kg/m³；

g為重力加速度，取9.8m/s²；

H為波高；

L₁為波長；

z為水深,d_l為樁身入水深度，不包括入土部分；

J₁′為一階第一類貝塞爾函數，Y₁′為一階第二類貝塞爾函數；

ω為波浪荷載的頻率；

d為樁徑；