[發明專利]一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法

在審

• 申請號: 202310073889.5
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116127807A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 宋啟明;劉蔚;蔡天清;陳志冰
• 申請（專利權）人: 福建永福電力設計股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、確定土壤強度和剛度參數；

步驟S2、采用有限元分析軟件建立吸力樁模型，對吸力樁模型施加預定水平位移，建立并提取土抗力數值；

步驟S3、對位移、土抗力數值結果作歸一化處理，使用tanh函數擬合數據；

步驟S4、建立一種可用于評價任意幾何形狀吸力樁與土強度的土壤響應的數學模型。

2.根據權利要求1所述的一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：確定土壤強度和剛度參數，所述參數包括：內摩擦角泊松比v、割線模量E₅₀、卸載-再加載模量E_oed、固結試驗的切線模量E_ur、初始剪切模量G₀、剪切應變閾值γ_0.7、靜止側應力系數K₀；

①內摩擦角為：

其中，為角度偏差，取1～2°；Q為抗剪強度參數；I_D為相對密度；為臨界內摩擦角；p′為平均法向應力；

②泊松比υ為：

③割線模量E₅₀、卸載-再加載模量E_oed與固結試驗的切線模量E_ur分別為：

E_ur＝3E₅₀????????????????????????????(6)

其中，m為應力相關冪指數；σ′為基準壓力；σ_a為大氣壓力；

④初始剪切模量G₀、剪切應變閾值γ_0.7與靜止側應力系數K₀分別為：

其中，e為孔隙比；c′為有效黏聚力；σ′₁為有效豎向應力，為有效內摩擦角。

3.根據權利要求1所述的一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

步驟S21、使用有限元分析軟件構建多個不同尺寸的吸力樁模型，并設置邊界條件與網格劃分；

步驟S22、對吸力樁模型施加預定水平位移；

步驟S23、提取并集成應力：利用沿吸力樁模型周邊作用的正應力σ_N與剪應力τ₁計算基礎裙面受到的土抗力；吸力樁模型按深度分層，每層分為不同區域，求出這些區域的平均應力，乘以面積，得到作用在特定區域上的力；給定層的土壤反力p為該層中所有區域的平均力之和除以該層的高度。

4.根據權利要求3所述的一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法，其特征在于，所述步驟S21具體為：吸力樁底部由于幾何形狀突變，將產生應力集中；引入在垂直和水平方向上均有擴展的擴展界面減少應力集中的影響；擴展長度L_ext為：

L_ext＝0.2D?????????????????????????(10)

其中，D為吸力樁直徑；

為保證足夠的精度，臨近吸力樁的網格劃分更精細；精細化區域尺寸為3倍吸力樁直徑D與2倍吸力樁高度L。

5.根據權利要求3所述的一種海上風電吸力樁基礎PY曲線計算方法，其特征在于，所述步驟S22具體為：水平位移施加過程分為5個基本階段：

階段1(初始階段)與階段2(安裝階段)結束后，重置所有變形，只有階段3及之后的位移有意義；

階段3(加載階段)：將預定水平位移施加在吸力樁上；

階段4(卸載階段)：通過移除建立強制位移所需的荷載來移除預定水平位移；階段3產生的彈性變形將恢復，只保留變形的塑性部分；

階段5：重復階段3和階段4，增加變形。