一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法技术

本发明专利技术提供一种椭圆形截面钢管桩基础，钢管桩横截面为椭圆形，钢管桩椭圆形横截面的长轴方向风荷载为最大风荷载值，短轴方向风荷载为最大风荷载值按风速比值折减，风速比值为第二大风速与最大风速之比，最大风速与第二大风速根据风速玫瑰花图确定；所述钢管桩椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力可独立计算；本发明专利技术钢管桩截面水平承载力的验算方法，包括如下步骤：S1)计算最大风压；S2)计算最大水平力；S3)计算第二大水平力；S4)确定椭圆方程；S5)确定钢管桩的形态；S6)验算椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力；S7)确定钢管桩椭圆形横截面尺寸。本发明专利技术的优点为：安全可靠，经济合理。

A Checking Method for Elliptical Section Steel Pipe Pile Foundation and Its Horizontal Bearing Capacity

The invention provides a steel pipe pile foundation with elliptical cross-section. The cross-section of the steel pipe pile is elliptical, the long-axis wind load of the elliptical cross-section of the steel pipe pile is the maximum wind load value, the short-axis wind load is the maximum wind load value reduced by the wind speed ratio, the wind speed ratio is the ratio of the second largest wind speed to the maximum wind speed, and the maximum wind speed and the second largest wind speed are determined by the rose diagram of the wind speed. The horizontal bearing capacity of steel pipe pile elliptical cross section can be calculated independently in the direction of long axis and short axis; the checking calculation method of the horizontal bearing capacity of steel pipe pile cross section includes the following steps: S1) calculating maximum wind pressure; S2) calculating maximum horizontal force; S3) calculating the second largest horizontal force; S4) determining elliptic equation; S5) determining the shape of steel pipe pile; S6) checking the long axis and short axis of elliptical cross section. Horizontal bearing capacity in direction; S7) Determine the elliptical cross-section size of steel pipe pile. The invention has the advantages of safety, reliability, economy and rationality.

【技术实现步骤摘要】
一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法
本专利技术涉及风力发电机基础工程设计
，具体涉及一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法。
技术介绍
在全球环境日益恶化、化石类能源日益枯竭的情况下，风能作为一种清洁、安全的新能源，受到各国政府和投资机构的重视。由于与其他新能源技术相比较，风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有效性，因此在过去的30多年里，风电发展不断超越其预期的发展速度，一直保持着世界增长最快的能源地位。随着风力发电投资和建设的快速发展，作为风力发电机组基础的设计和施工水平也在显著提高。重力式扩展基础、梁板式基础、高台柱基础、桩基础是目前应用最为广泛的风机基础形式。其中，钢管桩基础由于其结构简单、制造过程较短、安装便捷、受力明确等方面的优势，在软弱土地区特别是沿海深厚软土地区应用日趋广泛。钢管桩主要承受水平风荷载作用，传统钢管桩设计中，钢管桩四周均采用最大风荷载，而实际情况中不同方向风荷载并不相同，可以用风速玫瑰图表示。按照传统设计方法，可以确保钢管桩有足够的安全裕度，但会造成一定的经济浪费，不能完全满足工程设计中“经济合理”的原则。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种既安全可靠又经济合理的椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种椭圆形截面钢管桩基础，钢管桩横截面为椭圆形，钢管桩椭圆形横截面的长轴方向风荷载为最大风荷载值，短轴方向风荷载为最大风荷载值按风速比值折减，风速比值为第二大风速与最大风速之比，最大风速与第二大风速根据风速玫瑰花图确定；所述钢管桩椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力可独立计算。一种椭圆形截面钢管桩基础水平承载力的验算方法，包括如下步骤：S1)根据下式计算最大风压：pH为最大风压，量纲为kN/m2，Vr为风机额定风速，量纲m/s；S2)根据最大风压计算塔架顶部的最大水平力，计算公式如下：FH＝pHA；FH为最大水平力，量纲为kN，A为风轮扫掠面积，量纲m2；S3)根据风速玫瑰花图确定最大风速、第二大风速，计算第二大风速与最大风速的比值，将比值与最大水平力相乘得到第二大水平力；S4)制作以正东为X轴正向、正北为Y轴正向的直角坐标系，以最大风速方向为椭圆长轴方向，以两倍最大风速值为长轴的长度，将第二大风速矢量旋转与最大风速矢量方向垂直，以两倍第二大风速值为短轴的长度，确定椭圆方程；S5)预设椭圆长轴的长度，作为钢管桩长轴尺寸，根据上述椭圆方程，确定钢管桩的形态；S6)根据现有规范分别验算钢管桩椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力；S7)钢管桩椭圆形横截面尺寸的确定若钢管桩椭圆形横截面的长轴方向水平承载力小于最大水平力或短轴方向水平承载力小于第二大水平力，返回步骤S5)增加椭圆形横截面的长轴尺寸至1.1倍，通过步骤S6)计算直至椭圆形横截面的长轴方向水平承载力大于最大水平力且短轴方向水平承载力大于第二大水平力，则此时的椭圆形横截面尺寸为钢管桩截面尺寸；若钢管桩椭圆形横截面的长轴方向水平承载力大于最大水平力或短轴方向水平承载力大于第二大水平力，返回步骤S5)减少椭圆形横截面的长轴尺寸至0.9倍，通过步骤S6)计算直至椭圆形横截面的长轴方向水平承载力小于最大水平力且短轴方向水平承载力小于第二大水平力，则取上一个椭圆形横截面尺寸为钢管桩截面尺寸。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法，安全可靠，经济合理；克服了软土地区风电桩基设计中不考虑风荷载各项异性的缺陷，在保证结构安全的前提下有效地降低了工程造价。附图说明图1是本专利技术一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法的场区风速玫瑰花图。图2是本专利技术一种椭圆形截面钢管桩基础及其水平承载力的验算方法的根据图1确定的椭圆形截面。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的实施例作进一步详细的描述。如图1所示为场区风速玫瑰花图，由图可查得最大风速矢量1、第二大风速矢量2。图2为根据图1确定的钢管桩椭圆形横截面形态，椭圆形长轴3长度为最大风速矢量1量值的两倍，椭圆形短轴4为第二大风速矢量2量值的两倍。一种椭圆形截面钢管桩基础，钢管桩横截面为椭圆形，钢管桩椭圆形横截面的长轴3方向风荷载为最大风荷载值，短轴4方向风荷载为最大风荷载值按风速比值折减，风速比值为第二大风速与最大风速之比，最大风速与第二大风速根据风速玫瑰花图确定；所述钢管桩椭圆形横截面的长轴3和短轴4方向的水平承载力可独立计算。一种椭圆形截面钢管桩基础水平承载力的验算方法，包括如下步骤：S1)根据下式计算最大风压：pH为最大风压，量纲为kN/m2，Vr为风机厂家给出的风机额定风速，量纲m/s，Vr＝10.1m/s；根据上式计算得到最大风压pH＝0.0567kN/m2。S2)根据最大风压计算塔架顶部的最大水平力，计算公式如下：FH＝pHA；FH为最大水平力，量纲为kN，A为风轮扫掠面积，量纲m2；风机厂家给出的风轮扫掠面积A＝19596.74m2，根据上式计算塔架顶部的最大水平力FH＝1110.59kN。S3)根据风速玫瑰花图确定最大风速矢量1的量值为38m/s，方向为SE31°，第二大风速矢量2的量值为29m/s，方向为SE62°，计算第二大风速与最大风速的比值为0.76，将比值与最大水平力相乘得到第二大水平力847.56kN。S4)制作以正东为X轴正向、正北为Y轴正向的直角坐标系，以最大风速方向为椭圆长轴3方向，以两倍最大风速值为长轴3的长度，将第二大风速矢量旋转与最大风速矢量方向垂直，以两倍第二大风速值为短轴4的长度，确定椭圆方程为S5)预设椭圆长轴3的长度，作为钢管桩长轴尺寸，根据上述椭圆方程，确定钢管桩的形态；已知钢管桩长50m，预设椭圆长轴3的长度5.80m，作为钢管桩椭圆形横截面的长轴3尺寸，根据上述椭圆方程，确定钢管桩的横截面形态方程为S6)根据《码头结构设计规范》JTS167-2018附录B中的P-Y曲线法分别验算钢管桩椭圆形横截面的长轴3的水平承载力为1101.40kN，短轴4方向的水平承载力为920.15kN。S7)钢管桩椭圆形横截面尺寸的确定若钢管桩椭圆形横截面的长轴3方向水平承载力小于最大水平力或短轴4方向水平承载力小于第二大水平力，返回步骤S5)增加椭圆形横截面的长轴3尺寸至1.1倍，通过步骤S6)计算直至椭圆形横截面的长轴3方向水平承载力大于最大水平力且短轴4方向水平承载力大于第二大水平力，则此时的椭圆形横截面尺寸为钢管桩截面尺寸；若钢管桩椭圆形横截面的长轴3方向水平承载力大于最大水平力或短轴4方向水平承载力大于第二大水平力，返回步骤S5)减少椭圆形横截面的长轴3尺寸至0.9倍，通过步骤S6)计算直至椭圆形横截面的长轴3方向水平承载力小于最大水平力且短轴4方向水平承载力小于第二大水平力，则取上一个椭圆形横截面尺寸为钢管桩截面尺寸。具体实施例中，若椭圆形横截面的长轴3方向水平承载力小于最大水平力，重新假设椭圆形横截面的长轴3长度为6.38m，确定钢管桩的横截面形态方程为重新按步骤S6)计算直至长轴3、短轴4方向水平承载力分别为1329.11kN、1065.32kN，长轴3和短轴4方向水平承载力分别大于最大水平力和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种椭圆形截面钢管桩基础，其特征在于：钢管桩横截面为椭圆形，钢管桩椭圆形横截面的长轴方向风荷载为最大风荷载值，短轴方向风荷载为最大风荷载值按风速比值折减，风速比值为第二大风速与最大风速之比，最大风速与第二大风速根据风速玫瑰花图确定；所述钢管桩椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力可独立计算。

【技术特征摘要】
1.一种椭圆形截面钢管桩基础，其特征在于：钢管桩横截面为椭圆形，钢管桩椭圆形横截面的长轴方向风荷载为最大风荷载值，短轴方向风荷载为最大风荷载值按风速比值折减，风速比值为第二大风速与最大风速之比，最大风速与第二大风速根据风速玫瑰花图确定；所述钢管桩椭圆形横截面的长轴和短轴方向的水平承载力可独立计算。2.一种椭圆形截面钢管桩基础水平承载力的验算方法，其特征在于包括如下步骤：S1)根据下式计算最大风压：pH为最大风压，量纲为kN/m2，Vr为风机额定风速，量纲m/s；S2)根据最大风压计算塔架顶部的最大水平力，计算公式如下：FH＝pHA；FH为最大水平力，量纲为kN，A为风轮扫掠面积，量纲m2；S3)根据风速玫瑰花图确定最大风速、第二大风速，计算第二大风速与最大风速的比值，将比值与最大水平力相乘得到第二大水平力；S4)制作以正东为X轴正向、正北为Y轴正向的直角坐标系，以最大风速方向为椭圆长轴方向，以两倍最大风速值为长轴的长度，将第二大风速矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙淼军，单治钢，王宽君，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33