海上大跨越铁塔基础结构计算及优化.pdf

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1、营h瑚_=八=J-电网设计海上大跨越铁塔基础结构计算及优化栅咖嘲海上大跨越铁塔基础结构计算及优化耋用关薹序键菱列词二耋次蚕规釜划萋誉法对薹钢管桩筝的布善置进薹行了优器化霎分析计算结果表明：优化后的墩台桩基结构蓼设计是霉安全可靠的。：海上跨越塔；墩台结构；有限元；优化分析。0≯蠢。。0≯0。0中圈分类号：TM74变献标志码：B。文章商号：l67l-991l3l(2010)01-0065-0~⋯“叠一—⋯Calculation&OptimizingofFoundation-ConstructionofLargeSpanIronToweronSea海上大跨越铁塔墩台及桩

2、基内力计算是整桩头结点都需要4根横梁单元来相连，这带来个结构设计的重要组成部分，必须精心设计，了墩台梁单元划分的困难；第四种方法克服了做到安全可靠，经济合理。目前，墩台及桩基前三种方法的缺点，计算简便，但要求墩台相内力计算的有限元方法中，普遍用梁单元模拟对桩基要具有足够大的刚度。墩台结构的墩台桩基，对墩台的模拟方法主要有四种：(1)用薄厚度一般由使用及构造要求确定，其下部桩基板模拟墩台；(2)将墩台简化为实体元；(3)将墩为结构的主要受力构件，当墩台上部荷载及桩台简化成若干个板带，用梁单元代替；(4)将墩径、桩数、桩长相同而桩的桩顶位置、倾斜度台简化为空问刚性梁单

3、元。对于第一、二种方不同时，桩基的强度与稳定有很大的差异。因法来说，由于桩基的梁单元结点具有6个自由此，基桩布置的优劣将直接涉及到墩台结构的度，而薄板单元不具有绕墩台法向转角方向的受力条件与投资效益。自由度，实体元只具有3个自由度，所以薄板单l墩台结构内力计算分析模型元和实体元都不能与桩基的梁单元直接协调，要解决自由度的耦合问题，必须采用附加约束1．1桩、土相互作用分析模型方程的方法来实现桩与墩台之间的变形协调；高桩结构广泛应用于港口工程、桥梁工程第三种方法采用横梁单元来模拟墩台，虽然不以及海洋工程等领域。在横向力作用下的高桩存在桩基梁单元的结点耦合的问题，但是每

4、根结构分析，一直沿用假想嵌固点法来考虑桩、·收稿日期：2009—09—24作者简介：刘明(1970一)，男，江苏省灌云人，工程师，主要从事电力工程咨询、设计工作。2o10年2月第1期．65土之间的相互作用，即认为桩在泥面以下一定／m。；(115～)p为桩入土部分的单位沉降所深度处为刚性嵌固，实践证明，这与实际有较需的轴向力，其沉降值包括土中桩身的压缩变大的差异，这种差异已逐步被工程设计人员所形与桩端下土的沉降变形两部分／kN／mQ为认清。横向力作用下考虑桩、土相互作用的计单桩垂直极限承载力标准值／kN；算方法有许多，根据地基反力的假定不同，横1．2墩台结构有限元分

5、析模型向受荷桩的分析大致可由以下四类组成：弹性理论法；极限地基反力法；弹性地基反力法；实际的高桩墩台计算模型包括一个实体式—曲线法。111法是一种线性弹性地基反力法，墩台，若干根桩。墩台的刚度都是相对桩基而即桩、土之间的相互作用力与桩变位成正比，言的，一般情况下，影响墩台刚度的因素主要土模量与桩入土深度成线性关系，啪6。有以下三个方面：(1)墩台的混凝土标号及墩台xy，为桩的入土深度，为桩身变位，b。为桩厚度；(2)桩的布置形式、桩间距；(3)桩的弹性的计算宽度，m为反映桩、土相互作用时的土刚度。的综合参数，即土的水平地基抗力系数随地当墩台的变形非常小且可以忽略不

6、计时，基深度增长的比例系数，它能反映土的弹性通常把墩台简化成一个刚体，桩基简化成为线性能；在横向荷载不大时，／／／法能很好地反映弹性梁；由于桩基是和墩台连接的，因此，桩桩、土相互作用。顶的位移和刚性墩台的刚体位移密切相关。本本文在墩台结构内力计算中，桩基泥面以文用港口工程高桩墩台软件进行有限元分析时，下考虑桩、土的相互作用，采用／T／法设置土体把墩台简化为空间刚性梁单元，桩基简化为线弹簧，模拟桩、土间相互作用。在桩水平(两个弹性空间梁单元。将墩台与桩基相连的节点作方向1和桩底分别用弹簧约束，其中，水平弹簧为主节点，桩基与墩台相连的节点为从节点，刚度的计算公式为：从

7、节点在整体坐标系下的位移和转角用刚性墩K=Amz台主节点在整体坐标系下的位移和转角表示。式中：为地基的反力系数／kN／m；／／J为土当墩台的变形虽然非常小但不可以忽略不的水平地基抗力系数随深度增长的比计时，墩台通常采用三维实体单元或板单元来例系数／kN／m；A为土的作用面积(m)模拟。由于三维实体单元或板单元都不能与桩A=2DA；D为桩的外径／(m)；Az为计基的梁单元直接协调，要解决自由度的耦合问算土的作用范围／(m)；为计算点的深度题，必须采用附加约束方程的方法来实现桩与／(m)。墩台之间的变形协调；本文用Ansys软件进行有桩底弹簧刚度根据《高桩码头设计与施

8、工限元分析