海上测风塔基础设计计算结果

测风塔基础设置后随着时间将引起泥面处土体的冲刷，冲刷后可能使得基础处于更不利的受力状态，因此需要对基础冲刷后的相关验算项目进行复核计算。根据冲坑深度分析结果按照2.5m来考虑。

图10-7　灌浆连接节点网格图

图10-8　冲刷前基础灌浆连接节点应力云图

冲刷后基础结构的验算内容、结构整体分析和计算的原理相同，仅计算模型中泥面高程不同。进行桩基承载力验算时，考虑冲刷效应后测风塔桩基钢承台基础的结构计算简图如图10-9所示。

桩基轴向抗压承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，测风塔荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长158.1m。折算到泥面处的荷载Fx=1438.5k N，Fz=2218.9k N，My=45168.7k N·m。

由于本工程浅层土体均为淤泥，冲坑深度对桩基承载力影响极其微弱，嵌岩桩的竖向承载力特征值为15000k N，端阻比0.14。桩基平均荷载829.4k N，偏心荷载下的最大荷载3561.9k N，分别小于承载力特征值15000k N和1.2倍特征值18000k N，满足承载力要求，如表10-12所示。

图10-9　冲刷后桩基钢平台基础结构计算简图（承载力验算，单位：m）

桩基轴向抗拔承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，测风塔荷载为主控荷载，荷载与结构夹角为60°，最不利波浪相位为350°，波长158.1m。折算到泥面处的荷载Fx=718.7k N，Fy=1244.8k N，Fz=2212.7k N，Mx=39104.1k N·m，My=22576.8k N·m。由于本工程浅层土体均为淤泥，冲坑深度对桩基承载力影响极其微弱，嵌岩桩的抗拔承载力特征值为6000k N，桩基最大上拔荷载2066.1k N，上拔荷载小于桩基抗拔承载力特征值，满足承载力要求，如表10-12所示。

桩基水平承载力验算时，最不利工况出现的水位为极端高水位，波浪荷载为主控荷载，荷载与结构夹角为30°，最不利波浪相位为350°，波长158.1m。折算到泥面处的荷载Fx=1318.1k N，Fy=761.0k N，Fz=2216.1k N，Mx=20109.4k N·m，My=34797.0k N·m。由于本工程浅层土体均为淤泥，冲坑深度对桩基承载力影响极其微弱，嵌岩桩的水平承载力特征值为350k N，桩基横向最大荷载315.3k N，水平荷载小于桩基水平承载力特征值，满足承载力要求，如表10-12所示。

表10-12　冲刷后测风塔桩基承载力验算结果

冲刷后进行结构强度与稳定性分析以及变形计算时，测风塔钢平台基础的结构计算简图如图10-10所示。

根据三维有限元结构计算分析，测风塔桩基平台基础的Mises应力云图如图10-11所示，最大应力277MPa，出现在钢平台结构的斜撑导管与双斜主导管连接节点区域，最大应力小于杆件结构强度295MPa。

图10-10　冲刷后桩基钢平台基础结构计算简图（强度验算，单位：m）

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图10-11　冲刷后桩基钢平台基础应力云图（单位：Pa）

根据三维有限元结构计算的结构杆件内力值和各杆件几何参数、节点约束情况，按照钢结构设计规范进行杆件的强度和稳定性计算结果如表10-13所示。计算结果表明冲刷后桩基钢平台基础方案满足结构强度与稳定性的要求。

表10-13　冲刷后基础结构强度与稳定性计算结果

基础最大水平位移对应的工况为设计高水位，以波浪荷载为主控荷载，最不利波浪相位为350°，波长154.9m。桩基平台结构的水平位移云图如图10-12（a）所示，最大水平位移15.7cm。竖向位移（沉降）云图如图10-12（b）所示，最大竖向位移2.1cm。总位移云图如图10-12（c）所示，最大位移15.9cm。基础平台顶部最大水平位移为14.0cm，倾斜率为3.1‰；泥面处的最大水平位移为4.0cm。平台最大沉降16.6mm，泥面处最大沉降2.6mm。变形均满足设计要求，结果汇总如表10-14所示。

图10-12　冲刷后桩基钢平台位移结果云图（单位：m）

表10-14　冲刷后测风塔基础变形计算结果

对于桩基钢平台测风塔结构包含的三类重要节点进行验算。

桩基受拉作用下嵌岩段部分与钢管桩的连接需要连接钢筋来提供锚固力，因此需要验算钢筋的抗拉是否满足强度要求。根据表10-12中给出的桩基最大上拔荷载，考虑荷载分项系数1.35，钢筋牌号采用HRB400级钢筋，直径选择25mm，计算需要配置钢筋16根，实配20根，节点抗拉强度满足要求。

钢结构平台腿柱（双斜导管）与钢管桩顶部连接节点涉及焊缝连接和灌浆连接两种组合连接，节点焊缝的Mises应力云图如图10-13（a）所示，焊缝最大应力为127.7MPa，节点灌浆体的Tresca应力云图如图10-13（b）所示，灌浆体最大应力为27.0MPa，验算结果如表10-15所示。计算结果表明该节点中的焊缝和灌浆体均满足各自的强度要求。

图10-13　冲刷后基础灌浆连接节点应力云图

对于钢平台腿柱上部与测风塔塔底法兰的连接节点，主要涉及焊缝强度计算，计算结果如表10-15所示，焊缝强度满足要求。

表10-15　冲刷后基础节点强度计算结果

上述计算结果表明即使产生冲坑后该基础方案仍能满足测风塔基础结构设计的相关要求。