CN116805123A - 格构式塔架独立基础的设计方法、验算方法及格构式塔架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机基础技术领域，具体涉及一种格构式塔架独立基础的设计方法、验算方法及格构式塔架。本方案针对每根格构式塔架角柱下的一个独立基础，进行体型设计、受力验算以及疲劳验算；角柱和独立基础采用锚栓和预应力钢筋连接，针对该连接方式，对预应力锚栓的相关内容以及预应力筋张拉锚板进行局部承压验算；各基础之间通过基础梁连接，针对基础梁进行受力、变形验算。利用现行规范及基础受力原理，提出适用于格构塔架独立基础的设计计算方法，完善了独立基础的设计理论，为后续推广格构式塔架及其独立基础提供了设计依据。

Description

格构式塔架独立基础的设计方法、验算方法及格构式塔架

技术领域

本发明涉及风机基础技术领域，具体涉及一种格构式塔架独立基础的设计方法、验算方法及格构式塔架。

背景技术

近几年，随着大规模开发风力发电，我国已经成为全球风电装机容量第一大国。在未来叶片超长、塔筒超高、机组大容量发展的趋势下，预应力钢管混凝土格构式塔架在受力效率上、材料用量、工业化建造程度、供应链体系等方面优势凸显。原有的风机基础体积大，对施工技术要求比较高，特别是施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝，且成本高。为此，针对格构式塔架设计为四个柱下独立基础，各基础之间通过基础梁连接，基础与角柱之间采用预应力锚栓+预应力筋连接，该基础造价低于混凝土塔筒基础，且占地面积小，成本少。

因此，为推广预应力钢管混凝土格构式塔架，实现“平价时代”的塔筒结构降本，需针对格构式塔架独立基础进行更多理论计算，以便能够在工程中指导格构式塔架独立基础的设计。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种格构式塔架独立基础的设计方法、验算方法及格构式塔架，以能够在工程中指导格构式塔架独立基础的设计，能够有效提高塔架的设计可靠性，降低安全风险。

第一方面，本发明提供一种格构式塔架独立基础的设计方法。

在第一种可实现方式中，一种格构式塔架独立基础的设计方法，包括：

基于风机塔架的载荷效率标准组合作用下，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式；

根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式，包括：

根据单桩竖向力和单桩竖向承载力特征值分别构建第一基桩约束公式和第二基桩约束公式；

根据单桩拔力、群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值和基桩自重构建第三基桩约束公式。

结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计，包括：

根据多个基桩约束公式获取基础桩数量和基础桩尺寸，所述基础桩尺寸包括基础桩的周身长和端面积；

根据基础桩尺寸获取承台尺寸。

结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据基础桩尺寸获取承台尺寸，包括：

基于第一承台约束条件和第二承台约束条件设计承台尺寸；所述第一承台约束条件为承台的边缘距离基桩中心之间的距离值大于或等于基桩的直径或边长；所述第二承台约束条件为承台的边缘挑出长度大于或等于第一阈值。

第二方面，本发明提供一种格构式塔架。

在第五种可实现方式中，一种格构式塔架，包括：

按照上述的格构式塔架独立基础的设计方法设计的独立基础；所述独立基础包括基桩和承台；

基础连梁，设置在承台顶面以下预设位置处，相邻承台之间通过基础连梁连接。

第三方面，本发明提供一种格构式塔架独立基础的验算方法。

在第六种可实现方式中，一种格构式塔架独立基础的验算方法，基于上述的格构式塔架，包括：

对预应力筋张拉锚板局部、预应力锚栓和基础梁截面进行受力验算；所述预应力锚栓的受力验算包括预应力锚栓强度验算、预应力锚栓抗剪验算、局部压应力验算、局部受压区的截面尺寸验算和局部受压区的承载力验算。

结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，对预应力筋张拉锚板局部进行受力验算，包括：

根据结构重要系数、承台受冲切承载力截面高度影响系数、混凝土局部受压时的强度提高系数、混凝土轴心抗压强度设计值和混凝土局部受压净面积验算预应力筋张拉锚板局部的受力是否符合要求。这样，对预应力筋张拉锚板处进行局部承压验算，以能够防止锚板端部发生局部受压破坏。

结合第六种可实现方式，在第八种可实现方式中，预应力锚栓强度验算包括：

根据工作条件系数和载荷效应标准组合下作用在单杠锚杆上的最大拔力标准值获取预应力锚栓强度；

根据锚栓经热处理后的最低抗拉强度和锚栓螺纹处的有效面积判断预应力锚栓强度是否符合要求。

结合第六种可实现方式，在第九种可实现方式中，局部受压区的承载力验算包括：

根据局部受压的计算底面积确定间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积；

根据间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积和混凝土局部受压面积确定配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数；

根据配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数、间接钢筋对混凝土约束的折减系数和钢筋网体积配筋率判断局部受压区的承载力是否符合要求。

结合第六种可实现方式，在第十种可实现方式中，还包括：

根据钢管的第一正应力和钢管第二正应力计算钢管的第一疲劳寿命；

根据钢管的剪应力计算钢管的第二疲劳寿命；

根据钢管的第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算钢管的疲劳强度是否符合要求。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

1.基于风机塔架的载荷效率标准组合作用下，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式；并根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计，本方案提出了格构式独立基础的设计方法，可以在工程中指导格构式塔架的设计，能够有效提高塔架的设计可靠性，降低安全风险。

2.对预应力筋张拉锚板局部、预应力锚栓和基础梁截面进行受力验算，可以在工程中指导格构式塔架的设计，能够有效提高塔架的设计可靠性，降低安全风险。

3.本方案针对每根格构式塔架角柱下的一个独立基础，进行体型设计、受力验算以及疲劳验算；角柱和独立基础采用锚栓和预应力钢筋连接，针对该连接方式，对预应力锚栓的相关内容以及预应力筋张拉锚板进行局部承压验算；各基础之间通过基础梁连接，针对基础梁进行受力、变形验算。利用现行规范及基础受力原理，提出适用于格构塔架独立基础的设计计算方法，完善了独立基础的设计理论，为后续推广格构式塔架及其独立基础提供了设计依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实施例提供的一种格构式塔架独立基础的设计方法的示意图；

图2为本实施例提供的一种独立基础的结构示意图；

图3为本实施例提供的一种独立基础的平面布置图；

附图标记：

1-格构式塔架角柱；2-预应力锚栓；3-法兰；4-上锚板；5-高强灌浆料；6-预应力筋；7-承台；8-桩基；9-基础梁；10-下锚板；11-预应力筋张拉锚板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

在一些实施例中，结合图2和图3所示，格构式塔架中，每根格构式塔架角柱1下的一个独立基础，每个独立基础包括承台7和桩基8，格构式塔架角柱1通过预应力锚栓2和法兰3固定在上锚板4，上锚板4通过高强灌浆料5固定在承台7上。格构式塔架角柱1底部设置有预应力筋6，预应力筋6穿过下锚板10，并通过预应力筋张拉锚板11与承台7固定在一起。承台7底部设置桩基8，相邻承台7之间通过基础梁9连接。

可选地，角柱和独立基础采用锚栓和预应力筋连接。

可选地，所述独立基础为重力式基础或桩基础。

可选地，所述基础与角柱连接，可采用预应力锚栓连接、预应力筋连接、预应力锚栓+预应力筋连接及其他连接方法。

可选地，所述基础体型设计与受力验算满足国家、地区或行业现行标准。

结合图1所示，本实施例提供了一种格构式塔架独立基础的设计方法，包括：

S1、基于风机塔架的载荷效率标准组合作用下，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式；

A1、根据单桩竖向力和单桩竖向承载力特征值构建第一基桩约束公式；第一基桩约束公式为基桩竖向力小于或等于单桩竖向承载力特征值；

A11、确定基桩竖向力

其中，N_ik为基桩竖向力，N_k为荷载效应标准组合下作用于桩基的承台顶面的竖向力，单位kN；G_k为承台和承台上土的自重之和，G_k对地下水位以下部分扣除水的浮力；n为桩数；G_p为基桩自重，单位kN，地下水位以下G_p取浮重度；

A12、确定单桩竖向极限承载力标准值

Q_uk＝uΣq_sikl_i+q_pkA_p；

其中，Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值，q_sik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，单位kPa；u为基桩身周长，单位m；l_i为基桩穿越第i层土的厚度，单位m；q_pk为极限端阻力标准值，单位kPa；A_p为桩端面积，单位um²。

A13、确定单桩竖向承载力特征值

R_a＝Q_uk/K；

其中，R_a为单桩竖向承载力特征值，Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值，K为安全系数。在一些实施例中，K的取值为2.0。

A14、根据单桩竖向力和单桩竖向承载力特征值构建第一基桩约束公式为；

N_ik≤R_a；

其中，N_ik为荷载效应标准组合轴心或偏心竖向力作用下，第i基桩或第i复合基桩的竖向力，单位kN；R_a为单桩竖向承载力特征值。

A2、构建第二基桩约束公式；第二基桩约束公式为单桩竖向力极限值小于或等于单桩竖向承载力特征值的预设倍数。

A21、确定基桩竖向力极限值

计算公式为

其中，N_ikmax为基桩竖向力极限值，M_zk、M_yk分别为荷载效应标准组合偏心竖向力作用下作用于承台底面，绕通过桩群形心的y、z主轴的力矩，单位kN·m；z_i、y_i分别为第i、j基桩或复合基桩至y、z轴的距离，单位m。

在一些实施例中，z_i、y_i首先设置为初始值，将初始值带入上述约束公式中，经过计算直至满足要求。

A22、构建第二基桩约束公式，为：N_ikmax≤1.2R_a。

A3、根据单桩拔力、群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值和基桩自重构建第三基桩约束公式；第三基桩约束公式为单桩拔力小于预设值，所述预设值为抗拔极限承载力标准值的一半与基桩自重之和。

A31、确定荷载效应标准组合下的基桩拔力；

其中，N_ikb为荷载效应标准组合下的基桩拔力，N_k为荷载效应标准组合下作用于桩基的承台顶面的竖向力，单位kN；G_k为承台和承台上土的自重之和，G_k对地下水位以下部分扣除水的浮力；n为桩数，M_zk、M_yk分别为荷载效应标准组合偏心竖向力作用下作用于承台底面，绕通过桩群形心的y、z主轴的力矩，单位kN·m；z_i、y_i分别为第i、j基桩或复合基桩至y、z轴的距离，单位m。

A32、确定群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值

T_uk＝Σλ_iq_sikul_i；

其中，T_uk为群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，q_sik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，单位kPa；u为基桩身周长，单位m；l_i为基桩穿越第i层土的厚度，单位m；，λ_i为抗拔系数。

在一些实施例中，当土为砂土时，λ_i取值范围为0.5～0.7，当土为黏性土、粉土时，λ_i取值范围为0.7～0.8，当桩长与桩径之比小于20时，λ_i取最小值。

A33、构建第三基桩约束公式为：

N_ikb≤T_uk2+G_p；

其中，N_ikb为荷载效应标准组合下的基桩拔力，单位kN；T_uk为群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，单位kN，G_p为基桩自重，单位kN，地下水位以下G_p取浮重度。

可选地，基桩的布置需满足最小中心距为4.0d`，d`为基桩直径。

S2、根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计。

可选地，基于第一承台约束条件和第二承台约束条件设计承台尺寸；所述第一承台约束条件为承台的边缘距离基桩中心之间的距离值大于或等于基桩的直径或边长；所述第二承台约束条件为承台的边缘挑出长度大于或等于第一阈值。

可选地，第一阈值为150mm。

在一些实施例中，一种格构式塔架，包括：按照上述的格构式塔架独立基础的设计方法设计的独立基础；所述独立基础包括基桩和承台；基础连梁，设置在承台顶面以下预设位置处，相邻承台之间通过基础连梁连接。

在一些实施例中，在承台顶面以下300mm左右设置基础连梁。

在一些实施例中，一种格构式塔架独立基础的验算方法，基于上述的格构式塔架，包括：

B1、对预应力筋张拉锚板局部进行受力验算，包括：根据结构重要系数、承台受冲切承载力截面高度影响系数、混凝土局部受压时的强度提高系数、混凝土轴心抗压强度设计值和混凝土局部受压净面积验算预应力筋张拉锚板局部的受力是否符合要求。

在一些实施例中，预应力筋张拉锚板局部的受力满足公式为γ₀F_l≤1.35β_cβ_lf_cA_ln；其中，γ₀为结构重要系数，β_c为承台受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，β_c取1.0，h≥2000mm时，β_c取0.9，当800mm＜h＜2000mm时，按线性内插法取值；β_l为混凝土局部受压时的强度提高系数， 且1≤β_l≤3，A_b为局部受压的计算底面积，A_l为混凝土局部受压面积；f_c为混凝土轴心抗压强度设计值；A_ln为混凝土局部受压净面积，对于后张法构件，A_ln在混凝土局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积。

在一些实施例中，结构重要系数γ₀＝1.1。

B2、对预应力锚栓进行受力验算，包括：预应力锚栓强度验算、预应力锚栓抗剪验算、局部压应力验算、局部受压区的截面尺寸验算、局部受压区的承载力验算。

B21、预应力锚栓强度验算，包括：根据工作条件系数和载荷效应标准组合下作用在单杠锚杆上的最大拔力标准值获取预应力锚栓强度；根据锚栓经热处理后的最低抗拉强度和锚栓螺纹处的有效面积判断预应力锚栓强度是否符合要求。

可选地，通过公式N_d＝1.35γ_wN_k获取预应力锚栓强度；其中，N_d为预应力锚栓强度，单位kN；γ_w为工作条件系数，取γ_w＝1.1；N_k为荷载效应标准组合下作用在单根锚杆上的最大拔力标准值，单位kN。

可选地，若N_d≤0.63f_uA_e，则确定预应力锚栓强度符合要求，反之不符合要求；其中，f_u为锚栓经热处理后的最低抗拉强度，对8.8级f_u取为830MPa，对10.9级f_u取为1040MPa；A_e为锚栓螺纹处的有效面积，单位mm²。

B22、预应力锚栓抗剪验算，包括：获取柱脚与基础间的第一摩擦力；根据塔筒底部的水平力设计值和第一摩擦力获取抗剪能力预估最低值；获取锚栓与混凝土基础组成的***的第一抗剪能力；根据抗剪能力预估最低值判断第一抗剪能力是否符合要求。

可选地，通过公式f＝μ·P_n＝0.4×1.2×n`×P计算柱脚与基础间的第一摩擦力f；其中，n`为锚杆总数，p为锚栓的实际预紧力。

可选地，通过公式获取抗剪能力预估最低值V。其中，F_r为塔筒底部的水平力设计值，F_r＝1.5×F_rk；F_rk为塔筒底部的水平力标准值。当塔筒底部的水平力设计值小于或等于第一摩擦力时，抗剪能力预估最低值V为0，当塔筒底部的水平力设计值大于第一摩擦力时，此时抗剪能力预估最低值V＝F_r-f。

可选地，通过公式V_b＝n`f<sub>v</sub> <sup>m</sup>A<sub>r</sub>计算锚栓与混凝土基础组成的***的第一抗剪能力V<sub>b</sub>；其中，f<sub>v</sub> <sup>m</sup>为锚栓的抗剪强度设计值，n`为锚杆总数，A_r为锚栓的截面积。

在一些实施例中，锚栓的抗剪强度设计值与普通螺栓的抗剪强度设计值相同。

可选地，根据抗剪能力预估最低值判断第一抗剪能力是否符合要求包括：当F_r>f时，若V≤V_b,则第一摩擦力和第一抗剪能力满足要求，反之则不满足要求；在第一摩擦力和第一抗剪能力不满足要求的情况下，设置抗剪键。

在一些实施例中，对一个柱脚锚栓来说，其抗剪能力包括柱脚与独立基础间的第一摩擦力，以及锚栓与混凝土基础组成的***的第一抗剪能力。假定柱脚底板与混凝土接触面上的摩擦系数为0.4，则大于这摩擦力的水平剪力由锚栓承受。

B23、局部压应力验算包括：灌浆下混凝土中的应力验算、高强灌浆中的应力验算和下锚板上部混凝土压应力验算。

B231、灌浆下混凝土中的应力通过以下公式验算，若以下公式成立则确定灌浆下混凝土中的应力符合要求：

其中，σ_max和σ_min分别为荷载效应基本组合时，计算构件底部边缘的最大压应力值和最小压应力值，F为荷载效应基本组合下，基础承台承受的竖向力,n`为锚杆总数，p为锚栓的实际预紧力，M为疲劳荷载作用下，由基桩反力及承台自重对验算截面产生的弯矩，A为环形构件的有效截面面积，W为环形构件的截面抵抗矩，f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，β_c为承台受冲切承载力截面高度影响系数，β_l为混凝土局部受压时的强度提高系数。

可选地，环形构件的有效截面面积D和d为计算构件的外径和内径，ω为荷载分布的影响系数，一般风机基础取ω＝1，d_h为锚杆孔直径。

可选地，环形构件的截面抵抗矩

B232、高强灌浆中的应力验算包括：根据混凝土局部受压时的强度提高系数和素混凝土的轴心抗压强度设计值判断高强灌浆中的应力是否符合要求。

在一些实施例中，高强灌浆中的应力为当σ_max≤ωβ_lf_cc时，确定高强灌浆中的应力符合要求；f_cc为素混凝土的轴心抗压强度设计值，f_cc＝0.85f_c；β_l为混凝土局部受压时的强度提高系数。

B233、下锚板上部混凝土压应力验算包括：判断最大压应力值和最小压力值是否均为压力计算值，若是，则符合要求；

判断若是，则下锚板上部混凝土压应力符合要求，A为环形构件的有效截面面积，p为锚栓的实际预紧力，n`为锚杆总数。

B24、局部受压区的截面尺寸验算，即为对灌浆下混凝土和底板上部混凝土的局部受压区的截面尺寸验算：

判断F_l≤1.35β_cβ_lf_cA_ln是否成立，若是，则局部受压区的截面尺寸符合要求，反之则不符合；F_l＝σ_max·A_ln；f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，β_c为承台受冲切承载力截面高度影响系数，β_l为混凝土局部受压时的强度提高系数，A_ln为混凝土局部受压净面积。

B25、局部受压区的承载力验算

B251、确定间接钢筋对混凝土约束的折减系数α。在一些实施例中，当混凝土强度等级不超过C50时，间接钢筋对混凝土约束的折减系数α取1.0，当混凝土强度等级为C80时，α取0.85，其他情况按线性内插法确定α。

B252、确定钢筋网体积配筋率其中，n₁、A_s1、l₁₁分别为方格网沿横向的钢筋根数、单根钢筋的截面面积、单根钢筋的长度，n₂、A_s2、l₁₂分别为方格网沿纵向的钢筋根数、单根钢筋的截面面积、单根钢筋的长度；若网格为正方形，那么l₁₁＝l₁₂，若网格为矩形，则l₁₁与l₁₂不相等。A_cor为间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积，A_cor大于混凝土局部受压面积A_l，其重心应与A_l的重心重合，计算中按同心、对称的原则取值。

B253、获取配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数包括：根据局部受压的计算底面积确定间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积；根据间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积和混凝土局部受压面积确定配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数。

在一些实施例中，根据局部受压的计算底面积确定间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积包括：当间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积A_cor大于或等于A_b时，A_cor的取值为A_b，A_b为局部受压的计算底面积，当A_cor小于A_b时，A_cor取值不变，即

根据间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积和混凝土局部受压面积确定配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，包括：当A_cor小于或等于混凝土局部受压面积A_l的1.25倍时，配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数β_cor取值为1.0；反之，则β_cor的取值为也即/> A_l为混凝土局部受压面积。

B254、判断F_l≤0.9(β_cβ_lf_c+2αρ_vβ_corf_yv)A_ln是否成立，若是，则局部受压区的承载力符合要求；其中，α为间接钢筋对混凝土约束的折减系数，ρ_v为钢筋网体积配筋率，β_cor为配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，f_yv为间接钢筋的抗拉强度设计值，A_ln为混凝土局部受压净面积。

B3、对基础梁截面受力的承载力进行验算，包括判断以下公式是否成立，若成立则确定基础梁截面受力的承载力符合要求：

在上式中，N为设计荷载，单位kN；e为设计荷载距受拉钢筋的偏心距，e^′为设计荷载距受压钢筋的偏心距，f_y和f_py分别为钢筋和预应力筋的屈服强度；

A_s和A^′ _s分别为受拉区、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积；A_p和A′_p分别为受拉区、受压区纵向预应力钢筋的截面面积；h₀和h^′ ₀分别为受拉钢筋合力中心到混凝土受压区边缘的距离和受压钢筋合力中心到混凝土受拉区边缘的距离；a_s为受拉钢筋截面形心到混凝土受拉区边缘的距离，a^′ _s为受压钢筋截面形心到混凝土受压区边缘的距离，a_p为受拉预应力钢筋截面形心到混凝土受拉区边缘的距离，a′_p为受压预应力钢筋截面形心到混凝土受压区边缘的距离。

在一些实施例中，截面形心表示截面图形的中心。

可选地，格构式塔架独立基础的验算方法还包括根据钢管的疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算钢管的疲劳强度是否符合要求。

基于Palmgren-Miner线性损伤累积准则，验算钢管的疲劳损伤总和ΣD_i是否超过临界值D_lim；当疲劳损伤总和ΣD_i不超过临界值D_lim时，疲劳强度被认为是足够的。在一些实施例中，临界值D_lim＝1。疲劳损伤总和ΣD_i按以下方式进行计算：

钢管在某一疲劳荷载作用下的累积损伤为D：

在上式中，j表示应力幅谱块数量，n_i表示应力幅谱块中各疲劳应力幅对应的循环次数，为已知量；N_i表示应力幅谱块中各疲劳应力对应的疲劳寿命。

疲劳损伤总和ΣD_i为同一截面在不同疲劳内力下的疲劳损伤总和。

可选地，格构式塔架独立基础的验算方法还包括：根据角柱内部混凝土的应力对混凝土的疲劳强度进行验算

C1、计算混凝土的疲劳强度f_cd,fat

考虑到角柱外钢管对内部混凝土的约束作用会提高混凝土的单轴抗压强度，在本实施例中，根据圆钢管混凝土的核心混凝土本构模型计算出修正后的圆柱体轴心抗压强度标准值f_c'_k：

在上式中，ξ为约束效应系数，f_ck为混凝土圆柱体轴心抗压强度标准值。

混凝土的疲劳强度f_cd,fat按以下公式计算：

C2、根据混凝土的疲劳强度和压应力计算混凝土的疲劳寿命

疲劳荷载作用下，正应力计算公式如下：

式中，M为疲劳荷载作用下，由基桩反力及承台自重对验算截面产生的弯矩；W为验算截面的抗弯截面模量。

通过上式可求得混凝土的疲劳最大压应力σ_c,max、最小压应力σ_c,min。在一些实施例中，结合CEB-FIP MODEL 2010给出的混凝土压应力疲劳曲线，根据混凝土的疲劳强度和混凝土的疲劳最大压应力、疲劳最小压应力计算混凝土的疲劳寿命N₃，具体如下：

S_cd,max＝γ_sd·σ_c,max/f_cd,fat

S_cd,min＝γ_sd·σ_c,min/f_cd,fat

在上式中，S_cd,max为最大压应力水平，S_cd,min为最小压应力水平；γ_sd为安全系数，取1.1；σ_c,max为混凝土的疲劳最大压应力，σ_c,min为混凝土的疲劳最小压应力，当0<S_cd,min<0.8时，

其中：

当logN₃₁≤8时logN₃＝logN₃₁

当logN₃₁>8时logN₃＝logN₃₂

上述计算式中，当S_cd,min＞0.8时，取S_cd,min＝0.8。

在计算时，需要将混凝土第一压应力、混凝土第二压应力分别代入以上计算公式，求得两组不同的疲劳寿命值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种格构式塔架独立基础的设计方法，其特征在于，包括：

基于风机塔架的载荷效率标准组合作用下，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式；

根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据基桩受力参数构建多个基桩约束公式，包括：

根据单桩竖向力和单桩竖向承载力特征值分别构建第一基桩约束公式和第二基桩约束公式；

根据单桩拔力、群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值和基桩自重构建第三基桩约束公式。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，根据多个基桩约束公式分别对基桩和承台进行设计，包括：

根据多个基桩约束公式获取基础桩数量和基础桩尺寸，所述基础桩尺寸包括基础桩的周身长和端面积；

根据基础桩尺寸获取承台尺寸。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，根据基础桩尺寸获取承台尺寸，包括：

基于第一承台约束条件和第二承台约束条件设计承台尺寸；所述第一承台约束条件为承台的边缘距离基桩中心之间的距离值大于或等于基桩的直径或边长；所述第二承台约束条件为承台的边缘挑出长度大于或等于第一阈值。

5.一种格构式塔架，其特征在于，包括：

按照权利要求1至4任一项所述的格构式塔架独立基础的设计方法设计的独立基础；所述独立基础包括基桩和承台；

基础连梁，设置在承台顶面以下预设位置处，相邻承台之间通过基础连梁连接。

6.一种格构式塔架独立基础的验算方法，基于权利要求5所述的格构式塔架，其特征在于，包括：

对预应力筋张拉锚板局部、预应力锚栓和基础梁截面进行受力验算；所述预应力锚栓的受力验算包括预应力锚栓强度验算、预应力锚栓抗剪验算、局部压应力验算、局部受压区的截面尺寸验算和局部受压区的承载力验算。

7.根据权利要求6所述的验算方法，其特征在于，对预应力筋张拉锚板局部进行受力验算，包括：

根据结构重要系数、承台受冲切承载力截面高度影响系数、混凝土局部受压时的强度提高系数、混凝土轴心抗压强度设计值和混凝土局部受压净面积验算预应力筋张拉锚板局部的受力是否符合要求。

8.根据权利要求6所述的验算方法，其特征在于，预应力锚栓强度验算包括：

根据工作条件系数和载荷效应标准组合下作用在单杠锚杆上的最大拔力标准值获取预应力锚栓强度；

根据锚栓经热处理后的最低抗拉强度和锚栓螺纹处的有效面积判断预应力锚栓强度是否符合要求。

9.根据权利要求6所述的验算方法，其特征在于，局部受压区的承载力验算包括：

根据局部受压的计算底面积确定间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积；

根据间接钢筋表面范围内的混凝土核心截面面积和混凝土局部受压面积确定配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数；

根据配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数、间接钢筋对混凝土约束的折减系数和钢筋网体积配筋率判断局部受压区的承载力是否符合要求。

10.根据权利要求6所述的验算方法，其特征在于，还包括：

根据钢管的第一正应力和钢管第二正应力计算钢管的第一疲劳寿命；

根据钢管的剪应力计算钢管的第二疲劳寿命；

根据钢管的第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算钢管的疲劳强度是否符合要求。