海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风电桶型结构安全与基础承载力计算

为了研究海上风电桶型结构型式与地基承载力特征,基于有限元建立吸力桶结构与地基的三维数值模型,采用有限差分法计算风电结构与海床地基的变形与屈服,分析不同荷载模式下结构变形与荷载的变化关系,以及地基基础的极限承载特性,通过研究单一极限荷载(水平荷载、竖向荷载、弯矩)作用下桶型结构的变形、安全稳定性以及地基的极限承载特性。研究结果可为海上风电场吸力桶结构的设计与选型、安全运行以及地基长期稳定性提供参考。     

波浪作用下局部冲刷群桩动力特性试验研究

利用模型试验对深水桥墩群桩基础进行研究。用摇摆式造波装置施加波浪荷载,基于典型的冲刷坑形态,通过开挖桩周土体模拟不同的冲刷深度,探讨不同冲刷深度下桩基在波浪荷载作用下的动力反应。作为对比,同样进行了同参数下的单桩平行试验。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桩基础的自振频率逐渐降低,桩顶加速度和位移幅值呈增大趋势。桩基动力响应同时受水深的影响——随着水深的增大,位移和加速度也有所增加。在实际工程设计中,应该考虑桩基冲刷受损程度和水文条件的综合影响。     

吸力桶与圆沉箱整体预制式新型离岸深水码头*

为了开发能够更好地适应软土地基和恶劣波浪条件的离岸深水码头，结合吸力桶和圆沉箱的优点，提出了吸力桶与圆沉箱整体预制式新型离岸深水码头。阐述其结构组成、平面布置和施工工艺，分析了其承载特性。该结构靠岸侧可布置泊位、靠海侧可兼做防波堤，抗浪能力强，具有承载性能好、结构刚度大、耐久性好、费用省和对环境影响小的优点，应用前景广泛。相比无隔舱的吸力桶，此新型结构通过设置内圆桶和内隔板，抗滑和抗倾覆能力大幅提高。贯入损伤对基础安装就位时的承载力有比较明显的降低作用，建议在设计中考虑。     

桶式防波堤离心模型试验

桶式基础防波堤结构在淤泥质海岸工程中的应用逐渐引起关注,但单桶多隔舱桶式基础结构的稳定性问题尚未得到解决。结合连云港防波堤工程,通过离心模型试验探讨波浪荷载作用下桶式基础防波堤结构的稳定性问题。采用拟静力和循环往复作用力两种方式模拟波浪荷载作用,分析试验结果,得出桶式基础防波堤结构在各个阶段中的变形稳定性状和可能的破坏模式,为工程设计优化提供参考。     

p-y曲线法和m法在桶基平台计算中的对比研究

桶形基础平台作为一种新形式的海洋平台,发展前景广阔,但是,人们对它的研究非常有限。文中利用ANSYS有限元软件,采用p-y曲线法和m法作为土体和桶形基础相互作用的理论依据,对桶基平台在波流等一系列荷载作用下分别进行建模,进行对比分析。指出在桶基平台结构受力分析中p-y曲线法能更好地反映土体和桶基的非线性特性。     

吸力式基础离心模型试验的动力加载设备

离心模型试验是进行海洋工程研究的一种新型技术,具有广泛的应用前景.本文主要介绍了清华大学研制开发的电磁式激振器,该激振器用于吸力式基础离心模型试验中对模型施加水平动荷载.该激振器最大的技术难点是在100g(g为重力加速度)离心加速度下,对吸力式桶基施加高频率的循环荷载.     

桶基在单、分层土下的承载特性试验研究

通过在单层和分层饱和土中的模型试验,考察了吸力式桶型基础在静荷载下的承载力特性.分别得到了在竖向荷载,横向荷载下的载荷位移曲线,分层土条件下的承载力特性,以及承载力随密度的变化.     

冰载荷作用下海洋平台桶基的离心模拟

吸力式基础从20世纪70年代开始应用于港口、防波堤和海岸灯塔等的建设上,从1994年开始被用于海洋平台基础.这种基础形式同样应用于我国渤海油田开发中.渤海湾每年冬季有三个月的冰期,海冰不仅使平台受到很大的水平静压力,而且海冰破碎撞击平台会引起平台结构强烈的振动.已测定的平台结构的振动频率是0.8Hz～1.0Hz.为了模拟在这种水平动载荷作用下基础的承载特性,清华大学开展了离心模型试验研究.本文介绍了动冰载荷作用下吸力式基础离心模型试验的结果,并进行了相应分析.     

砂土地基大圆桶基础水平承载特性研究

大圆桶基础广泛应用于港口、码头和防波堤的建设中,工作中作为水工结构物基础其不仅要承受着来自上部的竖向荷载,还受到水环境引起的巨大水平荷载作用。鉴于现有的研究多集中于软粘土地质环境,本文以近海砂土水域为工程背景,利用有限元方法分析了单调水平静力作用下大圆桶基础的承载特性和破坏模式。计算了不同长径比的大圆桶基础水平极限承载能力,分析了基础失稳过程与转动破坏中心位置,研究了桶体周围土体抗力分布形式。研究结果可为近海海域大圆桶基础承载能力设计提供参考与借鉴。     

海上多边形筒形基础局部冲刷数值模拟研究

基于CFD方法建立海上风电基础三维冲刷数值模型，研究单向流作用下海上风电基础局部冲刷特性。首先，通过所建立数值模型计算1:20比尺下的海上风电筒形基础的局部冲刷深度和尾涡绕流，并与相同比尺下的物理模型试验进行对比，结果吻合较好。进而，针对实际海况下的多边形筒形基础开展原型尺寸下的局部冲刷数值模拟，得到了冲刷平衡状态下多边形筒形基础周围各测点冲刷深度时程曲线和床面等高线，研究结果可为类似海上风电基础周围冲刷防护提供技术参考和工程借鉴。     

沉入式新型桶式防波堤抗倾滑移定性计算

作为一种轻型直壁式防波堤结构,在波浪荷载作用下,新型桶式防波堤抗滑移稳定性是这种桶式基础结构稳定性计算的重要部分,由于这种桶体结构的复杂性,规范中尚未提出针对这种新型结构的抗滑稳定性计算方法。假设沉入较深土层的桶式防波堤极限状态下的抗滑稳定性主要由桶壁土压力、桶底土剪力、桶土自重维持,桶与土体看作一个整体,其工作原理与重力式挡土墙类似,在波浪荷载作用下桶体绕转动中心转动,陆侧桶壁为被动区域,海侧桶壁为主动区域。假定极限状态下桶体两端顶部分别达到被动土压力状态、主动土压力状态,同时在桶体底部土体剪力也达到极限状态。基于上述假设,通过解析的方式,建立了考虑桶体转动影响的三维桶式防波堤抗滑稳定性计算方法。     

循环荷载作用下软粘土地基的累积变形

文章研究了循环荷载作用下软土地基的循环累积变形特性，将其等效为静力蠕变过程，采用拟静力的方法，建立了弹塑性的循环蠕变模型并提出了计算方法。以桶形基础为例，对循环荷载作用下软粘土地基的累积变形进行了计算、分析。     

海洋石油工业中的多相流测量问题

针对海洋中的吸力式桶型基础,通过静荷载下单桶模型试验,得到了在竖向荷载、横向荷载下的载荷位移曲线,以及竖向和横向耦合加载情况下的极限承载力组合.结果表明,竖向荷载下桶基呈土体滑移破坏形式;垂向荷载下桶基呈桶拔出破坏形式;两种载荷组合下,存在一个极限状态线,该线以内,基础不破坏;当垂向载荷超过一定值时,桶基破坏由拔出破坏形式转变为土体滑移破坏形式.     

吸力式桶型基础承载力模型试验

针对海洋中的吸力式桶型基础,通过静荷载下单桶模型试验,得到了在竖向荷载、横向荷载下的载荷位移曲线,以及竖向和横向耦合加载情况下的极限承载力组合.结果表明,竖向荷载下桶基呈土体滑移破坏形式;垂向荷载下桶基呈桶拔出破坏形式;两种载荷组合下,存在一个极限状态线,该线以内,基础不破坏;当垂向载荷超过一定值时,桶基破坏由拔出破坏形式转变为土体滑移破坏形式.     

新型海上风电基础地基冲刷深度试验研究及床面剪切力分析

海洋环境作用下海上风电基础周围海床会产生显著冲刷,冲刷深度过大会严重影响风电结构体系的安全。复合筒型基础是一种新型的浅基础,其对冲刷的敏感性更大。以新型的海上风电复合筒型基础为研究对象,开展了波流作用下基础周围地基冲刷特征的物理模型试验,探究了基础周围海床的冲刷变化规律及最大冲刷深度,基于波流-复合筒型基础-地基相互作用的数值模型分析了海床表面剪切力的分布特征,考察了最大冲刷深度与最大床面剪切力的关联性。研究结果表明：波流作用下复合筒型基础最大冲刷位置位于基础后方、毗邻基础的位置,最大冲刷深度随波高、周期、流速的减小而减小,基础周围海床最大冲刷深度与其最大床面剪切应力的分布有一定的相关关系。     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

饱和黏土中大直径桶形基础承载力研究

大直径桶形基础主要用于支撑桥梁、防波堤、海上养殖等场景,同时在复杂的海洋情况下该基础会承受法向力、切向力及弯矩三种荷载。本文利用ABAQUS建立了饱和黏土中不同埋入比大的大直径桶形基础与土体相互作用的有限元模型,分析了三种不同接触下基础的承载力变化。在此基础上,提出大直径桶形基础的法向承载力、切向承载力和弯矩承载力的经验公式,为实际工程应用提供参考。     

三浮体式海上风电基础结构响应研究

采用SESAM软件包对一种三浮桶式海上风电基础结构进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮桶海上风电基础结构的结构模型和水动力模型,并在HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算,对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。