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。     

浪流作用下吸力式桶形基础的承载力研究

吸力式桶形基础作为是一种应用于海上风机的新型基础形式,具有施工速度快、可重复利用和费用经济等优点,被广泛应用于海洋平台和海上风电等结构的基础中。实际海洋环境中,在波浪、海流的耦合作用下会在基础周围产生冲刷,减少基础有效入土深度,将影响其承载特性。结合室内模型试验,通过建立波流作用下吸力桶-土精细化数值分析模型,对波浪和冲刷作用下吸力式基础的承载特性进行分析。研究表明:随着波浪荷载的增大,吸力式桶形基础的承载性状由循环稳定转变为循环失稳,相同波浪荷载下,冲刷会造成基础桶顶位移量显著增大;随着冲刷深度的增加,吸力式桶形基承载能力整体呈下降趋势。     

海上漂浮风电吸力桶型基础的抗拔承载特性

文章开展数值模拟,研究漂浮式海上风机吸力式桶形基础在上层黏性土、下层砂土的分层土地基中的抗拔承载特性,探讨该基础的极限承载力、基础周围土体变形、基础转动点和前后侧土压力随加载位置和加载角度的变化规律。研究表明：随着加载位置沿主桶埋深方向下移,基础的抗拔承载力先增大后减小;当基础在分层土中承受倾斜荷载作用时,最佳加载位置位于3L/4桶高处（L为基础高度）;基础的极限承载力和前侧土体变形范围均与加载角度成反比;对于桶顶中心受载的工况,加载角度对转动点的影响较小,在不同的加载角度下,基础的转动点均位于基础顶面以下0.84L处。此外,探究加载位置和角度对基础侧壁土压力的影响,结果表明：基础埋深3L/4以下的前侧地基土压力随荷载作用点的下移而增大,与荷载作用角度成反比;基础埋深3L/4下的前侧地基对基础承载性能的发挥有重要影响。     

海上风电植入式嵌岩桩承载特性分析

本文结合某海上风电嵌岩桩基础,采用有限元软件ABAQUS分析在极限荷载状态下的嵌岩桩承载特性,对比分析了灌浆混凝土开裂、桩身变形、弯矩及剪力分布情况。结果表明:灌浆层在极限荷载状态下会产生三个破坏区域,灌浆料强度对承载力提升不大,增加灌浆料厚度能显著提高承载能力。     

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.     

离岸深水全直桩码头竖向承载特性有限元数值模拟

建立结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型,分析软土地基上离岸深水全直桩码头竖向承载特性与失稳模式。通过研究得出,竖向荷载作用下,该结构竖向承载特性及失稳模式与土体强度密切相关。当地基较软时,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定;当地基较硬时,结构竖向极限承载力由桩身及土体强度共同控制。为此,在进行该类结构设计时,应充分考虑软土地基软化效应等可能降低土体强度的不利因素对结构竖向承载特性及失稳模式的影响。     

半圆型防波堤地基承载特性的有限元数值分析

半圆型防波堤是适用于软土地基的轻型重力式结构,地基承载特性是工程应用中需解决的重要问题。以大型通用有限元软件ABAQUS作为分析平台,建立了波浪荷载作用下半圆堤结构的弹塑性有限元分析模型。结合工程实例,分别参照地基极限承载力、结构允许变位判别标准对半圆堤的地基承载特性以及影响因素进行了有限元数值分析,并与汉森公式计算结果进行比较。结果表明:基于允许变位判别标准下的地基承载力分析结果相对安全,地基极限承载力计算的有限元结果与理论公式结果基本吻合,证实了汉森公式对半圆堤结构的适用性。进一步利用有限元方法分析了地基土强度、基础宽度、加固深度等因素对地基承载力的影响。     

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.     

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。     

格型钢板桩与复合地基组合式岛壁稳定性研究

结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响。结果表明,对格型钢板桩内外土体进行地基加固后,结构稳定性均有不同程度的提高,特别是在岛内即格型体陆侧进行一定宽度高压旋喷桩的处理后,岛壁结构的稳定性大幅度提高,并能有效控制使用期人工岛的沉降量。分析成果对类似工程以及格型钢板桩结构在软土地基上的推广应用有参考意义。     

基于DPDM 技术的室内双层地基承载试验及变形场分析*

通过室内双层地基模型试验,研究上部硬土层在不同强度和厚度条件下的双层地基承载性能,并拍摄数码图像分析了双层地基的变形场。分析荷载p-基础沉降s 曲线,双层地基极限承载力随上部硬土层强度和厚度的增大而增加,双层地基极限承载力下对应的基础垂直位移随上部硬土层强度和厚度的增加而降低;当模型试验中的上部硬土层的水灰比为10%、厚度为30 mm,以及上部硬土层的水灰比为20%、厚度为60 mm 时,后者的极限承载力是前者的3.01 倍,后者的极限承载力下对应的基础沉降是前者的基础沉降的0.11 倍。利用数字照相变形量测DPDM (The digital photogrammetry fordeformation measurement) 技术对双层地基变形的数码图像进行变形场分析,通过网格图的变形分析,土体的初始变形出现在下部软土层中,随着荷载的增大,网格的变形区域逐渐向上部的硬土层及软土层下部发展,同时在水平方向扩展;双层地基破坏模式为上部硬土层的锥台型整体剪切和下部软土层冲剪的综合型破坏形式。对上部硬土层的强度、厚度的优选设计可大幅度提高软土地基处理的效能。     

基于竖向地基梁法的海上风电单桩基础结构优化

本文提出了一种针对海上风电单桩基础结构计算的改进竖向地基梁法,并对单桩基础结构进行了优化计算。对单桩基础结构采用竖向地基梁法计算,基于m法计算土抗力,限制浅层土抗力的极限值不能超过极限土压力。结合工程情况,利用传统竖向地基梁法与改进方法,对单桩基础结构进行了优化计算,两种方法的计算结果存在一定差异,改进计算方法所得最大泥面水平位移增大34.6%。对于变形控制较为严格的海上风电桩基础结构,限制浅层土抗力的极限值不能超过极限土压力并使用改进方法对单桩结构进行计算是必要的。     

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究*

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。     

大圆筒围堰在波浪荷载作用下的稳定性数值模拟

采用数值模拟方法,建立某工程项目大圆筒围堰结构及其周围软土地基的三维弹塑性有限元模型,并结合加载系数法研究该系统在外海波浪荷载作用下的静力稳定性。结果表明:大圆筒结构在10年一遇高水位的10年一遇波浪荷载作用下的稳定性安全系数K=1.24,结构安全。随后,分析了大圆筒围堰结构及其软土地基在波浪荷载作用下的变形性状,最终,大圆筒围堰在波浪荷载作用下的静力稳定性能够满足要求。     

桩-网复合地基承载及变形特性的三维数值分析

采用有限元程序,利用数值分析的方法,讨论了桩-网复合地基承载及变形特性。对不同荷载水平下复合地基中单桩荷载传递特性、桩间土的沉降、桩间土上的应力及桩土应力比的变化规律进行了分析;同时分析了复合褥垫层的变形模量以及分层地基中第一层土的物性参数对桩土应力比和复合地基中土表面沉降及差异沉降的影响。     

海上风机基础选型

海上风机基础结构是海上风电场的基本组成部分,海上风机基础结构的安全性和可靠性是海上风电场高效稳定运行的基础。海上风机基础的建造和施工在海上风电工程造价中占比接近30%,是海上风电场工程建设中除风电机组设备投资外成本占比最高的环节。根据目前已经建成项目和在建项目风机基础情况统计,重力式、单桩、导管架、水下三桩、水上三桩、高桩承台、单桶/多桶吸力桶、漂浮式等基础形式均有商业化应用,其中单桩和导管架基础形式是经济性相对较优、施工工效最高、应用比重较高的基础形式,本文对各种基础形式的特点和应用情况进行简要介绍。     

海上风电系统地基刚度敏感性分析

文章基于Bladed软件建立了包括海上风电机组-支撑结构-地基基础的一体化结构模型，以某5 MW机组的单桩基础为例，对海上风电机组系统进行了一体化荷载计算，并系统地开展了地基刚度敏感性分析。计算结果表明：结构自振频率随着地基刚度的提高而增大，且在无波浪作用时，结构在泥面处的荷载呈现随地基刚度增大而减小的趋势；当有波浪作用时，结构在泥面处的荷载受到风、波浪作用的综合影响，当波浪频率接近基频时，结构所受荷载显著增大。因此，设计时应充分考虑地基刚度取值准确性问题。