基于多维AR模型的近海风机振动特性

基于自然风特性,通过考虑结构结点间风速时程的空间相关性,采用多维AR模型模拟海上风机塔架脉动风荷载时程。在考虑桩-土-风机塔架系统相互作用的基础上,建立了三维有限元模型,分析了风机结构的固有频率及模态振型,对比研究了在不同方向风荷载作用下结构的位移、应力时程。结果表明:虽然不同入射风向对塔筒顶端的位移极值影响不大,但对局部位移和最大应力有显著的影响,结构应力的极值点出现在桩基与塔筒的连接段上。研究结果可为海上风机三桩基础布置、桩基承载力设计、结构强度设计、风机塔架的抗风提供参考。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

海上风电安装船关键部位结构强度研究

海上风机吊装作业船是建设海上风电场的关键设备,具备自航、自升、运输、起重等功能,安装作业工况复杂。利用有限元软件对海上风机吊装船的船体平台和桩腿、桩靴、固桩架等关键结构的力学性能进行了较为全面的研究和分析。计算结果表明,船体和其他关键结构的强度与刚度均满足要求。研究工作有助于掌握和了解该船型的结构特点和各关键结构的应力水平,对结构设计和相应规范的制定有一定的参考价值。     

自平衡法荷载沉降曲线的数值模拟分析

从自平衡法和静载荷法的加载机理入手,分析了自平衡法荷载沉降曲线的特点,重点讨论了桩周土为粘性土时,自平衡法中上段桩体负摩擦转换成正摩擦时,转换系数K的合理取值范围。运用AN-SYS有限元软件,建立了三维空间有限元模型,考虑桩与桩周土相互作用接触面滑移特性,对自平衡法及静载荷法进行模拟计算及对比分析,得到桩周土为粘性土且转换系数K取值1.15～1.20时,2种方法的荷载沉降曲线较为吻合。     

水平荷载下单桩有限元模拟结合p-y曲线法分析

为了分析在水平荷载下单桩的横向响应问题,利用有限元程序ANSYS对桩土相互作用体系进行了三维有限元数值模拟,分析了土体是否考虑弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了有效模拟单桩横向响应的有限元模型;进一步提出了确定接触面刚度参数及p-y曲线地基反力系数修正接触面刚度参数的方法。最后进行了实例验证,得出了地基非线性因素的影响是不可忽略的重要结论,并有效提高了有限元模型的计算精度。     

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。     

运动海床对近海风机单桩基础的影响

以东海大桥海上风电场为研究背景,首先基于Biot固结理论求解了不同波况下多层非均质土体的位移、超孔压的分布,讨论了波浪荷载对海床运动的影响。而后基于土体位移计算结果,应用支座位移加载法与p-y曲线法相结合的方法,求解了运动海床作用下近海风机单桩基础的内力和变形,并将其结果与不考虑运动海床作用的结果进行了对比。对比结果显示:运动海床对桩身的变形影响显著,设计中有必要进行运动海床作用下的变形校核。     

海上风机嵌岩单桩基础承载性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立桩-土-岩共同作用模型,得到海上风机嵌岩单桩的竖向承载力不是设计的控制因素。水平荷载作用下,岩体对桩基的嵌固作用明显,散体状和碎裂状强风化花岗岩提供桩顺载侧的大部分水平反力。增大桩径和嵌岩深度均能提高嵌岩单桩承载性能,但嵌岩深度存在临界值。     

m法与p-y曲线法在高地震烈度区长桩基码头设计中的对比研究

在高地震烈度区,地震会造成桩基码头等海工建筑物的破坏,并难以修复。码头桩基础设计中桩土作用应用较多的为m法和p-y曲线法,m法考虑土体水平抗力系数与深度成线性关系,而p-y曲线法考虑土体的非线性因素。本文以长桩基码头为例,运用SAP2000有限元软件,采用两种方法对地震工况下码头桩基进行了内力及位移分析。结果表明,在地震工况下,采用m法不能很好的考虑到非线性土体问题,建议采用p-y曲线法。     

风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析

为分析风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态特性,采用叶素动量理论,建立了考虑平台运动的风荷载计算程序,并用FAST进行验证。通过AQWA二次开发实时调用耦合平台运动的风荷载计算程序进行海上TLP浮式风机全耦合动态响应分析,研究了风、浪作用下TLP浮式风机平台及张力筋腱响应特性。结果表明,平台运动致使风荷载波动幅度增大,风荷载幅值在波频处出现峰值,分析中需考虑平台运动与风速之间的耦合效应;正常工况下风荷载使得TLP浮式风机运动响应幅值在低频处的数量级明显增大,整体分析中需详细计算风荷载的影响。     

海上风电基础ANSYS数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件,实现了海上风电基础的多途径数值模拟.重点针对桩土相互作用,阐述了采用m法、p-y曲线法及接触单元法构建数值模型进行计算的流程,介绍了常用单元类型及其属性.通过工程算例,对几种桩土分析模拟方式的有限元计算结果进行了比对分析,为海上风电单桩基础的设计、施工提供了理论依据和参考资料.     

分级加载推力桩的三参数算法拟合

运用推力桩的三参数算法进行了一个分级加载推力桩的拟合计算与分析.拟合计算与分析的结果表明,变参数的理论思想使得三参数算法能较好地拟合各级荷载作用下推力桩的力学性能,将小水平力工况和极限荷载工况的拟合计算统一于一个理论、一个基本微分方程;拟合得到的各组参数值不仅较好地反映了相应工况下桩侧地基土的综合力学特征,而且各参数值的变化都与外荷载值有明显的相关性,揭示了随荷载变化桩-土间的相互作用关系,与客观物理事实吻合,从而使得推力桩的非线性连续拟合成为可能.     

大直径负摩擦灌注长桩荷载-沉降关系研究

提出大直径灌注长桩工作性状并同时考虑负摩阻力的桩侧荷载传递模型，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下桩身混凝土的弹塑性性状，采用Mindlin解答以考虑桩侧摩阻力在桩端处产生的桩端位移，从而建立了层状地基中大直径负摩擦灌注长桩的荷载传递分析理论。根据该理论计算得到的荷载一沉降曲线与实测的曲线较为吻合，可作为确定大直径灌注长桩承载力的依据，经过对工程实例的计算与实测对比分析，证明该理论可靠、方法简单，且具有较好的适用性。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

桩土作用下斜桩对高桩码头岸坡稳定性的影响

考虑船舶撞击力、堆货荷载等外荷载对码头岸坡与后方桩台的作用,利用ABAQUS有限元软件对高桩码头布置斜桩的后方桩台与岸坡土体进行模拟,并对其桩土相互作用和结构稳定性进行分析。对位移场、应力场等云图中的模拟结果进行分析,结果表明：斜桩承受水平荷载能力优于竖向荷载,与直桩可以很好地形成遮帘作用,保证岸坡土体和结构物稳定。     

大型海上风机吊装船的桩腿结构设计与强度分析

大型海上风机吊装船是用于安装海上风机的特种船舶,其桩腿结构设计与强度分析对于保证船舶的安全运行至关重要。由于风机吊装船的桩腿为型钢材料,发生材料失效的形式包括材料屈服和薄壁件屈曲。本文首先介绍钢材的屈服强度和屈曲强度校核准则,然后介绍大型海上风机吊装船的桩腿结构,结合海浪动力学模型进行风电桩腿的载荷建模。最后,结合有限元计算软件Ansys-workbench进行了风机吊装船的桩腿强度分析和仿真。     

考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析

悬链线立管与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大,而管土作用的机理又十分复杂,海底沟槽以及海床土体吸力都会对立管力学特性产生影响,文章以Aubeny等提出的管土作用完整P-y曲线为基础,在有限元分析软件ANSYS中采用非线性弹簧模拟海床土体,计算中考虑了土体吸力;模拟了三种位移幅值下管土循环作用时沟槽深度的变化,分析了沟槽段各点弯矩及应力随深度的变化规律,同时对比了三种情况下管道最深点的弯矩及应力随加载时间的变化关系,为进一步分析管土循环作用提供了参考。     

基于ANSYS零阶方法的海上风机单桩基础优化分析

采用ANSYS有限元软件模拟了某海上风机单桩基础,考虑风、波浪、海流等环境荷载的共同作用对风机基础进行了拟静力分析,基于ANSYS零阶优化方法对桩基尺寸进行了优化。在保证位移、应力及稳定性要求的前提下,减小了桩基壁厚,优化后使桩基的总体积减小了33.4%,达到了轻型化设计目的;结合优化过程中目标函数、设计变量和状态变量的变化规律,提出了桩顶位移是优化设计的主要限制条件,结构设计时可以考虑进行形状拓扑优化;在保证桩顶位移的情况下,可以适当减小桩基础某些地方的壁厚,使材料的强度得到充分的利用。     

基于PLAXIS 的板桩结构非线性有限元分析

利用岩土工程有限元软件PLAXIS对某板桩码头模型进行非线性有限元分析,得出板桩的变形、板桩的弯矩和剪力分布、桩周的土压力分布;并分析荷载作用下板桩墙后的地基土的沉降和应力状况。与弹性线法和m法的计算结果进行对比和分析,验证了PLAXIS软件的精确性和可靠性,说明用PLAXIS软件求解板桩结构的合理性。     

大直径钻孔灌注摩擦桩的静承载特性

本文依据4个工程进行的6根直径为1．0m、长度为59～70m的钻孔灌注摩擦桩的静载试验,对大直径钻孔灌注摩擦桩荷载的传递机理、荷载—沉降量曲线、桩身轴心压力沿深度的分布规律、桩侧摩阻力与桩土相对位移关系以及桩蛸反力等进行了计算分析,给出了主要土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线,提出了考虑桩土相对位移影响的大直径钻孔灌注摩擦桩极限承载力计算建议。