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水平荷载下海上风机单桩基础桩土相互作用研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(3)
海上风电作为一种清洁绿色的能源越来越受到人们的关注,海上风机会承受风、浪、流等水平荷载的作用,因此水平荷载下海上风机单桩基础桩土相互作用一直是人们研究的热点。本文对水平荷载作用下海上风机单桩基土相互作用进行研究,通过ABAQUS有限元数值分析软件建立桩土模型。结果显示:桩顶水平极限位移约为11.25cm,海床面以下1~5m范围为桩身弯矩和桩身mises应力较大的区段;随着桩顶水平位移的逐渐增大,桩身挠曲逐渐向深处发展,桩体位移零点位置逐渐向下;桩体的水平位移会对桩侧土体产生挤压作用,这种挤压作用会使土体塑性屈服区逐渐向下发展,土体水平位移呈半圆形放射状分布,浅层土体mises应力产生非对称分布。 相似文献
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为改善海上风电大直径钢管桩的水平承载性能,基于ABAQUS有限元软件对单桩改进形式的加翼桩结构进行了系统研究,计算分析了软黏土地基中加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、桩身泥面处倾斜率和极限承载力,研究了加翼桩面积、形状、埋深和刚度等翼板参数对加翼桩水平承载性能的影响规律,根据加翼桩的桩-土作用机理,参考现行规范模式提出适用于软黏土地基大直径钢管桩的P-Y曲线。研究结果表明,加翼桩通过在泥面处设置翼板可降低桩基泥面处倾斜率50%、提高桩基极限承载力60%以上,加翼桩水平承载性能明显优于单桩。 相似文献
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采用CEL大变形非线性有限元方法并结合非线性地基梁模型对海洋石油941钻井船在番禺10-2平台钻井插桩时对邻近导管架平台群桩的影响进行了分析,并得到以下结论:1)钻井船插桩过程中,桩身最大位移及出现的位置随钻井船插桩深度增加而下移且钻井船插桩位置与群桩距离越近,对桩的影响越大;2)在插桩过程中,桩身最大弯矩出现的位置与桩身最大位移出现的位置一致,而桩身最大剪力出现的位置较桩身最大弯矩出现的位置偏下;3)与没有插桩影响的群桩相比,桩身最大弯矩与桩身最大剪力明显增加。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2020,(Z1)
通过ABAQUS建立海上风电单桩基础的数值模型,并与室内模型桩试验的结果作对比,验证模型的可靠性。根据实际桩土参数建立数值模型,并对桩土模型施加循环波浪荷载,分析波浪荷载作用下桩周土体的水平应力和水平位移随时间的变化特性,以及土体水平位移在空间分布上的差异。结果表明在波浪荷载作用下桩周土体的水平应力和水平位移在一定范围内循环波动,且极端海况下土体所受的扰动远大于正常海况下土体所受扰动。海床表面桩周土体在距桩体10 m范围内受桩体影响显著,竖直方向上桩身以泥面以下大约2/3桩身入土深度处的一点为基点做循环摆动,且这一旋转基点的位置与波浪力的大小无关。 相似文献
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循环荷载下饱和粉土地基单桩水平承载特性试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
在饱和粉土地基中进行了单桩水平静力和循环加载室内模型试验,实测得到静载和循环荷载下桩身弯矩与深度的关系、桩身最大弯矩与循环次数之间的关系等,推导出静载和循环荷载下粉土的p-y曲线,并结合API规范给出了针对粉土地基的相关参数。单桩循环加载试验结果表明,在一定深度内随着循环次数增大,粉土极限抗力显著减小,文中给出了不同循环次数和深度下粉土地基极限抗力的折减系数建议值。 相似文献
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在海上风电单桩基础水平承载力的设计中,风荷载和波浪荷载是两个最主要的常规水平荷载,需要考虑在波浪荷载和风荷载的不同荷载组合下的桩土相互作用。利用有限元软件ABAQUS构建桩土相互作用模型,对桩基施加不同组合的环境荷载,研究桩土的相互作用。在固定环境荷载的情况下,将土体分层,研究不同土质条件下桩基水平承载力的差异。分析可得极端海况下桩身泥面位移约是正常海况下的5倍,且桩身水平位移主要由风荷载引起。桩周土体所受水平应力与桩体的摆动幅度相关,且桩基摆动对桩周土体水平变形的影响范围有限,以桩基为中心1.7倍桩径范围内土体所受影响显著。海床上层土体的强度对桩基水平承载力起关键性作用,上软下硬海床与纯软土海床相比水平承载力大约提高25%,而上硬下软海床与纯软土海床相比水平承载力约提高3倍。 相似文献
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海上风电工程主要受到风、波浪及洋流等产生的水平循环荷载作用，本文研究楔形单桩基础在水平循环荷载作用下的变形规律，并探讨不同循环荷载对变形规律产生的影响，以确保风电设施正常运行。通过数值模拟建立海上风电单桩-海床模型，考虑土体超孔隙水压力的演变规律及土体致密规律，土体采用UBC3D-PLM本构模型。本文重点讨论并分析在不同水平循环荷载作用下楔形单桩基础与等截面单桩基础的桩周土体位移、塑性应变及桩基累计转角位移之间的差异。研究结果表明：楔形结构会降低桩周土体位移及塑性应变，使得楔形单桩基础旋转中心位置更低，产生倾覆的可能更小，当循环荷载比为0.7时，累计转角位移能减少41.86%；循环荷载越大，楔形单桩基础水平受荷特性越好，累计位移减少量的增长率越高。研究成果可为今后海上风电基础的选择与设计提供参考。 相似文献
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离岸深水全直桩码头承载性能有限元分析 总被引：1，自引：0，他引：1
全直桩码头是适于软土地基上离岸深水海域的新型高桩码头结构型式,其承载机理与传统高桩码头存在较大差异,且软土地基循环软化效应显著。建立全直桩码头结构与地基相互作用三维弹塑性有限元模型,基于二次开发采用拟静力法对土体循环软化效应进行模拟。通过有限元模型研究全直桩码头的承载特性与破坏模式,并探讨水平极限承载力的影响因素。研究表明水平荷载作用下,基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素,地基土体的承载力对结构水平极限承载力不起决定性作用;竖向荷载作用下,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定。研究范围内入土深度对结构水平极限承载力影响不大,但桩壁厚度减小或考虑土体软化后,结构水平极限承载力明显降低。设计中,增加入土深度可有效减小土体软化引起的水平极限承载力降低程度,且应考虑结构腐蚀和土体软化对水平极限承载力的双重降低效应,为钢管桩预留足够的腐蚀富裕量。 相似文献
10.
在一个大型土池中进行了软土中组合四桶基础在竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下的承载力模型试验,研究了竖向静荷载与水平循环荷载对组合桶形基础破坏形式与承载力的影响。试验结果表明,组合四桶基础的变形主要包括水平循环变形与竖向循环累积沉降。基础的破坏形式取决于水平循环荷载与竖向静荷载。若竖向静荷载较小,过大的水平循环位移将导致基础破坏;随竖向静荷载增加,竖向循环累积沉降将变为导致基础破坏的主要原因。试验结果还表明,在不同竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下,基础的水平循环承载力大约为水平静承载力的70%左右。 相似文献
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为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。 相似文献
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海上风机中，上部支撑结构和基础之间的连接是通过灌浆连接段实现的。近年来，风力发电发展迅速，风力发电机的功率越来越大，对单桩基础灌浆连接段的受力性能提出了更高的要求。在复杂荷载作用下，灌浆连接段受到轴力和弯矩的共同作用，有必要对压-弯共同作用下的灌浆连接段进行受力性能的研究。采用数值分析方法，分析了压-弯作用下不同轴压比时灌浆连接段的极限承载力、钢管与灌浆料之间的接触压力情况和灌浆连接段的应力情况。同时，根据学者Lotsberg提出的弯曲承载力组成理论，通过提取钢管与灌浆料之间的接触力，并对它们进行数值积分，分析了不同轴压比下灌浆连接段抗弯承载力组分的变化规律。通过分析，明晰了带剪力键的灌浆连接段的受力性能，为设计工作提供依据。 相似文献
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AbstractPile foundation is the most popular option for the foundation of offshore wind turbines. The degradation of stiffness and bearing capacity of pile foundation induced by cyclic loading will be harmful for structure safety. In this article, a modified undrained elastic–plastic model considering the cyclic degradation of clay soil is proposed, and a simplified calculation method (SCM) based on shear displacement method is presented to calculate the axial degradated capacity of a single pile foundation for offshore wind turbines resisting cyclic loadings. The conception of plastic zone thickness Rp is introduced to obtain the function between accumulated plastic strain and displacement of soil around pile side. The axial ultimate capacity of single piles under axial cyclic loading calculated by this simplified analysis have a good consistency with the results from the finite element analysis, which verifies the accuracy and reliability of this method. As an instance, the behavior of pile foundation of an offshore wind farm under cyclic load is studied using the proposed numerical method and SCM. This simplified method may provide valuable reference for engineering design. 相似文献
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为解决在钢管桩水平静载试验中更加高效、安全和准确进行桩身内力变形测试和分析的问题,文章针对打入钢管桩中的应变传感器和测斜管分别提出实用且可靠的安装、保护和测试方法;将该方法应用于西非某码头工程,在大直径钢管桩水平静载试验中进行应力和变形测试。研究结果表明,该安装和保护方法实用且可靠,可保证水平试验过程中钢管桩的内力变形情况得到如实测试和记录,对研究分析大直径钢管桩受水平荷载时桩身弯矩和水平位移的变化情况意义重大,可为类似项目的设计和施工提供参考。 相似文献
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用于海洋平台的吸力式桩桶基础作为一种新型平台基础正逐渐成为人们研究的重点。为研究吸力式桩桶单桩基础的受力特性，对V-H（竖向—水平）联合荷载作用下的吸力式单桩基础桩土的承载特性进行了数值模拟，并将数值模拟的有限元解通过与API规范中对p-y曲线的计算方法进行对比来验证有限元模型的可行性，最后采用分级作用力的加载方式对其破坏包络曲线进行绘制，并推导出相应的函数表达式。研究表明，采用ABAQUS有限元分析软件对吸力式桩桶进行数值模拟是可行的，随着对吸力式桩桶所施加V-H联合荷载的不断增大，吸力式桩桶所能体现的应力和弯矩极限值也在随之增大，其位移变化主要在施加荷载的区域附近，最后在联合荷载作用下所体现的极限承载状态，即包络曲线大致呈四分之一的椭圆形状。 相似文献
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桩-筒组合基础是将单桩基础与筒型基础组合的一种新型海上风电基础形式,其受力模式不同于传统桩基基础,优点是可通过合理减小桩长、桩壁厚等途径提高承载性能。基于极限地基反力法,提出单层黏土中桩-筒组合基础受力模式及水平承载力的计算方法。利用力加载和位移加载两种控制方法进行数值分析,研究水平承载性能的影响因素。结果表明,在一定范围内,桩-筒组合基础水平承载性能随桩入土深度、桩壁厚、筒外径的增大而提高。基于实际工程,对等用钢量的单桩基础与组合基础进行比较计算,结果表明,桩-筒组合基础可有效降低基础倾斜度和位移,提高承载性能。 相似文献
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Jiunn-Shyang Chiou Zhi-Wei Xu Cheng-Chang Tsai Jin-Hung Hwang 《Marine Georesources & Geotechnology》2018,36(5):554-563
Lateral cyclic load tests were performed on an aluminum model pile in dry sand. Two levels of loading were adopted to represent different service load conditions. The maximum number of loading cycles was 1,000. From the test results, it was found that the even though in the service load condition, the pile response was still affected by cyclic effects and a larger load level would produce more significant influence. In a global point of view, the lateral displacement and maximum moment increased with loading cycles, while the secant stiffness within a cycle decreased with cycles. The cyclic effect was more significant on the lateral displacement than on the moment. In a local point of view, cyclic loading would degrade the equivalent subgrade stiffness for the soil shallower than about seven times diameter. In addition, the secant subgrade stiffness within a cycle increased with loading cycles. Some experimental relationships of lateral pile response and loading cycles were built and compared with those in the literature. 相似文献