循环荷载下饱和粉土地基单桩水平承载特性试验研究

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。     

波浪荷载及土体特性对风电单桩基础水平变形影响规律

大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式,严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素.通过数值方法建立了单桩—海床的三维模型,将可以描述海洋砂土超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,桩基承受的波浪荷载通过Morison方程进行计算模拟.针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况,分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异,探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响.研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加,海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著,研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考.     

水平荷载下海上风机单桩基础桩土相互作用研究

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。     

水平循环荷载作用下单桩动力特性的数值模拟

采用修正的p-y曲线方法，分析了桩基础振动过程中桩土之间由于土体塑性变形导致的桩土脱开现象，给出了计算桩土脱开现象的数值模拟方法，并据此分析计算了中国渤海湾JZ20－2MUQ平台的桩基础动力特性，得到了桩基础振动过程中桩土脱开的区域，分析了桩土之间的脱开对桩基础动力响应的影响等问题。     

水平循环荷载下海上风电楔形单桩土体变形研究

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。     

V⁃H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究

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。     

吸力式沉箱基础长期水平荷载作用下承载特性试验研究

通过两组不同水平荷载作用下吸力式沉箱基础长期模型试验,对吸力式沉箱基础随时间的位移变化规律以及土压力分布规律进行了研究。试验结果表明:在长期模型试验中位移发展主要集中在试验前期,后期位移稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显。土压力沿深度分布曲线呈抛物形状,表明沉箱基础在水平荷载作用下为转动模式,随时间增加被动区土压力变化呈增大趋势,主动区土压力呈减小趋势。土压力发展主要集中在试验前期,后期土压力变化相对较小,但土压力稳定所需时间较长,同时荷载值越大土压力稳定所需时间越长。     

桩-筒组合基础在单层黏土中水平承载性能分析

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。     

海上风电楔形单桩基础竖向承载力特性分析

为提高基础利用率增加海上风电设施的可行性，对楔形单桩基础竖向承载力特性进行研究分析。采用PLAXIS 3D 有限元软件建立楔形单桩基础模型，从桩侧摩阻力、桩侧法应力及土体位移对比分析楔形单桩基础与等截面单桩竖向承载特性差异，并探讨内摩擦角、楔角及楔高对承载力的影响。研究表明：楔形单桩基础竖向承载力高于等截面单桩基础，且承载力随着楔角、楔高的增大而增大，提高率最大达24.786%。倾斜侧壁的引入改变了桩侧摩阻力的传递规律；倾斜侧壁挤密桩周土体，桩侧摩阻力与法向应力增大，从而有效提高单桩基础的竖向承载力。研究成果可为今后海上风电单桩基础截面型式的设计提供参考。     

淤泥质海岸螺旋桩的轴向承载特性研究

海上风电高压海缆登陆后往往需要跨越平原淤泥质海岸,高压电缆排管易发生不均匀沉降而裂损,螺旋桩因施工方便、速度快,可用于不均匀沉降的应急控制。螺旋桩的承载力是其工程应用的重要设计内容,其桩型参数的改变,对极限抗压承载力有着较大影响。本文结合工程实践,通过开展抗压承载力数值模拟,研究分析了螺旋桩叶片宽度、叶片个数、叶片间距...     

大直径单桩风机基础冰荷载模型试验研究

针对渤海某海域以单桩结构为支撑的海上风电系统,对大直径直立桩风机基础进行了一系列静冰载荷模型试验研究。首先,针对目标海域海冰调研结果确定多个冰速工况,对3 MW及4 MW装机功率对应的两种不同直径的单桩基础开展静冰载荷模型试验;随后在试验现象及试验结果的分析中重点关注了冰排在大直径结构前的破坏模式及破坏特点;最终,通过对比模型试验冰力极值试验结果与多规范冰载荷计算结果,确定大直径直立桩静冰载荷计算规范的合理选择,并根据试验结果对直立桩静冰载荷计算方法进行了经验参数修正。得出的相关结论可为渤海海域大直径单桩式风机基础冰载荷的工程估算提供参考。     

水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究

传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。     

单桩式水平轴潮流能机组桩基影响研究

随着社会的迅速发展,人类对能源的需求不断增加,随之而来的环境问题也越发严重。海洋潮流能作为一种长期可再生且贮藏量巨大的清洁能源而成为各国重点研究对象。基于Flow-3D软件建立了单桩式水平轴潮流能机组的三维数值模型,采用所建模型模拟分析了不同桩基位置和叶轮安装高度时的水动力过程并对计算结果进行对比分析,从叶轮转速、叶轮受力和尾流场等角度进行分析讨论。数值结果表明:与其他桩基础布置方式相比,当桩基础在叶轮之前时,叶轮动能增加了约6%,叶轮受力降低了约9.5%,且叶轮受力的振幅增大。桩基布置形式对于尾流场整体影响较小。当安装高度增大时,叶轮动能和受力也随之增大且增幅迅速降低。     

软黏土中成桩工艺对HSCM桩抗压承载性能影响的模型试验研究

螺旋桩芯劲性复合桩（helix stiffened cement mixing pile,简称HSCM桩）是一种新型复合桩,其成桩工艺会对桩身及其承载性能有较大影响。为验证HSCM桩在软黏土中同步旋进注浆工艺的可行性,并研究其成桩参数对抗压承载性能的影响,设计了2组缩尺模型试验,包括不同叶片数量与钻进速度的HSCM桩与对比螺旋桩。通过在高岭土制备的软黏土中成桩,并进行抗压承载性能及桩身几何尺寸测试,分析HSCM桩的成桩参数与水泥土桩身间的关系。试验结果表明：同步旋进注浆工艺能够在螺旋桩周围形成倒圆台状的水泥土桩身,水泥土桩身的平均黏结直径约为叶片直径的1.17～1.35倍;适当增加叶片数量能够使水泥与土体充分拌和,提高水泥土桩身的完整性与连续性,以改善HSCM桩的成桩质量;钻进速度大幅提高会导致注浆量不足,减小水泥土桩身的黏结直径与刚度;试验条件下HSCM桩的抗压极限承载力是螺旋桩的3.83～3.93倍,桩径扩大提高了侧摩阻力,注浆工艺加固并提高了土体强度,弥补了叶片在旋进过程中扰动土体造成强度降低的问题。     

珊瑚礁地质大直径钢管打入桩承载特性研究

马尔代夫中马友谊大桥采用钻孔灌注桩基础,主墩基础施工过程中,将35根大直径钢护筒施沉至中等—强胶结礁灰岩地层,作为钻孔平台的临时桩基础。以主墩大直径钢护筒沉桩记录为依据,并结合高应变动力检测方法,对珊瑚礁地质大直径打入桩的承载性能进行研究。研究结果表明:1)以钙质砂为主的覆盖层侧阻力较小; 2)礁灰岩侧阻力随胶结程度的增加而增大; 3)中等—强胶结礁灰岩可以作为打入桩的持力层,端阻力约占总承载力的70%; 4)打入桩的承载力恢复系数较小,仅为1.1。     

水平荷载作用下高桩码头整体可靠度研究

高桩码头在港口中应用较为广泛,与重力式码头相比,其耐久性较差,因此,其结构可靠度的研究对于工程安全运行至关重要.目前,高桩码头可靠性的研究大多局限于构件层面,特别是忽略了构件失效之间的联系,不能反映整体的安全性能.本文通过ANSYS软件建立高桩码头参数化数值模型,综合考虑失效模式之间的联系,计算码头的水平向极限承载力,...     

海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究

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。     

波浪荷载作用下近海风电单桩基础受力变形特性影响因素分析

为了对波浪荷载作用下近海风电大直径单桩基础受力变形特性的影响因素进行分析,以江苏省如东县某近海区域的水位地质条件为基础,运用有限元模拟软件 ABAQUS 进行数值模拟,对荷载大小、荷载位置、土体压缩模量、桩体自由度 影响因素展开分析。通过影响因素的不同量值,得出近海风电大直径单桩基础动载情况下受力变形特性的变化规律,从而为实际施工提供有价值的参考。     

水平荷载作用下砂土中非柔性桩的p-y曲线修正

中国近海风机大多采用长径比10～20范围内的非柔性桩基础,而现有规范方法主要针对长径比大于20的柔性桩,对我国风机基础的适用性一直存在争议。本文利用有限元法研究砂土中非柔性桩的水平受荷响应,主要关注容许范围内的桩基倾斜,因此采用硬化土小应变本构模型描述砂土的应力应变关系。建立钢管桩-土三维有限元模型进行变参数分析,探究土体相对密实度、桩基直径对初始地基反力模量的影响;讨论了正切双曲线函数和双曲线函数描述土体弹簧刚度(即p-y曲线)的合理性;最终提出了适用于砂土中非柔性桩的修正p-y曲线表达式,并通过与三种不同砂土相对密实度与桩基组合工况下的有限元结果对比,验证了修正p-y公式的合理性。结果表明：土体相对密实度、桩基直径与初始地基反力模量均呈正相关;双曲线函数更适合描述非柔性桩的p-y曲线;修正后的p-y公式提高了水平荷载作用下非柔性桩响应的预测精度。     

单向荷载作用下海上风机多桶基础承载特性数值分析

作为一种新型的深水海上基础型式,桶形基础在海上风机设施设计与建设中逐步得到了发展和应用。以三桶基础为例,采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机多桶基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的荷载受力特点,分别探讨了三桶基础在竖向荷载、水平荷载和力矩作用下的极限承载力,得出荷载作用方向及桶间距对极限承载力的影响程度,研究成果为复合加载模式下海上风机多桶基础的承载特性分析奠定了基础。