梁板式桩筏基础现场测试分析

风力发电工程是我国乃至世界可持续发展之路的重要一步,而梁板式风机基础是陆上风机基础的一种新型形式,梁板式风机基础的研究正受到学术界和工程领域的广泛关注。基于江苏射阳港风电项目,通过在风机基础底板下埋设土压力盒,桩内布设钢筋计,测算风机基础从风机施工至正常运行过程中的基底土压力分布和桩顶轴力。重点讨论风机处于施工过程中和正常运行状态下桩顶轴力的变化规律,分析桩土分担比,并将现场试验得到的基础内力与实际设计方法计算所得基础内力进行对比验证。结果表明,风机运行前,竖向荷载主要由内圈桩承担,风机运行后,外圈桩承担荷载增加,内圈桩承担荷载减小;风机运行后土体承担荷载较大,目前的设计方法不考虑土体的承载作用,计算结果偏于安全。     

风机梁板式桩筏基础承载特性大型模型试验研究

梁板式桩筏基础与传统桩筏基础一样具有较高的承载力和变形控制能力,且较传统桩筏基础能够节约成本,具有重要经济效应,因而成为了新兴的基础形式被应用于风电基础中。然而目前该基础仍采用传统桩筏基础的设计方法进行计算,造成了巨大的浪费。为了弥补目前梁板式风机基础设计方法的缺陷,采用大型室内模型试验对梁板式风机基础的受力变形特性进行研究,分析了竖向荷载作用下梁板式风机基础内梁、桩、土体等的受力机制及特性。研究表明,在工作荷载范围内,梁板式桩筏基础体系处于弹性状态,且梁板式桩筏基础具有一定的柔性,中央与边缘存在一定的差异沉降。桩-桩相互作用及桩-土相互作用对具有一定柔性的梁板式桩筏基础受力变形特性具有重大的影响,应该修正现行设计时不考虑这几个因素的缺点。     

水平环境荷载与地震动联合作用下的海上风机单桩基础动力响应模型试验

近海风机结构和基础长期承受着巨大的水平向环境荷载。在风机的服役周期中,地震荷载与水平环境荷载会有大概率同时空作用于风机基础上。研发了初始水平环境施加装置,设计了砂土地基中的近海风机单桩基础超重力动力模型试验,从物理模型尺度初步实现了考虑初始水平环境荷载与地震荷载联合作用的单桩基础动力试验。通过超重力振动台试验发现,联合工况下干砂地基和饱和砂地基中风机单桩基础的震后桩身弯矩值要大于初始弯矩值。在饱和地基中部分深度处的震后桩身弯矩是初始弯矩值的4倍。此外桩顶水平位移在施振过程中出现了震荡累加的现象,在饱和地基中震后桩顶水平位移是初始位移的1.3倍。初始水平环境荷载与地震荷载联合作用下风机单桩基础表现出的这种耦合效应对风机的安全服役产生了巨大的挑战,在风机基础设计中值得关注。     

国华通辽风电场三期工程梁板式桩筏基础性状数值分析

风力发电作为发展最快的新型能源之一,得到越来越多的关注,耦合荷载作用下风机基础的优化设计成为一个重要的问题。首先对商业有限元的计算精度以及对耦合荷载的模拟能力进行验证,在该基础上对国华通辽风电场梁板式桩筏基础进行模拟分析,重点讨论在耦合荷载作用下梁板式基础管桩、肋梁和环梁的受力和变形特性,并将有限元计算得出的基础构件内力与规范设计方法计算结果进行对比分析。与此同时,分析风机基础桩土分担比,研究耦合荷载作用下土体的承载作用。计算结果可为实际工程的设计提供参考依据。     

国电赤峰某风力发电机组基础受力分析

根据风机基础的受力特点,分析了正常运行工况和极端荷载工况下,圆板式扩展基础的受力特点,并借助相关辅助计算程序,得出了合理的结论,供相关科研及设计参考。     

海上风电机组筒型基础工作及承载特性研究

筒型基础是一种新型的海上风电基础,由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用等优点,在某些领域正在逐步替代桩基和重力式基础。目前工程上对筒型基础的设计还没有现成的规范可供使用,一般是将筒内部土体与筒壁视为一体,然后采用简化的极限平衡方法进行设计计算,不能反映筒内土体的工作特性。以福建近海某风电基础工程为依托,采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机单筒基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的受力特点,考虑基础隔舱的作用效果,建立了筒型基础的简化模型与有无隔舱的计算模型。计算结果表明：筒型基础在受荷过程中,基础内部土体产生屈服变形,使得筒型基础的承载特性不同于简化极限平衡方法。两者之间的差异使得实际的地基承载能力比极限平衡方法计算所得的要小。此外,对现行简化计算方法的误差进行了估计,并对筒型基础承载力计算提出建议,可供筒型基础设计者参考。     

砂土地基中海上风机吸力桶基础水平承载特性试验研究

砂性土地基中海上风机吸力桶基础水平承载特性对海上风机稳定性至关重要。本文通过室内模型试验,对不同荷载循环比作用下砂性土地基吸力桶基础水平承载特性进行了研究。试验表明:当循环荷载比ζ_b=0.33时,吸力桶基础累积变形在循环过程中变化不大; 当循环荷载比ζ_b=1.0时,吸力桶基础累积变形随循环次数增加一直增大并且有继续增大的趋势,循环结束后,ζ_b=0.33及ζ_b=1.0的循环累积变形分别为0.006D、0.149D。在ζ_b=0.33及ζ_b=1.0的水平循环荷载作用下,50次循环结束后累积旋转角度分别为不同循环荷载比作用下第1次循环累积转角的1.43倍和1.76倍,随着循环次数增加,旋转中心的位置逐渐向上移动,最终稳定在砂面以下0.8L处左右。研究结果可为砂性土地基海上风机吸力桶基础的设计与施工提供理论依据。     

陆上风轮机梁板基础受力特性简化分析

提出一种多向荷载同时作用下的刚性桩筏基础简化计算方法,基于Mindlin解,分析桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面、土表面-土表面的相互作用关系。推导多向荷载下桩土体系柔度矩阵,得到刚性桩筏基础的受力和变形的关系,通过与有限元对比证明了文中方法的正确性,在此基础上对耦合荷载作用下的风机基础的受力和变形特性进行分析。研究表明,耦合荷载作用下风机基础将会产生竖向不均匀沉降,并会引起桩顶轴力的的巨大的差异。     

吸力基础抗拔与拔出机理的研究进展

吸力基础具有施工方便、可回收利用及造价低等优点，在海洋平台及海上风电工程中得到了成功应用。吸力基础用于系泊深海浮动式平台时，抗拔承载特性是工程设计的重要因素。海上风电场面临着服役期满后的升级改造问题，需采用更大功率的发电设备，风机叶片直径、塔架高度随之增加，原基础难以满足新的设计要求，从可持续发展角度，塔架基础的拔出、回收等方面正逐渐引起人们的高度重视。本文介绍了吸力基础抗拔、拔出特性方面取得的研究成果，阐述了影响基础抗拔和拔出特性的因素，阐明了吸力基础拔出的力学机制与作用机理。通过文献调研推断:注水拔出吸力基础，砂土会发生渗流破坏，黏土会产生劈裂破坏，会导致基础无法继续上拔，应结合拉力上拔或振动法对基础进行回收。     

局部冲刷对风机支撑系统承载性能的影响

海上风力发电作为一种绿色能源越来越受到重视,单桩基础局部冲刷的研究受到广泛关注。建立了不同冲刷深度的海上风机系统模型,对各模型进行静力、动力分析。结果与前人冲刷模型试验吻合,随着桩基冲刷深度的增大,支撑系统的最大水平位移、最大水平应力和最大弯矩值逐渐增加。冲刷深度为两倍桩径时,最大水平位移、应力及弯矩分别比无冲刷条件下增加了3.61%、12.7%、10.3%。风机系统的自振频率随冲刷深度的增加而降低,高阶频率更易受影响。桩基冲刷对风机系统的动力特性有显著影响,塔顶水平位移时程曲线随冲刷深度不断上移。海上风机设计时必须考虑冲刷对支撑系统承载性能的影响。     

Finite element analysis of deformation of pile groups for Xiangshui offshore wind power station

Xiangshui offshore wind power station is located in shore water near Chengang of Jiangsu province. As the pile groups of the wind turbines have complicated engineering characteristics, their design is one of the technical difficulties of the project. Deformation behaviors of the piles foundation of Xiangshui 2MW wind turbine generator system are computed and analyzed under static loads and cyclic wind loads. The results show that deformations of the foundation are allowable; and the deformations due to static loads are comparatively smaller than that under the containing cyclic wind loads condition. With the depth increasing, the horizontal displacement and its influence range decrease; while the maximal vertical settlement is steady and vertical influence range increases. Deformation characteristics of pile-soil system depend not only on the loads combination of the subject, but also on the soil conditions.     

响水海上风机群桩基础变形特性的有限元分析

江苏省响水海上风电场位于响水县陈港附近海域。由于海上风机群桩基础复杂的工程特性,地基基础设计是该工程的技术难题之一。考虑了静力工况和循环风荷载工况,对响水2 MW风力发电机组群桩基础的变形特性进行了计算和分析。计算结果表明,静力荷载工况下基础变形在允许范围内,考虑循环风荷载时的变形较静力荷载工况的方案略有增大;桩土系统随着深度水平位移和影响范围逐渐减小,竖向最大沉降量基本不变,影响范围有一定扩展;桩土系统的受力变形特性不仅取决于所受到的荷载组合,也取决于地基条件。     

风力发电机组基础设计应用探讨

风力发电机组基础设计是风电厂设计的重点和难点。结合某风力发电机组项目,对风力发电机组设计中的几个问题进行分析,采用有限元计算软件MIDAS模拟计算,分析不同的地质条件,不同的基础刚度对基底反力的影响。     

循环荷载下复合筒型基础地基孔隙水压力变化及液化分析

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下,复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载,并将风浪流荷载合理叠加,采用三维有限元方法分析了风浪流联合作用下复合筒型基础地基动力响应规律。同时对复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化规律及液化范围进行了系统分析,通过分析发现：复合筒型基础附近海床液化深度随着饱和度、渗透系数、波浪周期、水深的增大而增大,随着泊松比的增大而减小。     

Hybrid Foundation System for Offshore Wind Turbine

The demand on green and clean energy is increasing all over the world. This urge us to try to reduce the obstacles in this field. One of the main obstacles is the high cost of offshore foundation system of wind turbines. A novel offshore hybrid foundation system is proposed for large offshore wind turbines to try to reduce the construction cost. This new system consists of circular precast concrete plate connected on site (i.e. offshore) to a steel monopole that is smaller than the usual pile size used. Parametric study for different foundations systems including monopiles had been done. The displacements at different locations of the foundation and the rotation at the pile head were analyzed and evaluated using a 3D nonlinear finite element model under field-like loading conditions considering different foundation configurations. This work paves the way for the development of design guidelines for this novel foundation system in offshore wind turbine applications.     

桩锚支护结构在湖南运达国际广场深基坑工程中的应用

结合湖南运达国际广场深基坑支护工程实例,采用桩锚支护结构解决了施工场地复杂的支护难题,并对桩锚支护结构的设计计算作了详实的分析,经实践证明,效果良好。