海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

冲刷对海上风力机单桩基础水平承载特性的影响

大直径单桩是用于海上风力机的一种典型基础形式.波浪与海流引起的桩基冲刷会削弱桩基的承载能力而危及结构安全.本文建立了模拟桩基与土体相互作用的三维有限元数值模型,并用试验结果对模型进行了验证.基于数值计算结果获得了一系列典型砂土及桩基参数下的桩土相互作用p-y曲线,拟合得到适用于砂土的大直径单桩基础p-y曲线参数化表达式.冲刷所致的桩基埋深变化可导致桩基变形向刚性桩模式转变.数值分析结果表明,刚性桩变形模式下桩基底面和桩基侧壁切向的土阻力对桩基承载力产生重要影响,而目前仅考虑桩土间水平作用力的p-y曲线法所预测的桩基变形偏大.对于距冲刷后泥面同一深度处的土体,p-y曲线的斜率随着局部冲刷深度的增加而逐渐增大,变化规律与基于离心机实验结果一致.随着冲刷坡角的减小,局部冲刷坑周围土体对桩基的约束逐渐弱化,p-y曲线修正方法中参数f的取值也逐渐减小.     

海上风机复合单桩基础水平承载力数值分析

近年来海上风电发展迅速,装机容量不断增大,传统单桩基础受荷负担加重,故以单桩基础和安装在桩体外围的桶型基础(摩擦轮)组合而成的复合桩基础被逐渐采用,以保证风机服役期间的安全稳定。为研究复合桩基础承载性能,通过ABAQUS有限元软件开展复合桩基础水平承载性能的研究,分析其相较于传统单桩基础的承载力优势,并进一步进行优化设计。结果表明:相同受荷情况下,复合桩基础由于摩擦轮的存在,桩身泥面处位移和桩身弯矩均大幅减小,水平承载能力明显优于单桩基础;复合桩基础中摩擦轮直径和高度对其水平承载能力影响较明显,但其厚度对复合桩基础水平承载能力影响有限。可见复合桩基础承载能力明显优于单桩。     

冲刷现象对海上风力机单桩基础水平承载性的影响

结合涠洲海域某风电场项目的工程实例,建立了海上风力机单桩基础的桩土有限元模型,采用p-y曲线法探讨了冲刷坑对单桩水平承载性的影响,分析了不同冲刷深度对支撑结构动力学特性的影响规律.研究结果表明,无冲刷现象时桩身的最大弯矩会出现在海床以下5 m左右;当冲刷深度为1 m时,桩身最大弯矩出现的位置也下降1 m.当冲刷深度小于1.3倍桩径时,基桩整体的位移、弯矩、应力均缓慢上升.当冲刷深度到达2倍桩径时,基桩的固有频率会降低1.8%.     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

海上淤泥区斜拉桥主塔超长桩基础竖向承载特性分析

以浙江228国道旗门港特大斜拉桥工程的主塔桩基础为研究对象,运用有限元软件MIDAS-GTS NX对超长桩基础的承载性能进行了分析,并将荷载-位移曲线实测值与理论值进行了对比,验证了数值模拟的正确性。研究结果表明:桩基础以侧摩阻力承载为主,占桩承载的97%左右,但淤泥区桩侧摩阻力基本不发挥承载作用,仅占侧摩阻力承载的2.08%,超长桩主要依靠较好土层的桩侧摩阻力承载。在相同荷载下,桩径与桩长的增大均会减少桩的沉降量,但桩径的改变对沉降的控制效果更明显。在极限荷载下,不同桩径和桩长的超长桩端阻比均小于5%。     

增设斜支撑的双桩基础水平承载特性试验分析

为研究斜支撑对双桩基础的水平受力性能的影响,建立了普通双桩基础与增设斜支撑双桩基础的室内试验模型,通过施加水平往复荷载,对两种不同桩基础的荷载位移曲线和桩身弯矩分布情况进行比较分析。分析结果表明:在水平承载力方面,增设斜支撑双桩基础略高于普通双桩基础;两桩之间增设斜支撑可使桩身弯矩峰值下移;增设斜支撑对提高双桩基础的抗弯刚度及抑制桩身的弯曲变形都有一定作用。并建议适当增加斜支撑以改善双桩基础的受力性能。     

砂土中斜桩单桩水平承载与变形特性数值分析

为了研究砂土中各方向水平荷载作用下斜桩单桩的变形及承载特性,基于数值模拟探究正、负斜桩在水平荷载作用下桩周土的位移区范围、桩?土接触应力及桩身位移、剪力和弯矩分布,并进一步分析水平斜交荷载作用下斜桩单桩的承载力,给出不同倾斜角度、斜交角度时斜桩水平承载比预测经验公式.研究结果表明:在相同水平荷载作用下,负斜桩的桩周土塑...     

地震荷载下大直径单桩基础承载特性影响因素分析

摘 要 海上风电机单桩基础结构简单、便于安装, 但是在地震环境下, 易出现较大的水平位移, 影响海上风电机的安全运行。为此, 对地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素进行分析, 以Mohr-Coulomb模型为本构模型, 采用ABAQUS构建海上风电大直径单桩有限元模型, 通过人工合成波施加地震荷载, 分析地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素。研究发现, 桩基入土深度增大会显著减小单桩桩顶处水平位移, 增大到一定程度后对大直径单桩水平变形的发展没有显著的影响;随着桩基直径和壁厚的增大, 大直径单桩桩基变形减小, 但是桩基壁厚增加到一定程度后, 其对大直径单桩桩基水平变形的影响不再显著。     

考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析

采用数值方法研究了桩土接触面特性对水平受荷桩受力特性的影响,并通过对工程实例的分析验证了计算方法的有效性.实例分析表明,设置接触面对于正确模拟桩土受力特性有较大影响.计算所得的桩身弯矩和位移曲线表明,水平受荷桩的入土深度有个临界值,桩身过长对提高水平承载力无明显作用.     

单桩基础海上风力机防护装置的船舶碰撞试验与数值对比分析

针对某4MW单桩基础海上风力机,提出了一种新型钢壳-橡胶组合结构的防船舶碰撞装置,分别基于简化缩尺物理模型试验和非线性有限元软件LS-DYNA方法,对船舶碰撞时海上风力机的动力响应特征进行了对比分析,同时,参照相关国际规范,选取了具有代表性的碰撞工况,分别研究了船舶碰撞时无防护装置的海上风力机和船舶碰撞时有防护装置的海上风力机的动力响应特征,结果表明,新型防护装置可以有效地降低作用于风力机主体结构的最大船舶撞击力,它可以利用其外层薄壁钢壳结构的塑性变形来吸收船舶的碰撞能量,从而保护风力机塔架及整体结构的安全.此外,数值模拟结果与物理模型试验结果具有较好的一致性,相关数值模型的有效性也得到了验证.     

管桩群桩水平承载特性数值计算分析

研究管桩群桩在水平荷载作用下的力学响应对于管桩设计计算和推广应用具有重要意义.本文通过数值模拟软件FLAC3D研究了单排三桩形式管桩群桩在水平荷载作用下的承载特性,得到了桩基弯矩和位移随桩基位置和桩距的变化规律.研究表明,(1)单排群桩桩顶弯矩大小为:前桩>中桩>后桩,说明前桩所受土的抗力最大;(2)当桩距为3～9倍桩...     

MICP加固对海上风机单桩基础静力特性的影响

为研究微生物诱发方解石沉淀(MICP)加固技术对大直径单桩静力特性的影响,采用数值模拟方法分析MICP加固浅层土体后单桩基础的承载力、变形模式、内力分布等静力特性,并对不同加固范围、加固形状、加固强度进行敏感性分析。结果表明：使用MICP加固土体可以有效提升单桩承载力(最高达70%);加固不改变单桩变形模式,但桩周土体变形区域范围有所变化;加固可改善单桩内力分布;对于不同加固范围,加固深度超过1倍桩直径后对于提升承载力影响很小;加固半径超过3倍桩直径后对于提高单桩承载力作用较小;对于不同加固形状,承载力由大到小依次是圆柱状、倒锥状、正锥状。加固土体强度增加时,单桩承载力亦随之增加。     

加装约束盘钢管桩水平承载特性数值分析

在传统钢管桩内加装约束盘（单孔、四孔）的单桩基础是一种新型的海上风机单桩钢管基础。为了掌握加装约束盘的桩基础水平承载性能的变化规律,通过自主设计加工的水平加载装置,对传统开口、闭口单桩基础及加装不同约束盘类型的新型单桩基础进行了一系列离心机模型试验,研究了不同桩型在极限状态下的水平承载特性。利用ABAQUS有限元分析软件进行数值建模,研究了新型单桩基础和传统单桩基础在水平荷载作用下的破坏模式,揭示了桩身旋转中心的变化规律。结果表明,加装约束盘的新型单桩基础在刚度和强度方面表现出较好的稳定性;相对传统的单桩基础加装约束盘之后基础的水平极限荷载有显著的提高。     

钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验与数值仿真

通过现场试验以及ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了风化岩地基中全长黏结钢筋抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特征。结果表明:风化岩地基中的抗浮锚杆承载力高,上拔量小,能够满足工程需求。锚杆杆体荷载-位移曲线、剪应力、轴应力分布规律的模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度,说明用ABAQUS软件模拟钢筋抗浮锚杆的承载特性是可行的,具有较强的适用性;同时,还得到了现场试验较难得到的锚固砂浆和周围岩土体的应力分布规律,明确了钢筋抗浮锚杆受荷后的影响范围和锚固体的力学特性,弥补了现场试验的不足。     

刚性短桩基础的水平承载性能研究

文章利用Ansys有限元分析工程的刚性短桩基础,通过有限元分析结果与试验数据对比,分析有限元模拟仿真的可行性;通过控制变量法,改变桩径、桩长、土体粘聚力,在其他参数不变的情况下,分析这些影响因素在水平荷载作用下对刚性短桩性能的影响。结果表明,有限元模拟与试验结果误差不大,而桩径、桩长、土体粘聚力是影响刚性短桩水平承载性能的关键因素。     

钢筋桁架混凝土双向叠合楼板承载性能分析

目的验证预制装配式钢筋桁架混凝土叠合双向板的承载能力,为此类装配式混凝土双向叠合楼板在实际工程中的应用以及有限元分析提供参考.方法采用ABAQUS有限元软件,应用生死单元技术模拟其二次受力过程,对沈阳保障性住房惠民工程中的叠合双向楼板进行受力分析,将叠合楼板在不同约束、不同板厚比影响下的受力情况并与现浇楼板进行比较.结果叠合双向板的受力特征和现浇双向板类似;预制层所占厚度比例越小越有利于整体承载能力的提高,但不应小于预制层承担施工荷载时所需要的最小厚度;施工过程中的二次受力有利于叠合板整体承载能力的提高.结论钢筋桁架双向叠合楼板受力性能良好,且现场施工方便,值得在实际工程中推广应用.     

海上风电机组单桩基础模态及参数敏感性分析

采用里兹向量直接叠加法,在考虑桩-土相互作用的条件下对海上风机单桩基础进行模态分析,得到了单桩基础9阶模态特性,基于精确的基础设计,有效地避开了风机叶片工作时的振动频率以及海浪的波动频率.发现前2阶水平向弯曲振型频率为判断单桩基础共振的主要频率.通过探讨套筒、土体、桩基础等方面的一系列参数对单桩风电机组基础模态的影响规律发现单桩基础自振频率随着套筒壁厚、土层水平向参数、桩体壁厚、桩径的增大而增大,随桩悬臂长度的增大而减小,其中受桩径影响最为显著.单桩基础自振频率随桩体埋深呈现非线性变化,并存在临界深度,超过该深度后频率基本保持不变.桩侧土体的摩阻力大小对水平向弯曲振型没有影响.