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.     

海上风机复合式单桩基础载荷传递机理研究

随着海上风电产业的快速发展,对于近海及潮间带海上风能的开发与利用逐渐趋于饱和．海上风力发电机的建造逐渐呈现由近海到远海,由浅水到深水的发展趋势,由此将带来更加严峻的海洋环境荷载．传统使用的单桩基础一般仅适用于浅海区域,其直径随着建造水深的增加迅速增加,由此带来高昂的建造以及施工成本使其无法适用于深海环境．借鉴带有稳定平台的可嵌入式挡土墙的设计理念,提出一种可用于海上风力发电机的新型复合式单桩基础,其一般由单桩和重力盘组成．复合式单桩基础在单桩和重力盘协同承载作用下,承载性能大大提升,具有更为广阔的发展前景．为了充分掌握这种新型基础形式的承载特性,首先开展了一系列离心机试验,研究其在砂土中的水平承载响应．基于离心机试验的高质量验证,利用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型,研究单桩与重力盘之间的连接方式对整体水平承载响应的影响．基于复合式单桩基础与土体之间的相互作用机理,深入研究了单桩与重力盘在不同连接方式下的破坏机理．研究表明,单桩与重力盘摩擦连接时,两者之间的摩擦系数对整体承载性能的影响可以忽略．单桩与重力盘光滑连接时会产生“阻替”现象,即两者之间缺失的摩阻力被支持力所代替．但是,...     

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。     

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。     

海上测风塔单桩基础设计与分析

在归纳了海上测风塔单桩基础的设计要点的基础上,通过结合某海上测风塔基础设计实例与海上测风塔环境等特点进行了分析,提出了海上测风塔单桩基础的设计方法,为类似工程提供参考.     

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.     

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.     

海上风机大直径单桩水平-摇摆耦合振动特性

基于弹性半空间理论,在Abaqus有限元软件中建立海上风机三维大直径薄壁空心桩-土动力相互作用模型,通过荷载控制法研究桩的水平-摇摆耦合振动,分析无量纲频率、单桩长径比、厚径比、桩土弹性模量比值、桩基周围冲刷对单桩动力阻抗的影响,并将所得结果无量纲化,增加其适用性。研究结果表明,无量纲频率对桩基动力特性的影响与其他因素紧密相联;长径比、弹性模量比、厚径比、桩基周围冲刷坑深度对桩基动力特性均存在较大影响;刚度随着长径比的增大而增大,但存在一定的临界桩长,在无量纲频率较低时,阻尼的趋势与刚度类似;当基础周围的冲刷深度达到2倍直径时,基础的刚度将会下降到原来的1/3左右,且阻尼的下降也非常显著。     

单桩基础、地基梁与框架共同作用

针对山区高层建筑常采用一柱一桩,桩端为起伏变化基岩等条件,依现行桩基规范,采用m值法确定桩周地基弹性抗力系数,计算单桩桩顶的柔度、刚度矩阵;采用有限元法建立地基与地基梁总刚度矩阵;按逐步扩大子结构分析方法,分别对单跨地基梁、上部框架结构荷载及刚度的凝聚,求得两者各在桩顶处的边界结点等效荷载、等效刚度矩阵。然后按桩、地梁、框架柱在桩顶处变形协调条件建立整体刚度矩阵。对不同桩基条件下进行具体分析。上述方法还适用于其它上部结构或下部结构。     

海上风力发电桩基础承载性能研究

本文经分析认为地基基础结构是海上风电的关键技术,应加强桩基础支撑结构体系在风、波浪等周期性荷载作用下的承载性状方面的研究。     

采用单桩基础的钢筋砼框架的设计计算方法

计算采用单桩基础的钢筋混凝土框架,沿用柱底固定的假定,在有些情况下误差较大,本文提出了一种更为接近实际情况的图式和计算方法。     

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。     

海上风力机大直径单桩数值模拟对比分析

利用有限元软件ABAQUS数值模拟,从节省材料用量的角度出发,通过增大桩径的同时减小桩身壁厚来保持桩身材料横截面积不变,来考察不同桩径下,桩身的应力应变的变化规律及荷载传递机理.得到分别在水平和竖向荷载作用下,桩径较大的桩虽然桩壁变薄,仍拥有较好的结构安全储备.再考察大直径单桩侧摩阻力随深度的变化规律,发现桩侧摩阻力随着桩径的增大而增大,表明当桩径足够大时,不能忽略桩径变化对桩侧摩阻力的影响.最后通过分析轴力与桩侧摩阻力之间的关系,得出短桩与中长桩具有不同的荷载传递机理.     

循环荷载作用下海上风机单桩基础周围砂土沉降与对流特性

将实际海况中的风、浪、流及叶片转动产生的动力荷载简化为作用在模型桩顶部的水平循环荷载,设计了室内概化二维模型试验,研究海上风机单桩基础周围土体的运动特性。采用PIV和PTV技术对振动单桩及其周围土体运动过程进行测量,获得了不同工况下单桩及其周围土体的沉降与对流运动规律。结果表明:桩顶加载频率和位移幅值与土体变形各特征尺度均基本呈线性关系,加载频率和桩顶位移幅值越大,土体变形特征尺度也越大;准平衡时刻沉降坑深度与对流区深度比值范围为0.24~0.34,沉降坑宽度与对流区宽度比值范围为1.47~2.34;桩周砂土颗粒对流运动由桩土相互作用产生的摩擦剪切应力驱动并持续存在,其运动速度量级为10^-4 cm/s,一般比桩体振动速度低3个量级。     

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。     

往复流作用下潮流能水轮机单桩基础冲刷试验

为研究往复流作用下潮流能水轮机单桩基础局部冲刷演变机制,在水槽中开展物理模型试验,探讨了水流强度对潮流能水轮机单桩基础冲刷过程的影响规律,并与仅单桩工况进行了对比.试验结果表明:往复流作用下,潮流能水轮机单桩基础冲刷过程具有显著的周期性震荡、逐步提高的特点;叶轮的存在加快了基础冲刷过程,增加了最大冲刷深度;最大冲刷深度...     

海上桩基础注水加压拆除法的研究

近年来,全球海上风电发展势头迅猛．单桩基础作为最早应用于海上风电的基础类型,在全球风场中占据主导地位．现有风机的寿命一般约为20年,预计未来10年将迎来大量风机退役,这使得海上桩基础的回收问题变得愈发重要．为更好地解决海上桩基础退役拆除问题,本文通过物理模型实验的方式对注水加压拆除法进行了研究．实验结果显示：大直径桩基础拆除时所需压强更小,更易通过注水加压拆除法进行拆除;桩基础初始倾角对注水加压拆除所需压强影响较小,但初始倾角越大基础越易倾倒;拆除过程中桩基础单位位移引起的舱内压强下降幅度始终相同,不受基础直径、入泥深度以及倾角的影响．根据物理模型实验数据,结合土力学、水力学相关理论,建立了注水加压拆除法全过程理论模型,可大致预测不同桩径、不同入泥深度桩基础的启动舱内压强与舱内压强-位移曲线,并且在此基础上,结合渗流计算,利用有限元模型对水泵在注水回收过程中可产生的最大舱内压强进行了预测,对比最大舱内压强与基础拆除所需的启动舱内压强即可判断此水泵能否用于注水加压拆除．本文所得结论可为海上风电桩基础的退役处理提供参考,有助于保障风场海床资源的可持续利用,具有一定的工程价值．     

高层建筑桩基础施工技术研究

桩基础目前是我国高层建筑的主要基础类型,是整个建筑结构的根基,其施工质量的好坏对于整个建筑结构都是至关重要的。桩基工程又是属于隐蔽工程施工,其技术管理及质量控制尤为关键,因此,应对其进行全过程、全方位的技术管理控制工作,决不能仅仅对施工过程进行质量控制。技术管理质量控制工作在设计、施工及验收阶段都要得到有效贯彻落实,并结合投资、质量、工期及安全等方面进行全面控制。对项目参建有关各方做好全面协调控制管理工作,对工程资料的收集管理要及时、完善、准确、规范,并定期进行分析,对可能出现的各类问题进行纠正。     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.     

浅谈桩基础设计

本文主要对桩基础设计中值得注意的问题进行了探讨。