竹根沙海域单桩基础竖向承载力特性数值模拟研究

  目的  江苏省主要风电工程位于岸外辐射沙洲海域,研究该地层大直径单桩承载性能具有重要意义。  方法  基于辐射沙洲钢管桩试桩试验,建立单桩基础FLAC3D数值模型,开展不同直径钢管桩基础承载性能数值模拟研究。  结果  结果表明: FLAC3D数值模拟所得钢管桩桩顶的竖向荷载-位移曲线（Q-s曲线）与实测曲线变化趋势基本一致;随着埋深的增加,泥面以下桩身轴力不断减小,桩侧摩阻力为轴向承载力的主要提供来源,桩端阻力所提供的轴向承载力相对较小;桩径与钢管桩极限竖向承载力符合非性关系,单桩极限竖向承载力随着桩径的增大而增大,当桩径增加2倍,相应的竖向极限荷载增加3倍。  结论  相应结果可对实际工程提供参考。     

近海风力机水平受荷单桩简化p-y曲线研究

开展近海风力机水平受荷单桩的现场试验,实测得到桩顶荷载-位移关系、桩身变形和弯矩,揭示水平荷载作用下桩-土相互作用规律。考虑地基土埋深效应来修正初始地基反力模量,提出适用于砂土和黏土中水平受荷桩承载特性的简化p-y曲线模型,并与实测值和API规范计算值进行对比,最后对极限抗力系数和形状参数进行敏感性分析。结果表明：简化方法计算的桩顶位移和桩身最大弯矩与实测值相对误差分别为15.6%和3.2%,提出的简化方法能提高计算精度;极限抗力系数和形状参数对水平受荷桩内力和变形均较为敏感,以变形控制为设计原则的单桩基础建议取较大值。     

大型海上风力机地震冲击角动力学响应分析

为研究海上风力机在不同地震冲击角下的动力学响应,基于p-y曲线法构建土-构耦合模型,基于DTU 10 MW 单桩式近海风力机建立有限元模型,研究地震冲击角变化对大型海上风力机地震动力学响应的影响。结果表明：0°和90°地震冲击角下风力机结构受载荷响应最剧烈;当地震冲击角为锐角时,塔顶前后向和侧向位移幅值均下降,总应变能集聚现象显著缓解;地震冲击角为15°和30°时风力机等效应力均值相对其他角度有明显下降。因此,主动调整风力机叶轮朝向以调整地震冲击角可能成为风力机受地震冲击后降低损害的有效控制方式。     

水泥土复合单桩水平承载性能模型试验研究

为研究水泥土复合桩水平承载性能,开展水泥土复合桩水平承载性能模型试验,对比分析水泥土加固前后单桩极限承载力、桩身弯矩和桩周土抗力变化规律;考虑桩周土径向非均质性来修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出一种适用于水泥土复合单桩水平承载性能的简化p-y曲线模型,并与试验结果进行对比,验证该简化p-y曲线模型的合理性。结果表明：相比未加固桩,加固桩极限承载力得到明显提高,2种加固宽度下单桩极限承载力分别提高5.34倍和2.68倍;无论加固桩或未加固桩,桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,最大弯矩点位置不同,加固桩最大弯矩点位于泥面附近;水泥土加固有效提高桩身土抗力,进而提高桩基水平承载性能;对比试验结果发现,该文计算值与实测值均吻合较好,验证了该简化计算方法的合理性。     

海上风电单柱复合筒型基础复合加载条件下的承载特性

为研究新型海上风电单柱复合筒型基础在二维复合加载条件下的承载特性,利用有限元模型计算,首先得到模型在一维荷载空间下的极限承载力,随后通过施加不同的竖向荷载,得到在V-H、V-M、V-H-M荷载空间下的承载能力包络图,并分析不同二维荷载工况下的单柱复合筒型基础各位置处的土压力分布情况以及筒体底部等效塑性应变区的变化情况。结果表明：对于单柱复合筒型基础,在一定范围内,竖向荷载（0～0.15倍竖向极限承载力）的存在能够增大结构的水平及弯矩承载力;在V-H与V-M荷载空间中,基础各位置处的土压力变化、土体等效塑性应变变化具有一定的相似性,可互相对映参考;基础所承受的最大土压力位置与基础受力倾倒方向一致;随着竖向荷载的增加,结构达到极限承载力时,基础底部土体等效塑性应变区的范围与深度相应扩大。     

海上临坡宽浅式筒型基础承载特性研究

采用有限元分析方法,分析砂土中海上临坡大直径宽浅式筒型基础在单一荷载作用下极限状态承载特性和土体破坏特征,复合荷载作用下的基础变形和土压力分布情况。研究表明:筒基竖直极限承载力随坡角和临坡距线性变化,当临坡距大于0.2D时,水平极限承载力折减小于15%。当边坡坡角小于30°时,临坡距离对弯矩极限承载力影响不大。复合荷载作用下,埋深4 m以上临坡侧筒基外壁土压力随临坡距的增加而增加,其余侧壁土压力受临坡距变化影响较小。     

海上风电三筒导管架基础复合加载模式下承载特性分析

为了研究海上风电三筒导管架基础在海洋土中的承载性能,文章对其在复合加载模式下的破坏包络线进行了探究,绘制了两种不同长径比三筒导管架基础的三维承载能力包络面,对比了极限工况下两种基础法兰及导管架处的倾斜率。结果表明：一定范围内的竖向荷载提高了基础的水平及弯矩极限承载力;三吸力筒式导管架基础的承载性能要略优于三吸力桩式导管架基础,且两者在不同荷载作用下的承载模式略有不同。总体而言,基础直径较大、筒高较小的三吸力筒导管架基础的承载性能要更强。     

软弱土层对超长摩擦桩承载性状的影响

以苏通大桥主桥索塔地基中的中粗砾砂土和软粘土为地基土,用三维非线性有限元方法研究了软弱土层的埋深、厚度以及软弱下卧层等对超长摩擦桩承载性状的影响.计算结果表明,超长摩擦桩的承载力随桩周软弱土层的埋深、厚度的增大均呈线性减小,随软弱下卧层埋深的增大而增大,桩侧阻力的分布随软弱土层埋深、厚度的变化而变化.     

光伏支架抗拔锚固微型桩作用机理研究

通过原位静载荷试验、数值模型抗拔试验与理论分析开展黄土地区微型桩承载特性、传力机理及破坏模式等方面的研究工作。随着拉拔荷载的增加,桩身轴力向下传递,其数值逐渐减小且表现出不同的递减规律,桩身底部侧摩阻力抵抗拉拔力的作用越来越强;微型桩破坏面下部桩土界面破坏区的上拔力主要由桩身侧摩阻力抵抗,上部一定深度内的上拔力主要有土体剪切抵抗,且上下部破坏性形式的转折点为临界埋置深度;基于上述研究成果提出的理论公式可较准确地预测极限抗拔承载力值。     

基于正交设计的大型海上风电齿轮箱多级螺旋角优选研究

以某5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象,建立以其第一、二、三级齿轮螺旋角（A、B、C）为三自变量因素,以5°、8°、11°、15°为四离散水平的16组正交试验方案,基于Simpack软件完成对应方案的虚拟样机建模及动力学仿真,对各因素各水平下的均载特性、振动特性进行评估,对正交试验结果的有效性进行验证。研究结果表明：行星级的均载特性主要与该级螺旋角有关,同时受螺旋角影响,一般情况下,螺旋角越大,均载特性越好;影响高速输出轴后轴承位置振动的主要因素为第三级齿轮螺旋角,且当C在8°附近时,振动信号较小。研究结果可为大型海上风电机组齿轮螺旋角精细化设计提供理论支撑。     

非对称锯齿结构对叶片气动声学性能的影响

为降低水平轴风力机叶片的气动噪声,受鸮类静音飞行能力的启发,提取鸮类翅膀羽毛的非对称锯齿结构,并重构于风力机叶片尾缘处。采用大涡模拟（LES）和FW-H方程对改型叶片和原型叶片的流场及声场特性分别进行研究。同时通过改变非对称锯齿尾缘的结构参数,以探究不同锯齿夹角、锯齿宽度和锯齿间距对非对称锯齿尾缘的降噪效果的影响。结果显示：非对称锯齿尾缘具有较好的降噪效果,尤其是在低频和中频区域,总声压级最多可降低10 dB。当锯齿夹角分别为30°、40°和50°时,随着锯齿夹角的增加,噪声声压级在多数方位角下呈增加的趋势;锯齿宽度分别为10、12.5和15 mm时,随着锯齿宽度的增加,噪声声压级在多数方位角下明显降低;锯齿间距的改变,对0°方位角下的噪声声压级影响显著。而从涡分布图中可发现,非对称锯齿尾缘未改变叶片表面涡脱落的位置,但会减小涡结构和涡强度,增大涡间距,从而抑制噪声的产生。     

基于斜面辐射组合计算模型的光伏阵列最佳倾角研究

基于2019年3月—2020年2月白银和敦煌光伏电站的实际观测数据,建立4种斜面辐射组合计算模型,在对模型预测精度检验的基础上,分析了电站当地不同倾角倾斜面辐射量的变化特征以及不同时段发电量与倾角大小之间的关系,同时提出3种最佳倾角选取方案并对输出的年总发电量进行对比,结果表明：1）4种组合模型预测效果均较为理想,白银电站4种组合模型各月平均RRMSE均低于8%,敦煌均低于9%。2）斜面总辐射与直接辐射9月之前随倾角增大呈现出递减趋势,大致表现为0°≈15°>30°>45°>60°>90°;9月之后则相反,表现为60°>45°>30°>15°>0°。散射辐射9月之前随倾角增大而减小,之后各倾角散射辐射差距不大,反射辐射始终随倾角增大而增大。各倾角直接辐射占总辐射比例最大,散射辐射次之,反射辐射最小;3）4种模型计算的最佳倾角较为接近,白银和敦煌年最佳倾角约为35°和38°,月最佳倾角变化曲线呈余弦型,白银和敦煌变化范围分别为4°~64°和6°~66°,白银夏、冬半年的最佳倾角分别约为16°和56°,敦煌分别约为19°和58°;4）为得到最大年输出总电量,建议电站选取方案Ⅱ每月调整阵列倾角,年总发电量较方案Ⅰ白银和敦煌可提高约5.3%和5.0%,条件不具备时可按方案Ⅲ每年至少调整2次阵列倾角,年总发电量较方案Ⅰ可增加约4.6%和4.1%。     

水平往复荷载下砂性地基PHC管桩抗震性能分析

为研究水平往复荷载下砂性地基预应力高强混凝土(PHC)管桩的抗震性能,采用有限元软件ABAQUS建立三维PHC管桩-砂土模型进行非线性分析。通过对比有限元分析结果和试验结果,验证了该模型的可靠性。通过在桩顶施加水平往复荷载,利用该有限元模型分析了PHC管桩滞回特性、位移延性、耗能能力和累积损伤,研究了轴压比、入土深度、砂土内摩擦角和孔隙比等因素对PHC管桩抗震性能的影响。计算结果表明,水平往复荷载下PHC管桩和桩周砂土逐渐产生塑性且塑性区逐渐扩大;减小轴压比或砂土孔隙比、增大入土深度或砂土内摩擦角均可改善砂性地基中PHC管桩的位移延性和耗能能力,降低PHC管桩的累积损伤,提高PHC管桩抗震性能;轴压比是影响PHC管桩抗震性能的重要因素。研究成果可为PHC管桩码头抗震设计提供参考。     

基于叶片变形偏航下风力机叶片绕流流场的研究

针对偏航工况下风力机叶片与流场之间的相互作用而产生的变形影响叶片绕流流场问题,基于叶片变形对不同偏航工况下水平轴风力机叶片绕流流场进行双向流固耦合数值计算,分析偏航工况对风力机叶片变形和表面应力的影响,在此基础上研究不同偏航工况对叶片绕流流场的影响.结果表明,不同叶片上的变形和应力呈现不均匀性,且随偏航角增大,不均匀性...     

风力机叶片制造误差对功率和推力影响的量化研究

为量化叶片制造误差对风力机功率和推力的影响,以NREL Phase VI S809风力机叶轮为研究对象,基于区间分析法和修正叶素动量理论,建立风力机不确定气动响应模型,量化弦长扭角制造误差对功率和推力影响的相对波动幅度,采用极差分析法进行敏感性分析,获得不确定影响敏感位置。结果表明,叶片扭角误差对性能影响更为显著;当弦长误差和扭角误差为±0.02c和±0.6°时,功率和推力最大相对波动达到3.26%和8.09%;弦长误差影响敏感位置为叶根,而扭角误差敏感位置为叶尖,可在此部位施加质量参数要求以控制性能偏差。     

输电塔角钢斜插式基础抗倾覆稳定性数值模拟分析

为了解不同深宽比的输电塔角钢斜插式基础在上拔力与水平力组合荷载作用下的位移趋势及土体塑性区扩展的过程,以及深宽比对基础抗倾覆稳定性的影响,采用数值模拟方法进行计算。结果表明,对角钢插入式基础整体倾覆过程进行数值模拟分析时,可将基础周围土体出现部分塑性屈服时作为失稳的临界时刻。上拔力与水平力组合荷载作用下土体塑性区皆出现在基础底板的一角,地基破裂面具有不对称性,可采用置换基础底板角点土体的地基改良方法来提高桩土体系抗倾覆承载力。适当增加基础深宽比,提高基础嵌固程度是提高基础稳定性的有效措施。     

平屋顶槽式聚光器风压分布的概率特性研究

通过风洞实验对平屋顶槽式聚光器的镜面风压进行测量,通过高阶矩与风压时程曲线和概率密度直方图对镜面风压分布的概率特性进行了分析;得到镜面风压分布的高斯判别标准,并给出典型工况下的镜面高斯区域划分。然后通过Sadek-Simiu（SAD）法计算出聚光器的极值风压系数,给出典型工况下的极值风压系数等值线图,并对极值风压系数分布规律和特征进行分析,镜面风压极值最大值出现的主要区域为镜面边缘角落区域,极值风压系数最大值出现的工况为仰角30°风向角45°,其值为6.136。