单桩竖向抗拔承载力离心模型试验研究

结合某海上风电场桩基工程中的大直径超长钢管桩抗拔承载力研究,利用离心模拟技术,初步推求得出荷载-位移的关系曲线（即Q-S曲线）,并与现场抗拔试验成果得出的Q-S曲线进行了比较,分析两者加载方式和加载速率的不同对Q-S曲线的影响。结果发现,上拔力的加载速率较快,求得的单桩抗拔极限承载力偏高。     

海上风机大直径钢管桩基础水平承载特性试验研究

东海大桥风电场二期工程进行了2根1.7 m直径钢管桩的现场水平试验,实测了桩顶荷载-位移关系、桩身变形和桩身弯矩。现场试验结果表明,API规范p-y曲线法计算偏保守,S?rensen修正的p-y曲线计算结果与实测推算结果吻合较好,建议海上风电基础设计应通过细致的地勘或试验,确定符合实际地质特征的p-y曲线或对规范p-y曲线进行修正。     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p－y 曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为 3 m 以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩( 4～8 m) 结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线; 采用 ABAQUS 建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的 p－y 曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的 p－y 曲线法过于保守,规范推荐的 p－y 曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析; 所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p-y曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为3 m以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩(4～8 m)结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线;采用ABAQUS建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的p-y曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的p-y曲线法过于保守,规范推荐的p-y曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析;所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

加翼桩水平承载力计算方法研究

加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。     

加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真

针对海上风电机组大直径单桩基础水平位移不易控制等问题,提出了一种加装稳定翼的单桩结构型式.通过在近地表(泥面)一定范围内的桩身设置一组翼板,充分利用浅层桩前土的抗力,增强了基桩水平承载性能.借助数值仿真计算结果,采用指数拟合法、四阶多项式拟合法对水平荷载与基桩水平位移关系进行拟合,进而求解单桩水平极限承载力.结果表明,四阶多项式拟合法精度更高;加装稳定翼的单桩水平位移及桩身最大弯矩明显降低,单桩水平极限承载力显著增强,稳定翼安装位置会对基桩水平承载力的提高效果产生影响.该结构形式可推广到其他海上风电基础结构小直径钢管桩的桩型改良中,有利于减小相应的材料成本及施工成本.     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

软黏土中大直径加翼桩p-y曲线探讨

加翼桩作为新型的基础形式,横向荷载作用下的理论体系尚不成熟,大直径加翼桩横向荷载试验难度大、成本高,并且实测桩侧土抗力的精度也难以满足理论分析要求,目前尚无这方面的试验资料。以普遍采用的5 m直径加翼钢管桩为原型,通过有限元数值模拟,研究了桩侧翼板和横向荷载方向对桩身受力变形规律的影响,探讨了海相软黏土地基中大直径加翼桩p-y曲线的计算方法。结果表明:加翼桩位移、土抗力分布与单桩规律相似。同级荷载作用下,加翼桩桩身横向位移远小于单桩,且随横向荷载与前翼板夹角增加而增大;翼板范围内桩侧土抗力远大于单桩,翼板范围外与单桩相近。加翼桩土抗力与横向位移关系与单桩规律相同,受荷载方向影响较小。现行规范中单桩p-y曲线模式能够适用于横向承载加翼桩分析,但需对相应参数进行适当修正。研究成果不仅为深入研究大直径加翼桩的p-y曲线提供了思路,而且可为工程设计提供参考。     

黄土地基中微型抗压与抗拔桩对比试验研究

微型抗拔桩是西北黄土地区光伏电站的一种典型锚固基础,为研究微型桩在抗压与抗拔条件下位移与受力性状的异同,在黄土地基进行了不同尺寸的抗压桩与抗拔桩的单桩竖向静载试验。试验结果表明:相同荷载作用下,抗拔桩的桩顶位移和位移增长速率均大于抗压桩,考虑桩顶上拔量得出的极限承载力低于按规范进行试验得出的结果,因此,在确定抗拔桩的极限承载力时应考虑桩顶上拔量;两种试桩桩身轴力随埋深分布曲线相似,即存在一个向下传递的过程;抗拔桩桩身中上部侧阻达到极限后会随着荷载的增加出现减小的趋势;抗拔桩桩端侧阻存在弱化现象,抗压桩桩端侧阻则存在强化现象。研究结果对黄土地区光伏电站微型抗拔桩锚固基础的设计与施工具有重要的参考意义。     

海上风电机组高承台群桩基础整体协同作用下极限承载特性分析

高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式。建立了高承台群桩基础数值模型,通过t-z、q-z和p-y曲线模拟桩土相互作用,以承台转角θ与力矩M关系曲线代表基础整体承载状态,采用基桩现场抗拔承载力测试数据对数值模型进行了验证。并基于上海东海大桥海上风电场示范工程风电机组基础结构,对不同加载方式、压拔承载力比值的基础进行了极限承载性能数值模拟,分析了基础的荷载传递、分配和整体协同作用,揭示了群桩中基桩极限承载性能与群桩基础整体极限承载性能的关系,提出了海上风电机组高桩混凝土承台群桩基础承载力控制标准的建议。     

p-y曲线法在海上风电基础桩土作用计算中的适用性研究

p-y曲线能够反映桩土非线性特征,是API,DNV等规范推荐的一类桩-土相互作用分析方法,其计算公式是根据现场试桩数据归纳所得,但多为3 m直径以内的试桩,对于直径4~6 m甚至更大的海上风电单桩基础结构而言,p-y曲线法的适用性值得商榷。然而,直接针对这类大直径单桩进行现场试验来获取p-y曲线并对规范推荐公式进行验证或修正难度较大,为此,采用数值仿真技术,通过有限元模拟,对p-y曲线法的适用性进行了计算和分析。结果表明,规范给出的p-y曲线用于海上风电大直径钢管桩桩-土仿真分析误差较大。     

软土地区抗拔桩承载特性现场试验研究

在工程实践中,抗拔桩基础已经得到广泛应用,但对于抗拔桩工作机理却研究较少。通过现场足尺试验,分析了抗拔桩的承载特性和变形特性,包括抗拔桩桩顶与桩底位移、桩身轴力分布、侧摩阻力分布以及侧摩阻力和桩土相对位移的关系等,试验结果表明:抗拔桩在受到上部荷载作用时,桩顶和桩底同时产生位移;随着上部荷载的增加,桩体下部侧面摩阻力逐次发挥作用,同时由于荷载在向下传递时不断减小,下部桩身所受轴力较小,桩土之间的相对位移也较小,桩侧摩阻力不易全部发挥出来。桩周各土层土的侧摩阻力达到最大所需的相对位移也可以利用桩土相对位移与侧摩阻力的关系曲线推算得出。试验结果对工程设计计算及相关研究提供了一定参考。更多还原     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

振冲系泊桩基础成桩试验研究

目前海上风电以单桩或群桩基础为主,基础依靠深插桩体满足风机结构竖向抗拔承载力要求,随着大功率海上风电机组的投产与安装,如何提高桩基础抗拔承载能力成为制约海上风电大规模发展的瓶颈。本文以改进的振冲器为施工器械,结合预应力锚杆关键技术,综合振冲加固与高压旋喷桩的施工工艺形成了振冲系泊桩成套施工技术,提出了振冲系泊桩新型桩基础;开展了现场成桩试验和现场载荷试验,结果显示:运用该成套技术形成的振冲系泊桩桩身完整性良好且具有较强的抗拔性能;进行了有限元模拟仿真,分析了振冲系泊桩承载机理和破坏模式,通过仿真计算知3.5 m桩长的振冲系泊桩在一般黏土地基中的单桩极限抗拔承载力可达450 kN,是相同桩长的圆柱桩的7.5倍。     

海上风电基础大直径钢管桩轴向承载性能现场试验研究

福建莆田平海湾海域工程地质情况复杂,缺乏可以利用的试桩资料。通过对2组直径1900mm试桩分别进行轴向抗压和抗拔静载荷试验,包括打入式钢管桩和钢管嵌岩桩两种类型,对桩身轴力及桩顶位移进行测试,得到桩周各土层及嵌岩段的抗压侧摩阻力和桩端阻力、抗拔侧摩阻力,并与规范及勘察结果进行对比分析。研究表明:两组桩轴向抗压承载力分别不小于30000kN和24000kN,抗拔承载力推荐值为15400kN和13200kN;两根桩得到的侧摩阻力存在差异,建议在后期进行工程桩设计优化时,摩擦桩侧摩阻力值参考ZK1试桩结果,嵌岩桩参考ZK2试桩结果。     

海上风电桩桶复合基础的竖向承载性能研究

海上风电桩桶复合基础是一种由单桩基础和桶型基础复合而成的新型海上风电基础,为探索其竖向承载性能,建立了三者的有限元模型。通过数值分析研究了基础竖向荷载与位移的关系,基础各部分对荷载的分担情况,不同竖向荷载作用下桩外侧摩阻力、桩外侧土压力、桩身轴力的分布规律,桩桶复合基础在竖向荷载作用下的破坏模式,几何尺寸对桩桶复合基础在竖向承载性能的影响。通过分析,揭示了竖向荷载作用下桩桶复合基础的工作机理,表明桩桶复合基础通过桩体与桶体的复合能够有效提高基础承载性能。     

基于均匀腐蚀模型的开孔单桩承载特性研究

海上风电工程广泛采用大直径开孔钢管单桩作为基础,因此,开展钢管单桩腐蚀程度对其承载特性的研究具有重要的意义。基于均匀腐蚀模型,分析钢管桩腐蚀程度对桩身受力与变形的影响规律,得到以下结论：水平荷载作用下,开孔单桩挠度随腐蚀进程发展曲线分为3个阶段,第1阶段挠度增长较为缓慢,第2阶段桩顶挠度的增速为第一阶段的10倍,第3阶段增速则与第一阶段的持平;轴向荷载作用下,当荷载小于12 000 kN时,腐蚀程度对开孔单桩的竖直承载特性的影响可以忽略不计,但当荷载大于12 000 kN时有显著影响;水平荷载作用下,腐蚀程度对大直径单桩开孔处的应力集中现象影响并不明显,应力集中系数稳定在1.05～1.15之间;当轴向荷载大于2 000 kN时,桩的开孔处出现明显的应力集中现象,应力集中系数约为4.1。以上研究成果可为开孔单桩的防腐设计提供参考。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

基于FLAC^3D 的海上风电大直径钢管桩基础竖向承载力数值模拟研究

为研究不同深度地层的大直径钢管桩基础承载性能,采用FLAC^3D建立大直径钢管桩数值模型,开展数值模拟研究。结果表明:数值模拟所得桩极限承载力为10450 kN,与现场静载试桩试验结果相近,数值模型可靠;桩身轴力随着土层深度的增加而减小,桩的轴向承载力主要由桩侧摩阻力提供,桩底轴力趋近于0;当桩入土深度大于30 m时,桩极限承载力提升较快,说明土层⑥-1可作为良好的持力层。研究成果可为岸外辐射沙洲海域海上风电施工建设提供参考依据。