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.     

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。     

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。     

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。     

桩筒复合风电基础H-M荷载空间的承载力包络线研究

海上风电机组属于高耸结构物,上部结构及叶片塔筒等传递至基础顶面的水平向荷载H及倾覆力矩M是其地基基础主要承受的作用力。桩筒复合基础是一种新型的海上风电基础型式,其组合了单桩与单筒的地基承载优势,建立H-M荷载空间的地基承载力包络线,是评价该种新型基础地基稳定性的重要手段。本文通过数值模拟分析研究了桩筒复合基础在砂性土中H-M加载模式的地基承载力包络线,并开展了室内模型试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究表明新型基础结构在砂性土中H-M荷载空间的地基承载力包络线归一化后在第一象限内具有较好的规律性。在实际工程中,可以根据受力状态与承载力包络线的相对关系,评价桩筒复合型基础的稳定性。     

岩基海床区高桩承台基础沉桩高程偏差对风机基础性能影响分析

针对岩基海床复杂的建设条件,基于福建省某在建海上风电项目现场沉桩资料,通过建立结构计算模型,分析实测沉桩高程偏差以及参数敏感性,研究高桩承台基础沉桩高程偏差对风机基础性能的影响.分析结果表明:桩端高程对摩擦桩基础的桩基承载力和整机频率以及对嵌岩桩基础的桩端裂纹和整机频率有较大影响,而对钢管桩应力、嵌岩桩基础桩基承载力影...     

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。     

基于局部冲刷模型的海上风电单桩水平承载特性研究

复杂的海洋环境下海上风电单桩基础周围会出现局部冲刷现象，因此研究冲刷条件下单桩基础的承载特性具有重要的工程意义。采用现场勘测和数值模拟相结合的研究方法，开展江苏辐射沙洲海域局部冲刷条件下某单桩基础水平承载特性研究，得到以下主要结论：(1)多波束测深系统勘测显示，典型6 MW单桩基础桩周最大冲刷深度达8.6 m；(2)ABAQUS数值分析显示，冲刷坑导致单桩基础水平承载力下降约18.2%；(3)桩身挠度曲线在距离冲刷26.7 m处出现了明显的拐点，导致p-y曲线特征参数发生显著变化。上述研究结果表明，该海域海上风电场冲刷现象严重，会影响单桩基础承载特性。     

复合地基中桩基础的试验与计算理论研究

本文通过模型试验和有限元数值计算，对软土地基中桩基础和碎石桩复合地基中桩基础的作用特性进行了研究，结果表明:用碎石桩复合地基的方法可以有效地改善桩、土、承台体系的共同作用，提高桩基础的整体承载力。并提出了基于极限状态的桩基础加固的计算机设计方法，可应用于工程实践。     

复合地其中桩基础的试验与计算理论研究

本文通过模型试验和有限元数值计算，对软土地其中桩基础和碎石桩复合地其中桩基础的作用特性进行了研究，结果表明：用碎石桩复合地基的方法可以有效地改善桩、土，承台体系的共同作用，提高桩基础的整体承载力。并提出了基于极限状态的桩基础加固的计算机及设计方法，可应用于工程实际。     

载体桩单桩竖向承载力学性能研究进展

载体桩作为一种由混凝土桩身和载体构成的新型桩基础,具有承载力高、造价低等优点,合理确定载体等效尺寸对于载体桩单桩竖向承载力计算具有重要意义。在总结载体桩施工工艺演进及承载机理的基础之上,介绍了载体桩单桩竖向受压承载性能、抗拔承载性能及沉降计算方法的研究现状,分析了目前载体等效计算面积取值、抗拔承载力计算时载体影响区段几何参数确定以及载体桩沉降计算中存在的问题,提出了多角度综合确定载体等效尺寸、强化桩身与载体界面连接、开展动荷载作用下载体桩承载性能测试等方面的研究建议。     

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。     

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。     

嵌岩扩底短桩抗拔承载性能现场试验研究及数值模拟

为研究嵌岩扩底短桩的抗拔承载性能,在现场完成了4根扩底短桩的抗拔静载试验,详细地分析了单桩Q-s曲线,并将现行规范计算的极限抗拔承载力与现场试验结果相比较。在通过PLAXIS 3D软件验证数值模拟结果与现场试验结果吻合的基础上,进一步深入探讨了水平荷载对扩底短桩抗拔承载特性的影响。结果表明:扩底短桩的Q-s曲线呈陡变型,极限状态桩顶上拔位移与桩径之比的平均值为1.94%;现行规范计算结果过于保守,公路规范相比其它规范计算结果与试验结果较为接近;当水平荷载与上拔荷载的比值η分别为10%,20%,30%时,极限抗拔承载力呈线性减小,相比η=0时分别减小8.3%,16.7%,25.0%。研究结果对优化桩基设计有重要的理论意义和工程应用价值。     

考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析

冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素，然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比（L/D）的影响，导致设计偏于保守。针对这一问题，建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型，研究冲刷作用下不同长径比桩基础的侧向承载特性变化规律，提出适用于受局部冲刷小长径比单桩基础的简化梁-弹簧分析模型并进行验证。研究结果表明：小长径比单桩基础的侧向响应对局部冲刷深度较为敏感。随着冲刷深度的增大，基底反力和桩侧垂向摩阻力等土反力分量对桩基水平承载力的贡献也随之增大，仅考虑桩侧土反力的传统API p-y曲线方法难以适用受冲刷单桩基础的计算分析，须考虑基底效应的影响。研究结果可为海上风电基础设计分析提供参考。     

桩基础和上部结构联合作用的一个新计算方法

群桩基础一般通过承台把各根桩的桩顶连接在一起,形成一个整体,共同承受上部结构荷载。运用地基系数法推导出桩基础承台位移和作用于承台上外力的对应关系,并表示为一组特殊的本构方程,把整个桩基础模拟成一个空间梁单元,与上部超静定结构划分的各单元进行总刚组合和有限元计算,较好地解决了桩基础和上部超静定结构联合怍用的计算问题。     

冲刷条件下桩基础水平承载特性非线性分析

水域环境中的桩基础面临水流冲刷的威胁，水流冲刷将会引起基桩周围土体的流失，【目的】为研究冲刷对桩基础水平承载特性的影响，建立冲刷条件下桩基础水平承载特性简化分析方法。【方法】首先构建了桩周土体整体冲刷条件下的p-y曲线模型；然后基于p-y曲线法，采用有限差分法建立了冲刷条件下水平受荷桩非线性简化分析方法，对不同桩径、不同冲刷深度条件下桩基础水平承载特性进行计算分析，并与有限元结果对比验证了简化方法的正确性。【结果】结果显示：随着冲刷深度的增大，水平受荷桩的侧向刚度和水平承载力逐渐降低；相同水平荷载下随着冲刷深度的增加，桩顶水平位移和桩身最大弯矩逐渐增大，并且桩身最大弯矩所处位置逐渐向下移动。【结论】结果表明：水流冲刷引起基桩周围土体的流失将会对基桩水平承载特性产生显著影响，上述简化方法可为冲刷条件下水平受荷桩基的设计提供理论分析工具。     

冲刷作用下单桩水平承载特性试验研究及数值模拟

为了掌握冲刷前后桩基础水平承载性能的变化规律,通过自行设计加工的水平加载装置,进行了一系列不同冲刷深度下的桩基室内模型试验,获得在不同水平荷载作用下桩头水平位移以及沿桩身的应变,掌握冲刷作用对桩基水平承载性能的影响。在此基础上,采用FLAC3D软件模拟单桩在水平荷载作用下的承载性能,并依据模型试验结果修正数值模型相应参数,获得能考虑冲刷作用影响的单桩计算模型。用该计算模型对冲刷角、桩顶固定方式和不同冲刷深度下单桩的水平承载力性状进行分析,得出如下结论:当冲刷深度小于1.5倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较小;而当冲刷深度达到大于2倍桩径,小于8倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较大,下降幅值达到80%;当冲刷深度继续增大,水平极限承载力下降趋于平缓;在一定的冲刷深度下,当冲刷范围变化时,桩基侧向承载力变化不明显;桩头固定有利于减小冲刷对桩基承载力的影响。     

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。