桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响

用整体动力有限元方法分析桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟；在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处，用补充约束方程的方法进行节点耦合，使2种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩、土、结构及荷载参数，重点研究了上层软土厚度的变化、软土地质参数的变化及桩间距的变化对桩基地震反应分析的影响。当上层软土的厚度达到一定值时，在土层软硬分界处桩身的内力将达到最大值。当上层土体更为软弱时，在土层软硬分界处桩身的内力会有较大的增加。桩间距适当减小时桩身的峰值内力会减小。     

桩土参数对海上风机基础结构动力特性的影响分析

基于风机基础结构的动力学响应模型,考虑桩土相互作用对海上风机桩基础结构力学特性的影响,进行了主要桩土参数对基础结构动力响应的敏感度分析研究。结果表明,桩土参数对结构动力响应有显著影响,不同参数对于结构动力响应的敏感度不同,不同土壤的同一参数对于结构的动力响应敏感度亦不同。并给出了全粘土、全砂土、半粘土半砂土3种地基模型中参数敏感度大小排序,对海上风机基础结构的设计具有重要指导意义。     

有限层地基中单桩横向地震反应分析方法

通过对分层弹性地基中单桩基础按Winkler(温克尔)地基土模型特性分析,建立合理的力学模型。并通过动力分析给出桩基础横向自振特性及横向动力与地震荷载作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震荷载作用下的动力反应分析提供一种新的解析方法。     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于 Penzien 提出的集中质量法,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串,以弹簧和阻尼器模拟周围土体,建立土-桩-结构动力相互作用的分析模型,给出相互作用参数的确定方法,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应.运用此模型对某180m 混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致,但考虑桩-土-上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长,变形增大,剪力和弯矩相应减小.桩-土-上部结构相互作用增加了结构的柔性,改善了结构的抗震性能.     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于Penzien提出的集中质量法，将上部结构和桩基离散为剪切型质点串，以弹簧和阻尼器模拟周围土体，建立土—桩—结构动力相互作用的分析模型，给出相互作用参数的确定方法，并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性，通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应。运用此模型对某180m混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析，得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致，但考虑桩—土—上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长，变形增大，剪力和弯矩相应减小。桩—土—上部结构相互作用增加了结构的柔性，改善了结构的抗震性能。     

考虑桩-土动力相互作用的钢管混凝土拱桥地震反应分析

以上覆土层为60m的主跨为85m，采用桩承墩基的钢管混凝土拱桥为分析对象，建立三维有限元模型．地基土采用服从Drucker-prager屈服准则的弹塑性模型，并且采用接触对方法模拟土与桩侧面的相互作用，分析了考虑土与结构动力相互作用效应的拱桥地震反应，并与不考虑相互作用的拱桥地震反应作了对比，发现动力相互作用对横桥向反应影响很大．     

考虑桩身钢筋混凝土非线性的单桩水平响应分析

为评估地震条件下建筑和桥梁桩基础水平承载性能,给出了考虑桩身钢筋混凝土非线性的单桩水平响应的计算方法。该方法是基于非线性Winkler地基梁,利用应变楔形体模型计算地基反应模量,桩身钢筋混凝土非线性是通过将桩截面划分成多个纤维单元,并将钢筋纤维单元和混凝土纤维单元赋予不同的非线性应力应变关系来实现的。结果表明:计算出的桩头挠度及挠度分布与实测值吻合较好,且能够反映钢筋混凝土桩抗弯刚度随着水平荷载增大的变化趋势,在钢筋混凝土桩初始加载阶段,桩截面上拉应力和压应力呈对称分布,随着水平荷载的增大,受拉侧混凝土开裂,中性轴向受压侧移动。     

考虑土-桩-结构相互作用的体育馆看台地震响应分析

基于对分层土条件下的土-群桩基础动力阻抗函数的求解,采用常数阻抗法结合子结构方法对体育馆看台进行了考虑土-桩-结构相互作用的地震响应分析.结果表明:由于地震波频谱特性的差别,体育馆看台结构在不同地震波作用下的最大位移、最大加速度等响应有所差别,EL-Centro波与人工波接近,TAR_TARZANA波作用下响应略小;三层看台的地震响应总体上较一层看台响应有明显的放大.     

水平承载桩的有限元分析

用线性插值函数来逼近土对桩的各种约束反力沿桩入土深度的分布,采用有限元方法和p-y 曲线对水平承载桩进行了桩－土共同作用的非线性分析研究,得出一个新的桩－土相互作用的单元计算模型．推导了桩－土相互作用的非线性单元刚度矩阵,并编写了相应的有限元程序．     

土的单屈服面模型及在桩土作用中的应用研究

研究了土的单屈服面模型,其屈服函数为一个光滑的封闭空间曲面,避免了屈服面上出现奇异点,以及多重屈服面模型的跟踪记忆,有限元的数值实现相对简单．当加荷应力点位于屈服面上时,其塑性模量应用连续性条件求得,否则塑性模量由屈服面上应力映射点的塑性模量和插值函数计算得到．联合等效塑性偏应变和体应变构造硬化函数．讨论了模型参数的物理意义及其确定方法．应用该模型分析了桩土相互作用系统,通过对硬黏土和软黏土P—Y曲线的计算发现,该曲线在现场试验的统计曲线之内,单桩和群桩计算结果与试验的拟合也较好．     

海上风机单桩基础疲劳损伤计算方法

为提高海上风机基础疲劳损伤计算的准确性,评价不同计算方法的适用性和影响,以海上风机单桩基础为例进行疲劳评价,建立全时域的动力分析模型和基于功率谱密度函数的频域疲劳损伤计算流程,研究气动阻尼比取值、风与波浪联合作用、应力幅概率分布模型对基础疲劳损伤的影响. 结果表明：基础疲劳损伤受气动阻尼比影响突出,风致疲劳损伤对气动阻尼比的敏感性大于浪致疲劳损伤;由于风与波浪联合作用对基础的疲劳损伤有较大影响,简单叠加风致疲劳损伤和浪致疲劳损伤得到的结果较风与波浪联合作用时偏小;确定合适的应力幅概率分布模型十分必要,频域法中采用Dirlik模型得到的风致疲劳损伤和采用快速傅里叶逆变换（IFFT）的浪致疲劳损伤分别与时域法的结果相近,但叠加的总疲劳损伤小于风与波浪联合作用时的总疲劳损伤.     

导管架基础海上风机动力响应数值分析

针对导管架基础海上风机（OWTs）,开展台风极端循环荷载下整体结构的动力响应数值计算与分析. 在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范的系列桩-土相互作用模型（p-y、t-z、Q-z）、可考虑桩-土界面竖向强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型以及桩-土侧向弹塑性p-y模型. 数值研究结果表明,t-z弹簧对导管架基础海上风机泥面处抗倾覆弯矩的贡献最大;p-y弹簧的贡献可能为负,其主要作用为抵抗水平力;Q-z弹簧的贡献较小,可忽略不计. 考虑t-z弹簧的循环弱化效应会大大增加基础顶点处的转角响应;考虑t-z、p-y弹簧循环弱化耦合作用,导管架基础的平动更为明显,基础顶点处的位移响应明显增大. 在工程设计中须对桩-土循环弱化效应予以充分考虑.     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

海上风电机组谐波适应性远端检测

重点分析长距离电缆对谐波适应性测试的影响,以空载条件为基准提出基于电缆分布参数模型的海上风电机组谐波适应性远端检测方法。在双馈风机并网负载条件下,分别比较不同电缆长度和电容参数对风机谐振特性的影响。提出风机和风电场层面复合滤波的方法通过在风电机组逆变侧设计并配置LCL有源阻尼滤波器抑制高次谐波,并在公共连接点安装新型C型滤波器,为系统提供无功补偿的同时,消除谐振谐波,有效避免谐振。最后利用Simulink仿真,通过配置滤波器前后的谐波对比验证了所提方法的有效性。     

地震波传播方向对风力机动力响应的影响

为了研究风力机遭遇地震时地震波传播方向对动力学响应和机组性能的影响,基于Wolf土-构耦合模型和多体系统动力学理论建立了5 MW风力机的动力学分析模型.通过编制程序实现了风力机地震波、气动载荷与结构弹性变形相互耦合响应的数值仿真.结果表明,正向地震主要影响叶片挥舞方向振动变形和塔基的俯仰力矩,而侧向地震主要影响叶片摆振方向振动变形和塔基的横摇力矩,地震作用下叶根力矩最大值增幅可达66. 67%,塔基力矩最大值增幅可达98. 23%.     

二阶波浪力下6 MW单柱浮式风力机动态响应分析

为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机进行时域耦合运动响应仿真模拟.分别就不同浪向下平台各自由度的运动响应、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对平台各自由度运动响应的影!响、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对锚链张力和机舱的影响进行了研究.结果表明:首摇运动随浪向角增大而增大,而波浪入射角对其他各自由度运动影响较小;二阶慢漂力对垂荡运动影响显著,且易激发较大的纵摇运动响应,并诱发较大的锚链张力;采用delta-line的系泊系统能够避免产生过大的首摇响应,且系泊系统的最大张力远在破断张力以下,整个风力机系统在恶劣海况下具有良好的生存能力.     

土与结构相互作用体系演变随机激励响应分析

应用Priestley提出的随机演变谱理论,考虑地震动强度和频率的非平稳特性,根据规范(GBJ50011 2001)场地划分标准以及线性时不变体系对随机激励的传递关系,分析土与结构相互作用体系在非平稳随机地震激励下的响应.调制函数是时间和频率的函数.通过算例分析表明:对于相互作用体系应该考虑地震动强度和频率的非平稳特性.     

湍流风对铰接式海上风力机动力响应的影响

为适应中等水深风电开发的需要,进一步降低成本,在铰接塔平台的设计基础上,设计了一种铰接式海上风力机,研究了其在工作海况和极限海况下湍流风对风力机动力响应的影响.采用叶素动量理论计算气动载荷,势流理论计算波浪载荷,考虑风浪流的联合作用,以及瞬时湿表面变化及铰接接头的摩擦阻尼,编写了风浪流时域耦合动力响应分析程序.使用NPD谱模拟湍流风,从而计算得到了定常风和湍流风作用下铰接式海上风力机的动力响应,分析了湍流风对于风力机运动响应和发电效率的影响. 结果表明,湍流风作用下,风轮加速度和铰接点的垂向拉力变化较小,摆角、风轮推力、发电功率和铰接点水平推力的均值分别减小,但摆角和发电功率的响应变化幅度增加.另外,湍流风本身的低频特性会增大系统的低频响应,使系统产生共振.极限海况下,铰接式基础最大摆角显著增大,但依然满足生存需求.因此,湍流风对铰接式风力机的动力响应影响较大,铰接式海上风力机运动和强度分析时不可忽略湍流风的影响.     

张力腿浮式风机筋腱失效模式下瞬态响应分析

针对风力机-张力腿型支撑平台-筋腱耦合系统,对全耦合动力学仿真软件FAST的系泊载荷计算模块进行二次开发,采用时域分析方法对张力腿浮式风机（FOWT）WindStar TLP system筋腱失效模式下的瞬态响应进行数值仿真分析. 重点研究50 a一遇海况中不同浪向下的浮式风力机支撑平台运动、机舱加速度和筋腱张力等关键参数的瞬态响应. 结果表明：在该工况下支撑平台运动、机舱加速度、筋腱张力的瞬态响应较显著;失效筋腱位于背浪侧时的浮式风力机瞬态响应大于失效筋腱位于迎浪侧时的浮式风力机瞬态响应,当位于背浪侧的失效筋腱与波浪共线时,浮式风力机瞬态响应最大;在极端海况中筋腱失效模式下的筋腱系统安全系数符合美国船级社规范要求,表明该张力腿型浮式风力机具备较好的自存性.     

包含软弱夹层地基上重力坝动力特性和地震响应规律

针对复杂坝基对坝体动力特性及地震响应产生影响的问题,以亭子口水利工程为依托,在考虑地基-结构动力相互作用的前提下,通过不含软弱夹层和包含软弱夹层地基计算结果的对比,探讨了软弱夹层对重力坝动力特性和地震响应规律的影响.计算结果表明:在动力特性方面,软弱夹层的存在使各阶振型自振频率有所降低;在地震响应规律方面,软弱夹层使坝体加速度响应值减小约23%～41%,使坝体顺河向动位移有明显增大,使坝体动应力响应值减小约9%～38%.