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。     

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。     

海上大直径单桩基础p-y曲线修正

海上风力发电作为一种具有前景的可再生能源,目前的增长十分迅速。超大直径钢管桩是目前海上风机结构的最常用基础型式,API规范建议的p-y曲线法是目前评价钢管桩水平承载能力的主要方法,但其对大直径桩基的适用性有待探讨。本文通过开展系列三轴CU试验标定了等向硬化模型中的各个参数,并通过与实测土体应力-应变曲线的对比验证了建立的等向硬化模型的可靠性。基于该模型采用三维有限元方法分析了黏土中大直径桩基的水平受荷特性,结果发现规范方法低估了大直径刚性桩p-y曲线的初始刚度和土体极限抗力,因此考虑土体强度不均匀性、桩土间粗糙度及桩径效应的影响,对极限土抗力pult和桩体变形参数yc进行了修正,提出了大直径刚性桩修正p-y曲线计算方法。基于现有离心模型试验验证了所提方法的合理性,为海上风机大直径单桩水平承载力计算提供了参考。     

海上风电大直径钢管桩抗拔承载特性试验分析

结合江苏某海上风电大直径钢管桩抗拔静载荷试验,对两根试桩的荷载—位移曲线、位移—时间曲线、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力分布曲线进行了分析,揭示了海上风电大直径钢管桩的抗拔受力特性和荷载传递机理。所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩抗拔设计优化具有指导意义。     

基于ANSYS的近海工程桩基础p-y曲线研究

海上风电机组体积庞大,桩基础需要承受很大的上部结构风压、波浪和自重等荷载的作用,为保证机组正常运行,需要对桩土相互作用进行研究。侧向受荷桩在近海工程中有着十分广泛的应用,p-y曲线法是分析侧向受荷桩桩土非线性相互作用的重要方法。不同土层土体参数各异,粘土和砂土的p-y曲线公式也不相同。采用我国海洋工程常用的API规范法分析土体相关参数,通过p-y曲线分析了混合分层地基的桩土作用相关特性,并且利用ANSYS中的COMBIN39单元实现桩土相互作用仿真计算,绘制出了单元等效应力云图和弯矩分布云图。计算结果表明,在产生相同位移时粘土中的土抗力比砂土要小得多。单桩在风浪等荷载作用下,最大弯矩发生在水面附近;最大位移发生在平台顶部,且最大位移可达0.35 m。研究成果可为近海工程桩基础和平台安全保护提供参考依据。     

基于API规范法的海上风电大直径钢管桩水平承载特性计算

海上大口径钢管桩试桩静载测试成本高、周期长、技术困难度大,且有关测试数据和研究成果也相对缺乏。为此,根据上海杭州湾海域风电项目大口径钢管桩的现场水平方向静载测试结果分析,利用国际API标准建议的p-y曲线方法,并结合有限差分方法,系统研究了钢管桩水平承载特性和桩周土参数的取值,提出针对API规范的桩基水平承载参数取值建议与钢管桩水平承载特性分析。结果表明,地基上部土壤的性质是影响基桩水平承载特点的最主要因素;在各级水平测试荷载作用下,桩体变形和弯矩的计算值,基本为水平试验值的外包络线;而基于API标准中建议的p-y荷载-位移曲线,可用来分析大口径钢管桩的水平承载力特性。     

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。     

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。     

硬化土模型在海上风电大直径桩基础工程中的应用

海上风电单桩基础极限承载能力主要由桩基变形控制,在进行桩基分析和设计时选择合适的土体本构模型非常重要。以室内桩基水平受荷模型试验为基础,通过对比HS模型、MC模型、p-y曲线3种方法计算得到的桩基水平受荷变形特征及其与试验实测结果关系,分析各种方法在大直径桩基工程分析中的适用性。结果表明,在水平极限承载力以内,p-y曲线法和MC模型均会过高地估计土体的水平向抗变形能力,而HS模型计算结果与实测数据更接近,因此,更适合用于大直径单桩基础分析和设计。     

基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。     

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。     

海上风电基础结构大直径钢管桩水平静载荷试验数值仿真

采用数值模拟手段,对海上风电基础结构大直径钢管桩水平静载荷试验进行仿真,其中,仿真试验数值模型中桩土之间设置接触单元对桩土相互作用特性进行模拟。对仿真试验结果的处理与分析表明:桩土之间接触单元的设置更为真实地描述了桩土接触的性状;计算得到的p～y曲线较与一些已有方法的结果相比存在差异。     

桩基承载力的ANSYS有限元分析

利用ANSYS软件建立土体与桩共同作用的数值模型,将有限元应用于桩—土结构进行三维有限元数值计算,得到桩—土结构的应力与变形,分析了桩—土结构的荷载—沉降曲线及荷载的传递规律,对以后桩—土模拟及设计有重要的参考价值。     

水泥砂浆桩复合地基力学性状的数值分析

:基于有限差分数值方法,考虑地基材料的非线性特性,通过模拟复合地基桩土应力比、复合模 量随荷载、桩长、置换率和褥垫层的变化情况,分析了水泥砂浆桩复合地基桩土作用机理、桩土荷载分担 规律及其变形特性。结果表明:桩体置换率增加,桩土应力比逐渐减小,复合模量逐渐增加,置换率超过 ２０％,桩土应力比变化很小,并趋于稳定。置换率超过２５％,置换率对复合模量的影响较小;桩长增加, 桩土应力比增大,复合模量增加,桩长超过１４ｍ,桩土应力比增长缓慢,复合模量亦趋于稳定;桩土应力 比随着褥垫层厚度的增大而减小,随着褥垫层模量的增加而增大,宜设置褥垫层厚度１００ｍｍ～３００ｍｍ, 褥垫层模量３０ＭＰａ～６０ＭＰａ。     

复合地基桩体向垫层刺入量模型试验研究

桩体刺入垫层量的分析研究是复合地基沉降和荷载传递规律的一个重要组成部分,它将进一步完善复合地基沉降理论。然而目前对于桩体刺入量的研究不多。为了解具有垫层复合地基的作用机理、掌握桩土的荷载分担及桩体刺入垫层的规律,进行了不同工况的复合地基模型试验,得到了一系列有益的结论。试验结果对复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持,对其设计起到一定的指导作用。     

水平荷载-扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性数值模拟

利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载 H 和扭矩 T 耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏;斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关;桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。     

考虑土体非线性时大直径端承桩竖向振动研究

为了研究层状地基中大直径桩的竖向振动特性,首先修正了经典土体振动模型,进一步研究了塑性指数及桩周土体应变对土体的动剪切应力、动剪切模量和滞回阻尼比的影响,并在此基础上将桩周土体分成不同区域,求解了考虑非线性情况下土体动阻抗,通过传递矩阵法得到了大直径端承桩在分层土体中的桩-土振动模型,最后给出了桩底动阻抗的影响因素和变化规律。结果表明:考虑土体非线性时,塑性指数、桩周土体应变、桩土相对刚度、桩的长细比对大直径桩动阻抗的影响较大,在工程设计中应重点考虑。