海上风电钢管桩水平承载力计算方法研究

  [目的]  p-y曲线法在计算钢管桩水平位移时的桩身受力状态有明显优势。  [方法]  开发了一套新的p-y曲线自动提取程序,根据提取的剪力用三次样条曲线进行拟合,然后一次求导得到p。  [结果]  研究表明:该方法提高计算精度的同时,降低了使用者的经验要求,方便工程推广使用。  [结论]  针对桂山海上风电场项目的大直径单桩基础现场试桩结果进行三维有限元分析,验证了该提取方法在桩土相互作用分析中的可靠性。     

海上风电大直径单桩自沉与溜桩分析

目的 为了能够更加准确、快捷地预测海上大直径单桩的自沉深度,降低施工风险,分别采用了基于设计参数的方法和基于CPT原位测试的方法进行分析计算并根据现场实际施工数据进行初步分析。 方法 通过API推荐的桩基承载原理,利用现场沉桩数据,结合误差分析,将理论计算结果与实际沉桩数据进行比较,修正设计输入参数。 结果 分析结果表明：计算粘土的自沉与溜桩分析过程中,折减强度系数$ {S}_{\mathrm{r}} $的不同,对沉桩预测差异很大;同时,自沉过程与溜桩过程折减强度系数$ {S}_{\mathrm{r}} $的选取不同。 结论 通过对比分析,得到了广东沿海海域粘土强度折减系数$ {S}_{\mathrm{r}} $取值范围,可以为后面海上沉桩作业提供设计参考,此外,研究发现利用CPT数据能够更好地预测自沉和溜桩现象。     

海上风电大直径单桩自沉深度分析

  [目的]  大直径单桩是海上风电最常用的基础形式之一,为了能够更加准确、快捷地预测海上大直径单桩的自沉深度,提前预警可能存在的施工安装风险,分别采用了基于设计参数的方法和基于CPT原位测试的方法进行分析计算并根据现场实际施工数据进行初步反分析。  [方法]  主要分析了基于桩基承载原理结合设计参数的计算方法、DNV推荐工法中的CPT经验公式以及形式更加简单的直接CPT方法。并讨论了计算结果与实际深度之间的关系,分析了计算结果与实际深度差异的原因。  [结果]  分析结果表明:基于设计参数的方法其理论架构更加清晰,但分析结果受参数取值的人为因素影响较大,而基于CPT方法其数据更加客观,但部分关键参数的取值仍然依靠现场经验。  [结论]  因此没有一种方法可以在任何条件下都能够准确预测单桩基础的自沉量,因为地层的水平变化、单桩下沉速度、施工步骤等都会对单桩自沉有影响。为了能够准确评估单桩自沉,保证顺利施工,实际项目中需采用多个方法综合对比,最终确定适合项目的施工方案。     

海上风电超长钢管桩试桩关键技术浅析

  [目的]  在海上风电工程中,为进一步优化桩基设计,同时为大范围沉桩作业提供施工参数资料,必须要进行海上试桩。近年来,随着海上风电机组装机容量不断增大,且海上风电场离岸越来越远,为满足设计承载要求,海上风机基础桩基设计长度不断增加。与普通试桩相比,海上超长钢管桩在试桩过程中存在诸多不同。为保证海上超长钢管桩试桩达到预定目标,  [方法]  作者对海上试桩中的关键技术进行了深入讨论。首先讨论了海上超长钢管桩试桩的试验项目设置,  [结果]  明确了合理的试桩顺序;其次对海上超长钢管桩试桩中基准桩设置、反力装置、沉桩施工、冲刷监测、试桩保护和桩身传感器保护等关键技术进行详细分析,  [结论]  对今后海上超长钢管桩试桩工程有指导意义;最后对海上试桩工程未来的发展进行展望及总结。     

海上大直径单桩基础沉桩施工关键技术研究

[目的]随着我国海上风电开发的迅速发展,近海风电场常采用无过渡段大直径钢管桩结构作为风机基础,该基础形式的应用避免了有过渡段单桩的不利因素,但主要难点在于施工装备要求高、单桩垂直度控制难度大.[方法]文章以采用了大直径单桩基础的广东某海上风电工程项目为例,重点阐述了海上风电大直径无过渡段风机单桩基础沉桩的施工方法和要点...     

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。     

竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度对其承载力特性影响

针对我国大型深水港口工程及跨海大桥工程中大直径钢管桩的承载力特性研究较少的问题,以湛江某集装箱码头中的大直径钢管测试桩A为例,通过对数值计算与现场静载试验数据的对比分析,确定了ABAQUS有限元软件对大直径钢管桩承载力数值模拟的有效性,表明该软件能对大直径钢管桩承载力特性进行定性和定量分析,继而分析了竖向荷载作用下大直径钢管桩尺度（桩径和桩长）对其承载力特性的影响。结果表明,随钢管桩桩径的增大,其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端阻力随之减小,桩端沉降与桩顶沉降之比亦逐渐减小;随桩长的增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力均显著提高,但桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小,因此在设计中应选取合适的桩长并以桩身变形作为控制参数。     

近海风电基础桩土作用3D有限元模拟

针对近海风电桩基础型式,采用接触单元法、表面效应单元法分别构建了桩和土的3D全实体、桩体3D实体有限元模型,以典型海上风电基础桩土作用分析算例,实现了两种模型的有限元计算.计算结果表明,表面效应单元法比接触单元法计算速率高但精度略差,比常规的m法计算精度高,为实际海上风电基础桩土作用的有限元计算分析提供了参考.     

统一硬化本构在海上风电大直径单桩桩-土分析中的应用

[目的]文章旨在推动海上风电基础的优化设计,将理论更加完善,模拟结果更加符合实际的高级岩土本构模型推广至实际工程应用。[方法]首先介绍了一种高级本构模型：UH模型（Unified Hardening model,统一硬化本构模型）的理论框架,随后对其进行了面向实际工程应用需求的修正,最后将修正后的模型应用在大直径单桩桩-土分析中,并对结果进行了宏观和单元层面的分析以验证其有效性与实用性。[结果]经过修正和验证,得到了适用于实际工程问题的UH＿G0模型。该模型将原始UH模型中的参数“初始孔隙比”替换为“超固结比”;并引入Andersen经验公式,将剪切模量与本构参数κ解耦,显著提升了原始UH模型的初始剪切刚度,使得UH模型对变形（刚度）敏感的边值问题具有适用性。[结论]UH模型作为理论框架清晰,参数物理意义明确的高级本构模型具有较好的实际工程应用潜力。研究进行的面向工程设计需求的两项修正是必要的,二者分别提高了UH模型实际应用于边值问题的便捷性和初始刚度计算的准确性。修正后的UH＿G0模型在有限元模拟过程中表现出对实际工程问题良好的有效性与实用性。     

导管架大直径短桩竖向承载力CPTU方法应用分析

目的  目前,我国的海上风电工程中,随着工程开发逐步走向深远海,风电机组最常用的基础结构是桩基础,而最常用的上部结构为导管架结构,两者的结合构成了风电机组的基础支撑体系。在一些深水的浅覆盖层地区,大直径导管架基础的应用需求尤其强烈,而下部桩基础的设计直接决定了方案的可行性及结构的安全性,为验证导管架大直径短桩桩基承载力问题,提出采用孔压静力触探试验（CPTU）的计算方法应用。 方法  通过API规范推荐的CPTU计算方法中的UWA-05方法,进行承载力计算,进一步结合广东某风场高应变实测数据与公式计算结果进行对比分析,并对公式本身端阻差异较大的情况进行了参数拟合。 结果  结果表明：采用CPTU方法计算导管架大直径短桩桩身侧阻时,与实测数据拟合度较好。导管架大直径短桩难以形成有效土塞,在采用CPTU方法计算端阻时,建议仅考虑端部环面积。 结论  由此采用CPTU方法计算导管架大直径短桩承载力是可靠的方法,但在使用时候建议结合试桩数据对比验证,为后续深远海风场利用CPTU进行大直径短桩承载力计算应用提供借鉴。     

海上风电大数据发展研究

  [目的]  海上风电已成为全球可再生能源发展的研究热点,虽然前期取得了显著成绩,但勘测设计、建设管理、运行维护、技术创新、产业融资等方面还不太成熟,技术创新是解决以上问题主要途径。其中,大数据技术已经成为提升海上风电的可靠性和电力质量,降低运维成本的至关重要的一环。  [方法]  基于大数据技术探讨了海上风电大数据的价值与意义。  [结果]  以广东省海上风电大数据中心建设为例,提出了海上风电大数据的总体框架和主要任务。  [结论]  海上风电大数据发展对充分发掘广东省海域风能资源,推动广东省海上风电产业发展,促进能源结构优化转型和节能减排提供了有力支撑。     

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。     

海上风电导管架群桩施工技术的研究应用

  [目的]  由于目前我国海上风电工程尚未推广应用导管架群桩结构形式基础,还没有导管架群桩基础施工的成熟技术,为了填补该项施工技术空白,也为了解决国内首例导管架四桩型式基础在珠海桂山风电项目的桩基定位控制难题和倾斜度控制难题,特对该项工艺技术进行了探索研究。  [方法]  针对珠海桂山海上风电项目的特殊水文、地质和风浪等海况进行了分析,反复推敲国际案例,研究定位测量技术,邀请行业专家论证,最终设计出了一套导管架四桩基础空间位置精确定位、倾斜度精确控制、水下多点对接安装的关键成套技术,并设计了一套桩基施工工装用以辅助群桩施工。  [结果]  该套技术方案功能包括双层导向架着床精确定位调平、下层导向架插桩限位、双层液压千斤顶联动调整钢桩倾斜度和RTK GPS搭配全站仪测控系统实时追踪指引导管架与水下桩基多点对接安装,已成功地应用于广东珠海桂山海上风电示范项目,优化了设计工序,高效率、高质量、高精度地完成了全部导管架四桩基础的施工,为整个风电场项目的快速推进争取了更多的宝贵时间,为项目后续风机安装、海缆敷设和并网发电等工作的快速展开做好了准备。  [结论]  该套技术实现了海上风电导管架群桩型式基础在国内由理论研究转换为工程实践的重大突破,解决了导管架群桩型式基础在海上风电工程的精确成桩技术难题,为后续海上风电场导管架群桩基础技术的推广应用作了技术储备和经验推广。     

10 MW大型单桩式海上风机桩土作用研究

目的  世界范围内已经建成的海上风场大部分位于浅水区域（水深<30 m）,主要以单桩等固定式基础为主。随着风电技术的不断成熟,海上风电逐渐走向机组大型化趋势,而单桩海上风机的基础直径也将随着机组大型化而增加。其所受到的环境载荷和土质条件要求也愈加严苛,对于大直径单桩式海上风机的桩土相互作用的研究成为海上风电技术的关键技术问题之一。方法  拟对浅水水域10 MW大型海上风机,研究不同桩土模型对大型单桩海上风机的动力响应的影响。结果  结果表明,宏单元法考虑了非线性的刚度与塑性,在特征频率附近的功率谱密度总和大,对比其他传统桩土模型时有很大的优势。结论  所做研究对风机的整体安全运行具有深远的理论价值与工程应用前景。     

新型海上风电基础结构空间三维数值模拟研究

  [目的]  为迎对海上风电快速发展的趋势,亟需开发新型海上风电基础结构形式以满足大水深和深厚软基的设计需求。  [方法]  结合某海上风电工程基础设计为算例,以PLAXIS 3D大型有限元软件为平台,对一种新型大直径钢圆筒组合导管架风机基础结构进行空间三维弹塑性数值模型分析研究,采用合理可行的本构类型以及简化形式模拟风机基础的整体稳定性,考虑钢圆筒与土体之间的共同作用,分析风机基础的内力与位移;再用ANSYS软件建实体模型计算极限荷载工况下各构件的应力。  [结果]  研究结果表明:新型组合式风机基础内力和位移均可控,在理论上可适用于软基和深水区海上风电场建设。  [结论]  分析结果对今后新型海上风电基础结构的开发与研究具有一定的参考意义。     

海上风电嵌岩桩水平承载力特性数值模拟研究

[目的]主要对海上风电嵌岩桩的桩基尺寸与竖向荷载等因素对其水平承载特性的影响进行研究.[方法]文章采用有限差分的数值方法,基于一处现场试验建立数值模型并进行参数分析.[结果]结果表明:嵌岩桩基存在一个临界嵌岩长度(长径比),桩基尺寸的改变会影响桩-岩的相对刚度,进而使临界嵌岩长度随之改变,随着桩径的减小,嵌岩桩临界嵌岩...