圆盘式混合单桩基础的承载特性研究

单桩基础和重力式基础结合的圆盘式混合单桩基础是一种新型海上风电基础,利用ABAQUS有限元软件建立三维实体模型,对真实环境荷载下圆盘式混合单桩基础和单桩基础进行刚度和强度校核;结合圆盘式混合单桩基础的几何特点,对圆盘式混合单桩基础、单桩基础和重力式圆盘基础在水平、竖向、弯矩和水平-弯矩的承载特性进行研究。结果表明:圆盘式混合单桩基础各项参数均满足规范要求,且在刚度和强度方面均表现出较好的稳定性;重力式圆盘的加入明显提高了基础的水平、竖向、弯矩承载力。     

海上风电变径桩基础模态分析

依据江苏某海上风电项目,建立包含土体-变径桩基础-塔筒整体模型,利用附加质量法来模拟海水的影响,并在此基础上进行变径桩基础的模态敏感性分析。计算结果表明,风机基频与叶片3P频率错开度较小,会产生相应共振,且在深水区需考虑海水影响。敏感性分析方面,桩径与壁厚对结构基频为线性正影响,且前者影响更显著;埋深为非线性正影响,且存在一个临界埋深;变径段相对位置与长度对结构基频为负影响,两者影响程度类似,且变径段相对位置对基频的影响会在泥面处发生突变。     

海上风电变径单桩基础动力响应分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立了海上风电变径桩基础数值模型,开展了变径单桩基础非线性动力时程分析,并进行结构尺寸参数敏感性分析。数值分析结果表明:在风浪流荷载作用下,变径单桩基础的位移与应力值在允许范围内;底部桩径对结构整体动力响应影响最为明显,变径段上部长度影响具有一定边际效应,变径段长度影响较小。     

海上风电大直径单桩基础海缆引入施工技术

以江苏某海上风电工程单桩基础引入海缆施工为对象,基于目前国内外常用的桩身外侧设置电缆管引入和桩身开孔引入两种海缆进风机塔筒内部的技术利弊对比分析,对大直径单桩基础引入海缆施工工艺及关键技术进行了研究;并结合本工程海洋环境、地质条件,推荐采用桩身开孔引入海缆的布置方式,对于深水的机位其优点大于缺点。     

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.     

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。     

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。     

海上风电单桩基础载荷影响因素研究

参照IEC61400-3标准,使用GH Bladed软件对福建浅水区域影响单桩基础载荷的因素进行多工况仿真计算分析表明,支撑结构的频率对基础载荷的影响较大,而塔架结构中的壁厚在一定的变化范围内对基础载荷的影响较低;基础极限载荷随极限风速增大而增大,而浅水区域极限海况对基础载荷的影响较小。     

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。     

双向流作用下海上风电单桩基础局部冲刷实验研究

海上风电场风机基础的局部冲刷,是涉及到风机全生命周期安全工作的最重要的因素之一.该文参照上海东海大桥海上风电场的潮流观测资料进行实验设计,利用双向造流系统和冲刷专用水池进行多种比尺的物理模型实验研究.结果 表明:双向流条件下基础周围冲刷坑以单桩为中心向外辐射延伸,冲刷坑深度沿着单桩四周逐渐减小,各个方向的冲刷范围和深度...     

泵站单桩基础水平承载特性数值模拟分析

岸边引水式泵站厂房受较大扬压力作用,同时承受较高的水平向荷载,且偏心距较大,即使增加泵站偏心重量,抗滑稳定安全系数和泵站基底大小应力也难以满足规范要求。而通过解析法研究单桩基础竖向荷载及水平荷载又比较困难,所以采用有限元数值分析,并考虑桩径、桩长、地基土弹性模量等因素的变化,对桩基弯矩与位移的影响进行分析。研究得出:约束桩顶、增加桩径、提高地基土弹性模量,对桩基抵制水平荷载贡献较大;而增加桩长、提高桩基混凝土弹性模量,对桩基抵抗水平荷载效果不明显。通过采用约束桩顶、增加桩径、提高地基土弹性模量等措施,泵站抗滑稳定安全系数及基底应力满足规范要求。     

海上风电大直径单桩附属构件安装及施工测量技术

为保障海上风电大直径单桩基础沉桩及附属构件安装的安全与精确度,经探索提出了：(1)确定沉桩施工的3个工作面及其作业内容;(2)施工船舶与运输船驻位,集成式附属构件挂钩、吊装与脱钩等5项附属构件安装施工技术;(3)稳桩平台位置及其高程、沉桩施工中垂直度、桩顶高程和桩顶法兰盘水平度等5项关键施工测量技术。实践表明,该项技术有效助力了工程顺利竣工。     

海上风电单桩筒组合基础承载性能有限元分析

为研究海上风电单桩筒组合基础的承载性能,以福建漳浦海上风电场项目为例,利用有限元软件ABAQUS建立了桩-筒-土三维模型,分析了不同模型尺寸对基础承载性能的影响,并根据分析结果对组合基础进行优化。结果表明：增加桩体直径、桩体入土深度、筒体直径、筒顶板厚度、分仓板数量均可增强结构的承载性能,但实际工程设计时,需要结合施工及造价条件合理选择尺寸参数;结构优化后的桩-筒组合基础比超大直径单桩基础更经济、可行。研究成果可为海上风电场设计提供参考。     

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。     

海上风电场项目单桩基础设计后评估分析

在收集项目可研、初步设计和施工图设计方案、目标及依据的基础上,结合江苏某地海上风电场示范项目现场运行实际情况,对比分析风电机组单桩基础实际运行与设计方案存在的偏差以及原因,给出设计后评估分析和优化方案.分析结果表明,风机基础设计基本满足相关规范要求,单桩基础的桩径、壁厚以及桩长有一定的优化空间;单桩整机频率满足允许范围...     

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。     

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。     

江苏竹根沙海域海上风机单桩基础防腐技术

海上风机的桩基础处于复杂恶劣的海洋环境,其防腐保护是海上风电工程重要的研究内容。针对江苏竹根沙海域近海复杂施工条件的情况,提出了一套包覆防腐和牺牲阳极的阴极保护系统的桩基础联合防腐蚀方案及施工工艺。其中PTC防腐系统由四层紧密相连的保护层组成,即防蚀膏、防蚀带、衬里和防蚀保护罩。防腐涂层需要对温度、相对湿度和露点进行环境控制,牺牲阳极的阴极保护系统需要考虑保护电位。该套方案有效解决了复杂的单桩基础包覆防腐施工问题。     

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。