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我国东南沿海台风频发,海上风机在其服役期内往往经历多次循环重固结阶段.然而当前绝大多数研究仅局限于未经历重固结的单桩循环响应,鲜有研究考虑循环重固结效应对后续单桩响应的影响.为此,针对软黏土中两种桩径的大直径单桩基础开展了一系列不同幅值下的循环重固结离心机试验,旨在揭示并量化循环重固结效应对大直径单桩循环累积位移、桩头刚度等关键设计指标的影响.试验结果表明:同等循环荷载幅值下,经历2轮循环重固结后,单桩基础桩头刚度相比初始刚度最大提高了 1.5倍,这使得单桩累积位移显著减小,最大减幅达63％.因此,若设计过程中不考虑循环重固结效应对单桩后续循环响应的影响,而直接将每场极端台风下单桩的累积位移进行累加,则会严重高估桩头累积位移,使单桩基础设计偏于保守.

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大直径单桩 海上风机 离心机模型试验 循环重固结效应

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局部冲刷是海上风电工程中常见的现象.目前,工程中对于海上风电基础冲刷防护仍以抛石措施为主,然而该措施存在防护效果差、后期维护费用高的缺点.结合如东海上风电工程,对固化土加固海上风电桩基础冲刷坑的抗冲刷过程进行了分析.根据扫测结果对桩基础冲刷坑形态进行总结分类,并针对性地提出了四种防护方案,进而对固化土施工方案和施工工艺进行了总结.采用多波束对固化土防护效果进行了检测,扫测结果显示固化土防护后的桩基础周围基本保持平整状态,未见明显的冲刷现象,说明固化土防护层能够抵抗高速水流的冲刷,可作为传统抛石措施的替代方案.研究可为海上风电基础冲刷防护工程提供参考.

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冲刷防护 海上风电 单桩基础 固化土

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单桩基础是海上风电基础中应用范围较广的基础形式,目前工程中在分析桩土相互作用及单桩位移时常采用API规范推荐的p-y曲线模型进行计算.随着桩土理论的不断发展和进步,现有的API规范推荐的p-y曲线模型在应用于大直径桩的分析和计算时,其结果低估了不同深度处土体的极限土抗力,高估了初始地基反力模量,因而降低了计算结果的准确性.该文针对该问题,分析了现有p-y曲线法中影响极限土抗力和初始地基反力模量的因素;通过建立桩土相互作用的有限元数值模型,对不同桩径和土体深度的计算模型进行分析和数据回归,引入修正系数来考虑大直径桩的尺寸效应,并讨论了不同因素影响指数的变化规律,最终建立了适用于大直径单桩基础的修正p-y曲线模型.最后通过与模型试验和现场试验的结果对比,修正后的模型对极限土抗力和初始地基反力模量的计算更加符合实际情况,从而验证了修正p-y曲线模型的可靠性与合理性.

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尺寸效应 土结相互作用 修正p-y曲线 海上风力机 桩基础

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为实现海上风电机组多导管架结构概念设计,对某型5MW多导管架结构进行模态分析、整机载荷计算与极限工况下的刚强度分析.根据受力特点,建立多导管架结构的多目标拓扑优化模型,通过最小尺寸约束抑制棋盘格现象并设置对称面约束,得到不同权因子下的拓扑优化结果.基于某一加权因子下拓扑优化结果,重新建立新型多导管架有限元模型,并进行载荷重分析.通过极限工况下的静动态分析结果对比可知,优化结构一阶固有频率略有提高,最大变形和应力均大幅降低.上述结果证明了提出的拓扑优化流程在海上风电机组多导管架设计中的可行性和优越性.

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结构优化 最大位移 海上风电机组 多目标优化

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为探究固化土加固对于海上风电大直径单桩基础水平承载特性的影响,以江苏如东H4#海上风电场工程为背景建立了固化土加固海上风电大直径单桩基础的有限元计算模型,研究了固化土加固前后单桩基础的水平承载特性,分析了固化土强度参数对单桩基础水平承载特性的影响.研究结果表明:利用固化土加固单桩基础可显著改善桩基的水平承载特性,桩基的水平承载力可提高147％;桩身位移对于固化土粘聚力的变化较敏感,内摩擦角的变化对于桩身位移的影响则较低.

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单桩基础 海上风电 固化土 承载特性

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海上风机系统长期承受风荷载、波浪等循环荷载作用,这种低频长期荷载作用下的桩—土相互作用,使桩周土体刚度发生变化,导致桩基累积变形增大,从而危及风机系统的运行安全.根据饱和砂土室内循环剪切试验得到刚度衰减规律并嵌入FLAC3D有限差分平台,建立海上风电系统三维桩—土相互作用数值模型.研究结果表明,桩基水平位移累积速率随荷载幅值的增大而增加;在相同无量纲荷载幅值下,随桩径的增大和场地密实度的降低而增加;桩基转动中心随桩径的增大呈现下移趋势,基本不受荷载大小与场地密实度的影响;通过整体数值模型分析发现,从桩基累积变形的长期发展来看,幂函数模型的预测结果更为可靠,两种预测模型的参数随荷载幅值、桩径的增大而增加,随场地土体密实度的增加而减小.

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单桩基础 数值模拟 长期荷载 海上风电 刚度衰减

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受到上部结构自重以及海洋环境荷载的影响,海上风电基础设计时应考虑竖向荷载、水平荷载以及弯矩荷载作用下基础的承载性能.本文通过有限元软件ABAQUS,对比研究了饱和黏土场地中大直径单桩基础、桩?平台复合基础以及桩?筒复合基础在竖向荷载V、水平荷载H、弯矩荷载M作用下的承载性能.研究结果表明两种复合基础较单桩基础呈现出显著的承载性能优势.桩?平台复合基础的竖向承载力、水平承载力以及抗弯承载力随着附加平台直径的增大呈指数型增加;桩?筒复合基础的竖向承载力以及抗弯承载力随着筒结构入土深度的增加先增大然后趋于稳定,桩?筒复合基础的水平承载力与筒直径以及筒入土深度为双参数线性增加关系.V?H以及V?M复合荷载加载条件下,两种复合基础比单桩基础的破坏包络线空间大,两种复合基础的稳定性相对单桩基础有显著提升.在一定承载范围内,附加平台结构或筒型结构可以减小桩的直径或入土深度.

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复合基础 饱和黏土 极限承载力 破坏包络线 海上风电

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我国海上风电建设主要分布在东南沿海,该区域地震荷载作用显著,海上风电属于动力敏感结构,因此,在海上风电结构设计中,对其抗震性能进行评估十分重要,但当前海上风电的抗震性能评估方法不够完善.本文基于建筑结构和地下结构Pushover分析方法,建立了适用于单桩基础海上风机支撑结构的整体Pushover分析方法,开展了海上风电支撑结构抗震性能影响因素分析.研究结果表明,整体Pushover分析方法评估单桩基础海上风电的抗震性能具有一定的可靠性;对于砂土地基,弹性模量与内摩擦角的增大均会导致性能曲线斜率的增大;对于黏土地基,弹性模量与粘聚力的增大均会导致性能曲线斜率的增大;内摩擦角与粘聚力对砂土与黏土地基性能曲线的线性阶段几乎无影响.

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单桩基础是当前海上风电常用的基础形式,常采用API规范推荐的p-y曲线对单桩的水平位移进行分析计算。当单桩基础桩径大于2 m时,API推荐的p-y曲线模型高估了初始地基刚度,引起桩基水平位移计算结果不准确。因此,分析现有p-y曲线法高估初始地基刚度的主要因素;对p-y曲线模型中的关键参数进行修正;根据FLAC3D数值模拟计算结果,引入桩径大小、土体深度对初始地基刚度K的影响,建立修正p-y曲线模型。在此基础上,开展三个案例分析对建立的修正p-y曲线进行验证,与现有的p-y曲线、已有的修正模型对比;结果表明建立的修正p-y曲线模型的计算结果与试验实测值吻合较好,验证了建立的修正模型的合理性。

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单桩基础 土体深度 p-y曲线模型 海上风电 桩径

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海上风电大直径单桩的修正p-y曲线模型

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p-y曲线模型 单桩基础 土体深度 桩径 海上风电

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