海上风电宽浅式筒型基础失效模式及承载力研究

【摘要】：随着新能源的开发利用，海上风电也迅速发展起来，与陆上风电相比，由于海上风电环境、地质条件的复杂性，设计施工费用明显提高，其中用于基础设计施工增加的费用最多。比较近年来应用较为广泛的几种基础，发现筒型基础具有很大的优势，不但适用条件广，而且设计施工简便，节约成本。筒型基础作为海上风电新型基础，还存在一些问题，其中筒基的失效模式及承载力是值得重视的一项问题，一旦基础失稳将导致整个结构的破坏，在我国大部分海域以淤泥质粘土或粉质砂土为主，压缩性很强，在外荷载作用下导致基础变形很大。很多学者对窄深式筒型基础的承载特性进行了不少研究，发现其破坏模式类似于桩或锚，但对用于浅滩地区的宽浅式筒基承载特性研究很少，破坏机制不明确，本文针对这种宽浅式筒型基础的失效模式、承载力及稳定性进行定性分析，主要内容如下： （1）简述国内外海上风电的发展现状、各种基础形式的应用及优缺点，突出筒型基础在目前海上风电发展中的优越性。 （2）从理论、试验及数值计算三方面总结了筒型基础承载特性的研究现状。 （3）假设宽浅式筒型基础在外荷载作用下的失效模式，提出承载力及抗倾覆计算公式，为今后大直径浅埋深筒型基础的设计提供理论依据。 （4）通过大型有限元软件对粉砂性土中的宽浅式筒型基础的失效模式及承载力进行模拟，考虑了筒土间的接触及土的塑性变形，分析了不同径长比下，筒型基础破坏模式及土压力分布规律。并将地基承载力有限元结果与理论解进行比较，验证理论解的合理性。 （5）采用swipe试验加载方式与荷载控制法相结合，较准确的模拟实际情况，得到二维及三维破坏包络面，为宽浅式筒型基础稳定性研究提供理论依据。 【关键词】：海上风电 筒型基础 承载力 失效模式 破坏包络面 有限元
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU476
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 海上风电发展现状8-9
• 1.1.1 国外海上风电发展现状8-9
• 1.1.2 国内海上风电发展现状9
• 1.2 海上风电基础形式9-12
• 1.3 筒型基础的研究及应用12-14
• 1.3.1 国外筒型基础研究及应用12-13
• 1.3.2 国内筒型基础研究及应用13-14
• 1.4 筒型基础承载力研究现状14-17
• 1.4.1 理论方法14-15
• 1.4.2 数值计算方法15-16
• 1.4.3 模型试验方法16-17
• 1.5 本文的主要工作17-19
• 第二章 宽浅式筒型基础失效模式及承载力解析解19-30
• 2.1 宽浅式筒型基础承载方式19-20
• 2.2 宽浅式筒型基础失稳形式20-22
• 2.3 宽浅式筒型基础承载力理论计算方法22-28
• 2.3.1 改进的竖向承载力计算方法22-24
• 2.3.2 抗倾计算理论公式推导及简化方法24-28
• 2.4 复合加载作用下三维破坏包络面计算方法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 筒土相互作用的有限元模型30-38
• 3.1 土的本构模型30-33
• 3.2 ABAQUS求解非线性问题33-34
• 3.3 ABAQUS求解筒土接触问题34-36
• 3.4 ABAQUS在筒土承载特性中的应用36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 宽浅式筒型基础失效模式及承载力模拟研究38-56
• 4.1 有限元模型建立38-39
• 4.2 竖向承载下的承载力及破坏模式39-43
• 4.3 水平荷载下承载力与土压力分布43-45
• 4.4 弯矩作用下的破坏模式及土压力分布规律45-48
• 4.5 复合加载下宽浅式筒型基础承载特性研究48-54
• 4.5.1 H-V荷载空间48-50
• 4.5.2 M-V荷载空间50-52
• 4.5.3 M-H荷载空间52-53
• 4.5.4 M-H-V荷载空间53-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-62
• 发表论文和参加科研情况说明62-63
• 致谢63

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