海上风电基础结构桩土相互作用研究

【摘要】：海上风能作为绿色可再生能源是现在研究热点之一，受水平荷载的风电基础桩土作用研究也受到广泛关注。海上风电基础结构常受承受风、浪、流等荷载联合作用，其桩基也常受到水平荷载的作用。单桩基础是一种传统的海上风电基础形式。随着近年风机发电功率的增大，单桩基础结构的直径也逐渐增大，对其形式的研究也越来越必要。水平受荷桩的计算方法中p-y曲线法不仅能够反映桩土相互作用的弹塑性发展过程，还可以通过参数选取模拟得到与实际相符的计算结果，是目前广泛使用的计算方法。随着大直径单桩基础的发展，有必要对大直径桩的p-y曲线进行进一步研究。 本文介绍了海上风电桩土相互作用的研究方法及现状，并重点介绍了几种典型的p-y曲线模型。结合某海域实测地质报告数据，主要做了以下工作： （1）整理了某地现场实测p-y曲线，分析桩土参数对实测p-y曲线的影响，并通过合理的标准化参数将p-y曲线归一化处理，选用双曲线模型对归一化实测p-y曲线进行了较好地拟合。 （2）分析了目前对土体极限抗力的研究，选取合理的模型参数。双曲线模型可以用于计算海床土中的水平受荷桩分析，并将桩径和施工方法的影响考虑其中。 （3）采用有限元软件ABAQUS和SACS对比分析了大直径桩算例，验证了双曲线模型在大直径桩应用中的有效性。 （4）采用有限元软件ABAQUS和SACS对于大直径桩计算中规范推荐的p-y曲线法的适用性进行了对比分析，结果表明，规范推荐的p-y曲线用于大直径单桩的桩土作用过于保守。 双曲线模型得到的大直径桩实测p-y曲线形式简单，在保证精度的前提下，计算过程较简化。通过模型参数的选取，可以将桩径和施工效应等因素的影响加以考虑，因此，可广泛适用于海洋工程中水平受载桩的p-y曲线分析，为工程实际提供了有益参考。 【关键词】：海上风电 桩土作用 p-y曲线 ABAQUS SACS
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU476
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景及课题意义10-11
• 1.2 海上风电基础形式11-14
• 1.3 桩土相互作用研究现状14-16
• 1.3.1 理论分析方法14-15
• 1.3.2 试验分析方法15-16
• 1.3.3 有限元分析方法16
• 1.4 本文完成主要工作及创新点16-19
• 2 桩土作用基础理论19-32
• 2.1 水平受荷桩分析方法20-22
• 2.2 几种典型的 p-y 曲线模型22-27
• 2.2.1 粘性土的 p-y 曲线22-27
• 2.2.2 沙土的 p-y 曲线27
• 2.3 规范推荐的 p- y 曲线27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 水平受荷桩实测 p-y 曲线模型分析32-52
• 3.1 引言32-33
• 3.2 研究选用典型场地土条件33-34
• 3.3 场地实测 p-y 曲线分析34-41
• 3.3.1 实测沙土 p-y 曲线影响因素分析34-38
• 3.3.2 实测粘土 p-y 曲线影响因素分析38-41
• 3.4 p-y 曲线归一化分析41-50
• 3.4.1 沙土实测 p-y 曲线归一化分析41-44
• 3.4.2 沙土双曲线模型参数选取44-46
• 3.4.3 粘土实测 p-y 曲线归一化分析46-49
• 3.4.4 粘土双曲线模型参数选取49-50
• 3.4.5 模型适用范围50
• 3.5 本章小结50-52
• 4 数值模拟及算例52-71
• 4.1 有限元分析软件52-58
• 4.1.1 ABAQUS 简述52-53
• 4.1.2 SACS 简述53
• 4.1.3 ABAQUS 土体本构模型及参数选取53-57
• 4.1.4 ABAQUS 桩及桩土界面的处理57
• 4.1.5 初始应力平衡57-58
• 4.2 算例分析58-70
• 4.2.1 小直径桩有限元数值模拟58-60
• 4.2.2 大直径桩有限元数值模拟60-70
• 4.3 本章小结70-71
• 5 总结与展望71-73
• 5.1 全文总结71
• 5.2 研究展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 个人简历77
• 在校攻读硕士期间发表的学术论文和专利77-78

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