水平荷载作用下海上风机深插式大圆筒基础承载性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiyuanzhurenzsh
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海上风电具有广阔的发展前景,随着海上风能资源开发向远海深水海域进军,一种用于远海深水区海上风电导管架的深插式大圆筒基础便应运而生。深插式大圆筒基础是一种新型的海上风机基础,其适用于软黏土地基,建设工期短、成本低。然而,该新型风机基础的工作机理尚不明确,缺乏被业界普遍接受的理论体系与计算方法,阻碍着深插式大圆筒基础在工程中的应用。因此,本文采用有限元数值分析法,对水平荷载作用下海上风机深插式大圆筒基础的承载特性进行探讨。主要研究工作如下:(1)建立软黏土中海上风机深插式大圆筒基础的ABAQUS有限元模型,研究水平静载作用下该基础的承载力、筒体周围土压力的分布规律和基础的失稳破坏模式。结果表明:该有限元分析模型是合理的;水平荷载作用下软黏土中深插式大圆筒基础绕泥面与基底之间某一点发生转动而倾覆失稳破坏,出现了筒土脱离现象。(2)通过变动参数法,分析了筒体结构尺寸、土体参数以及筒土接触面之间的摩擦系数对深插式大圆筒基础承载性能的影响。研究发现:随着筒体直径、埋深和土体弹性模量的增大基础的承载力有明显提高,而土体粘聚力、内摩擦角及摩擦系数对基础的承载力影响较小。(3)建立以深插式大圆筒为基础的海上风机整体有限元模型,开展模态分析及波浪作用下风机结构的瞬态动力学分析,研究了风机结构的动力特性。研究表明:该新型风机基础属于柔—刚性基础,能有效避免发生共振破坏,波浪载荷作用下,该风机结构的动力效应明显,因此海上风电机组基础结构设计应包括结构的动力响应分析。(4)建立不同荷载参数、筒体结构尺寸、土体参数及摩擦系数的深插式大圆筒基础有限元模型,在筒顶施加周期变化的正弦荷载,探讨水平循环荷载作用下海上风机深插式大圆筒基础的承载性能。研究表明:适度的竖向荷载可提高该基础的水平循环承载力;该基础的循环承载性能受土体粘聚力、内摩擦角和摩擦系数影响较小,随土体弹性模量、筒体直径及埋深的增加而逐渐提高。
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