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随着经济技术的高速发展,资源短缺和环境问题日益突显,如何高效的利用有限的资源和空间成为人们关注的焦点,对于建筑工程师们,这样的问题同样被他们所思考。现在,建筑高度不断增加,结构设计师对于建筑地基基础提出了更高的要求,桩基础由于其优异的承载性能被建筑业广泛应用。近年来,近海风电产业迅速崛起,由于海上风电场复杂的环境因素使得单桩的建设条件和荷载条件更加复杂,对于桩基础设计的研究重点也从竖向承载力的控制过渡到有效控制桩基础的水平位移,为了有效的抵抗水平推力,采用在桩侧加鳍片的方法,即“鳍桩”。作为海上风电的新型桩基础,其自重轻,构造简单,且桩侧鳍片能够明显提高其水平承载能力,因此鳍桩具有重要的推广和发展的意义。 针对海上风机桩基础的受力特性,有必要对水平荷载作用下大直径薄壁钢管鳍桩结构进行深入而系统的理论分析和数值分析的研究,将为我国近海风电场的基础结构设计提供理论依据和技术储备。为此本文运用大型有限元软件ANSYS对水平荷载作用下鳍桩的承载力特性进行了比较深入的研究。本文主要从几个方面进行研究: (1)基于大型通用有限元软件ANSYS,土体采用服从Drucker-Prager屈服准则的完全弹塑性本构模型,桩体和鳍片用壳单元模拟来代替实体桩,通过建立一个系统的3D有限元模型,对受到水平荷载作用的鳍桩基础进行分析。 (2)文章分析了在极限荷载作用下鳍桩(单桩)的P-Y曲线变化(荷载—桩顶位移曲线),考虑了鳍长,鳍宽,桩长和桩径,以及鳍片位置和加载方向等多组变动参数对于鳍桩水平承载能力的影响。并同时探讨了在不同水平荷载作用下,土体弹性模量,土体泊松比,土体摩擦角,土体粘聚力等影响因素下,鳍桩和裸桩沿着桩身的位移和弯矩分布规律。得出了鳍桩相较于裸桩在抵抗水平承载力方向上有显著提高,并且不同的影响因素对于鳍桩水平荷载能力影响的程度大小不同,其中鳍长对于其影响程度较大。 (3)由于在实际工程中,海上风电基础一般都是以群桩的形式出现的,因此文章还分析了1×2群桩结构体系在水平荷载作用下的受力机理,重点对比了桩长、桩间距以及土体摩擦角对于群桩效率的影响。结果显示:前桩效率均大于后桩效率,且增大鳍桩间距能够有效的提高了群桩的效率,桩长在一定范围内对于群桩效率的提高效果比较明显,但是增大到一定程度以后,提升效果不明显。