砂土中海上风电单桩基础水平向承载及累积变形研究

作     者：梁锐 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘润

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0814[工学-土木工程] 

主      题：海上风电 单桩基础 循环荷载 水平向承载力 累积变形 

摘      要：随着海上风电的发展,单桩基础已成为海上风电工程中使用最为广泛的基础形式。海上风电结构在服役期间会承受风、浪、流产生的水平向静、动荷载,地基基础的长期稳定性备受关注。本文针对海上风电受到的静、动荷载特征,采用小比尺模型试验、离心机模型试验以及有限元模拟方法,研究了砂土地基中单桩基础在水平向静荷载和循环荷载下的承载特性以及累积变形规律,具体研究内容如下:(1)开展了密砂中单桩基础的水平向承载离心机模型试验,揭示了不同径长比下单桩基础水平向承载模式的差异,阐明海上大直径单桩基础水平向承载力及桩身弯矩分布规律。(2)基于有限元方法开发了密砂的剪胀模型,与离心机试验结果的对比验证了该模型的可靠性,计算揭示了不同径长比单桩基础在水平向承载作用下的变形模式和承载力发挥规律,并与API规范中计算桩基水平向承载力的P-Y曲线法进行了对比,阐明了P-Y曲线法的适用性。(3)研制了偏心齿轮两点循环加载设备,分别模拟风和波浪的长期循环作用,开展了密砂中单桩基础水平向循环加载小比尺模型试验,揭示了不同循环荷载次数、幅值以及循环对称性对单桩基础水平向承载力及风机自振频率的影响。(4)基于模型试验结果,建立了预测长期循环荷载作用下桩身累积变形的经验公式,提出了判断最不利循环荷载工况的图表法,在有限元分析中开发了刚度衰减模型,揭示了不同桩径、埋深、循环荷载幅值以及土体参数对单桩基础累积变形的影响规律。