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考虑波浪作用相位关系的复合筒型基础地基液化研究

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太阳能学报 2017年第4期38卷 1150-1156页

作者：于通顺齐越奚泉中国海洋大学工程学院青岛266100 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 山东高速青岛发展有限公司青岛266061 中国电建昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

复合筒型基础是一种新型的大尺寸海上风电基础。波浪荷载作用下基础挤压周围海床,同时海床表面受到波浪压力,这两种作用均会引起基础周围海床的液化,液化计算中是否考虑波浪荷载与波浪压力的相位关系对计算结果有影响。首先,基于绕射理... 详细信息

复合筒型基础是一种新型的大尺寸海上风电基础。波浪荷载作用下基础挤压周围海床,同时海床表面受到波浪压力,这两种作用均会引起基础周围海床的液化,液化计算中是否考虑波浪荷载与波浪压力的相位关系对计算结果有影响。首先,基于绕射理论,推导出基础周围海床表面波浪压力的解析解,与复合筒型基础波浪荷载的解析解比较,得出波浪荷载与波浪压力相位关系的理论结果;然后,针对1∶60的复合筒型基础模型,在波浪水槽中研究波浪荷载与海床表面不同位置处波浪压力的相位关系,并与理论结果比较,验证理论方法的准确性;最后,在液化计算中考虑波浪荷载与波浪压力相位关系,并与不考虑相位关系的液化计算方法比较。通过计算发现,该文提出的方法能够更加准确地计算基础周围地基的液化深度,为大尺寸海洋建筑物地基安全性的准确评估提供依据。

关键词：复合筒型基础相位关系解析解波浪水槽液化

地震与波浪作用下近海风电结构响应及倒塌模式

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应用基础与工程科学学报 2016年第1期24卷 71-80页

作者：柳国环练继建于通顺天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

极端地震作用下近海风电结构反应的数值模拟涉及几方面问题:塔筒-基础-地基-边界系统有限元模型建立的合理与便利性;地震作用联合波浪力作用;不同地震波对风电结构体系不同作用特点.首先,开发了塔筒-复合筒型基础-地基-透射边界的可视... 详细信息

极端地震作用下近海风电结构反应的数值模拟涉及几方面问题:塔筒-基础-地基-边界系统有限元模型建立的合理与便利性;地震作用联合波浪力作用;不同地震波对风电结构体系不同作用特点.首先,开发了塔筒-复合筒型基础-地基-透射边界的可视化智能建模程序***(Wind Power Structure).然后,计算分析大震和波浪联合作用的风电结构动力响应,研究结构体系的地震反应对波浪力和不同地震波的敏感性;最后,分析超大震作用下风电结构的倒塌破坏模式.结果表明,(1)开发的***程序界面友好方便、快捷、实用可靠;(2)分析并解释了天津波、迁安波和Taft波3种典型地震动及与波浪力共同作用时风机结构振动的频谱特性,强调了波浪力的不容忽视性:与单独输入地震波相比,波浪力能够显著改变结构动力响应功率谱中能量的分布;(3)论述了3种典型地震动作用下风机结构的破坏模式相同点及其区别:超大震作用下风机结构都将脱开地基向上运动,最终回落到地基,但是风机结构脱开地基所需的不同地震波的最小峰值及脱开时刻不同.

关键词：近海风力发电结构地震复合筒型基础波浪力倒塌

透射边界-地基-风电结构地震响应与破坏模式

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岩土力学 2014年第9期35卷 2651-2658页

作者：柳国环练继建于通顺天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 中国海洋大学工程学院青岛266100

近海风力发电结构是由无限域地基、基础及上部结构组成的体系,有限域透射人工边界和地震动输入模式直接影响结构体系的动力响应。首先,建立透射人工边界-地基-基础-塔筒结构和固定边界-地基-基础-塔筒结构的有限元模型;然后,简要澄清了... 详细信息

近海风力发电结构是由无限域地基、基础及上部结构组成的体系,有限域透射人工边界和地震动输入模式直接影响结构体系的动力响应。首先,建立透射人工边界-地基-基础-塔筒结构和固定边界-地基-基础-塔筒结构的有限元模型;然后,简要澄清了透射边界地震动输入之所以采用外力而不采取地震动物理量(加速度、速度和位移)的原因所在;最后,对给出的3种作用模式:(1)固定边界地震动输入,(2)只考虑外源输入波作用,(3)同时考虑外源输入波和内源振动的散射波作用,分别进行计算分析和比较。通过数值计算并结合理论分析,(1)澄清了对透射边界采用外力进行地震激励输入的方法的原因,这种输入方法合理可靠,符合实际情况;(2)在地震波等效荷载的生成中,针对圆形横截面地基提出了一种阻尼力、刚度力的便捷性生成方法,大大减小了工作量;(3)从自身振动特点及阻尼设置角度,解释了地震作用下采用透射边界比采用固定边界时风电结构响应减小的原因;(4)指出了地震作用下透射边界地基模型在结构动力响应与倒塌计算中内源振动反射的不容忽视性。

关键词：近海风力发电结构透射边界散射力破坏模式

循环荷载下复合筒型基础地基孔隙水压力变化及液化分析

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岩土力学 2014年第3期35卷 820-826页

作者：于通顺王海军天津大学水利工程仿真与安全国家重点试验室天津300072

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下,复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载,并将风浪流荷载合理叠加,采用三维有限元方法分析了风... 详细信息

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下,复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载,并将风浪流荷载合理叠加,采用三维有限元方法分析了风浪流联合作用下复合筒型基础地基动力响应规律。同时对复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化规律及液化范围进行了系统分析,通过分析发现:复合筒型基础附近海床液化深度随着饱和度、渗透系数、波浪周期、水深的增大而增大,随着泊松比的增大而减小。

关键词：复合筒型基础动力响应地基孔隙水压力液化

黏弹性人工边界-地基-基础-塔筒风致响应特性分析

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应用基础与工程科学学报 2014年第5期22卷 976-988页

作者：于通顺练继建柳国环董霄峰天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,... 详细信息

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,分析了不同边界条件下风机结构、地基的自振特性,进而对风振反应进行时域计算和频域内的功率谱分析,并考察了不同边界条件下整个结构体系的响应情况.数值与理论分析结果表明:(1)澄清和解释了风振响应谱峰的物理意义;(2)对于顺风向的振动,筒型基础内外地基土的振动情况基本相同;对于竖向振动,相对于筒外土,由于上部结构的压载及筒型基础的"环箍效应"筒内土的振动很小;(3)两种边界条件下塔筒顶端的响应几乎完全一致;采用黏弹性人工边界的地基,地基的振动频率明显减小.此外,还给出了可供工程分析的相关建议.

关键词：黏弹性人工边界风力发电塔筒-基础-地基风荷载响应功率谱

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防淤积型透空式防波堤水动力特性分析

哈尔滨工程大学学报 2023年第8期44卷 1295-1303页

作者：于通顺唐俊辉孟晓宇中国海洋大学工程学院山东青岛266000 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司吉林长春130021

为探究新型防淤积型透空式防波堤的水动力性能,本文基于标准的k-ε紊流模型构建了规则波与透空式防波堤相互作用的数值模型,开展了物理模型试验。本文利用数值模拟方法探究了规则波作用下透空式防波堤的消波性能、荷载特征等水动力特性... 详细信息

为探究新型防淤积型透空式防波堤的水动力性能,本文基于标准的k-ε紊流模型构建了规则波与透空式防波堤相互作用的数值模型,开展了物理模型试验。本文利用数值模拟方法探究了规则波作用下透空式防波堤的消波性能、荷载特征等水动力特性。研究发现:挡板入水深度增大50%,透射系数减小9%~28%;入水深度增大100%,透射系数减小42%~58%。防淤积型透空式防波堤可通过调节上拦沙板的下落高度保证潮位变化过程中的挡浪效果。上拦沙板的无量纲水平波浪力和上托力随波陡的增大而减小,在大波作用下,上拦沙板整体处于挡浪板后时其承受的水平波浪力更大。防淤积型透空式防波堤的特殊结构及其良好的消波效果,决定了其有成为理想的海岸防护结构的巨大潜力。

关键词：透空式防波堤规则波数值模拟消波性能透射系数荷载特征波浪力

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海上风电筒型基础结构与地基动力响应分析研究

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海上风电筒型基础结构与地基动力响应分析研究

作者：于通顺天津大学

学位级别：硕士

风能资源非常丰富,易于获得、转换,而且其开发利用没有污染,具有大规模开发和商业化发展的前景。海上风电结构处于复杂的海洋环境中,受到风、浪、流等荷载的长期作用,甚至受到台风、地震等极端荷载的作用,其运行环境复杂,技术要求高,开... 详细信息

风能资源非常丰富,易于获得、转换,而且其开发利用没有污染,具有大规模开发和商业化发展的前景。海上风电结构处于复杂的海洋环境中,受到风、浪、流等荷载的长期作用,甚至受到台风、地震等极端荷载的作用,其运行环境复杂,技术要求高,开发成本巨大。筒型基础具有对不同地基土普遍适用、稳定性好、施工速度快、可重复利用等优点,可作为我国高效低成本风力发电结构体系的重要组成部分。本文针对海上风电筒型基础结构的工程特点,在国内外有关研究成果的基础上对筒型基础结构和地基在风、浪、流联合作用下和地震荷载作用下的动力响应进行了研究,具体研究内容和结论如下:(1)将海上风机结构所受的荷载进行了总结,并具体模拟了风、浪、流荷载对风机结构和地基的作用。(2)选取已有文献中的实验模型,建立ABAQUS有限元模型,将有限元计算结果与实验结果进行比较,两种结果较吻合,因此证明了所选用数值方法的合理性。(3)建立海上风电塔筒-筒型基础-地基的ABAQUS模型,分析风浪流联合作用下筒型基础结构和地基的变形及应力规律。通过分析发现,在正常荷载工况下,风机塔筒顺风向结构振动较剧烈,最大位移出现在塔筒顶部;风荷载对塔筒顶部位移的变化起控制作用;筒型基础内部预应力钢筋Mises应力、混凝土第一主应力、第三主应力随时间变化不大;筒型基础附近海床的响应不仅受到浪压力的作用,还受到基础扰动的作用,距离基础较远处的海床响应主要受到波压力的作用;筒型基础内部土体的超孔隙水压力幅值从上到下不断增大,从中心向四周不断增大;海床饱和度、渗透系数、泊松比、孔隙比以及波浪周期、水深对地基的动力响应有很大影响。(4)使用有限元软件ABAQUS对地震作用下海上风电筒型基础结构和地基的响应进行分析,并通过抗液化剪力法判断海床的液化范围。通过分析发现,深度为0-11.85m、12.5-15.9m范围内的部分土体发生了液化,筒型基础内外土体液化程度不同。土体液化后,筒型基础不可以继续承载。

关键词：筒型基础地基 ABAQUS 孔隙水压力地震

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复合筒型风电基础单向流局部冲刷试验研究

岩土力学 2015年第4期36卷 1015-1020页

作者：于通顺练继建齐越王鸿振中国海洋大学工程学院山东青岛266100 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 山东高速青岛发展有限公司山东青岛266100

复合筒型基础是一种新型的宽浅式海上风电基础,相对于桩基础等深基础,复合筒型基础周围地基的冲刷破坏对风机结构体系安全性的影响更加明显,因此,研究海流作用下复合筒型基础的冲刷特性很有必要。针对某工程实例,建设了冲刷试验场地,布... 详细信息

复合筒型基础是一种新型的宽浅式海上风电基础,相对于桩基础等深基础,复合筒型基础周围地基的冲刷破坏对风机结构体系安全性的影响更加明显,因此,研究海流作用下复合筒型基础的冲刷特性很有必要。针对某工程实例,建设了冲刷试验场地,布置了典型测点,为复合筒型基础冲刷试验奠定了基础;采用系列比尺模型的方法,分别选取1:20、1:40、1:70三种比尺的模型,对海上风电复合筒型基础样机周围粉砂质海床的冲刷情况进行了试验研究;分析了各组试验冲刷平衡时间、模型周围冲刷坑的范围、最大冲刷深度,并且依据系列比尺模型试验原理计算出了实际工程中的冲刷深度。通过试验研究给出了实际工程复合筒型基础的最大冲刷深度,明确了单向流作用下复合筒型基础周围地基局部冲刷特性,填补了复合筒型基础冲刷试验研究的空白,为复合筒型基础的工程应用提供了指导。

关键词：复合筒型基础单向流局部冲刷试验

水动力质量实效施加方法及地基-筒型基础-塔筒体系的地震敏感性研究

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岩土力学 2016年第3期37卷 767-775页

作者：柳国环练继建王鸿振于通顺天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

针对海上风电结构在有限元计算中水动附加质量的施加问题,提出了一种在ABAQUS软件中简便有效易于实现的方法,可以提高有限元分析的前处理效率;建立有限元模型,分析有、无考虑水动附加质量和不同边界条件对海上风电结构自振特性的影响,... 详细信息

针对海上风电结构在有限元计算中水动附加质量的施加问题,提出了一种在ABAQUS软件中简便有效易于实现的方法,可以提高有限元分析的前处理效率;建立有限元模型,分析有、无考虑水动附加质量和不同边界条件对海上风电结构自振特性的影响,并从力学角度进行分析;利用有限元模拟地震动作用下的海上风电结构塔筒响应,并对水动附加质量和边界条件进行敏感性分析。通过数值计算并结合理论分析表明:提出的水动附加质量施加方法是合理实用的;水动附加质量的施加使得结构固有频率减小,且随着阶数增大,固有频率减小的绝对值增大;边界条件对体系的模态参数影响比水动附加质量更显著,黏弹性透射边界条件下计算得到结构体系的各阶频率较固定边界均有比较明显的减小;黏弹性透射边界模型在地震动作用下的位移响应比固定边界模型大。分析结果对此类海上风电工程具有借鉴意义。

关键词：水动力附加质量地基-筒型基础-塔筒体系黏弹性透射边界模态分析地震荷载位移响应