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海洋循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响研究

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太阳能学报 2021年第3期42卷 142-147页

作者：罗仑博王媛黄景琦王伟北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河海大学力学与材料学院南京100124

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的... 详细信息

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的制备和测试。根据水平极限承载力试验结果和循环荷载参数设计循环加载试验,得到吸力桶基础的累积转角随循环次数的增加而增加,增速随之降低。通过对循环加载后的吸力桶基础开展水平单调加载试验,并与水平极限承载力对比。结果表明:循环荷载作用下桩周土趋于致密化,从而导致砂土地基中吸力桶基础的水平承载力增加;水平承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加而分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,并给出相应的归一化计算公式,为吸力桶基础工程设计提供不同循环荷载作用后的水平承载力计算方法。

关键词：海上风电桩土相互作用循环荷载砂土地基水平承载力

考虑桩周土体的海上风电大直径单桩变径体系1阶频率研究

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太阳能学报 2019年第5期40卷 1433-1440页

作者：姜焱培王伟罗仑博李思琦李庆文北京科技大学土木与资源工程学院

海上风电大直径单桩体系1阶频率对风电结构的设计和使用至关重要。为研究以上问题,以4 MW风力机为例根据场地实测土层参数,分别建立未考虑环境水体和考虑环境水体的3种有限元模型,利用激振法测出以上有限元模型的1阶频率并发现:考虑桩... 详细信息

海上风电大直径单桩体系1阶频率对风电结构的设计和使用至关重要。为研究以上问题,以4 MW风力机为例根据场地实测土层参数,分别建立未考虑环境水体和考虑环境水体的3种有限元模型,利用激振法测出以上有限元模型的1阶频率并发现:考虑桩周土体后体系1阶频率增大,环境水体对体系1阶频率影响较小。针对以上现象提出一种考虑桩周土体的海上风电大直径单桩变径体系1阶频率量化方法。新方法计算结果与有限元方法计算结果对比表明:2种方法计算结果具有一致性,在初步设计时可利用新的量化方法。

关键词：海上风力机有限元分析刚度土-结构相互作用地基反力

海洋岩土环境钢管桩材料表面腐蚀加速模拟实验

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太阳能学报 2021年第11期42卷 321-328页

作者：王伟王媛黄景琦李庆文罗仑博北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河海大学力学与材料学院南京211106

为研究海洋岩土环境中海上风电钢管桩的长期腐蚀规律,通过制作以质量浓度为5%的NaCl溶液为腐蚀介质的饱和砂土地基模型,开展埋置Q235钢片的通电加速腐蚀试验,分析表面腐蚀现象、电化学性能及腐蚀速率(质量损失速率)随时间的变化规律。另... 详细信息

为研究海洋岩土环境中海上风电钢管桩的长期腐蚀规律,通过制作以质量浓度为5%的NaCl溶液为腐蚀介质的饱和砂土地基模型,开展埋置Q235钢片的通电加速腐蚀试验,分析表面腐蚀现象、电化学性能及腐蚀速率(质量损失速率)随时间的变化规律。另外,利用双目激光扫描获取腐蚀表面三维数据,通过克里金插值法对钢片腐蚀表面形貌进行三维重构。通过对腐蚀表面三维数据分析,研究海洋岩土腐蚀环境下Q235钢腐蚀缺陷的发展规律,发现不同腐蚀程度下钢片表面腐蚀深度均服从较显著的正态模型,腐蚀深度均值、标准差随腐蚀时间的发展较符合Weibull分布模型和S形Weibull分布模型。

关键词：海上风电海上结构物钢管电解腐蚀表面形貌

考虑土塞效应的开口管桩沉桩与承载全过程离散元分析

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岩土工程学报 2024年第7期46卷 1471-1480页

作者：李立辰刘卓刘浩吴文兵罗仑博蒋国盛梅国雄中国地质大学(武汉)工程学院岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京101100 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

开口管桩贯入过程中会产生复杂的土塞效应,显著影响管桩的沉桩过程与承载特性。考虑到试验方法成本高、周期长、且难以直观反映土塞与管桩的相互作用特性,基于离散元方法开展砂土地基中静压开口管桩沉桩与承载全过程模拟分析。基于室内... 详细信息

开口管桩贯入过程中会产生复杂的土塞效应,显著影响管桩的沉桩过程与承载特性。考虑到试验方法成本高、周期长、且难以直观反映土塞与管桩的相互作用特性,基于离散元方法开展砂土地基中静压开口管桩沉桩与承载全过程模拟分析。基于室内试验数据对离散元模型参数进行标定,并采用周期性单元复制法生成均质且应力沿深度线性分布的地基模型。基于土体变形特征,揭示管桩中土塞的主动拱与被动拱分布特征。进一步地,结合土塞参数的演化规律,得出土塞增长率(IFR)对土塞状态变化更为敏感,且土塞阻力的发挥趋势与IFR值变化趋势有较高的相似性。基于管桩静载试验模拟,得出静载下开口管桩呈完全闭塞状态,土塞的荷载-位移响应呈弹塑性,并最终建立考虑CPT锥尖阻力、土塞效应、管桩尺寸的静压开口管桩桩端阻力经验计算公式。本文研究成果揭示了土塞的形成演化过程与承载机制,对于考虑土塞效应的开口管桩沉桩阻力预测与承载力计算具有一定参考价值。

关键词：开口管桩土塞效应离散元法桩端阻力

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基于现场试验的钢管桩分层土p-y曲线研究

太阳能学报 2019年第11期40卷 3258-3264页

作者：罗仑博王媛翟恩地胡中波杨昕光李庆文北京科技大学土木工程系北京100083 中国长江三峡集团公司北京100038

基于江苏某海上风电项目2 m直径钢管桩水平单调加载试验,实测获得桩身弯矩、桩身位移随深度变化规律--桩身最大弯矩位于泥面以下3倍桩径深度附近,桩身弯矩与位移零值点随水平荷载增加逐渐下移。基于现场试验推算浅层土反力随位移变化关... 详细信息

基于江苏某海上风电项目2 m直径钢管桩水平单调加载试验,实测获得桩身弯矩、桩身位移随深度变化规律--桩身最大弯矩位于泥面以下3倍桩径深度附近,桩身弯矩与位移零值点随水平荷载增加逐渐下移。基于现场试验推算浅层土反力随位移变化关系,揭示分层土中土反力受土层厚度与地基反力系数的综合影响。综合m法和双曲线法p-y曲线,考虑分层土的地基反力系数、弹簧节点影响范围、深度及桩径等因素对地基土初始刚度的影响,在此基础上该文提出双曲线法,并与m法、API规范法、双曲线法等进行比较。结果表明:m法只考虑了线弹性变形,在计算桩基的水平小变形时与实测结果接近;API规范p-y曲线计算结果偏于保守;双曲线法p-y曲线计算水平位移值偏小,结果偏于危险;该文提出的双曲线法计算结果与实测值吻合良好。

关键词：海上风电机钢管桩桩土相互作用 p-y曲线分层土

非共面V-H-M复合加载模式下海上风电桶形基础破坏包络面特性研究

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太阳能学报 2021年第6期42卷 391-399页

作者：李思琦王媛李庆文黄景琦罗仑博北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河海大学力学与材料学院南京211100

相对于传统共面V-H-M复合加载模式,通过水平荷载H与弯矩荷载M间的夹角Φ_(H-M)考虑非共面V-H-M复合加载,该加载模式更加符合海上风电基础的实际受荷情况。研究表明随着Φ_(H-M)的减小,桶形基础H-M破坏包络线在第一象限显著向内收缩,第... 详细信息

相对于传统共面V-H-M复合加载模式,通过水平荷载H与弯矩荷载M间的夹角Φ_(H-M)考虑非共面V-H-M复合加载,该加载模式更加符合海上风电基础的实际受荷情况。研究表明随着Φ_(H-M)的减小,桶形基础H-M破坏包络线在第一象限显著向内收缩,第二象限逐渐向外扩张,最终呈现出对称性,由Φ_(H-M)产生的对于桶形基础复合承载力的降低不容忽视。基于计算结果,提出用于确定桶形基础共面及非共面V-H-M复合加载模式下破坏包络面的方程,明确了Φ_(H-M)对于基础复合承载力的影响,并通过实例展示了方程及破坏包络面理论的应用。

关键词：海上风电桶形基础承载力复合加载破坏包络面非共面V-H-M

软黏土中桶形基础竖向循环加载超重力离心模型试验研究

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海洋工程 2021年第6期39卷 39-46页

作者：代加林张炜罗仑博朱斌中国长江三峡集团有限公司北京100038 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

桶形基础越来越广泛应用于海洋油气平台、海上风机、输电塔、防波堤等构筑物,研究其循环承载特性对以上构筑物服役安全性具有重要意义。通过在软黏土中开展单桶循环上拔以及小间距群桶循环上拔和循环下压超重力离心模型试验,发现循环上... 详细信息

桶形基础越来越广泛应用于海洋油气平台、海上风机、输电塔、防波堤等构筑物,研究其循环承载特性对以上构筑物服役安全性具有重要意义。通过在软黏土中开展单桶循环上拔以及小间距群桶循环上拔和循环下压超重力离心模型试验,发现循环上拔地基破坏模式为整体破坏,裂隙均呈现圆弧形,循环下压呈现渐进式整体破坏模式,下压过程的挤压作用可明显减小桶周泥面高度,导致其承载力降低。模拟双向受荷工况的循环上拔试验在5次加载后荷载弱化系数开始趋于稳定,远早于单向受荷工况;单向和双向受荷工况循环上拔荷载弱化系数残余稳定值分别为0.31和0.32,循环下压荷载弱化系数最小值为0.35,表明不同加载方式竖向循环荷载作用下,此三者大小均可用软黏土地基灵敏度倒数预估。

关键词：桶形基础离心模型试验循环上拔循环下压荷载弱化系数

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考虑土应变软化和率效应的桶形基础上拔模拟

深圳大学学报（理工版） 2023年第1期40卷 83-91页

作者：代加林张炜罗仑博李洲于光明中国长江三峡集团有限公司北京100038

研究桶形基础上拔承载特性对海上张力腿油气平台和多腿风机等构筑物安全服役性能具有重要意义.基于ABAQUS二次开发,建立考虑软黏土应变软化和率效应的桶形基础上拔数值分析模型,并将上拔数值模拟结果和理论值、试验值进行对比,验证了数... 详细信息

研究桶形基础上拔承载特性对海上张力腿油气平台和多腿风机等构筑物安全服役性能具有重要意义.基于ABAQUS二次开发,建立考虑软黏土应变软化和率效应的桶形基础上拔数值分析模型,并将上拔数值模拟结果和理论值、试验值进行对比,验证了数值模型的有效性.模拟分析发现,软黏土应变软化参数对桶形基础上拔峰值荷载的影响在5%以内,而率效应对上拔荷载影响明显,率效应参数变化引起的上拔峰值荷载差异达40%以上;上拔峰值荷载随桶外壁粗糙度线性增加,桶外壁粗糙度引起的应变软化和率效应变化对上拔荷载影响可以忽略;对于群桶基础,桶间距越小,极限承载力群桶效应越明显,承载力降低最多可达10%,桶间距超过1.5倍桶径后,群桶效应可以忽略.

关键词：岩土工程软黏土桶形基础应变软化率效应上拔荷载群桶效应

基于现场试验的海上风电大直径钢管桩p-y曲线特性分析

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海洋工程 2024年第5期42卷 44-53页

作者：马美玲李立辰吴文兵刘浩罗仑博梅国雄中国地质大学(武汉)工程学院岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

作为美国石油协会(API)推荐的规范方法,p-y曲线法在水平受荷桩的计算分析中得到了广泛应用。随着海上单桩基础尺寸的增大,基于柔性长桩得出的API规范p-y曲线的适用性受到了越来越多的质疑。以中国某海上风电场大直径单桩基础水平静载试... 详细信息

作为美国石油协会(API)推荐的规范方法,p-y曲线法在水平受荷桩的计算分析中得到了广泛应用。随着海上单桩基础尺寸的增大,基于柔性长桩得出的API规范p-y曲线的适用性受到了越来越多的质疑。以中国某海上风电场大直径单桩基础水平静载试验为工程背景,分析了试桩的水平受荷变形特性。基于实测数据,对比了4种较为常见的p-y曲线方法的计算效果。结合三维有限元模拟分析了基础尺寸对p-y曲线形式的影响,并探讨了上述p-y曲线的适用工况。结果表明:API法不适用于大直径桩的分析计算;4种方法中,Sullivan法的预测值与实测值最为吻合。同时根据现场试验与有限元分析的结果提出了修正的p-y曲线计算方法。文中研究成果能为相似海域内大直径单桩水平承载变形特性设计提供一定参考。

关键词：海上风电大直径单桩现场试桩 p-y曲线