密砂地基上海上风机吸力式桶形基础承载力研究

海上风机吸力式桶形基础在服役过程中经常承受高力臂水平荷载.对于密砂地基上海上风机吸力式桶形基础的水平承载特性进行了比较系统的三维有限元分析.通过二次开发,对于有限元软件ABAQUS中的Mohr-Coulomb弹塑性本构模型进行了改进,从而可以考虑砂土中变形模量随平均主应力变化的压力相关性.首先对已有的现场原位试验进行了模拟,数值计算得到的荷载—位移曲线与现场试验结果比较吻合.进而通过变动参数研究,系统的探讨了加载高度、长径比对吸力式桶形基础承载力及其变形破坏机理的影响,结果表明:水平荷载相对桶顶中心的弯矩承载力随加载高度的增加而逐渐增大,但不同加载高度下水平承载力相对桶底中心的力矩大致相等.与黏土地基情况相比,密砂地基中吸力式桶形基础在水平荷载—力矩构成的荷载平面内的破坏包络曲线曲率较小.基于有限元模拟结果,给出了基础失稳时桶壁土压力的简化分布模式,进而发展了密砂地基上直径在10m范围的大直径桶形基础水平承载力的极限平衡计算方法.

循环荷载作用下海上风机桶形基础力学响应数值分析

对于循环荷载作用下黏土地基上桶形基础的力学响应进行了比较系统的三维有限元分析.在分析中,采用组合硬化模型模拟不排水条件下黏土的动态行为.首先对黏土地基上浅基础的离心模型试验进行了有限元模拟,数值计算结果与模型试验比较吻合,从而表明采用组合硬化模型来描述循环荷载条件下黏土的不排水力学响应是可行的.然后探讨了桶土界面接触情况及黏土强度的非均质性对于桶形基础在位移控制加载模式下的力学响应的影响,揭示了不同长径比的桶形基础地基在不同幅值循环荷载下的失稳破坏机制.进而初步分析了3.5MW海上风机桶形基础在风、波浪荷载联合作用下的位移发展规律.计算结果表明,在小幅值循环加载时,反力弯矩与转角之间的关系曲线接近于弹性响应,而在较大幅值循环加载时,其关系曲线形成了明显的滞回圈,且滞回圈的形状与界面接触情况有关;长径比较小的基础设计在承载力方面满足要求,但是其在一定次数循环荷载作用下基础顶面中心的转角已超过允许值.