海上风机加翼桩基础水平承载性能分析

利用有限元软件分析加翼桩水平承载规律。在此基础上讨论了翼片长度、宽度以及埋深对其水平承载能力的影响;从提高水平承载性能和节约用钢量两个角度共同考虑,改进了翼片效率指标公式,利用该公式优化翼片尺寸;研究了水平荷载加载高度、方向以及竖向荷载对加翼桩水平承载力的影响规律。结果表明:翼片尺寸和埋深是影响加翼桩水平承载性能的关键因素;矩形翼片最优宽度为0.6倍桩径、最优长度为4倍桩径;荷载作用高度增加会降低加翼桩水平承载力;45°方向水平荷载作用下,加翼桩水平极限承载力最小;均质粘土地基中,竖向荷载的存在会影响加翼桩水平承载性能的发挥。

海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究

为改善海上风电大直径钢管桩的水平承载性能,基于ABAQUS有限元软件对单桩改进形式的加翼桩结构进行了系统研究,计算分析了软黏土地基中加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、桩身泥面处倾斜率和极限承载力,研究了加翼桩面积、形状、埋深和刚度等翼板参数对加翼桩水平承载性能的影响规律,根据加翼桩的桩-土作用机理,参考现行规范模式提出适用于软黏土地基大直径钢管桩的P-Y曲线。研究结果表明,加翼桩通过在泥面处设置翼板可降低桩基泥面处倾斜率50%、提高桩基极限承载力60%以上,加翼桩水平承载性能明显优于单桩。

海上风机加翼桩水平受荷简化分析模型研究

海上风机加翼桩是一种在近地表桩体上设置翼片以充分发挥浅层土抗力的新型基础形式,目前工程上尚缺乏对其在水平荷载作用下的变形计算方法。首先对于黏土地基中大直径加翼桩水平承载特性进行了有限元数值分析,得到了加翼桩桩周土体变形模式,进而提出了海上风机加翼桩水平受荷的等效扩大头桩模型。基于该简化分析模型,结合考虑桩径效应的大直径单桩p-y曲线,建立了水平荷载作用下海上风机加翼桩变形计算方法。通过与已有原位试验结果和有限元计算结果的对比,验证了所建议计算方法的合理性。采用所建议计算方法,系统探讨了桩体尺寸、翼片尺寸、桩周土力学参数等对于桩头位移及桩身内力分布规律的影响,并从降低位移角度提出了翼片效率指标,初步建议了达到最优翼片效率的翼片尺寸。

加翼桩水平承载力计算方法研究

加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。

翼板长宽比和夹角对加翼桩水平承载性能影响分析

加翼桩是优化的单桩基础形式,适用以承受水平荷载为主的风电基础。文章基于ABAQUS有限元分析软件构建加翼桩三维数值仿真模型,选择5种长宽比的矩形翼板、4种夹角梯形翼板研究翼板形状对加翼桩桩身位移、弯矩、应力和极限承载力的影响。研究结果表明,矩形翼板长宽比和梯形翼板夹角对加翼桩水平承载性能影响较大,翼板对加翼桩泥面处水平位移的影响远大于桩身最大弯矩的影响,相同翼板面积时扁长形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果明显优于竖长形翼板,倒梯形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果优于正梯形和矩形翼板。

对称布置翼板加翼桩的水平承载性能分析

影响加翼桩水平承载性能的因素众多,其中翼板数量、荷载方向与翼板夹角是主要影响因素。采用ABAQUS有限元计算软件研究了软黏土地基中桩径为5.0 m,对称布置二、三和四翼板的加翼桩在不同荷载作用方向时桩身泥面水平位移、桩身倾斜率、桩身内力、桩身应力和极限承载力等的变化。通过与相同条件单桩的承载特性对比,分析了加翼桩水平承载性能提升幅度,明确了翼板通过同时或交替承担底面端承力、侧面摩擦阻力、水平土抗力和增加桩身抗弯刚度以提高其水平承载性能的机理,拟合了对称布置二、三和四翼板加翼桩水平极限承载力随荷载作用方向变化的计算式,对加翼桩极限承载力控制条件进行了对比分析。

翼板刚度与埋深对加翼桩水平承载性能影响分析

采用ABAQUS构建加翼桩三维数值仿真模型,研究翼板刚度和翼板埋深对加翼桩桩身位移、桩身弯矩、桩身应力以及极限承载力的影响。研究结果表明:翼板刚度对加翼桩泥面处水平位移和桩身弯矩影响不大,对桩身最大应力和桩身与翼板连接处应力影响较大,当翼板刚度明显大于桩身刚度时,极限承载力受翼板与基桩连接处最大应力控制,相对刚度1.0~2.0为合理翼板与桩身刚度比;埋深对加翼桩泥面处水平位移影响较小,对桩身弯矩、应力影响较大,加翼桩水平极限承载力随着翼板埋深Z的增大而先增大后减小,0.2D左右时最大。

软黏土中大直径加翼桩p-y曲线探讨

加翼桩作为新型的基础形式,横向荷载作用下的理论体系尚不成熟,大直径加翼桩横向荷载试验难度大、成本高,并且实测桩侧土抗力的精度也难以满足理论分析要求,目前尚无这方面的试验资料。以普遍采用的5 m直径加翼钢管桩为原型,通过有限元数值模拟,研究了桩侧翼板和横向荷载方向对桩身受力变形规律的影响,探讨了海相软黏土地基中大直径加翼桩p-y曲线的计算方法。结果表明:加翼桩位移、土抗力分布与单桩规律相似。同级荷载作用下,加翼桩桩身横向位移远小于单桩,且随横向荷载与前翼板夹角增加而增大;翼板范围内桩侧土抗力远大于单桩,翼板范围外与单桩相近。加翼桩土抗力与横向位移关系与单桩规律相同,受荷载方向影响较小。现行规范中单桩p-y曲线模式能够适用于横向承载加翼桩分析,但需对相应参数进行适当修正。研究成果不仅为深入研究大直径加翼桩的p-y曲线提供了思路,而且可为工程设计提供参考。

加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响

为分析加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,定量分析软粘土地基中单桩和三种典型加载方向下加翼桩的受力变形特性和极限横向承载力。依据数值分析结果,采用数值逼近方法建立了加载方向影响系数k3的经验公式,以反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,对现有计算方法进行了补充,并对其适用性进行了分析。结果表明,加翼桩横向位移和内力的分布与单桩的规律相似,桩身和翼板连接处易出现应力集中现象,极限横向承载力较单桩的显著提高。加载方向对加翼桩极限横向承载力影响较大,当横向荷载与前翼板夹角增大,极限横向承载力显著降低。经验公式计算精度良好,可较好地反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,可为工程设计提供参考。

海上风机基础大直径加翼单桩常重力模型试验研究

风电机组运行对基础承载力和变形有严格要求,海上风机基础承受风、浪、流等水平荷载作用,水平承载性能是桩基设计中需要重点考虑的问题之一,尤其是对于大直径单桩基础,提高其水平承载性能是重要和必要的。针对一种通过在近地表桩体上设置稳定翼板以充分调动浅层土抗力的海上风机大直径加翼单桩基础展开室内模型试验。试验结果表明,稳定翼的设置能够显著提高浅层土抗力的利用率,桩身位移、转角等控制指标显著降低,单桩水平承载力显著提高,提高的幅度与翼板形状参数及埋深相关。

海上风机基础大直径加翼单桩常重力模型试验数值仿真

海上风机大直径单桩基础承受风、浪、流等水平荷载作用,提高其水平承载性能非常重要.针对一种通过在近地表桩体上设置稳定翼板以充分调动浅层土抗力的海上风机大直径加翼单桩基础,进行了常重力模型试验的数值仿真.数值仿真采用ABAQUS有限元软件结合Mohr-Coulomb模型,按钢管桩不同外径、壁厚、埋入深度,加载高度和加载方向,共进行9组试验.数值仿真结果与模型试验结果进行对比,均得出翼板长度或宽度的增加将引起所调动的浅层桩前土的土抗力范围增加,承载力提高,水平位移降低;翼板埋深增加,所调动的浅层土范围减少,承载力降低;这验证了数值仿真的合理性.进而借助数值仿真结果对桩、土受力特征进行了观察和分析,从数值仿真角度进一步验证了设置稳定翼能够显著提高浅层土抗力,提高单桩水平承载性能.

膨胀土地基加翼管桩水平承载力数值模拟

随着河南省电力输电线路建设规模的发展,必然会有越来越多的输电线路杆塔基础修建在膨胀土地基上,而膨胀土地基由于天然强度低、压缩性高,将对输电线路杆塔基础的抗倾覆稳定性造成巨大隐患。新型加翼桩是在地表以下局部桩体四周设置翼板,以大幅提高基础水平承载力的一种桩基础。由于新型加翼桩尚未大规模投入到工程实践中,对加翼桩在水平荷载作用下的承载力和变形计算还没有统一标准。通过对于膨胀土地基中加翼桩和管桩水平承载特性进行了有限元数值模拟,分析了加翼桩桩顶位移和桩周土体变形模式,从降低桩顶位移和最大弯矩值的角度,以翼板的水平承载力提高系数为指标,给出了翼板的最优化尺寸设计建议。

水平静荷载作用下翼板对基桩工作性状影响的有限元研究

海上风机桩基础主要承受水平荷载和弯矩,通过设置翼板增大桩-土有效接触是提高大直径基桩水平承载能力的有益尝试。文章基于ABAQUS有限元软件结合Mohr-Coulomb弹塑性土体本构模型,计算分析了翼板面积和长宽比对基桩水平承载能力的影响。研究表明:基桩在泥面处设置翼板可显著降低桩身水平位移和弯矩,而且水平位移降低效果优于弯矩;对于正方形翼板,当边长大于1.6D时提升效果不明显,边长建议取值不超过1.6D;对于矩形翼板,扁长形翼板效果明显优于竖长形。

大直径加翼单桩水平承载性能离心模型试验研究

采用离心模型试验,研究近海风电场风机基础中的大直径单桩及加翼单桩的承载机制。加翼单桩是基于近海风电场常见的单桩基础,为进一步利用近地表浅层土的土抗力,在泥面下加装稳定翼钢板的新型基础型式。共开展9组离心模型试验,研究不同翼板的尺寸参数(宽度、长度)和埋深以及加载高度条件下加翼单桩的水平承载力。试验结果表明,翼板的设置可以明显增强单桩的水平承载力,增强的幅度与翼板的尺寸参数及埋深有关。研究成果为指导加翼单桩的设计和施工提供了可靠的试验依据。