海上风机变径单桩基础竖向承载特性及变径参数影响研究

为适应施工与承载能力要求,海上风机单桩基础常采用桩身变径措施,变径段可能会对桩基竖向承载特性产生影响。采用有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩竖向承载性能的数值模拟研究,并分析其尺寸参数对竖向承载能力的影响。计算结果表明:与通长桩相比,变径特性基本不影响其桩身轴力分布;随着竖向荷载增加,两类桩各承载分量占比首先保持不变,随后外侧摩阻力占比下降,内侧摩阻力和桩端阻力占比增加;增大变径桩底部桩径能有效提高桩基竖向承载力,且提高外侧摩阻力承载占比;增大变径段上部长度和变径段长度对桩基竖向极限承载力无明显影响,但会导致外侧摩阻力占比降低和内侧摩阻力占比提高。

海上风电变径单桩基础动力响应分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立了海上风电变径桩基础数值模型,开展了变径单桩基础非线性动力时程分析,并进行结构尺寸参数敏感性分析。数值分析结果表明:在风浪流荷载作用下,变径单桩基础的位移与应力值在允许范围内;底部桩径对结构整体动力响应影响最为明显,变径段上部长度影响具有一定边际效应,变径段长度影响较小。

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明:变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。