单桩基础海上风机横向自振频率求解及参数敏感性分析

梁理论的合理选择对风机横向自振频率的求解意义重大。以往提出的海上风机自振频率计算方法都基于某一种梁理论,且缺乏各参数的敏感性分析。为了对比不同梁理论对风机自振频率求解的影响,采用回传射线矩阵法,分别基于Bernoulli-Euler梁、经典Timoshenko梁和修正Timoshenko梁理论,提出海上风机横向自振频率计算方法,通过实测数据验证了该方法的准确性,并综合对比各参数的敏感性。研究结果表明:Bernoulli-Euler梁理论未考虑剪切变形与转动惯量,自振频率计算结果略大于Timoshenko梁理论;剪切变形引起的转动惯量可以忽略不计,修正Timoshenko梁理论与经典Timoshenko梁理论计算结果一致,但物理意义更加清晰;基频对塔筒结构参数的敏感性最高,其次是连接段与桩基;基频对塔筒高度的敏感性最高,对海床高度与叶轮机舱组件质量的敏感性较高,壁厚变化对基频的影响不显著。

基于Green函数法的受冲刷作用单桩横向动力学特性分析

基于横向受荷部分埋置单桩的动力学模型,利用有限差分法实现对土-结构相互作用系统的准确建模,从而获得受冲刷作用单桩更为准确的固有频率;运用Green函数法求解桩基受迫振动的解析解,揭示冲刷作用下单桩横向动力学特性的变化。通过数值计算和参数分析,研究了土体特性、桩身长细比等对受冲刷作用单桩横向动力学特性的影响。结果表明:随冲刷程度加剧,桩基的各阶频率均显著降低。桩基的第一阶频率随桩身长细比增大而减小,而高阶频率的变化规律则较复杂;桩基的各阶频率均随土体弹性模量的增大而增大;若土体弹性模量增大了1倍(4倍),桩基的第一阶频率约增大了20%(40%)。

冲刷深度对单桩自振频率影响的试验分析初探

直接量测基础冲刷深度比较困难,通过桩基振动频率推测冲刷深度是一种可行的方法。采用瞬态激发方式使埋在土中的单桩产生振动,分别利用固定在桩头和埋入土中的加速度传感器记录振动信号。通过改变单桩整体埋深来模拟整体冲刷,在桩周放坡开挖模拟局部冲刷,测试单桩的振动频率,初步得到单桩自振频率随冲刷深度和冲刷形态变化的规律。试验研究表明,单桩自振频率随冲刷深度增加而降低,整体冲刷对单桩自振频率的影响略大于局部冲刷。

桩基参数对单桩横向刚度和桥墩自振频率影响分析

利用群桩基础三维计算程序 ,分析了桩基参数对群桩基础单桩横向刚度影响 ,并进一步得到了单桩横向刚度与桥墩自振频率的关系 ,使人们在利用桥墩自振特性对桥墩刚度进行评价时 ,能注意到桩基参数的影响 ,从而经济有效地设计或加固桥墩基础。

海上风电大直径单桩基础固有频率影响因素的数值分析

针对海上风电整机结构其低阶固有频率的控制问题,基于有限元分析技术开展小直径桩土相互作用的数值模拟分析,与试验结果、API规范计算结果进行对比,验证了数值模型的适用性,分析大直径单桩结构桩内土芯、冲刷深度、表层土置换措施对整机固有频率的影响,结果表明,基于有限元实体单元计算所得一、二阶整机固有频率要明显大于传统p-y方法计算结果;桩内土芯对一、二阶整机固有频率影响很小;在一定范围内,随着泥面冲刷深度的增加,一、二阶固有频率降低不明显,认为传统p-y方法对于大直径单桩的适用性有待研究;在实际工程设计中,桩内土芯的影响可忽略;对于大直径单桩,在一定范围内可以忽略冲刷的影响。

层状地基中单桩自振频率的计算方法

从能量法的基本原理出发,用等效弹簧来模拟桩土的相互作用,考虑了等效弹簧的弹性势能,推出层状地基中单桩的一阶自振频率的计算公式,并通过工程实例检验其计算结果,结果表明,此法较等效深度法精度有所提高。

桩-土-结构相互作用下网壳结构简化计算方法

基于桩-土相互作用中地基土的离散模型和有限元模型,采用空间S-R模型和整体有限元法分别建立桩-土-单层柱面网壳结构相互作用的简化模型和一体化模型,简化模型中将地基土以离散的弹簧单元模拟,通过与一体化模型的对比分析,探究空间S-R模型分析桩-土-结构相互作用下大跨空间结构的适用性和精确度。研究表明:采用空间S-R模型建立的简化模型能够较好地模拟网壳结构自振特性和网壳屋盖地震响应,便于工程应用。简化模型得到的网壳屋盖第一阶自振频率与一体化模型的计算误差在10%之内,在不同地震作用下,简化模型得到的网壳屋盖节点加速度峰值与一体化模型结果的最大误差为13.05%,位移最大值的最大误差为7.20%,杆件内力最大误差为9.59%。

海上风机单桩基础自振频率调整策略分析

海上风机动力分析时需要计算整机结构自振频率,整机结构低阶自振频率应远离叶轮转动频率区间,避免海上风机全寿命周期发生共振。以江苏沿海规划的某海上风电场风机为研究对象,进行整机结构动力分析,计算整机结构自振频率,分别通过调整单桩基础的桩径、壁厚和桩长,分析对整机结构自振频率的影响幅度。分析结果表明,在单桩基础工程量增加幅度相同的前提下,单桩基础桩径是调整整机结构自振频率最有效的策略,当整机结构自振频率不满足要求时,可优先考虑调整桩径。