亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        海上風電單樁筒組合基礎承載性能有限元分析

        2022-12-21 06:49:18汪順吉胡小康張鳳武
        水利水電快報 2022年12期
        關鍵詞:泥面單樁樁體

        汪順吉,甘 樂,劉 林,胡小康,張鳳武,韓 松

        (1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司,湖北 武漢 430010; 2.南方海上風電聯(lián)合開發(fā)有限公司,廣東 珠海 519006; 3.大連港灣工程有限公司,遼寧 大連 116600)

        0 引 言

        海上風電復合筒型基礎已在江蘇省多個海上風電場得到了成功應用,具有可一步式安裝到位和造價低等諸多優(yōu)點,但上部混凝土過渡段制造工藝復雜,需要大型的龍門吊且建造周期較長[1]。單樁基礎結構形式簡單,受力明確,但隨著海上風電機組單機容量的增大,大直徑單樁的應用受限于卷圓和沉樁設備[2]。單樁-筒組合基礎可以充分結合以上兩種基礎型式的特點,使各自優(yōu)點最大化。李寶仁[3]探究了單樁-筒組合基礎極限承載力的計算方法及影響承載力的關鍵因素。丁紅巖等[4]利用ABAQUS 軟件對樁-筒組合基礎單層黏土中的水平承載性能進行分析,結果表明:在一定范圍內(nèi),樁-筒組合基礎水平承載性能隨樁入土深度、樁壁厚的增大而提高。劉潤等[5]通過單樁-筒組合基礎主要設計參數(shù)的正交試驗,得到影響基礎結構水平向變位和差異沉降因素的敏感度排序。

        目前結合工程實例對海上風電單樁-筒組合基礎開展的承載特性研究較少。本文以福建漳浦海上風電場項目為例,對單樁-筒組合基礎的承載性能及其影響因素進行了比較分析。研究成果可為海上風電場設計提供參考。

        1 模型建立

        單樁-筒組合基礎的結構主要由鋼制筒體、貫穿整個筒體的鋼制單樁以及若干塊鋼制肋板組成,其中單樁和筒體之間采用灌漿連接,筒內(nèi)可設置鋼制分倉板。

        利用大型有限元軟件ABAQUS建立單樁-筒-土體的三維有限元模型,以分析不同模型尺寸對組合基礎承載性能的影響。模型及有限元網(wǎng)格如圖1所示,其中鋼材材質為Q355C低合金高強度結構鋼,采用彈塑性本構的shell單元,彈性模量206 GPa,屈服強度355 MPa,密度7 850 kg/m3;土體采用Mohr-Coulomb理想彈塑性本構的solid單元[6],相關參數(shù)見表1。經(jīng)試算,取土體模型的外徑為80 m、土層厚度100 m[7]。

        計算中假設筒體下沉到海床面,即筒頂完全和土體頂面接觸[8];單樁-筒與土體間、筒體與灌漿材料間、灌漿材料與單樁間均設置接觸,切向為“罰”、法向為“硬”接觸,鋼-土間的摩擦系數(shù)取結構-土體間摩擦角的正切值[9],鋼-灌漿料間的摩擦系數(shù)取0.6[10];約束土體外側的水平位移、豎向轉動,以及土體底部6個方向自由度。

        圖1 模型及有限元網(wǎng)格

        表1 土層參數(shù)

        計算水深33 m,波高9.5 m,波長112 m,波周期9 s,采用JTS 145-2015《港口與航道水文規(guī)范》計算波流力。計算采用的風機塔底法蘭處極限荷載為水平力Fxy=2.09×106N,豎向力Fz=-7.70×106N,扭矩Mz=1.25×107N·m,彎矩Mxy=-1.66×108N·m,荷載作用分項系數(shù)和組合系數(shù)參考NB/T 10105-2018《海上風電場工程風電機組基礎設計規(guī)范》。

        2 計算結果分析

        有限元計算結果表明:變形是該結構在靜力分析階段的控制因素,結構強度和疲勞可通過增加板厚及優(yōu)化局部節(jié)點構造改善,所以在計算和分析過程中首先重點考慮減小變形,再考慮降低應力水平。

        2.1 樁體直徑影響

        設置的模型尺寸如表2所示,據(jù)此計算分析不同樁徑7.0,7.5,8.0,8.5,9.0 m下組合基礎的承載性能。

        表2 不同樁徑組模型尺寸

        圖2反映了不同樁徑下組合基礎的承載能力變化情況:當樁體直徑從7.0 m增大到9.0 m,泥面轉角下降約44%;當樁徑增大到8.5 m時,基礎的泥面轉角降到規(guī)范或行業(yè)要求的4.36×10-3rad以下;樁體直徑的增大使基礎的剛度和抗彎性能明顯提高、結構的水平承載性能顯著增強;在實際設計時,因考慮沉樁設備限制,建議在滿足設計要求的前提下適當減小樁體直徑。

        圖2 變形隨樁體直徑的變化

        樁體直徑增大的過程中,自重增加比結構豎向剛度增大對沉降量的影響稍大,故樁頂?shù)某两盗恳猜晕⒃龃?,但均遠小于規(guī)范或行業(yè)要求的100 mm。

        2.2 樁體入土深度影響

        設置模型尺寸如表3所示,計算分析不同樁體樁長(入土深度)50,55,60,65,70 m下組合基礎的承載性能。

        表3 不同樁體入土深度組模型尺寸

        圖3反映了不同樁體入土深度下組合基礎的承載能力變化情況:入土深度從50 m增大到70 m,泥面轉角下降約10%,而當入土深度大于65 m時則降到規(guī)范或行業(yè)要求的4.36×10-3rad以下;入土深度的增加可在一定程度上提高基礎的水平承載性能,但隨著入土深度的增加,泥面轉角減小的速率逐漸放緩,故入土深度存在“臨界值”,即入土深度達到某一數(shù)值后,通過增加入土深度來控制泥面轉角的效果不佳,且不夠經(jīng)濟。隨入土深度的增大,樁頂沉降量呈現(xiàn)小幅增加,與增大樁徑的效果類似,說明沉降量同樣受自重增加的影響更顯著。

        圖3 變形隨樁入土深度變化

        2.3 筒體直徑影響

        設置模型尺寸如表4所示,計算分析不同筒體直徑16,20,24,28,32 m下組合基礎的承載性能。

        表4 不同筒體直徑組模型尺寸

        圖4反映了不同筒體直徑下組合基礎的承載能力變化情況:當筒體直徑從16 m(2倍樁徑)增大到32 m(4倍樁徑),泥面轉角下降約30%;當筒徑增大到24 m(3倍樁徑)時,泥面轉角即可滿足規(guī)范或行業(yè)要求;筒徑的增大使筒體與表層土體間的接觸面積增大,表層土對筒壁提供了更大的側向抗力,從而降低泥面處的轉角和水平位移。

        因此,建議在實際工程設計中根據(jù)表層土質確定筒體直徑,若表層土體條件較好,則較小的筒體直徑就可以有效約束泥面處的基礎;若表層土體性狀較差、壓縮模量和剪切模量較低,則需要增大筒體直徑;考慮施工和造價因素,一般建議筒體直徑控制在5倍樁徑以內(nèi)。

        圖4 變形隨筒體直徑變化

        2.4 筒體高度影響

        設置模型尺寸如表5所示,計算分析不同筒體高度5,6,7,8,9 m下組合基礎的承載性能。

        表5 不同筒體高度組模型尺寸

        圖5反映了不同筒體高度下組合基礎的承載能力變化情況:當筒高從5 m增大到9 m,泥面轉角下降約2%,減小程度很小,且下降的速率有減緩的趨勢,說明筒高5 m時,表層土體給筒體提供的水平抗力和側摩阻力足夠,因此通過增加筒高來提高承載能力的效果并不明顯,且不夠經(jīng)濟;但是,在筒體高度未能滿足所需抗側移剛度時,筒體高度改變對組合基礎承載性能產(chǎn)生的影響尚不能排除。筒型基礎高度(入土深度)對樁-筒組合基礎承載性能的影響與筒體和樁相對剛度、土質條件等因素有關,本文研究范圍內(nèi)無法做出具體的影響結論。

        圖5 變形隨筒體高度變化

        同時,隨著筒體高度的增大,樁頂沉降量小幅增加,與增大樁徑和樁長的效果類似,說明沉降量受結構自重增加的影響同樣顯著。

        2.5 筒頂板厚度影響

        設置模型尺寸如表6所示,計算分析不同筒頂板厚度20,40,60,80,100 mm下組合基礎的承載性能。

        表6 不同筒頂板厚度組模型尺寸

        圖6反映了不同頂板厚度下組合基礎的承載能力變化情況:當筒頂板從20 mm增加到100 mm,泥面處轉角下降約8%,更厚的筒頂鋼板提供了更大的水平剛度和抗彎剛度,筒體在泥面處的側向和豎向抗力也隨之增大;要將基礎的泥面轉角降到規(guī)范或行業(yè)要求的4.36×10-3rad以下,則需要厚度80 mm以上的筒頂厚鋼板,顯然經(jīng)濟性不高。在實際工程中,建議增加筒頂梁系以提高筒頂部的整體和局部剛度,充分發(fā)揮材料的力學性能,節(jié)約造價。

        圖6 變形隨筒頂板厚度變化

        同時,筒頂板厚度增大,基礎頂沉降量基本無變化,說明筒頂板剛度的增加對整體結構的豎向剛度影響小。

        2.6 筒內(nèi)分倉板影響

        設置模型尺寸如表7所示,計算分析不同筒內(nèi)分倉板數(shù)量0,2,4,6,8塊組合基礎的承載性能。

        表7 不同筒內(nèi)分倉板組模型尺寸

        圖7反映了不同筒內(nèi)分倉板數(shù)量下組合基礎的承載能力變化情況:當分倉板從0塊增加到8塊,泥面處轉角下降約11%,分倉板數(shù)量的增加顯著增加了筒體和土體的接觸面積,提高了筒體范圍內(nèi)結構的整體剛度,使單樁和筒體的連接更可靠、整體性更強,并促進協(xié)同受力;但分倉板數(shù)量過多會使筒體每個倉隔間面積過小、下沉時易發(fā)生土塞而不利于下沉。因此,實際工程設計時還需要根據(jù)筒體大小和土層參數(shù)合理選擇分倉板的數(shù)量。

        圖7 變形隨筒內(nèi)分倉板變化

        此外,分倉板數(shù)量增多使筒體的側摩阻力增大,有利于控制基礎的沉降量。

        目前,鹽堿地改良探索實踐了流轉企業(yè)的新型經(jīng)營合作模式,為農(nóng)企雙贏提供了有力保障??蒲性盒3醪胶Y選和試驗了一批具有較好耐鹽堿性的牧草、糧經(jīng)作物、綠肥等優(yōu)良新品種。優(yōu)選了一批生物型、化學型的復合生態(tài)改良劑與調(diào)理制劑,暗管排鹽、上膜下秸、節(jié)水灌溉等關鍵技術研發(fā)初見成效。項目實施企業(yè)試驗示范地塊的牧草、食葵、水稻等作物在輕、中度鹽堿地上長勢良好,對比試驗效果顯著。鹽堿地水產(chǎn)養(yǎng)殖、地下水抽咸換淡、油菜覆膜播種等特色技術的試驗工作進展順利。

        3 優(yōu)化后樁-筒組合基礎計算分析

        根據(jù)前述計算分析結果對組合基礎進行優(yōu)化,優(yōu)化后的結構三維模型如圖8所示。

        優(yōu)化后的基礎單樁直徑為7 m,與塔筒底法蘭外直徑保持一致,分段壁厚自上至下分別為65,70,75,80,75,70 mm,其中樁筒連接段及泥面附近處的壁厚最大,樁入土長度為65 m。

        筒體直徑設置為3倍樁徑,即21 m,泥中筒體高度為5 m,外筒壁的壁厚為25 mm,筒內(nèi)分倉板設置為8塊,壁厚16 mm。

        筒頂板厚度為20 mm。為加大頂板剛度,徑向均勻設置有8根T型次梁,次梁高度1 m,翼緣板寬0.5 m,次梁板厚25 mm;環(huán)向設置徑向間隔1 m的環(huán)形T型梁,環(huán)梁高度0.5 m,翼緣板寬0.2 m,環(huán)梁板厚25 mm。

        為確保傳力效果,樁-筒間的連接件布置于筒內(nèi)分倉板上方,與分倉板數(shù)量相同(即8塊),連接件壁厚45 mm,連接件中間鏤空處理,內(nèi)側和外側均設置有翼緣板,以在保證力學性能的同時節(jié)約用鋼量。

        實際施工時,需先打入單樁,再負壓下沉筒體。為保證筒體和單樁協(xié)同受力,需對二者的間隙采用灌漿連接。泥面以上筒體直徑7.2 m,其內(nèi)側與單樁外側采用水下灌漿連接;圓環(huán)狀灌漿體厚度為100 mm,內(nèi)徑等于單樁直徑,外徑等于泥面以上筒體直徑;灌漿體高度為5 m,即泥面以上筒體高度。

        ABAQUS有限元模擬極端工況下(風機緊急停機時)的計算結果如圖9~12所示。水平荷載同向側的單樁在與上部筒體交接位置的上沿出現(xiàn)了應力最大值113.6 MPa;水平荷載同向的連接件與上部筒體交界處應力最大,達97.1 MPa,反向的位置相對較小;外圈T型環(huán)梁的最大應力較內(nèi)圈大,滿足設計最大應力要求。

        筒體應力較大的區(qū)域主要分布在分倉板上,最大應力出現(xiàn)在水平荷載同向側的分倉板與單樁連接的頂部,這說明泥面位置處的筒體及分倉板給單樁提供了較大的抗力。Mises應力最大值為143.8 MPa,滿足設計要求。

        圖9 極端工況下樁體Mises應力

        圖10 極端工況下連接件及筒頂次梁與環(huán)梁Mises應力

        圖11 極端工況下筒體Mises應力

        連接部分灌漿體在與荷載同向的頂部出現(xiàn)最大壓應力,Tresca最大應力為16.5 MPa。在實際工程中,可以在連接區(qū)域的上部筒體內(nèi)表面和單樁外表面分別設置剪力鍵,以增強灌漿體與鋼材表面間的粘合與密閉摩擦作用,改善局部承載性能。

        在正常使用工況下,有限元計算的位移變形結果如圖13~16所示??梢钥闯?,樁-筒組合基礎在荷載作用下發(fā)生轉動。在荷載作用方向的同向,與筒體外側接觸的表層土體被擠壓隆起,最大隆起高度為14.22 mm,土體處于被動區(qū);與荷載作用方向反向的筒體與土體發(fā)生了相對滑移,樁底部的土體對樁-筒組合基礎的轉動起支撐和束縛作用,樁底土體產(chǎn)生塑性變形區(qū)。泥面處的差異沉降為86.48 mm,泥面轉角位4.12×10-3rad;基礎頂沉降量7.31 mm,基礎頂轉角為8.10‰,均滿足設計要求。

        圖12 極端工況下灌漿體Tresca應力

        圖13 正常工況下基礎與土體變形

        圖14 正常工況下土體塑性變形

        圖15 正常工況下筒體豎向變形

        參照NB/T 10105-2018《海上風電場工程風力機組基礎設計規(guī)范》校核基礎豎向承載力,得Nd/Qd=0.54<1,滿足設計要求。

        圖16 正常工況下樁體豎向變形

        綜上所述,結構優(yōu)化后的樁-筒組合基礎的變形及結構強度滿足設計要求,鋼材總重1 085 t,比同樣滿足設計要求的直徑9 m的單樁節(jié)約5%的用鋼量??紤]到目前適用于9 m樁徑的沉樁設備相對匱乏,該種樁-筒基礎在造價和施工可行性方面具備一定優(yōu)勢。

        4 結 論

        本文結合工程實例,利用ABAQUS有限元軟件建立單樁-筒-土體的三維模型,計算分析了不同模型尺寸對組合基礎承載性能的影響,并根據(jù)分析結果對組合基礎進行了優(yōu)化,得到了如下結論。

        (1) 增加樁體直徑可顯著增強結構的水平承載性能,但出于對沉樁設備因素的考慮,建議實際設計時適當減小樁體直徑。

        (2) 增加樁長可在一定程度上提高基礎的水平承載性能,但樁長達到“臨界值”后,樁長增加對結構承載性能的提高效果不佳,也不夠經(jīng)濟。

        (3) 若表層土體條件較好,則較小的筒體直徑就可以有效約束泥面處的基礎;若表層土體性狀較差,則需要增大筒體直徑。一般建議筒體直徑控制在5倍樁徑以內(nèi)。

        (4) 更厚的筒頂鋼板可以一定程度改善基礎在泥面處的承載能力,但實際工程中建議通過增加筒頂梁系提高筒頂部的整體和局部剛度。

        (5) 分倉板數(shù)量的增加,提升了筒體的承載能力,提高了筒體范圍內(nèi)結構整體剛度,促進樁-筒協(xié)同受力。但為了避免下沉時出現(xiàn)土塞,在實際工程設計時還需要根據(jù)筒體大小和土層參數(shù)合理選擇分倉板的數(shù)量。

        (6) 結構優(yōu)化后的樁-筒組合基礎的變形及結構強度滿足設計要求;相比于超大直徑單樁,樁-筒基礎在造價和施工可行性方面具備一定優(yōu)勢。

        (7) 在進行實際工程設計時,需在連接件與泥面上筒體相交位置處進行節(jié)點加強處理,以防止疲勞破壞。

        猜你喜歡
        泥面單樁樁體
        基于PISA 方法的大直徑單樁水平承載特性
        盾構隧道近接側穿引起橋梁樁體的變形規(guī)律*
        樁體模量和加筋體剛度對路堤穩(wěn)定性影響分析
        地鐵車站支撐拆除對圍護結構的影響
        單樁豎向抗壓靜載試驗與研究
        基于單樁豎向承載力計算分析研究
        工程與建設(2019年2期)2019-09-02 01:33:52
        超大直徑單樁埋深對樁身變形的影響研究
        剛性嵌巖樁單樁剛度系數(shù)推導
        上海公路(2017年2期)2017-03-12 06:23:40
        基于ABAQUS軟件的單樁靜載試驗數(shù)值模擬
        排水固結法處理機場場道地基預壓荷載取值研究
        鐵道建筑(2014年9期)2014-11-27 03:19:24
        91精品国产91久久久无码95 | 国产一区二区三区最新视频| 中文字幕一区乱码在线观看| 国产香港明星裸体xxxx视频| 日韩人妻无码精品-专区| 久久天天爽夜夜摸| 免费在线观看视频专区| 美女很黄很色国产av| 一夲道无码人妻精品一区二区| 国产欧美日韩综合在线一区二区| 黑人免费一区二区三区| 媚药丝袜美女高清一二区| 亚洲va中文字幕无码毛片| 99热精品成人免费观看| 日韩精品成人一区二区三区久久久 | 青青草中文字幕在线播放| 国产精品99无码一区二区| 国产精品久久无码一区二区三区网| 亚洲成AV人久久| 久久精品国产亚洲av影院毛片| 亚洲性无码一区二区三区| 爱a久久片| 国产一区二区黑丝美女| 91伦理片视频国产精品久久久| 爽爽精品dvd蜜桃成熟时电影院| 国产成人啪精品午夜网站| 亚洲一区二区三区资源| 色天使久久综合网天天| 久久久精品2019免费观看| 亚洲AV手机专区久久精品| 青青草成人免费在线观看视频| 一本色道无码道dvd在线观看| 欧美在线资源| 国产高清在线精品一区不卡| 国产亚洲精品美女久久久m| 国产成人综合久久精品免费 | 视频一区二区在线播放| 青青草最新在线视频观看| 中文字幕久久波多野结衣av不卡| 国产精品午夜无码av天美传媒| 日韩av无卡无码午夜观看|