新型海上风电群桩筒基础动力响应研究

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伴随当代海上风电技术的进步与发展,大功率的海上风力发电机的安装和深远海区域的风能的开发已成为海上风电产业发展的必然趋势,对海上风电基础的承载力也提出了更高的要求。面对复杂的海洋环境和不断增加的海上风电单机容量,现有的海上风电基础型式已经难以满足其承载力的要求。为了提高海上风电基础的承载力,研究提出一种由筒型基础与钢管桩组合而成的新型群桩筒型基础,其独特的结构型式给基础带来了更高的承载性能,本文以群桩筒基础为研究对象,进行下列研究:(1)总结了桩基础和筒型基础水平承载力计算的理论方法,结合群桩筒基础的受荷特点,依据极限平衡法,假定地基土体抗力分布形式,推导出群桩筒基础水平承载力的计算公式。(2)利用ABAQUS软件,建立了单筒(B0P)基础、单筒加1桩(B1P)基础、单筒加3桩(B3P)基础和单筒加4桩(B4P)基础的四种基础型式的三维有限元模型,分析了一定用钢量条件下,不同桩数、桩径以及不同桩的分布方式下的群桩筒基础的水平向承载特性。通过有限元结果与理论值的对比验证了理论的可信度,证实了群桩筒基础具有更高的水平承载能力。(3)通过施加随时间变化的波浪荷载,研究群桩筒基础的应力变化及基础与泥面的位移变化,分析应力云图得到基础中应力集中区域出现在顶盖与过渡段、顶盖与钢管桩的连接区域。根据位移峰值的大小得出群桩筒基础在波浪荷载作用下具有更小的峰值位移,即群桩筒基础比筒型基础具有更好的抵抗波浪荷载作用的能力。(4)通过施加不同强度、不同类型的地震波,研究地震荷载下群桩筒基础的动力响应,发现同一强度类型地震波的加载下,群桩筒的加速度峰值及位移峰值均小于单筒基础,也就是说相比于筒型基础,群桩筒基础的稳定性和抗震性能更好。
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