水平循环荷载作用下裙式吸力桶形基础承载机理

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吸力基础是海洋工程中一种新型的基础型式,它通常是底部敞开,顶部封闭的钢制圆筒结构,能够承受巨大的水平荷载和弯矩作用。由于造价低、施工方便、可重复利用等优点,被广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等,近年来,也被作为浅海风力发电工程的基础。裙式吸力桶形基础是吸力基础的一种改进型式,与传统吸力基础相比,具有更高的水平承载力和较好的控制变形的能力,特别适合作为浅海海上风力发电基础。本文采用室内模型试验与数值模拟相结合的研究方法,对饱和砂土地基中裙式吸力桶形基础在水平循环荷载作用下的承载机理进行研究,主要研究工作和结论如下:  首先,通过室内模型试验,来研究裙式吸力桶形基础的水平承载力特性。得出水平单调荷载作用下,裙式吸力桶形基础的水平极限承载力与裙高和裙宽成正比;水平循环荷载作用下,裙式吸力桶形基础产生向上的竖向位移,基础周围土体形成沉陷区和隆起区,且沿加载方向的沉陷宽度和深度大于垂直于加载方向的沉陷宽度和深度。  然后,采用三维岩土有限元分析软件Z_SOIL.PC V2011对模型试验进行数值模拟,得出不同尺寸比的裙式吸力桶形基础在水平单调荷载作用下的水平极限承载力,并与模型试验得出的水平极限承载力进行对比分析;得出裙式吸力桶形基础在水平循环荷载作用下,产生的水平位移与裙高成正比,与裙宽成反比,并产生向上的竖向位移。  最后,通过对一工程案例的数值模拟,对比分析在材料及加工费用相同的条件下,裙式吸力桶形基础较吸力基础在提高承载力、控制水平位移方面的优越性,以及其在不同振幅、不同频率的水平循环荷载作用下的变形规律。  综上所述,本文通过室内模型试验和数值模拟相结合的研究方法,说明裙式吸力桶形基础较传统吸力基础确实提高了水平承载力,控制了水平位移,具有工程实用性。目前我国正在大力发展海上风力发电工程,裙式吸力桶形基础的研究将具有重要的理论意义和实际应用价值。
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