海上風(fēng)電寬淺式筒型基礎(chǔ)地基承載力極限分析及試驗研究

【摘要】：海上風(fēng)電基礎(chǔ)在正常工作狀態(tài)下不僅要承受自重產(chǎn)生的豎向荷載,還承受括波、浪、流等因素引起的水平荷載及由上部發(fā)電機組受風(fēng)力作用產(chǎn)生的巨大的彎矩荷載。大直徑寬淺式筒型基礎(chǔ)作為是一種新型的海上風(fēng)電基礎(chǔ),在能夠有效的承受上述荷載的同時又具有施工方便,建造成本低等優(yōu)點。但因其自身具有較大的直徑,并在基礎(chǔ)邊緣有一定深度的筒壁,使得該型基礎(chǔ)在豎向、水平及彎矩荷載作用下的地基破壞模式不同于圓形淺基礎(chǔ),也不同于相同高徑比的圓形墩式基礎(chǔ)。針對大直徑寬淺式筒型基礎(chǔ)的地基承載力問題進行研究,其主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新性成果如下:(1)針對海上風(fēng)電基礎(chǔ)的受力特點研制了一套基礎(chǔ)三自由度加載裝置。圍繞筒型基礎(chǔ)的地基承載力問題進行了1g條件下的豎直向、水平向及彎矩承載力單向加載試驗,并通過試驗觀測,獲得了筒型基礎(chǔ)單向加載條件下的地基破壞模式。(2)綜合模型試驗與數(shù)值分析結(jié)果,引入了豎直向土體破壞率,用于表征筒內(nèi)土體的破壞程度,提出了基于Meyerhof公式和Terzaghi公式的兩種筒型基礎(chǔ)地基豎向承載模式,并采用極限分析理論建立了機動場,求解了寬淺式筒型基礎(chǔ)豎向承載力的上限解。(3)結(jié)合塊體極限分析上限規(guī)劃法與基于柱坐標的有限元下限規(guī)劃法,提出了基于柱坐標的塊體極限分析下限規(guī)劃法,并由此建立了寬淺式筒型基礎(chǔ)下限解的目標函數(shù),等式約束條件,和不等式約束條件。通過編程求解了寬淺式筒型基礎(chǔ)地基豎直向承載力的下限解。(4)建立了與水平向承載力模型試驗相對照的數(shù)值分析模型,模擬得到了水平荷載作用下的地基破壞模式,提出了適用于寬淺式筒型基礎(chǔ)在水平荷載作用下的地基失穩(wěn)模式。引入了水平向土體破壞率,用于表征筒內(nèi)土體的破壞程度,建立了機動場,求解了寬淺式筒型基礎(chǔ)地基水平向承載力的上限解。(5)建立了與抗彎模型試驗相對照的數(shù)值分析模型,模擬得到了彎矩荷載作用下地基的破壞模式,提出了適用于寬淺式筒型基礎(chǔ)在彎矩荷載作用下的地基失穩(wěn)模式。引入了抗彎土體受壓率,用于表征筒內(nèi)土體參與抵抗彎矩的程度,建立了機動場,求解了寬淺式筒型基礎(chǔ)地基抗彎承載力的上限解。 【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)電 寬淺式筒型基礎(chǔ) 地基承載力 破壞模式 極限分析 模型試驗
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU476.1;TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 引言10-12
• 1.2 大直徑寬淺式筒型基礎(chǔ)的提出12-15
• 1.3 筒型基礎(chǔ)地基承載力的研究進展15-20
• 1.3.1 豎向承載力的研究16-17
• 1.3.2 水平承載力的研究17
• 1.3.3 抗彎承載力的研究17-18
• 1.3.4 復(fù)合承載機理的研究18-20
• 1.4 極限分析理論研究概況20-25
• 1.4.1 傳統(tǒng)極限分析理論的研究20-21
• 1.4.2 有限元極限分析規(guī)劃法的研究21-24
• 1.4.3 塊體極限分析規(guī)劃法的研究24-25
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容25-26
• 第二章 筒型基礎(chǔ)地基承載力模型試驗26-49
• 2.1 試驗準備26-37
• 2.1.1 豎向試驗加載裝置26-27
• 2.1.2 基礎(chǔ)三向加載裝置27-35
• 2.1.3 試驗?zāi)Ｐ图霸囼炗猛?/span>35-37
• 2.2 豎直向承載力模型試驗37-40
• 2.2.1 試驗結(jié)果37-38
• 2.2.2 破壞模式分析38-40
• 2.3 水平向承載力模型試驗40-44
• 2.3.1 試驗結(jié)果40-42
• 2.3.2 破壞模式分析42-44
• 2.4 抗彎承載力模型試驗44-47
• 2.4.1 試驗結(jié)果44-45
• 2.4.2 破壞模式分析45-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 第三章 筒型基礎(chǔ)地基豎直向極限承載力的上限解49-70
• 3.1 豎直向荷載作用下的機動場49-54
• 3.1.1 數(shù)值模型的建立49-50
• 3.1.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析50-52
• 3.1.3 兩種機動場的建立52-54
• 3.2 豎直向承載力的上限解54-64
• 3.2.1 M模式下的上限解54-60
• 3.2.2 T模式下的上限解60-62
• 3.2.3 土體破壞率的確定62-64
• 3.3 計算結(jié)果分析64-68
• 3.3.1 與其他模型試驗的對比64
• 3.3.2 地基承載力系數(shù)的對比64-66
• 3.3.3 土體破壞率對地基承載力系數(shù)的影響66-68
• 3.4 本章小結(jié)68-70
• 第四章 筒型基礎(chǔ)地基豎直向極限承載力的下限解70-82
• 4.1 應(yīng)力場的建立70-71
• 4.2 筒型基礎(chǔ)下限解的基本原理71-79
• 4.2.1 等式約束條件71-74
• 4.2.2 不等式約束條件74-78
• 4.2.3 目標函數(shù)及求解過程78-79
• 4.3 計算結(jié)果分析79-81
• 4.3.1 塊體數(shù)量敏感度分析79-80
• 4.3.2 土體破壞率的確定80-81
• 4.3.3 與上限解結(jié)果的對比81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 第五章 筒型基礎(chǔ)地基水平向極限承載力的上限解82-100
• 5.1 水平向荷載作用下的機動場82-93
• 5.1.1 數(shù)值模型的建立82-83
• 5.1.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析83-91
• 5.1.3 機動場的建立91-93
• 5.2 水平承載力上限解的推導(dǎo)93-98
• 5.2.1 幾何尺寸93
• 5.2.2 速度場93-94
• 5.2.3 重力做功94-97
• 5.2.4 水平承載力的上限解97-98
• 5.3 與試驗結(jié)果對比分析98-99
• 5.4 本章小結(jié)99-100
• 第六章 筒型基礎(chǔ)地基抗彎極限承載力的上限解100-118
• 6.1 彎矩荷載作用下的機動場100-111
• 6.1.1 數(shù)值模型的建立100-101
• 6.1.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析101-109
• 6.1.3 機動場的建立109-111
• 6.2 抗彎承載力上限解的推導(dǎo)111-116
• 6.2.1 幾何尺寸111-112
• 6.2.2 速度場112
• 6.2.3 重力做功112-115
• 6.2.4 抗彎承載力的上限解115-116
• 6.3 與試驗結(jié)果對比分析116-117
• 6.4 本章小結(jié)117-118
• 第七章 結(jié)論與展望118-122
• 7.1 結(jié)論118-119
• 7.2 創(chuàng)新點119-120
• 7.3 展望120-122
• 參考文獻122-133
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明133-134
• 致謝134-135

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