海上風(fēng)電大直徑單樁基礎(chǔ)設(shè)計研究

【摘要】：近些年來由于社會經(jīng)濟飛速發(fā)展,人類對能源的需求也急劇加大,從而加大了對可再生能源的開發(fā)。近海風(fēng)能資源大約為陸上風(fēng)電資源的3~5倍,并且在利用海上風(fēng)能資源時,具有不占用陸上的土地資源等優(yōu)點,得到了大力的發(fā)展。在開發(fā)海洋風(fēng)能中,樁基礎(chǔ)的設(shè)計是海上風(fēng)電開發(fā)的重要組成部分。單樁樁基作為一種傳統(tǒng)的基礎(chǔ),隨著風(fēng)機發(fā)電功率的增大,對大直徑單樁基礎(chǔ)的應(yīng)用也越來越普遍,因而加大對其的研究也是越來越有必要。 首先,本文綜述了國內(nèi)外海上風(fēng)電的發(fā)展?fàn)顩r以及研究現(xiàn)狀,同時也介紹了海上各種基礎(chǔ)型式的優(yōu)缺點和單樁基礎(chǔ)的設(shè)計理論和分析方法。 其次,本文針對大直徑單樁基礎(chǔ)的軸向承載力進行深入研究。先詳細的介紹單樁基礎(chǔ)的軸向荷載的傳遞原理,和樁基在受到軸向荷載時破壞模式,最后使用有限元軟件ABAQUS對大直徑單樁基礎(chǔ)的軸向承載性能進行了分析。 再次,本文針對大直徑單樁基礎(chǔ)的水平承載力進行研究。先介紹了風(fēng)電基礎(chǔ)在海上復(fù)雜環(huán)境中所受到的水平荷載,同時也介紹了各個荷載的計算方法,并且介紹計算水平承載力的方法,具體的介紹了p-y曲線法。最后進行有限元分析計算,得出影響樁基水平承載力的各個因素。 最后,通過現(xiàn)有資料擬設(shè)計海上風(fēng)電大直徑鋼管樁基礎(chǔ),驗證其在正常運行工況下和極限工況下,大直徑樁基的穩(wěn)定性。最后對整體結(jié)構(gòu)進行了模態(tài)分析,確保機組在運行時不發(fā)生共振的危害。 本文主要通過研究單樁基礎(chǔ)的水平和軸向承載力,為海上風(fēng)電大直徑樁基礎(chǔ)的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù),希望對海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展有一定的推動作用。 【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)電 軸向承載力 水平承載力 單樁基礎(chǔ) 有限元分析 ABAQUS軟件
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P752;TU473.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-17
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 海上風(fēng)電國外發(fā)展?fàn)顩r9-10
• 1.2.2 國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀10
• 1.3 海上風(fēng)電基礎(chǔ)形式10-13
• 1.4 海上風(fēng)電單樁結(jié)構(gòu)物設(shè)計概述13-16
• 1.4.1 樁基礎(chǔ)設(shè)計計算步驟13-14
• 1.4.2 樁基的設(shè)計計算理論14-15
• 1.4.3 樁基分析方法15-16
• 1.5 本文的主要工作16-17
• 第二章 海上風(fēng)電大直徑單樁基礎(chǔ)軸向承載力研究17-31
• 2.1 單樁基礎(chǔ)軸向荷載傳遞機理及破壞模式17-18
• 2.1.1 軸向荷載下單樁基礎(chǔ)的荷載傳遞機理17
• 2.1.2 軸向荷載作用下樁的主要破壞模式17-18
• 2.1.3 樁的荷載與沉降的關(guān)系18
• 2.2 軸向極限承載力的確定方法18-23
• 2.3 軸向承載力有限元模擬計算分析23-30
• 2.3.1 有限元軟件的選取23
• 2.3.2 土體本構(gòu)模型及參數(shù)選取23-25
• 2.3.3 樁及樁-土界面的處理25-26
• 2.3.4 初始應(yīng)力平衡26
• 2.3.5 有限元模型及網(wǎng)格26-27
• 2.3.6 計算結(jié)果分析27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 海上風(fēng)電大直徑單樁基礎(chǔ)水平承載力研究31-47
• 3.1 海上上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)主要承受的水平荷載計算31-33
• 3.1.1 風(fēng)荷載計算31-32
• 3.1.2 波浪荷載32
• 3.1.3 海流荷載32-33
• 3.1.4 海冰荷載33
• 3.2 水平荷載作用下樁基的破壞性狀33-36
• 3.2.5 剛性樁的破壞形態(tài)34-35
• 3.2.6 彈性樁（中長樁）的破壞形態(tài)35
• 3.2.7 彈性長樁的破壞形態(tài)35-36
• 3.3 樁基基礎(chǔ)的水平承載力計算方法研究36-42
• 3.3.1 p-y曲線法介紹37-41
• 3.3.2 有限單位元法41-42
• 3.4 水平承載力特性的有限元數(shù)值分析42-46
• 3.4.1 樁徑對水平承載力的影響：42-44
• 3.4.2 樁周土體壓縮模量的影響44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 擬設(shè)計海上風(fēng)電大直徑單樁基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)的有限元分析47-60
• 4.1 擬建海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)獨立柱結(jié)構(gòu)整體設(shè)計47-53
• 4.1.1 海上風(fēng)電場概況47
• 4.1.2 基本資料47-50
• 4.1.3 擬單樁基礎(chǔ)獨立桿設(shè)計50-53
• 4.2 有限元計算分析53-56
• 4.2.1 計算結(jié)果分析54-56
• 4.3 單樁基礎(chǔ)獨柱式風(fēng)機的上部結(jié)構(gòu)模態(tài)分析56-59
• 4.3.1 模態(tài)分析的基本理論介紹56-57
• 4.3.2 塔架模態(tài)分析57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 結(jié)論與展望60-62
• 5.1 結(jié)論60
• 5.2 展望60-62
• 參考文獻62-65
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明65-66
• 致謝66

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