浅论海上风机吸力式多桶组合基础承载力特性研究

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1、大连理工大学硕士学位论文海上风机吸力式多桶组合基础承载力特性研究姓名：刘树杰申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：栾茂田;王忠涛20090626大连理工大学硕士学位论文摘要风力发电是目前利用风能的重要形式，也是多种可再生能源利用技术中比较成熟的一种。风力发电场分为陆地和海上两种，其中海上风电场凭借其高风速、低湍流、高产出等优势，备受世界各国关注。作为一种新型的深水海上基础型式，桶形基础在海上风机设施与建设中逐渐得到了发展和应用。但目前研究成果主要集中在单桶基础的稳定性分析，对于多桶基础的承载特性和联合工作机理尚缺乏深入研究。由于吸力式桶形基础在正常工作中，不仅受到上部

2、海洋结构物的巨大自重及其设备所引起的竖向荷载的长期作用，而且一般往往遭受波浪与地震等引起的水平荷载、力矩荷载的共同作用。因此，鉴于海上风机基础受力特点，有必要针对单调荷载作用及复合加载模式下的吸力式多桶组合基础结构的地基破坏机制及承载力特性，开展深入而系统的理论分析与数值计算等方面的综合研究，将为我国海上风电场及其他海洋构筑物吸力式桶形基础结构的设计与建设提供理论依据与技术储备。为此，本文着重围绕单调及复合加载模式下软土地基上吸力式多桶组合基础结构的地基破坏机制及其承载力特性等方面进行了比较深入的研究，论文的主要研究工作包括下列方面：1．基于大型通用有限元计算软件ABAQ

3、US平台，以三桶组合基础结构为例，建立了均质黏土地基上三桶基础及周围土体共同作用体系的三维弹塑性总应力有限元数值分析模型，采用位移控制方法，通过系统地有限元计算讨论了不同荷载分量单独作用下三桶基础结构地基的承载力特性。针对水平荷载与力矩荷载的不同作用方向，确定了三桶基础水平和力矩极限承载力的最不利及最有利方向；针对竖向荷载及最不利方向下水平荷载与力矩荷载，结合桶间距的变化讨论了三桶基础结构的破坏机制；考虑了三桶基础的两种不同工况，与相同计算参数下单桶基础的极限承载力计算结果进行对比分析，讨论了三桶基础的联合工作机理。通过变动参数对比计算，讨论了单调加载条件下土的抗剪强度、

4、土的有效容重对吸力式多桶基础结构极限承载力的影响。2．针对多种荷载分量共同作用的复合加载模式下三桶基础结构地基的承载力特性，采用Swipe试验加载方法与固定位移比法进行了有限元数值计算，搜寻V-H,V-M、朋搿荷载平面上的破坏包络线，结合桶间距的变化比较分析不同荷载组合条件下地基的破坏机制，从而讨论了桶间距的对地基破坏包络线的影响。进一步，结合杭州湾风电场实际工况，讨论了多桶组合基础的设计方案的可行性，通过绘制地基破坏包络面，对基础的稳定性进行了评价。关键词：吸力式多桶基础；极限承载力；复合加载模式；海上风机；三维有限元分析海上风机吸力式多桶组合基础承载力特性研究ASmd

5、yonBearingCapac埘BehaviorofSuctionMulti-bucket1一'．●^，’^'●'‘rOUndartlOntor0nSnOreWlndturbmeAbstractWindpowergenerationsystemisallimportantformofusingwindpower弱well嬲amorematuresortofmanyrenewableenergytechnologies．Windfarmincludestwokinds，landandsea．111eoffshorewindfarm,withitshi曲一speed,lowt

6、urbulence，high-yieldandotheradvantages，hasbeenconcernaroundtheworld．Asallewtypeofdeep．wateroffshorefoundation,suctionbucketfoundationhasbeengraduallyusedinthedesignandconstructionofoffshorewindturbine．However，theresearchresultsofpreviousworkprincipallyfocusontheanalysisforstabifityofsucti

7、onsinglebucketfoundation,andthebehaviorofbearingcapacityandjoint-workmechanismofsuctionmulti-bucketfoundationhavebeennotwellunderstood．Bucketfoundationisnotonlysubjectedtothelong-termactionofverticalloadinducesbyallweightsofoffshoreplatformandequipment,butalsoisimpo