考虑桩—土相互作用的海上风力发电结构数值模拟分析

发布时间：2017-08-08 03:12

  本文关键词：考虑桩—土相互作用的海上风力发电结构数值模拟分析

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【摘要】：在考虑桩-土相互作用的结构分析中,API规范给出的p-y曲线可以考虑桩与土相互作用的非线性的特性,而目前常用的有限元软件中的模态分析是一种线性动态分析,不能进行非线性分析。此外,p-y曲线上的点代表土体的刚度,曲线表示的就是土体弹簧刚度的变化趋势,即表示的是土体弹簧刚度的变化范围。对此,部分研究人员利用p-y曲线得到土体刚度变化范围,进而用弹簧单元来模拟桩-土的相互作用,并对桩-土的整体结构进行自振特性分析。然而,针对海上风力发电结构的模态分析,以往的研究并没有深入地探讨过如何确定合适的土体刚度,或者说如何确定合适的p-y曲线中的y1值。但是,选取的y1,值合适与否会在很大程度上影响桩土整体结构的固有频率值。为此,本文分别从时域和频域两种方法入手,研究和提出了确定合适的y1值的方法。该研究为基于p-y曲线的海上风力发电结构的模态分析提供了更为科学和精确的y1值确定方法。最后,基于本文提出的模态分析时p-y曲线y1值的时域修正法,探讨了考虑桩-液化土相互作用的cu折减的p-y曲线法,并对比分析了考虑液化和未考虑液化情况下的模态分析结果。
【关键词】：海上风电结构 桩-土相互作用 模态分析 p-y曲线 C_u折减法
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 桩基础型式10
• 1.1.2 海上风力发电的发展10-11
• 1.2 研究现状11-15
• 1.2.1 桩-土相互作用研究现状11-14
• 1.2.1.1 常规p-y曲线法研究现状12-14
• 1.2.1.2 液化土p-y曲线折减法研究现状14
• 1.2.2 模态分析时p-y曲线法研究现状14-15
• 1.3 问题的提出及本文的主要工作15-16
• 1.3.1 问题的提出15
• 1.3.2 本文的研究内容15-16
• 第2章 海上风力发电结构模型建立的相关理论介绍16-34
• 2.1 波浪荷载16-23
• 2.1.1 莫里森方程16-17
• 2.1.2 流体力学基本方程17-18
• 2.1.3 斯托克斯五阶波理论18-22
• 2.1.4 水动力系数22-23
• 2.2 海流荷载23-24
• 2.3 桩-土相互作用理论24-26
• 2.3.1 水平承载桩的挠曲方程24-25
• 2.3.2 地基反力计算25-26
• 2.4 p-y曲线法详述26-29
• 2.4.1 软粘土中的p-y曲线26-27
• 2.4.2 砂土中的p-y曲线27-29
• 2.4.3 硬粘土中的p-y曲线29
• 2.5 常见的波浪频谱29-31
• 2.6 谱分析31-32
• 2.7 海上风力发电结构基础主要型式32-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第3章 单桩基础海上风力发电结构有限元模型34-41
• 3.1 海洋结构物分析常用的ANSYS单元类型介绍34-38
• 3.2 有限元模型的建立38-40
• 3.2.1 土壤和环境荷载资料38-39
• 3.2.2 单桩基础海上风力发电结构有限元模型39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 模态分析时p-y曲线y_1值时域修正法41-49
• 4.1 模态分析时p-y曲线y_1值时域修正法介绍41-43
• 4.2 桩-土相互作用模型及p-y曲线43-44
• 4.3 单桩基础海上风力发电结构的模态分析和瞬态分析44-48
• 4.3.1 y_1取趋近于原点值时的动力分析44-47
• 4.3.2 y_1取桩节点水平位移响应的均方根值时的动力分析47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 模态分析时p-y曲线y_1值频域修正法49-61
• 5.1 模态分析时p-y曲线y_1,值频域修正法介绍49-50
• 5.2 波浪力谱50-53
• 5.2.1 随机波浪功率谱—会战谱50
• 5.2.2 高度z处的水平波浪力谱50-53
• 5.3 单桩基础海上风力发电结构的模态分析和谱分析53-59
• 5.3.1 谱分析的有限元模型53-54
• 5.3.2 谱分析的迭代过程及结果分析54-57
• 5.3.3 模态分析结果对比分析57-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第6章 基于可液化土-桩相互作用的海上风力发电结构模态分析61-71
• 6.1 考虑液化的海上风力发电结构模态分析方法介绍61
• 6.2 C_u折减的p-y曲线61-62
• 6.2.1 折减系数C_u与孔压比r_u的关系61-62
• 6.2.2 孔压比r_u随深度z的变化关系62
• 6.3 算例分析62-64
• 6.3.1 基本资料62-63
• 6.3.2 有限元模型的建立63-64
• 6.4 计算结果分析64-69
• 6.4.1 模态分析时常规的p-y曲线y_1值时域修正法64-65
• 6.4.2 模态分析时C_u折减的p-y曲线y_1值时域修正法65-68
• 6.4.2.1 C_u折减的p-y曲线65-66
• 6.4.2.2 模态分析时C_u折减的p-y曲线y_1值时域修正法的结果分析66-68
• 6.4.3 考虑液化和不考虑液化的模态分析结果对比68-69
• 6.5 本章小结69-71
• 第7章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77

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