当前位置:主页 > 科技论文 > 电力论文 >

海上风力发电复合筒型基础承载特性研究

发布时间:2018-05-08 06:28

  本文选题:复合筒型基础 + 承载能力 ; 参考:《天津大学》2014年博士论文


【摘要】:宽浅式复合筒型基础作为一种新型海上风力发电基础,可以实现陆上建造、海上快速安装,其抗倾覆能力强、适用于各类地基土质,可以较好地解决开发近海风能资源所面临的问题。作为一种新型基础,经典的土力学地基承载力公式很难与其承载模式相匹配,其分仓结构使基础与土体较好的协同承载机制也与以往的相关基础研究有较大的不同,本文通过试验初步确定复合筒型基础的承载能力,在此基础上,采用有限元对其模拟计算并深入分析其单向、二维、三维的承载能力和失稳破坏机制,最后针对近海风电场的3MW复合筒型基础,分析其实际及理论极限承载力,并得出了其承载模式和传力机理。具体的研究内容及结果包括:分别在淤泥质粘土与砂土中进行复合筒型基础水平承载力试验,采用分级加载机制,符合试验预期,分别得出了筒型基础的土压力变化、位移变化;通过有限元对试验进行模拟分析并进行对比,分析表明,复合筒型基础的旋转中心随着荷载的增大从中轴线附近逐渐移动到沿加载方向的分仓板底部,最后位于距离筒顶约0.8倍的高度处;极限水平荷载下,根据试验、有限元及理论公式得出了淤泥质粘土中复合筒型基础主要区域的土压力分布,根据土压力分布规律计算出复合筒型基础的极限承载力,并对计算公式进行了修正;采用有限元分别对竖向及弯矩荷载进行模拟计算,竖向荷载作用下可以将筒型基础与筒内土体当做一个整体,得出了相应的失稳破坏模式,采用经验公式和理论公式对竖向极限承载力进行了计算并根据有限元结果修正了理论公式;弯矩荷载作用下,复合筒型基础旋转中心随着荷载的增加在接近筒底的区域从中轴线左侧(加载反向)逐渐移动到加载正向的分仓板附近;适当的竖向荷载可以改变旋转中心的位置、提高水平向及弯矩的极限承载力,淤泥质粘土中最大提高约2倍,砂土中的提高幅度更大;根据3MW海上风力发电风机的荷载值,得出宽浅式复合筒型基础的直径一般要大于27m、高度宜为7~12m,并分析了土质参数及筒土接触等对筒型基础承载能力的影响,计算了3MW复合筒型基础在考虑地基变形允许值及极限值两种情况下的水平、弯矩及竖向极限承载力及相应的二维包络线、三维包络面,并将其进行对比分析,分别得出复合筒型基础承载能力的允许上限值和理论上限值,说明复合筒型基础在实际工程中是比较安全的,根据有限元分析,明确了海上风电复合筒型基础的承载模式为以顶盖承载为主、筒壁承载为辅的‘顶承式’,过渡段顶部巨大的弯矩荷载可以通过弧形过渡段及预应力筋转化为底部较小的拉压应力,明确了预应力钢筋混凝土结构的弧形过渡段传力机理。
[Abstract]:As a new offshore wind power generation foundation, the broad-shallow composite cylindrical foundation can be constructed on land and installed quickly at sea, and its capsizing ability is strong, which is suitable for all kinds of foundation soil. It can solve the problem of developing offshore wind energy resources. As a new type of foundation, the classical formula of bearing capacity of soil mechanics foundation is difficult to match with its bearing mode, and its silo structure makes the better synergistic bearing mechanism between foundation and soil. In this paper, the bearing capacity of composite cylindrical foundation is preliminarily determined by experiments. On the basis of this, finite element method is used to simulate and analyze the bearing capacity and failure mechanism of unidirectional, two-dimensional and three-dimensional structures. Finally, aiming at the 3MW composite cylinder foundation of offshore wind farm, the practical and theoretical ultimate bearing capacity is analyzed, and the bearing mode and force transfer mechanism are obtained. The concrete research contents and results are as follows: the horizontal bearing capacity tests of composite cylindrical foundation are carried out in silt clay and sand respectively, and the soil pressure variation of the cylindrical foundation is obtained by using the graded loading mechanism, which accords with the test expectation. Displacement change; the finite element method is used to simulate and compare the test. The analysis shows that the rotating center of the composite cylindrical foundation moves gradually from the central axis to the bottom of the silo plate along the loading direction with the increase of the load. Finally, the earth pressure distribution in the main area of the composite tubular foundation in silt clay is obtained under the ultimate horizontal load, according to the test, finite element method and theoretical formula, which is about 0.8 times from the top of the tube. According to the distribution of earth pressure, the ultimate bearing capacity of composite cylindrical foundation is calculated, and the calculation formula is modified, and the vertical and moment loads are simulated by finite element method. Under the action of vertical load, the cylinder foundation and the soil in the tube can be regarded as a whole, and the corresponding failure mode of instability can be obtained. The vertical ultimate bearing capacity is calculated by empirical formula and theoretical formula, and the theoretical formula is modified according to the finite element results. With the increase of load, the rotating center of composite cylindrical foundation moves gradually from the left side of the central axis (the reverse of loading) to the area near the bottom of the cylinder, and the proper vertical load can change the position of the rotating center. The ultimate bearing capacity of horizontal direction and bending moment is increased by about 2 times in silt clay and more in sand. According to the load value of 3MW offshore wind turbine fan, It is concluded that the diameter of the broad-shallow composite cylindrical foundation is more than 27m and the height should be 72m.The influence of soil parameters and soil-tube contact on the bearing capacity of the cylindrical foundation is analyzed. The horizontal, bending moment and vertical ultimate bearing capacity of 3MW composite cylindrical foundation are calculated under the condition of considering the allowable value and limit value of foundation deformation, and the corresponding two dimensional envelope line and three dimensional envelope surface are compared and analyzed. The allowable upper limit value and the theoretical upper limit value of the bearing capacity of the composite cylindrical foundation are obtained respectively, which shows that the composite cylinder foundation is safe in practical engineering, according to the finite element analysis, It is clear that the bearing mode of offshore wind power composite cylinder foundation is' top bearing type 'with the top cover as the main load and the cylinder wall as the auxiliary load. The great moment load at the top of the transition section can be transformed into a smaller tension and compression stress at the bottom through the arc transition section and the prestressed tendons. The force transfer mechanism of the arc transition section of the prestressed reinforced concrete structure is clarified.
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU476.1;TM614

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 肖忠;王元战;及春宁;李元音;谢善文;;筒型基础防波堤稳定性有限元数值分析[J];土木工程学报;2009年07期

2 李伟;;插入式箱筒型基础防波堤结构的研究及应用[J];天津科技;2011年02期

3 舒晓武;别社安;王初生;刘欣;;箱筒型基础防波堤结构受力模式及合理尺度[J];天津大学学报;2012年08期

4 吴凤亮;李伟;;箱筒型基础防波堤结构的沉降量分析[J];国防交通工程与技术;2006年04期

5 矫捷;;钢筋混凝土箱筒型防波堤施工方法[J];中国港湾建设;2008年03期

6 王元战;肖忠;迟丽华;谢善文;李元音;;筒型基础防波堤稳定性简化计算方法[J];岩土力学;2009年05期

7 李元音;谢世楞;王元战;闫澍旺;肖忠;;箱筒型基础防波堤断面稳定计算方法[J];中国港湾建设;2010年S1期

8 文靖斐;徐少鲲;别社安;;箱筒型基础承载力研究[J];水运工程;2011年06期

9 王辉;刘锐;;天津港防波堤试验工程箱筒型基础结构施工简介[J];科技视界;2012年13期

10 丁红岩;黄旭;张浦阳;刘宪庆;;筒型基础平台气浮拖航的影响因素分析[J];工程力学;2012年10期

相关会议论文 前4条

1 王元战;肖忠;;筒型基础结构稳定性有限元分析方法[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年

2 李健;曲昌萍;邵文静;别社安;;箱筒型基础结构技术在滩海人工岛建设中的应用分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年

3 高鑫;贺大川;王科;;水下板式-浮筒型防波堤反射系数与透射系数研究[A];第十六届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2013年

4 张风良;吴风良;孟凡立;别社安;;箱筒型基础结构气浮拖运与负压下沉工艺[A];施工机械化新技术交流会论文集(第七辑)[C];2006年

相关重要报纸文章 前1条

1 张韶军;西部科技成果支撑离岸深水港防波堤建设[N];中国交通报;2010年

相关博士学位论文 前7条

1 于通顺;复合筒型基础动力响应及冲刷特性研究[D];天津大学;2014年

2 陈广思;海上风电宽浅式筒型基础地基承载力极限分析及试验研究[D];天津大学;2014年

3 刘永刚;海上风力发电复合筒型基础承载特性研究[D];天津大学;2014年

4 刘梅梅;海上风机复合筒型基础承载力及优化设计研究[D];天津大学;2014年

5 陈飞;砂土中海上风机筒型基础沉放过程筒—土作用研究[D];天津大学;2014年

6 刘宪庆;气浮筒型基础拖航稳性和动力响应研究[D];天津大学;2012年

7 张营川;筒型和翼型结构旋涡发放问题的数值仿真研究[D];大连理工大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘梅梅;海上风电宽浅式筒型基础失效模式及承载力研究[D];天津大学;2011年

2 孟令乾;基于ABAQUS二次开发的复合筒型基础承载力分析[D];天津大学;2014年

3 孙章;筒型基础平台使用过程中安全性研究[D];天津大学;2009年

4 王高峰;筒型基础平台的自摇运动和拖航过程中的响应研究[D];天津大学;2007年

5 栾文辉;筒型基础平台气浮拖航研究[D];天津大学;2006年

6 黄丹苹;箱筒型基础防波堤结构地基沉降研究[D];天津大学;2010年

7 刘云杰;天津港南疆北围埝箱筒型基础防波堤施工技术研究[D];天津大学;2009年

8 刘宪庆;多筒型基础海洋平台拖航试验研究[D];天津大学;2009年

9 高鑫;板式—浮筒型防波堤水动力系数研究[D];大连理工大学;2012年

10 徐宝;筒型基础结构附加质量系数的模型试验研究[D];天津大学;2007年



本文编号:1860321

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/1860321.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户bb5af***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com