海上结构物基础水平承载力研究

发布时间：2020-04-07 06:27

【摘要】：目前,海洋平台和海上风力发电设备大多数采用桩基础和吸力锚作为其基础形式,尤其是风电设备中的桩基础大多是直径超过3米的大直径钢管桩。海上环境比较恶劣,受到的荷载也比较复杂,为了保证上部平台结构能正常工作,桩基础必须能承受一定的水平荷载和竖向荷载。因此在施工之前对桩基础的承载力进行分析是设计的必要环节。海洋平台中传统的桩基础水平承载力通常采用美国API规范中的p-y曲线法进行计算,但是p-y曲线法是根据墨西哥海域直径为0.6m的桩基础的现场试桩资料分析得来的。因此p-y曲线法能否适用于直径超过3m的大直径桩的水平承载力的计算有待于研究。为了解决这一问题,本文采用有限元法和p-y曲线法对大直径桩的水平承载力进行分析。 首先,简述了横向荷载下桩基础的破坏形式以及桩的挠曲线微分方程。概括总结了桩基础水平承载力的理论研究方法,并对各种方法的适用范围和优缺点进行说明。 其次,介绍了Plaxis 3D Foundation有限元软件的基本功能和计算过程中土体采用的模型。利用有限元软件分析了不同直径的桩基础在水平荷载下的受力性状和桩身的变形情况。 最后,将有限元计算结果与p-y曲线法的计算结果进行对比,通过不同类型的桩在水平荷载作用下两种计算结果的差别,分析了造成两种计算结果差别的主要原因。
【图文】：

图 1-1 海洋平台基础结构形式(1)重力式基础：重力式基础是将质量非常大的块体（混凝土或钢）沉到海底，利用其自身重力抵抗平台受到的水平荷载和竖向荷载。重力式基础主要应用于重力式平台，通常作为浅基础使用，工作水深为 100~200m。它适用于非常硬的粘土土质、粉砂质粘土以及土质情况不稳定或者存在一定的塌陷的土层。在这样的地质情况下桩基础的承载力较低，因此常用重力式基础。在重力式基础设计时除考虑基础抗拉承载力之外，还需要考虑基础的抗倾覆力[3]。重力式基础设计计算比较简单，安装技术难度低，所以在海洋工程发展的初期它被广泛地用在各种海洋平台中。随着深海油气的开发，由于它承载效率低、经济成本高、适用水深较低、运输困难及无法实现回收再利用等，目前的海洋结构物中已经很少使用重力式基础作为其基础形式[4]。(2)沉垫式基础：沉垫基础通常作为坐底式平台和自升式平台的基础结构，平台结构下部为沉

第一章 绪论(1)重力式基础重力式基础与海洋平台的重力式基础类似都是由钢筋混凝土材料或者钢材料制作而成。此类基础体积比较庞大、重量可达 1800t，，依靠其自身重力保持风机的稳定。基础的深度为 4~8m，一般用于水深小于 10m的浅海水域中。重力式基础通常在岸边干船坞中制好，然后运送至安装地点，安装之前需要对地基进行一定的处理[9]。重力式基础的优点是：结构简单、稳定可靠、经济效益高。缺点在于对地基要求较高、受海床冲刷影响较大、连接成本高，并且随着水深的增加经济性逐渐降低，安装成本反而超过其它基础类型。目前丹麦Middelgrunden 、Nysted-II Lolland、Vindeby等采用重力式基础作为风机的基础[10]。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P752

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本文编号：2617561