錨桿重力式海上風(fēng)機基礎(chǔ)的地基承載特性研究.pdf

1、海上風(fēng)電機組的基礎(chǔ)所處的工作環(huán)境特殊,遭受的荷載復(fù)雜。世界范圍內(nèi)現(xiàn)有的幾種基礎(chǔ)類型多數(shù)均存在成本高、施工難等問題。因此,急需研究和開發(fā)成本低廉、施工簡便的海上風(fēng)機基礎(chǔ)形式。
　　本文基于傳統(tǒng)的重力式基礎(chǔ),將預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)用于其中,組成一種新型的基礎(chǔ)形式:錨桿重力式海上風(fēng)機基礎(chǔ)。其中,錨桿按內(nèi)外環(huán)狀沿周長均布排列,稱為“錨桿環(huán)”。基于有限元軟件ABAQUS,針對容量為3MW的風(fēng)機,對前人所總結(jié)的傳統(tǒng)重力基礎(chǔ)尺寸進行適當縮減,將計算區(qū)域

2、內(nèi)的地基僅設(shè)為一層砂土。通過上述模型運算,主要研究了錨桿重力式基礎(chǔ)在外荷載分量的單獨作用下以及復(fù)合加載條件下,地基土體的承載特性和破壞機理、錨桿的主要作用以及錨桿關(guān)鍵參數(shù)對上述特性和機理的影響。并將新型基礎(chǔ)與傳統(tǒng)重力基礎(chǔ)(無錨桿)進行對比分析,得出以下結(jié)論。
　　錨桿的存在提高了地基極限承載力:在豎直荷載分量單獨作用下,由于錨桿能夠增加局部地基的剛度,因此當豎直荷載達到正常工況水平時基礎(chǔ)沉降減少33％,達到極端工況時沉降減少37%

3、,其極限承載力是無錨桿基礎(chǔ)的2.7倍。在水平荷載分量單獨作用下,對錨桿施加的預(yù)拉力增加了基礎(chǔ)與地基的接觸壓力,增加量可達80%,進而提高了抗滑力,從而在水平荷載達到正常工況水平時,基底水平位移減小了25%,達到極端工況時水平位移減小了28%,極限承載力提高12%。錨桿的抗拉能力有效地抵抗了彎矩荷載,在彎矩荷載分量單獨作用,且達到正常工況水平時,基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角減小68%,達到極端工況時,無錨桿基礎(chǔ)已經(jīng)失穩(wěn),而錨桿重力式基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)角位移仍在容許范圍

4、內(nèi),其彎矩極限承載力達到了無錨桿基礎(chǔ)的2.1倍。
　　同時,錨桿的存在使荷載分量單獨作用下的地基破壞形式發(fā)生了改變:在豎向荷載作用下,錨桿能夠?qū)⒑奢d傳遞到地層深處,使地基由整體剪切破壞變?yōu)闆_剪破壞;在水平荷載作用下,錨桿增加了基底壓力,增強了地基整體性,使發(fā)生滑動的地層深度增大;彎矩作用下,同樣由于錨桿能夠?qū)⒑奢d向下傳遞,使得受壓一側(cè)的地基由局部剪切破壞變?yōu)闆_剪破壞。
　　增加錨桿數(shù)量可以提高基礎(chǔ)的承載力并減小單根錨桿的軸力

5、。但是當錨桿數(shù)量增加到一定程度時,會使其間距過小,導(dǎo)致地基中受力區(qū)發(fā)生重疊,引起應(yīng)力的疊加,降低錨桿群的承載效率,所以錨桿數(shù)量存在著上限?；A(chǔ)承載力幾乎隨錨桿直徑的增加呈線性提高,錨桿直徑越大對基礎(chǔ)穩(wěn)定越有利,所以在可行的情況下,應(yīng)盡可能地選用大直徑錨桿;錨桿環(huán)直徑的增大相當于增大了基礎(chǔ)抗傾覆力矩的力臂,因此對彎矩承載力是有利的,但由于錨桿群對地基等效剛度的改變,豎向承載力會隨著錨桿環(huán)直徑的增大而先增后減。設(shè)計時要綜合考慮各方向承載力因