本文選題：復(fù)合筒型基礎(chǔ) + 承載能力��； 參考：《天津大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：寬淺式復(fù)合筒型基礎(chǔ)作為一種新型海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ),可以實(shí)現(xiàn)陸上建造、海上快速安裝,其抗傾覆能力強(qiáng)、適用于各類地基土質(zhì),可以較好地解決開發(fā)近海風(fēng)能資源所面臨的問題。作為一種新型基礎(chǔ),經(jīng)典的土力學(xué)地基承載力公式很難與其承載模式相匹配,其分倉結(jié)構(gòu)使基礎(chǔ)與土體較好的協(xié)同承載機(jī)制也與以往的相關(guān)基礎(chǔ)研究有較大的不同,本文通過試驗(yàn)初步確定復(fù)合筒型基礎(chǔ)的承載能力,在此基礎(chǔ)上,采用有限元對(duì)其模擬計(jì)算并深入分析其單向、二維、三維的承載能力和失穩(wěn)破壞機(jī)制,最后針對(duì)近海風(fēng)電場的3MW復(fù)合筒型基礎(chǔ),分析其實(shí)際及理論極限承載力,并得出了其承載模式和傳力機(jī)理。具體的研究內(nèi)容及結(jié)果包括:分別在淤泥質(zhì)粘土與砂土中進(jìn)行復(fù)合筒型基礎(chǔ)水平承載力試驗(yàn),采用分級(jí)加載機(jī)制,符合試驗(yàn)預(yù)期,分別得出了筒型基礎(chǔ)的土壓力變化、位移變化;通過有限元對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬分析并進(jìn)行對(duì)比,分析表明,復(fù)合筒型基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心隨著荷載的增大從中軸線附近逐漸移動(dòng)到沿加載方向的分倉板底部,最后位于距離筒頂約0.8倍的高度處;極限水平荷載下,根據(jù)試驗(yàn)、有限元及理論公式得出了淤泥質(zhì)粘土中復(fù)合筒型基礎(chǔ)主要區(qū)域的土壓力分布,根據(jù)土壓力分布規(guī)律計(jì)算出復(fù)合筒型基礎(chǔ)的極限承載力,并對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行了修正;采用有限元分別對(duì)豎向及彎矩荷載進(jìn)行模擬計(jì)算,豎向荷載作用下可以將筒型基礎(chǔ)與筒內(nèi)土體當(dāng)做一個(gè)整體,得出了相應(yīng)的失穩(wěn)破壞模式,采用經(jīng)驗(yàn)公式和理論公式對(duì)豎向極限承載力進(jìn)行了計(jì)算并根據(jù)有限元結(jié)果修正了理論公式;彎矩荷載作用下,復(fù)合筒型基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)中心隨著荷載的增加在接近筒底的區(qū)域從中軸線左側(cè)(加載反向)逐漸移動(dòng)到加載正向的分倉板附近;適當(dāng)?shù)呢Q向荷載可以改變旋轉(zhuǎn)中心的位置、提高水平向及彎矩的極限承載力,淤泥質(zhì)粘土中最大提高約2倍,砂土中的提高幅度更大;根據(jù)3MW海上風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)的荷載值,得出寬淺式復(fù)合筒型基礎(chǔ)的直徑一般要大于27m、高度宜為7~12m,并分析了土質(zhì)參數(shù)及筒土接觸等對(duì)筒型基礎(chǔ)承載能力的影響,計(jì)算了3MW復(fù)合筒型基礎(chǔ)在考慮地基變形允許值及極限值兩種情況下的水平、彎矩及豎向極限承載力及相應(yīng)的二維包絡(luò)線、三維包絡(luò)面,并將其進(jìn)行對(duì)比分析,分別得出復(fù)合筒型基礎(chǔ)承載能力的允許上限值和理論上限值,說明復(fù)合筒型基礎(chǔ)在實(shí)際工程中是比較安全的,根據(jù)有限元分析,明確了海上風(fēng)電復(fù)合筒型基礎(chǔ)的承載模式為以頂蓋承載為主、筒壁承載為輔的‘頂承式’,過渡段頂部巨大的彎矩荷載可以通過弧形過渡段及預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)化為底部較小的拉壓應(yīng)力,明確了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的弧形過渡段傳力機(jī)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.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU476.1;TM614

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本文編號(hào)：1860321