本文關鍵詞： 復合筒型基礎 繞射理論 波浪荷載 波浪水槽 粘彈性人工邊界 風荷載 響應功率譜 往復流水槽 局部沖刷 系列模型　出處：《天津大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：復合筒型基礎具有對不同地基土普遍適用、穩(wěn)定性好、可重復利用、施工速度快、傳力特征優(yōu)于傳統(tǒng)筒型基礎等優(yōu)點,已開始在我國海上風電開發(fā)中推廣和應用。海上風電結構體系處于復雜的海洋環(huán)境中,受到風、波浪、海流等荷載的長期作用,其運行環(huán)境復雜,技術要求高。環(huán)境荷載作用下風電基礎的穩(wěn)定性關系到整個風電場的安全與穩(wěn)定。因此,開展環(huán)境荷載下復合筒型基礎安全與穩(wěn)定性的研究,對風電結構的設計和安全運行具有重要的指導意義。本文針對上述問題展開深入的研究,并取得了以下創(chuàng)新性研究成果:(一)提出了復合筒型基礎線性波浪荷載的解析解,并進行了實驗驗證。對復合筒型基礎所受風、浪動力荷載進行了總結。針對復合筒型基礎波浪荷載計算準確性不足以及缺乏實驗驗證的問題,提出了復合筒型基礎波浪荷載的解析解,并進行了實驗驗證。首先,結合繞射理論,研究了復合筒型基礎周圍波浪場的特點,求解了復合筒型基礎繞射方程。然后,針對1:60的復合筒型基礎模型,設計并進行了實驗,對比了實驗結果與理論結果。最后,確定了復合筒型基礎波浪力理論解的準確性,對不同波浪條件下的波浪力特性及基礎表面波浪壓力的變化規(guī)律進行了討論。通過復合筒型基礎波浪力的理論分析與實驗驗證:(1)提出了作用在復合筒型基礎上的波浪荷載的解析解,給出了復合筒型基礎周圍海床表面不同位置處波浪壓力的計算公式;(2)通過與波浪力實驗結果的比較,驗證了本文提出的波浪荷載解析解的準確性,對比了本文提出的方法與以前復合筒型基礎波浪荷載計算方法,指出了以前方法的缺陷;(3)編寫了波浪荷載計算的可視化程序,方便了基礎波浪力及基礎和海床表面波浪壓力的計算,提高了計算的便捷性;(4)討論了復合筒型基礎上波浪力隨波高、水深、周期等波浪條件的變化情況,同時討論了在一個波浪周期內(nèi)復合筒型基礎表面各點波浪壓力的波動情況。另外,研究了復合筒型基礎受到的非線性波浪荷載。通過研究闡明了復合筒型基礎周圍波浪場的運動特點,解決了復合筒型基礎應用中波浪荷載的精確計算的問題,為復合筒型基礎動力特性研究奠定了基礎。(二)復合筒型基礎地基動力響應特性的研究。針對極限風浪流荷載作用下復合筒型基礎地基弱化分析中,地基振動特性尚不明確的問題,開展了極限風浪流荷載下復合筒型基礎動力響應特性的研究。建立了考慮三維粘彈性人工邊界的風力發(fā)電塔筒-復合筒型基礎-地基相互作用的有限元模型。引入了以Davenport譜為目標譜的脈動風場,分析了風浪流荷載作用下考慮三維粘彈性人工邊界的地基的自振特性及復合筒型基礎動力響應特性。另外,比較了是否考慮地基沖刷時復合筒型基礎動力響應的不同。通過數(shù)值與理論分析結果:(1)明確了復合筒型基礎動力響應譜峰的物理意義;(2)對于水平向的振動,筒型基礎內(nèi)外地基土的振動情況基本相同;對于豎向振動,相比于筒外土,由于上部結構的壓載及筒型基礎的“環(huán)箍效應”,筒內(nèi)土的振動很小;(3)明確了極限風浪流荷載作用下復合筒型基礎地基振動的特點:地基振動以0.3Hz以下低頻振動為主;(4)指出了兩種邊界條件下塔筒頂端的響應幾乎完全一樣;模型邊界采用固定邊界時,地基振動頻率遠高于采用粘彈性邊界的地基;(5)比較了是否考慮地基沖刷時復合筒型基礎動力響應的不同,指出了地基沖刷后能較明顯影響復合筒型基礎動力響應的幅值,但是對振動頻率影響很小。通過動力荷載作用下地基振動特性的明確,為地基弱化問題的解決奠定了基礎,同時指出了地基沖刷特性研究的必要性。(三)復合筒型基礎周圍地基局部沖刷的試驗研究。針對國內(nèi)外海流作用下復合筒型基礎沖刷研究的空白,開展了沖刷試驗場地的建設及復合筒型基礎模型的沖刷試驗工作。(1)研制了雙向流造流系統(tǒng),建設了沖刷試驗場地,為復合筒型基礎沖刷試驗的進行奠定了基礎;(2)進行了復合筒型基礎周圍粉沙質(zhì)海床沖刷的系列比尺模型試驗,分析了單向流、往復水流作用下1:20、1:40和1:70基礎模型周圍沖刷坑形態(tài)范圍、沖刷平衡時間及最大沖刷深度,推算了現(xiàn)場復合筒型基礎周圍最大沖刷深度,對比了單向流、潮流作用下基礎周圍沖刷的不同特點;(3)研究了水深、流速這兩個參數(shù)對復合筒型基礎周圍地基沖刷平衡時間、沖刷坑深度、范圍的影響,進一步提出了復合筒型基礎局部沖刷深度的計算公式。通過以上的試驗研究,解決了工程問題,并總結出了可以廣泛應用于工程的規(guī)律。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV139.2

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