长期水平循环荷载下大直径桩的累积位移分析

摘要

海上风电机组的桩基础在其正常工作的年限中，将承受来自强风荷载、波浪冲击等水平荷载的长期作用，这些低频的循环荷载将造成桩基础的永久侧向变形。当桩身转角超过0.5°，可能造成风力发电机无法正常运作。因此，研究风机桩基础在波浪等长期水平循环荷载作用下的侧向累计位移就显得尤为重要。
　　目前，最普遍用于分析桩基础侧向变形的方法莫过于由API建议的p-y曲线分析法。该法所建议的p-y曲线是基于小口径桩基础的现场试验曲线来对桩身位移作预测，但越来越多的研究表明，p-y曲线法会严重低估大直径桩在长期受荷时的累积位移。对于大直径海上风机桩基础而言，还缺少简单有效的方法来分析其在长期水平循环荷载下的变形特性。本文的主要目的就是找到一种合适的评价方法来分析大直径钢管桩在长期水平循环荷载作用下的侧向累积位移，主要工作如下:
　　(1)研究了无粘性土在长期荷载作用下的的变形规律，对各种累积塑性变形模型进行分析比较，采用基于室内动三轴试验的刚度衰减模型来评价无粘性土的长期动力特性，并对现有的刚度衰减模型进行了改进。
　　(2)分析砂土室内动三轴试验的数据，得到了刚度衰减模型的回归参数，然后对有限元软件ABAQUS进行二次开发以实现土体刚度的衰减，并将数值计算的结果与室内单元体试验结果进行了对比，最后分析评价了模型各个参数对计算结果的影响。
　　(3)建立了大直径单桩基础的三维有限元模型，将土体刚度衰减模型嵌入其中，研究单桩基础在长期水平循环荷载作用下的侧向位移发展情况，重点分析了大直径桩的桩径、嵌入深度、循环次数、荷载频率及荷载大小等对单桩基础水平位移的影响，得到了一些规律性的结论。并与室内模型桩试验结果进行对比，验证了刚度衰减模型的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 p-y曲线的发展

1．2．2 试验研究的发展

1．2．3 数值分析方法的发展

1．3 本文的研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 排水条件下无粘性土的循环累积变形特性

2．1 引言

2．2 循环荷载下无粘性土的应变响应类型

2．3 无粘性土累积塑性变形模型

2．3．1 套叠屈服面模型

2．3．2 边界面模型

2．3．3 经验模型

2．4 循环荷载下土体的割线刚度

2．5 本章小结

第三章 刚度衰减模型在ABAQUS中的实现

3．1 引言

3．2 ABAQUS用户子程序

3．2．1 用户子程序分类

3．2．2 UFIELD用户子程序

3．2．3 USDFLD用户子程序

3．3 Mohr-Coulomb弹塑性模型

3．4 土体刚度衰减模型及其可行性分析

3．4．1 土体刚度衰减模型

3．4．2 刚度衰减的实现

3．4．3 单元体计算模型

3．4．4 结果对比分析

3．5 参数灵敏度分析

3．5．1 力学参数的影响

3．5．2 回归参数的影响

3．6 本章小结

第四章 刚度衰减模型在大直径桩累积位移分析中的应用

4．1 引言

4．2 单桩基础的三维有限元模型

4．3 单桩基础的水平极限荷载

4．3．1 允许变形法

4．3．2 双曲线法

4．3．3 变斜率法

4．3．4 极限分析法

4．3．5 p-y曲线法

4．4 刚度衰减模型在桩土系统中的应用

4．5 大直径桩的累积位移分析

4．5．1 桩的几何性质的影响

4．5．2 循环荷载特征的影响

4．5．3 土的工程性质的影响

4．6 有限元模型的验证

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文的主要结论

5．2 下一步工作建议

参考文献

附录：作者简介及学习期间的论文情况