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1、第46卷第3期2016年3月中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)PERl0DICAL0F0CEANUNIVERSITY0FCHINA46(3)：113～120Mar．，2016水平荷載下海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)樁土相互作用研究+劉紅軍1，尹燕京2，常季青3(1．海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100；2．中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266100；3．青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島266032)摘要：海上風(fēng)電作為一種清潔綠色的能源越來越受到人們的關(guān)注，海上風(fēng)機(jī)會(huì)承受風(fēng)、浪、流等水平荷載的作用，因此水平荷載下海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)樁土相互作用一直是人們研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)水平
2、荷載作用下海上風(fēng)機(jī)單樁基土相互作用進(jìn)行研究，通過ABAQUS有限元數(shù)值分析軟件建立樁土模型。結(jié)果顯示：樁頂水平極限位移約為11．25cm，海床面以下1～5m范圍為樁身彎矩和樁身mises應(yīng)力較大的區(qū)段；隨著樁頂水平位移的逐漸增大，樁身撓曲逐漸向深處發(fā)展，樁體位移零點(diǎn)位置逐漸向下；樁體的水平位移會(huì)對(duì)樁側(cè)土體產(chǎn)生擠壓作用，這種擠壓作用會(huì)使土體塑性屈服區(qū)逐漸向下發(fā)展，土體水平位移呈半圓形放射狀分布，淺層土體mises應(yīng)力產(chǎn)生非對(duì)稱分布。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)機(jī)；單樁基礎(chǔ)；ABAQus；水平荷載；樁土相互作用中圖法分類號(hào)：x144文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672—5174(20
3、16)03—113一08DOI：lo．16441／j．cnki．hdxb．20150288引用格式：劉紅軍，尹燕京，常季青．水平荷載下海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)樁土相互作用研究[J]．中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，46(3)：113—120．LIUHong-Jun，YINYan-Jing，CHANGJi．Qing．ResearchonthePile_So訂InteractionofMonopileFbundationUnderHori—zontalLoadforoffshorewindTurbine[J]．PeriodicalofOceanuniversity
4、ofchina，2016，46(3)：113—120．海上風(fēng)電是一種清潔的綠色能源，而且儲(chǔ)量豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海上風(fēng)電儲(chǔ)量約為7．5億kw。海上風(fēng)電與陸上發(fā)電相比具有建設(shè)周期短、運(yùn)營成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此全世界很多國家都在大力建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)[1]。近些年來，中國也逐步投入大量資金發(fā)展海上風(fēng)電。位于山東半島的黃河三角洲地區(qū)具有得天獨(dú)厚的自然條件，地勢(shì)平坦無阻礙，風(fēng)力密度均勻，是發(fā)展海上風(fēng)電的極佳地區(qū)‘2
5、。目前海上風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)形勢(shì)有多種，其中單樁基礎(chǔ)占了相當(dāng)大的比例，單樁基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝迅速的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的開發(fā)利用前景。目前對(duì)于水平荷載作用下樁土相互作用的研究主要有
6、m法、p—y曲線法、有限單元法等，其中m法是一種線彈性地基反力法，主要適用于樁側(cè)土體處于彈性變形階段范圍內(nèi)的求解，其計(jì)算結(jié)果往往和實(shí)際情況有一定差距。p—y曲線法是一種彈塑性地基反力法，可以適用于計(jì)算大變位時(shí)樁身受力狀態(tài)，不僅能夠考慮靜荷載，還能考慮循環(huán)荷載、土的軟化、土抗力折減等，有效地克服了m法的缺陷。Matlock[3]最早提出了軟黏土的p—y曲線、Reese[4]、O’Neill[5]分別提出了硬粘土和砂土的p—y曲線，三種經(jīng)典p-y曲線已經(jīng)被列入美國石油協(xié)會(huì)規(guī)范[6]。有限單元法的核心是將復(fù)雜的研究對(duì)象離散為一個(gè)個(gè)微小的單元，根據(jù)最小勢(shì)能原理來求解剛度
7、矩陣方程。有限元法具有適用于解決非線性非均質(zhì)問題并能模擬材料復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)。劉冰雪等[1]通過建立三維有限元模型，重點(diǎn)研究了樁徑、樁長(zhǎng)等因素對(duì)樁基水平及豎直承載性能的影響。Abdel—Rahman等[7]重點(diǎn)關(guān)注了波浪荷載下樁基水平變形特征，并將計(jì)算結(jié)果與p—y曲線法做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)p—y曲線法得到的研究結(jié)果偏于保守。以往有限元法應(yīng)用于海上風(fēng)電樁基的研究中，往往注重于單樁基礎(chǔ)本身的水平承載能力，而對(duì)樁土相互作用研究相對(duì)較少。在實(shí)際情況中海上風(fēng)電樁基的水平失穩(wěn)往往不是樁基自身的破壞，而是樁側(cè)土體的破壞，因此樁土相互作用研究是樁基水平承載性能的研究核心。針對(duì)這一
8、問題，本文以黃河三角洲地區(qū)工程地質(zhì)條件為背景，利用大型有限元分析軟件ABAQUS研究了水平荷載作用下海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)樁土相互作用，對(duì)樁基水平極限承載力、樁*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“波浪作用下海上風(fēng)電場(chǎng)樁基土體液化響應(yīng)研究一以黃河三角洲為例”(41572247)；山東省科技攻關(guān)項(xiàng)目“黃河三角洲海上風(fēng)電場(chǎng)樁基設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014GGxl04007)資助SupportedbyResearchonI．iquefactionReponseofSoilBodyAroundPileFoundationof0ffshoreWindTurbineunderWave
9、(乃ndi—tions-
