水平循环荷载下海上风机桩基础抗拔力的模拟试验研究

【作者】 胡浩； 殷德顺；

【机构】 河海大学力学与材料学院；

【摘要】 海上风电场风机基础是将风机稳固在海上的重要建筑物,风机基础处在海洋环境,要承受结构自重、风荷载,还要承受波浪、水流力等;同时,风机本身对基础刚度、基础倾角和振动频率等均有非常严格的要求。如今很多国家都在探索经济安全的海上风电基础形式。欧洲已建海上风电场的相关数据显示,海上风机基础是造成海上风电开发成本较高的重要因素。典型的海上风电场建设成本中,风电机组的费用占总投资约30%,其他部分约占70%。[1]~[4],因此,着力发展经济、可靠的基础结构是海上风电场研究开发的主要课题。而本文正是对海上风电桩基础在受水平循环荷载时桩周土对桩的摩阻力,也即桩体在承受水平循环荷载时的抗拔力展开研究,寻找可以使海上风机桩基础更加稳定的设计方法。目前,海上风电桩基础中大直径单桩基础结构在工程实际中的应用越来越广泛,施工技术也日渐成熟。对于受载桩的工作性能研究,过去很长一段时间,学者们将研究的重心放在受竖向荷载作用的桩基研究中,忽略了对受水平荷载作用的桩基工作性能的研究。20世纪初,国内专家们开始对受水平荷载作用的桩基工作性能开展研究,开始进行原尺试桩试验,在这个过程中大直径钻孔桩和管桩的研究和使用口益增多。20世纪中后期,国内外学者们进行了较多的水平静载荷试桩实验,整理得到大量试验数据,并以此为基础发展了对平受荷桩的分析计算方法及工作性能等理论,为之后大直径管桩的研究发展打下坚实基础。而在以往对海底受载桩受水平荷载的研究之中,学者们将研究的重点基本都放在桩身水平位移、土体抗力以及桩身的应力上,而对于桩体承受水平荷载时,土体作用于桩的的抵抗桩体从土中被拔出的力的研究几乎处于空白。海底的土体基本都是软粘土或砂土,在风浪荷载的作用下容易产生较大的流动或形变,导致海中桩体失效的原因往往不是桩体本身被破坏或者断裂,而是由于桩周土体的松动使桩基础比以往更易被拔出。因此,有必要对海上风电机的桩基础在承受水平荷载时的抗拔力展开研究,探讨桩体的埋置深度,桩体直径,土的性质,及荷载性质等对桩基础抗拔力的影响。在不同的土质中设计更为合理的直径,埋置深度,使桩体能够在更长的时间内保持稳定。更多还原