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加翼桩水平承载力计算方法研究

陈灿明 何建新 苏晓栋 王曦鹏 黄卫兰

陈灿明, 何建新, 苏晓栋, 王曦鹏, 黄卫兰. 加翼桩水平承载力计算方法研究[J]. 水利水运工程学报, 2018, (4): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001
引用本文: 陈灿明, 何建新, 苏晓栋, 王曦鹏, 黄卫兰. 加翼桩水平承载力计算方法研究[J]. 水利水运工程学报, 2018, (4): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001
CHEN Canming, HE Jianxin, SU Xiaodong, WANG Xipeng, HUANG Weilan. Analysis of calculating method for horizontal bearing capacity of wing-monopile[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (4): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001
Citation: CHEN Canming, HE Jianxin, SU Xiaodong, WANG Xipeng, HUANG Weilan. Analysis of calculating method for horizontal bearing capacity of wing-monopile[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (4): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001

加翼桩水平承载力计算方法研究

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2018YFF0215005

南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目 Y416002

南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目 Y418001

详细信息
    作者简介:

    陈灿明(1962—),男,江苏靖江人,教授级高级工程师,主要从事水工结构的安全鉴定与研究工作。E-mail:ccm9640@126.com

  • 中图分类号: TU473

Analysis of calculating method for horizontal bearing capacity of wing-monopile

  • 摘要: 加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。
  • 图  1  极限荷载作用下单桩水平位移云图(单位:m)

    Figure  1.  Horizontal displacement cloud diagram of monopile under ultimate load(unit: m)

    图  2  极限荷载作用下加翼桩水平位移云图(单位:m)

    Figure  2.  Horizontal displacement cloud diagram of wing-monopile under ultimate load(unit: m)

    图  3  水平荷载与桩身最大弯矩曲线

    Figure  3.  Horizontal loads and maximum bending moment curves of pile body

    图  4  水平荷载与泥面处水平位移曲线

    Figure  4.  Horizontal loads and horizontal displacement curves at mud surface of pile

    图  5  水平荷载作用下桩身应力云图(H=9.0 MN)(单位:Pa)

    Figure  5.  Stress cloud chart of wing-monopile body under horizontal loads (H=9.0 MN)(unit: Pa)

    图  6  水平极限承载力时单桩和加翼桩接触压应力云图(单位:Pa)

    Figure  6.  Contact compress stress cloud chart of monopile under horizontal ultimate bearing capacity(unit: Pa)

    图  7  单桩土压力系数分布

    Figure  7.  Distribution of earth pressure coefficients on monopile

    图  8  加翼桩土压力系数分布

    Figure  8.  Distribution of earth pressure coefficients on wing-monopile

    图  9  大直径桩桩侧土抗力与位移

    Figure  9.  Lateral soil resistance pressure and displacement of large diameter pile

    图  10  修正后适用于大直径桩的P-Y曲线

    Figure  10.  Modified P-Y curve for large diameter pile

    图  11  水平荷载与泥面处水平位移

    Figure  11.  Horizontal load and displacement of pile at mud surface

    表  1  基桩模型翼板参数

    Table  1.   Wing plate parameters of pile foundation

    编号 形状 翼板宽W/m 翼板长L/m 埋深z/m 相对刚度(EI/(E0I0)) 备注
    MP - - - - 1.0 单桩
    FPA 矩形 8.0(1.6D) 8.0(1.6D) 0 1.0 最大面积
    FPJ 矩形 8.0(1.6D) 3.125(0.39D) 0 1.0 最佳长宽比
    FPT 梯形 8.0(1.6D)~2.0(0.4D)(上~下) 5.0(D) 0 1.0 最佳形状
    FPZ 正方形 5.0(D) 5.0(D) 1.0(0.2D) 1.0 最佳埋深
    FPEI 正方形 5.0(D) 5.0(D) 0 2.0 最佳刚度
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    表  2  单桩和加翼桩水平极限承载力及相应应力

    Table  2.   Horizontal ultimate bearing capacity and stresses of monopile and wing-monopile

    基桩编号 极限水平承载力/MN 加翼桩/单桩/% 泥面处倾斜率/‰ 桩身最大应力/MPa
    MP
    FPA
    FPJ
    FPT
    FPZ
    FPEI
    8.88
    14.97
    13.83
    14.60
    13.12
    12.65
    100
    168.58
    155.74
    164.41
    147.75
    142.45
    4.00
    4.00
    4.00
    4.00
    4.00
    4.00
    150.64
    144.05
    221.77
    248.04
    213.42
    199.70
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-10
  • 刊出日期:  2018-08-01

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