摘要：对长期承受动荷载作用的海上风机而言,土体阻尼是影响其疲劳寿命的重要因素之一,不同学者对其考虑方式尚未统一,同时土体阻尼的输入和校核结果间存在一定差异.针对这一问题,本文以江苏黄海某风机工程项目为依托,在ABAQUS软件中建立单桩基础式海上风机有限元计算模型,设计了包含风机结构壁厚、基础埋深、结构密度及土体阻尼等因素的系列计算方案,采用自由振动分析对土体阻尼输入与校核间差异性进行系统研究,并设计正交试验采用极差分析方法进行各因素的影响权重分析,在此基础上基于多参数非线性回归分析提出了综合拟合公式,并给出相应土体校核阻尼预测方法.结果表明:风机土体阻尼校核结果远小于其输入值,仅为后者的2%~15%;校核阻尼与风机结构壁厚、结构密度呈正相关关系,与基础埋深呈负相关关系,但当基础埋深达到8倍桩径后,则基本不再影响校核结果;以上各因素并非线性独立,三者共同作用决定土体阻尼校核结果,其中结构壁厚影响最为显著,其次为结构密度,最后为基础埋深;本文提出的以结构壁厚与校核结果间幂函数为基础的拟合经验公式,其拟合精度良好,可有效模拟各因素与校核阻尼间的关系,同时可为同类型风机土体阻尼校核预测提供数学基础.

摘要：高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

摘要：近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程采用了一种新型分离式衬砌,但其承载机理尚不够明晰。以某水资源配置工程中穿越城区的TBM施工输水隧洞为对象,建立输水隧洞分离式衬砌整体三维有限元数值模型,分析了衬砌的变形、受力和承载比等特征。结果表明:设计内压作用下,钢衬和自密实混凝土径向紧密贴合,排水板铺设范围内两者径向变形明显大于管片,排水板铺设范围外三者径向同步变形,钢衬应力水平低且分布极不均匀,管片应力超过抗裂限值,内水压主要由围岩承担,钢衬承载比例明显低于预期;降低钢衬-自密实混凝土界面、自密实混凝土-管片界面的摩擦系数,均能使钢衬应力分布的均匀性增加,有利于钢衬承载性能的发挥,且对管片抗裂有利;提高排水板厚度与综合模量比值d E,可以提升钢衬承载比,控制d E在12.4~45.1 mm 3 N范围内,可以满足钢衬容许应力和管片抗裂设计的要求,同时使分离式衬砌钢衬主要承担内水压的设计理念得以实现。

摘要：海缆刚度是表征海缆截面力学特性的重要指标。精细数值模拟方法可考虑层间接触、摩擦等非线性行为,实现刚度的精确获取。但在海缆的截面初步设计中需进行不同几何参数下刚度的对比分析,这一过程需投入大量的人力物力以完成多个对比模型的建模与计算。依托Nysted海上风电工程,建立海缆的有限元模型,采用正交试验法确定影响海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的主要因素;将主要影响因素作为粒子群优化算法-支持向量回归模型(PSO-SVR)的特征输入,分别建立海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的预测模型,并对比分析PSO-SVR模型与GRNN神经网络模型、BP神经网络模型的预测性能。计算结果表明:导体直径、钢丝直径、钢丝节距和铠装层数对海缆刚度的影响较大,而钢丝弹模对其影响较小;PSO-SVR模型的决定系数高于0.95且误差较低,预测效果均优于GRNN神经网络模型和BP神经网络模型,该预测模型可为海缆结构初步设计提供技术支撑。

摘要：引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性。结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演化以及缝隙内部水压力传递特征等,并基于此系统分析了衬砌-围岩有条件联合承载特性的影响。计算分析表明,隧洞充水加压过程中,衬砌裂缝促发与扩展过程短暂且密不可分,随之缝内水压力突增、内水外渗效应加剧;衬砌开裂后,缝内水压力沿衬砌径向的降低幅度非常小,量值较为接近于内水压力。有条件联合承载情况下,衬砌裂缝与衬砌-围岩交界面间隙所形成的水体流动通道可以起到传导水压力的作用,使得衬砌外水压力分布更为均匀;衬砌裂缝相对稳定,并且呈现数量少、间距大的分布特点,与衬砌压水试验结果更为吻合。

摘要：为探讨地震荷载和结构抗力的不确定性对海上风机支撑结构抗震性能的影响,采用OpenSEES软件建立了塔筒-桩基础-土体非线性数值简化模型,将基于Kriging模型和子集模拟法的主动学习可靠度方法(AK-SS)与能力谱法(CSM)结合,研究了不同地震影响工况下支撑结构在寿命期内的可靠度变化,并探究厚度、埋深、直径以及砂土内摩擦角对结构可靠度的影响。结果表明:AK-SS相比于子集模拟法(SS)等其他可靠度计算方法计算更准确、高效;振型组合分布加载模式(SRSS)适用于由多阶振型控制的海上风机支撑结构;罕遇地震工况为结构的危险控制工况,泥面位移超过临界值为主要失效模式,但对于任一失效模式结构在服役期结束之前均满足目标可靠度要求;与埋深等因素相比,基础厚度、基础直径为结构抗震性能的控制因素,设计时应合理选择桩基础的几何尺寸。

摘要：为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明:变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。