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海上风电筒型基础结构设计研究

作　者: 曲罡
导　师: 丁红岩
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 海上风电 筒型基础 ABAQUS 结构设计 静力分析
分类号: TU476.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


海上风电发展前景广阔,海上风机基础结构的经济性、安全性与稳定性成为当今的研究重点。筒型基础以其自身优势展现出作为海上风电基础的很大发展空间,本文从现有筒型基础应用研究现状出发,通过理论分析和数值模拟,重点研究了如下几个问题:(1)系统而全面回顾了国内外海上风电基础设计和研究的背景,并结合筒型基础的特点和工程应用经验,提出筒型基础用于海上风力发电的可行性和自身优势。(2)对筒型基础的基本原理,承载力分析理论,拖航稳定性理论,以及桩土之间的相互作用机理等都做了系统的总结与研究。(3)根据近海地区不同的环境条件和荷载条件,深入研究了风力发电筒型基础的结构形式,并给出了其设计要点,同时对海上风力发电的荷载体系,各种环境荷载及施工负压荷载的计算方法进行了研究分析。(4)利用有限元分析软件ABAQUS分析筒基在极限荷载下的强度,刚度,稳定性。有限元模型采用摩尔库仑弹塑性本构模型,考虑土和筒体之间接触作用,对使用有限元分析软件ABAQUS处理非线性问题做了一定的探讨与研究。(5)以优化选型设计的思想,使用ABAQUS对不同模型进行风控极限荷载下的静力分析,选出较优的立筒连接过渡方式;在施工负压下,选出较优的筒内分仓结构形式。综合以上两种优选,最终确定较优方案,并继续进行屈曲分析和拖航稳定性验算。设计过程较为完整的阐述了海上风电筒型基础结构的设计计算思路,较好的完成了课题的要求,对海上风能发电机基础结构设计选型具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 风力发电概述  8-9
  1.2 海上风力发电技术应用及研究现状  9-13
    1.2.1 海上风力发电国内外应用现状  9-10
    1.2.2 海上风力发电的特点  10
    1.2.3 海上风力发电基础主要形式  10-13
  1.3 筒型基础的原理及应用现状  13-16
    1.3.1 筒型基础的基本原理  13-14
    1.3.2 筒型基础的特点  14
    1.3.3 筒型基础发展历程  14-16
  1.4 本论文研究内容及方法  16-17
第二章 海上风电筒型基础结构形式及设计要点  17-28
  2.1 概述  17
  2.2 筒型基础的主要形式及设计要点  17-21
    2.2.1 筒型基础主要形式及参数比较  17-20
    2.2.2 筒型基础设计要点  20-21
  2.3 海上风电筒型基础的主要荷载  21-26
    2.3.1 计算规范  21
    2.3.2 主要荷载及分类  21-22
    2.3.3 主要荷载计算  22-26
  2.4 设计方法  26-28
第三章 海上风电筒型基础结构计算原理  28-43
  3.1 概述  28
  3.2 筒型基础承载力计算理论  28-34
    3.2.1 水平力作用下土抗力的计算  28-29
    3.2.2 砂土中筒型基础水平极限承载力  29-31
    3.2.3 砂土中筒型基础极限抗压承载力  31-32
    3.2.4 砂土中筒型基础极限抗拔承载力  32-34
  3.3 拖航稳定性分析原理  34-38
    3.3.1 拖航稳性问题  34-35
    3.3.2 平台拖航稳性计算  35
    3.3.3 静水力要素计算  35-37
    3.3.4 算例  37-38
  3.4 筒与土的相互作用  38-41
    3.4.1 弹塑性模型  39-40
    3.4.2 主动面与被动面的概念  40
    3.4.3 初始地应力场的模拟  40-41
  3.5 筒型基础稳定性原理  41-43
第四章 海上风电筒型基础结构设计  43-62
  4.1 概述  43
  4.2 设计基本资料  43-45
    4.2.1 土质条件  43
    4.2.2 荷载及组合  43-45
  4.3 主要设计内容  45-46
  4.4 ABAQUS 建模分析  46-62
    4.4.1 计算边界条件的确定  46-47
    4.4.2 模型形式与参数  47-51
    4.4.3 应力和位移分析  51-54
    4.4.4 连接处应力集中分析  54-55
    4.4.5 立筒中的应力分布  55-56
    4.4.6 沉降分析  56-57
    4.4.7 施工负压优化  57-59
    4.4.8 屈曲分析  59-61
    4.4.9 拖航稳定分析  61-62
第五章 结论和展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 特殊形式基础 > 动力机械基础
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