冰区海上风机基础设计中的冰荷载研究初探

冰荷载参与组合的工况往往成为冰区海上风机基础设计的控制工况。通过对冰荷载计算方法、冰激振动研究、冰振疲劳分析和抗冰结构设计的相关介绍,明确了海上风机基础设计中开展冰荷载研究的必要性,为海冰作用对基础设计的影响评估提供了理论依据和技术路线指导。     

江坪河水电站溢洪道闸墩选型与预应力水平分析

采用三维有限元方法对江坪河水电站控制段闸墩结构的选型进行了比较探讨,并对不同预应力值的闸墩力学性能做了对比分析,提出了合理的顸应力取值,依此对不同荷载工况下预应力闸墩结构位移和应力进行了计算并做了安全性评价.结果表明,选取的预应力闸墩结构具有整体稳定性,在各种荷载组合效应下墩体的变形和应力分布满足工程及规范<水工混凝土结构设计规范>要求.     

采空区输电线铁塔承载力分析建模及性能评估

随着电网的智能化发展,对输电铁塔不同工况下的承载力性能要求越来越高,煤矿采空区输电线路铁塔基础变形后及扶正过程中的要求更不能忽视。建立了采空区输电线铁塔的ANSYS有限元模型,设计了不同组合荷载工况承载力性能评估的方法,对基础变形后及扶正过程中铁塔的承载力性能进行了分析评估。基于500 k V徐辽线53号变形铁塔说明了该方法,对53号塔基础沉降、大板基础倾斜及设置拉线后3种情况进行了承载力性能分析评估,涉及到不同风速、风向的风力荷载及覆冰荷载的多种组合工况。结果表明:该性能评估方法在采空区输电线铁塔主材应力超限、主材轴力变化及沉降量临界值的评估方面有一定优势,这对采空区输电线路铁塔的承载力及稳定性设计有一定参考价值。     

中置式气缸套应力特征研究

本文提出一种求解缸套上部凸缘载荷的理论方法，同时，采用接触单元模拟技术求解支承座面的接触应力，进而应用这种方法对中置式缸套应力场进行计算，详细分析各种工况和结构参数对缸套应力和变形的影响，从而得到关于中置式缸套变形和应力特征的分析结果。     

杨房沟拱坝三维线弹性有限元分析

为进一步分析杨房沟拱坝的稳定性,采用三维线弹性有限元法分析了杨房沟拱坝的基本荷载组合和偶然荷载组合等多工况多方案下的应力变形规律。计算结果表明,坝体应力、位移分布合理,符合拱坝应力和变形的一般规律;且坝体应力水平与国内类似拱坝工程相当,满足设计要求。研究结果为杨房沟拱坝体形深化研究提供参考。     

施工过程对小湾高拱坝运行期应力状态的影响

采用三维有限元方法对小湾高拱坝多种工况下的坝体应力变形进行了仿真计算,计算中考虑了封拱灌浆过程及水库分期蓄水过程对坝体应力的影响。计算结果表明,施工过程对坝体运行期应力有显著影响,给出了仿真计算荷载步数目,为类似工程的拱坝应力分析提供了参考依据。     

最不利停机状态下兆瓦级风力机风驱雨分布特性研究

为系统探索此类风力机风雨分布特性,设置不同风速及降雨参数,以中国某1.5 MW风力机为工程背景,建立三维塔筒-机舱-叶片一体化刚体模型,采用欧拉-拉格朗日方法,展开风雨联合数值模拟,从雨滴着点分布特征、雨滴速度分布特性与雨荷载3个方面进行分析。研究表明,风力机下部叶片在中等风速暴雨雨强工况下着点比例最高;雨滴粒径集中范围随风速的增大而逐渐偏向较大粒径;叶片下部在低风速工况下,随雨强的增加,其雨滴末速度逐渐朝高风速方向迁移,叶片上部此类迁移现象更为明显;相同风速等级下,雨荷载随雨强的增加而显著升高;中等风速强大暴雨工况下雨荷载9种工况中的雨荷载极值。     

“蓄水-泄水”循环荷载作用下高面板堆石坝的稳定性分析

鉴于蓄泄循环荷载作用下土石坝的基本变形规律对高土石坝的正常运行维护具有重要意义,采用基于广义塑性本构模型的有限元分析方法,分析了高面板堆石坝在蓄泄循环荷载作用下的变形规律。结果表明,在蓄泄过程中坝体的变形逐渐增加并趋于稳定,其变形极值逐渐向坝体上部及上游侧移动。     

船用高速齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算

当船舶劈波斩浪时,因受水浮力、船舶重力等作用,船体将产生中拱或中垂弯曲变形,该变形影响到沿船体纵向布置的齿轮的强度和寿命.针对传统的船用高速齿轮在强度计算中不计齿间摩擦、离心力和船体变形的缺陷和不足,以沿船体纵向布置的渐开线增速齿轮机构中主动轮为研究对象,推导出综合考虑齿间摩擦、离心力和船体变形的齿根弯曲疲劳强度计算公式.算例表明,齿间摩擦使齿根弯曲应力增加9.98%,离心应力占齿根弯曲许用应力的11.18%,船体变形使齿根弯曲应力增加7.25%.     

小湾拱坝跨横缝抗震钢筋的影响因素分析

利用考虑钢筋滑移的拱坝横缝配筋动力非线性模型，对设计地震荷载工况下的小湾拱坝进行了三维动力非线性有限元分析，研究了跨缝钢筋与周围混凝土的粘结质量、钢筋直径等因素对跨缝钢筋控制横缝变形的影响，为横缝变形控制措施的工程应用提供了有意义的参考。     

光伏电站支架系统结构抗台风设计实践

  [目的]  广东沿海太阳辐照资源丰富，为了利用好光资源，开发建设光伏电站，就必须研究光伏电站的重要结构物——光伏组件支架系统的抗台风设计。支架系统的设计参数选择对于工程的安全性、经济性均影响非常大。  [方法]  将以广东沿海某光伏电站为例，从台风荷载参数取值，结构体型系数，构造措施等方面，结合有限元软件数值模拟及台风灾害后评估，介绍光伏电站支架系统结构抗台风设计的要点及实践经验。  [结果]  项目建成后，先后经历了“天鸽”（17级）、“山竹”（14级）台风正面吹袭考验，在经历台风后，整个光伏区阵列受损较小。  [结论]  项目建成后，遭遇几次超过12级以上的台风正面吹袭，并未造成严重损失，支架系统结构设计是比较成功的，设计理念和方法得到了印证，可为实际应用提供指导。     

海上风电场设施技术规范综述

  [目的]  文章旨在推动我国海上风电场设施技术规范的建立健全。  [方法]  指出了我国海上风电场建设中存在的问题,总结了国内外海上风电场设施规范标准,介绍了中国船级社对海上风电场设施技术规范的探索及成效。  [结果]  尽管国内海上风电的发展迅猛,但配套的海上风电场设施技术规范并没有及时跟进,更没有形成从设计、建造、安装、运维直至弃置的全生命周期技术规范体系;尽管欧洲拥有较为成熟的海上风电规范体系,但并不能完全照搬使用,如结构设计的LRFD方法,其分项系数与海域的环境条件和可靠性指标相关,适用于欧洲海域的分项系数并不适用于中国海域。  [结论]  因此,国内海上风电场技术规范体系的建立,需要业界共同努力、多方协作。传统的海洋工程专业应在该领域发挥更大的作用。中国船级社多年在海上风电领域的研究和积累,可为构建国内海上风电场设施技术规范体系提供借鉴和参考。     

海上风机灾害分析及健康监测技术综述

  [目的]  风能是近年来飞速发展的可再生新能源。在过去的20年中,风机总装机量在全球范围内有了大幅度地增长。由于暴露在恶劣的自然环境中,海上风机尤其容易受到多种灾害的共同干扰。针对常见灾害对风机结构的影响进行了系统性地总结分析。  [方法]  首先介绍了强台风和中度台风引起的风机叶片破坏和塔架整体倒塌的事故,对事故现象及分析方法做了初步探讨。除此之外,考虑中国作为地震多发带以及特殊的海上环境,对海上风机在波浪和地震荷载作用下的动力响应及灾害预测也进行了系统阐述。针对台风、地震和波浪的不同荷载模拟方法,包括考虑线性和非线性特征的不同数学模型,在相关研究领域被相继提出;相应的风机结构损伤分析也包括了动力学常见的时域分析和频谱分析。  [结果]  通过采取不同灾害指标,对于不同荷载及工况下的分析表明,极端风速是影响风机结构安全性的最关键因素。随着结构健康监测技术在土木基础设施中的成功运用,其重要性实用性日益受到关注。  [结论]  系统阐述了土木结构健康监测的原理,成功实例,以及相应的传感技术。并进而介绍了健康监测技术在风电领域的发展与应用。有些局部损伤探测已经被工业领域成功实施并取得了良好的效果。值得注意的是,过往的研究主要集中于对风机局部构件的健康检测方法。针对风机结构稳定性安全性的整体检测将会是未来研究工作的重点。     

考虑本地气电和柔直联网的海岛供电方案研究

  [目的]  保障电力供应的安全性、可靠性和经济性是海岛电力系统规划设计工作的重要任务。  [方法]  以国内某海岛作为案例,在建立和求解气电机组配置的整数规划模型的基础上,进行了发展本地气电和采用柔性直流联网两种方案在技术可行性、供电可靠性、投资经济性及上网电价等方面的综合比较。  [结果]  研究结果表明:为满足海岛电力需求,兼顾远景负荷增长的不确定性,在技术条件可行的情况下,推荐采用发展本地气电和联网混合供电方案。  [结论]  该研究方法和成果可为同类型的海岛电力规划设计提供参考。     

海上风机塔架和单桩一体化试验设计方法

  目的  国内海上风电项目的业主在招主机标时,对风机厂商提供的基础顶载荷和塔架质量提出要求,在招设计标时很少对设计院提供的基础质量提出要求;详细设计阶段时风机厂商和设计院分别对塔架和基础进行设计,因此通常难以得到塔架和基础总质量最小的全局最优设计。  方法  提出了海上风机塔架和单桩一体化试验设计方法,通过对某海上风电项目进行试验设计得到多个不同塔架构型、塔底和单桩直径的设计方案,并通过载荷计算、塔架和单桩设计迭代优化得到相应的基础顶载荷、塔架质量和单桩质量等结果。  结果  研究表明:基础顶载荷或塔架质量最小的方案不是塔架和单桩总质量最小的方案。通过试验设计方法可以给出单桩和塔架总质量最小的最优设计。  结论  研究成果表明,在设计中采用一体化试验设计方法寻找塔架和单桩总质量最小的全局最优设计是降低海上风电度电成本的有效方法。业主将制定塔架和基础总造价最小的招标规则,要求采用一体化试验设计方案找到全局最优设计。     

海上风电嵌岩桩水平承载力特性数值模拟研究

  目的  主要对海上风电嵌岩桩的桩基尺寸与竖向荷载等因素对其水平承载特性的影响进行研究。  方法  文章采用有限差分的数值方法,基于一处现场试验建立数值模型并进行参数分析。  结果  结果表明:嵌岩桩基存在一个临界嵌岩长度（长径比）,桩基尺寸的改变会影响桩-岩的相对刚度,进而使临界嵌岩长度随之改变,随着桩径的减小,嵌岩桩临界嵌岩长径比逐渐增加;在桩的承载能力范围内,在竖向荷载与水平荷载共同作用下,桩基的水平位移和桩身弯矩有较大程度的减小,如果认为竖向荷载引起的侧摩阻力在桩的两侧大小与方向相同,或将竖向侧摩阻力简化为作用在桩的轴线则会忽略这一效应的影响,会对计算结果造成误差。  结论  论文结果对于临界嵌岩长度以及竖向荷载影响的分析将有助于水平承载嵌岩桩的合理设计和深入研究。     

海上升压站平台不同标准对比研究

  [目的]  风能是近年来飞速发展的可再生能源。海上升压站是连接海上风场和陆上电网的关键设备,起着汇集和送出风场电能及抬升输电电压、降低输电损耗的作用。目前国内海上升压站的设计标准并没有做到系统化,存在多种规范共存的局面,有必要对各种标准进行对比研究。  [方法]  首先介绍了海洋平台分类、设计荷载分类,进而详细论述了不同国家海洋平台的设计工况与设计方法,最后对抗震相关的合理性进行了较为深入地对比分析。  [结果]  通过对不同标准的对比分析,目前存在ASD方法和LRFD方法共存的局面,中国海上升压站的设计选择了以LRFD方法为主的路线,随着中国海洋建设的蓬勃发展,也将推动海上升压站相关标准与已有GB的协调一致。  [结论]  本研究为标准的选择与合理应用提供了重要依据。     

破碎波作用下单桩式海上风机水动力学数值分析

  目的  我国南汇、东海、大丰等海上风电场的设计波浪十分接近波浪破碎极限，需要探究浅水水域单桩式海上风机基础受破碎波载荷的动力响应。  方法  利用FAST耦合分析软件，考虑使用波浪拉伸的方式计算波浪力载荷，对单桩式风机在东海海况下的耦合动力响应特性进行分析。  结果  分析结果表明:使用波浪拉伸方式计算破碎波载荷更加接近实际海上风机所受到的载荷，且明显高于不使用拉伸方式计算的破碎波载荷。破碎波更容易激发塔筒的一阶固有频率，风浪联合作用下风机结构动力响应更加显著。  结论  研究成果为我国浅水非线性波浪区域单桩式海上风电的开发提供了一定的参考。     

空间管桁架在±1 100 kV户内直流场中的应用研究

  [目的]  超高大跨度结构在电力行业应用越来越多,其结构选型对工艺适应性及安全经济性意义重大。  [方法]  通过±1 100 kV昌吉换流站直流场工程实例,介绍了超高大跨不规则特高压户内直流场结构选型过程。根据户内直流场工艺布置及荷载特点,详细阐述了该户内直流场采用空间管桁架结构方案技术优势、结构布置特点及工艺适应性,介绍该户内直流场结构整体计算及主要构件的设计计算结果,并同网架方案进行了技术经济对比分析,展望了空间管桁架结构在超高大跨度不规则电力建筑中的应用前景和注意事项。  [结果]  对比分析结果表明:空间管桁架结构为空间自稳定系统,结构安全性好,工艺适应性强,加工安装方便,造型美观简洁。  [结论]  对于超高大跨度电力建筑可以优先考虑选用空间管桁架结构方案。     

中国输电线路规范的风荷载计算比较

  [目的]  在台风袭击下,一些20世纪80、90年代建设的110 kV和220 kV输电线路经常出现铁塔损坏的现象,为了加固和改造事故线路,需要分析铁塔损坏的原因。  [方法]  介绍了中国1979、1990、2002和2012四个版本规定的输电线路风荷载计算方法,比较了设计风速、风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数和覆冰风荷载增大系数等主要计算参数的差异,计算了某铁塔节段和导线在四个版本规定中的风荷载。  [结果]  计算结果表明:12规定的设计风速相比79、90和02规定增大5%～10%;79规程中60 m以下铁塔不考虑风振系数的规定严重低估了塔身风荷载;四本规定中110 kV和220 kV输电线路不采用导地线风荷载调整系数的规定严重低估了导地线风荷载。  [结论]  各规定的铁塔和线条风荷载差异的主要影响因素是风速重现期、铁塔或导地线风荷载调整系数,这也是风灾倒塔的主要原因。