单侧冲刷对海上风电筒型基础稳定性影响研究

海上风电筒型基础在位工作期间长期受到海流的冲刷,基础的稳定性受到一定影响.通过模型试验和数值方法研究粉土地基中,单侧冲刷工况单筒多舱筒型基础的水平向和抗倾覆极限承载力与冲刷率之间的关系,以及冲刷对基础水平向-倾覆荷载(H-M)复合承载特性的影响.研究结果表明,筒型基础的水平向和抗倾覆承载力主要由筒外前侧和筒内土体提供,...     

水平轴风力机结构动力响应分析

考虑水平轴风力机叶片和塔架的结构柔性,基于模态分析方法,建立了风力机叶片和塔架的耦合动力学模型来模拟整个系统的动态行为.应用线性加速方法,实现了结构动力响应的数值解法.利用分析模型对一台1.25MW风力机在稳态风作用下的结构动力响应进行了计算,计算结果显示所建立的模型能正确反映外部激励对结构变形及载荷的影响.此外,从计算结果可看出大型风力机的柔性结构在工作过程中变形很大;在进行载荷计算时考虑前二阶模态可得到较合理的计算结果.     

复合筒型基础过渡段预应力张拉方案优化研究

海上风电复合筒型基础弧形过渡段与常规预应力混凝土结构的受力特点差异较大,预应力张拉方案也需进行相应的调整.针对此特点提出一种4点同时张拉的施工方法,同时利用有限元软件ABAQUS对常见张拉方案进行数值模拟,通过比较不同张拉次序中结构的应力响应变化,应用结构最大拉应力值与应力分布均匀性作为主要标准对各方案进行评价.最终综...     

黏土中海上风力机桩-筒复合基础地震响应分析

参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开展地震及风、浪、流荷载共同作用下海上风力机桩-筒复合基础的时域整体动力响应分析,揭示桩-筒复合基础的承载机理,分析地震烈度、土体强度及基础尺寸对桩-筒复合基础动力响应的影响规律。     

考虑冲刷的单桩式海上风力机动力响应研究

为了研究复杂海洋环境下桩周冲刷对海上风力机动力响应的影响,以美国可再生能源实验室5 MW海上风力机为研究对象,建立风力机塔架-单桩-土体有限元模型,计入风浪和地震荷载对冲刷情况下的单桩式海上风力机进行动力响应研究。对比分析不同冲刷深度以及冲刷坡角对风力机系统固有频率和动力响应的影响。研究表明：当冲刷深度增加到二倍桩径时,风力机一阶固有频率降低至转子1P频率附近,容易引起共振;在风浪荷载以及风浪、地震联合荷载作用下,冲刷坡角不变,风力机最大位移与弯矩随着冲刷深度增加而增大,疏松土质条件下的增量大于紧密土;保持冲刷深度不变,冲刷坡角的变化对风力机动力响应影响较小。     

海上风电三筒导管架基础复合加载模式下承载特性分析

为了研究海上风电三筒导管架基础在海洋土中的承载性能,文章对其在复合加载模式下的破坏包络线进行了探究,绘制了两种不同长径比三筒导管架基础的三维承载能力包络面,对比了极限工况下两种基础法兰及导管架处的倾斜率。结果表明：一定范围内的竖向荷载提高了基础的水平及弯矩极限承载力;三吸力筒式导管架基础的承载性能要略优于三吸力桩式导管架基础,且两者在不同荷载作用下的承载模式略有不同。总体而言,基础直径较大、筒高较小的三吸力筒导管架基础的承载性能要更强。     

海上风电筒型基础结构体系阻尼特性研究

针对某筒型基础海上风电结构,基于实测振动响应数据,采用随机子空间法对所测海上风电结构的阻尼进行识别,研究海上风电筒型基础结构在停机及运行状态下阻尼的变化规律。结果表明：在停机状态下,海上风电筒型基础结构的顺风向阻尼和横风向阻尼均随外界风速的增大呈增长趋势,两者的平均值分别为0.952%和0.973%;当风电机组处于运行状态时,顺风向运行阻尼随外界风速的增大呈增长趋势,阻尼平均值在3.87%~5.28%之间变化,而对于横风向运行阻尼,其变化趋势受外界因素的影响较小,阻尼平均值在整个风速范围内在1.74%~3.37%之间变化,横风向运行阻尼小于顺风向运行阻尼。     

波浪荷载下桩基-重力式复合结构的动力响应

桩基-重力式复合结构是一种能充分发挥高桩结构和重力式结构优点的新型开敞式深水码头结构型式,为分析波浪荷载作用下该结构的动力响应,利用ABAQUS建立模型,分析了沉箱高度为17、19、21m的桩基-重力式靠船墩的模态特性和波浪荷载下复合结构的上部墩台和中部桩柱的动力响应。结果表明,上部墩台和中部桩柱的位移响应随沉箱高度的增加而减小,墩台加速度响应则呈相反趋势;沉箱高度为17、19m时最大弯矩峰值发生在桩与沉箱的相交位置附近,沉箱高度为21m时最大弯矩峰值出现在桩与墩台的相交位置,不同沉箱高度时最大主应力峰值均发生在桩与沉箱的相交位置。研究结果可为桩基-重力式复合结构的应用提供参考。     

海上风电筒型基础抗液化性能研究

目的 随着对清洁能源的需求进一步扩张,近年来海上风电行业的发展突飞猛进,而筒型基础凭借其经济性好、施工方便、可回收利用等优点成为海上风电基础的优选项。由于我国地震带分布广泛,海上风电基础的抗震性能是结构安全性中必须考虑的一环。筒型基础结构刚度较大,地震对结构自身产生破坏的概率较低,风电基础在地震作用下的失效主要是地基土的液化造成的。文章对砂土地基中海上风电筒型基础的抗震性能展开研究。 方法 通过振动台试验对筒型基础砂土地基的抗液化性能进行了分析,研究对象包括砂土地基中的4种筒型基础。4种筒型基础形式分别为单筒型基础、复合筒型基础、三筒型及四筒型导管架基础。 结果 试验获得了不同型式筒型基础的砂土地基超孔压比,阐明了筒型基础及其砂土地基的抗震机理。 结论 筒型基础可以通过上部结构的附加荷载效应和筒壁及分舱板的环箍效应削弱砂土的剪缩性,进而提高其抗液化能力。将单筒型基础与复合筒型基础、三筒导管架基础与四筒导管架基础的试验结果进行比较,发现复合筒型基础和四筒导管架基础在砂土地基中的抗震性能分别优于单筒型基础和三筒导管架基础。     

防护装置对海上风力机-船舶碰撞动力响应影响的研究

建立国内某单桩柱的3 MW风力机与船舶碰撞模型,概念性地提出一种橡胶-钢结构防护装置,运用非线性动力分析方法,通过LS-DYNA模拟2 000 t船舶以不同速度撞击风力机塔架,研究防护装置对碰撞过程中塔架的动力响应特性影响并与无防护装置的塔架进行对比。结果表明:安装防护装置后对塔顶风力机的响应抑制效果明显;塔顶正负向最大位移、速度和加速度较无防护装置时分别减少了33%、50%和23.6%;塔架下端结构变形能大幅减少,塔架撞深小于无防护装置的1/10;防护装置能避免碰撞力集中施加于塔架上,使作用在塔架上的最大应力小于塔架材料的屈服强度。     

局部冲刷作用后海上风电桶型基础破坏包络面特性研究

基于有限元软件单元生死功能模拟局部冲刷坑的形成,并联合使用Swipe加载法和固定位移比法,研究局部冲刷后桶型基础在竖向荷载V、水平荷载H及弯矩M复合加载下的承载能力变化。结果表明：局部冲刷作用对桶型基础水平和弯矩极限承载力削弱程度明显;V-H和V-M这2种复合加载模式下,增大竖向荷载V会提高桶基水平和弯矩极限承载力;局部冲刷后V-H和V-M破坏包络线具有相似曲线形状,据此提出数学表达式;H-M复合加载下桶基在第一象限内的破坏包络线呈单调递减趋势,且随着冲刷深度增加其承载能力呈抛物线趋势下降。通过单调及二维复合加载明确了冲刷作用后桶型基础承载力变化,进一步绘制出冲刷深度S_d=0.2D工况下V-H-M三维破坏包络面,可为实际工程中冲刷作用后桶型基础受复合荷载时的承载状况提供参考。     

海上风电厚壁筒型基础刃脚优化试验及下沉阻力研究

通过在筒裙端部加装刃脚进行减阻,并通过试验寻找最优的刃脚体型,同时利用任意拉格朗日欧拉方法（ALE）进行筒型基础下沉全过程数值模拟。结果表明：在厚壁筒型基础端部加装刃脚可有效减小端阻力,在砂土中下沉时,最优的刃脚体型为60°夹角,通过试验对比,证明理论公式计算端部压力的可行性;ALE数值方法可模拟试验模型下沉过程,误差在20%以内。最后,利用ALE数值模拟,分析刃脚端面和斜面应力分布,并且研究土质参数对刃脚结构下沉阻力的影响。     

海上风电筒型基础建造期风险分析研究

以中国某海上风电场筒型基础为研究对象,识别其建造期的风险源,并建立风险指标体系,然后基于改进的模糊故障树方法量化筒型基础建造期的整体风险发生概率,并与单桩基础结果进行对比。研究结果表明：筒型基础及单桩基础结构建造期的风险发生概率分别为3.21×10^-3、9.47×10^-3。依据DNV规范规定的失效频率等级可知,海上风电筒型基础及单桩基础结构建造期的风险等级均为高风险,但单桩基础的风险概率明显高于筒型基础,高约66.10%,筒型基础建造期的风险更低,工程实用性强。     

波浪作用下海上风电伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制

以近海风电伞式吸力锚基础为研究对象,进行室内水槽试验和数值模拟,研究波浪作用下伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制,分别基于Raaijmakers和Myrhaug模型,提出随机波浪小Keulegan-Carpenter数（KC）情况下伞式吸力锚基础周围平衡冲刷深度预测模型。结果表明：随机波浪下,波峰时形成的旋涡体系主导冲刷过程,此时基础上游逆压梯度最大,这有利于波浪边界层充分分离,形成马蹄形旋涡,马蹄形旋涡和桩侧流线压缩导致筒裙上游两侧约45°圆心角位置剪切流速最大,筒裙和锚枝的设置保护了该位置床面土体,使得最大冲刷深度位置位于锚枝之间。当KC采用KCs,p,且KCs,p<8时,修正Raaijmakers模型预测的平衡冲刷深度Seq'与计算值具有较好的一致性,当KCs,p>8时,预测值与试验值之间的误差变大,修正Raaijmakers模型过分估计了平衡冲刷深度。当KCrms,a<4,n=10时,修正Myrhaug平衡冲刷深度预测模型预测效果最好。     

遗留桩坑对临近复合筒型基础倾斜率的影响

针对某海上风电项目,基于ABAQUS三维数值软件定量分析桩坑与复合筒型基础的距离、桩坑尺寸及深度等参数变化对复合筒型基础结构泥面倾斜率的影响,引入可反映桩坑充盈固结程度的系数γ与切线斜率K。结果表明：随着桩坑尺寸增加,复合筒型基础泥面倾斜率呈非线性增长,且均向桩坑所在方向倾斜;桩坑深度大于复合筒型基础入土深度时,基础倾斜率增长较快;研究表明筒型基础泥面倾斜率对大深度、近距离桩坑内部土体强度尤为敏感,拟通过该文研究为复合筒型基础风电机组安装船舶选型及布置提供理论依据。     

海上风电单筒多舱筒型基础筒体屈曲特性研究

对单筒多舱筒型基础入土下沉过程进行稳定性分析,研究其失稳模式与临界屈曲荷载以及分舱板与纵向加劲肋对筒内外压差临界值的影响。结果表明,单筒多舱筒型基础筒体失稳属于极值点失稳,应采用非线性方法确定结构失稳的临界荷载;分舱板和适当间距的加劲肋均可提高筒体的临界屈曲荷载,但随筒顶接近泥面,其提升效果逐渐减小,筒内外压差控制条件转变为防止筒内土体发生渗透破坏。     

海上临坡宽浅式筒型基础承载特性研究

采用有限元分析方法,分析砂土中海上临坡大直径宽浅式筒型基础在单一荷载作用下极限状态承载特性和土体破坏特征,复合荷载作用下的基础变形和土压力分布情况.研究表明:筒基竖直极限承载力随坡角和临坡距线性变化,当临坡距大于0.2D时,水平极限承载力折减小于15％.当边坡坡角小于30°时,临坡距离对弯矩极限承载力影响不大.复合荷载...     

砂土中宽浅式复合筒型基础刚度退化试验研究

针对有分舱宽浅式复合筒型基础和无分舱宽浅式复合筒型基础,对2种不同结构形式的基础首先在干砂和饱和砂中进行单向水平加载试验,然后对其进行双向循环加载试验,研究2种不同结构形式的基础的动态承载能力和刚度退化现象。结果表明,分舱板的作用增强了宽浅式复合筒型基础的动态承载能力,提高了复合筒型基础的耗能能力,可延缓筒型基础的刚度退化。